7.3. Бесконтактные магнитные реле

На базе магнитных усилителей созданы бесконтактные магнитные реле (БМР). Для создания БМР магнитный усилитель переводится в релейный режим. Для этой цели в МУ вводится обмотка обратной связи w_о.с. Схема МУ с обмоткой обратной связи, в которой ток I_о.с пропорционален напряжению на нагрузке U_н, приведена на рис.26. Результирующая м.д.с. управления складывается из м.д.с. обмотки управления I_уw_у и м.д.с. обмотки обратной связи I_о.сw_о.с.

Принцип действия БМР поясним с помощью характеристик, приведенных на рис.27.

На рис.27, а кривая I представляет собой характеристику управления магнитного усилителя без обратной связи; прямая II – зависимость напряжения на нагрузке U_н от тока обратной связи, приведенного к обмотке управления,

,

где R_о.с – сопротивление обмотки обратной связи; R_доб – добавочное сопротивление для регулировки коэффициента обратной связи k_о.c.

Прямая II проведена так, что tg = I_о.с /U_н.

При I_у = 0 результирующая м.д.с. создается только током обратной связи I_о.с. Напряжение на нагрузке U_н0 определяется точкой пересечения 0 прямой II с характеристикой I. При токе управления I_у1 результирующая м.д.с. суммируется из м.д.с. обмоток управления и м.д.с. обмотки обратной связи:

1

II

,

где – результирующий ток управления.

Напряжение на нагрузке U_н1 определяется точкой пересечения 1 прямой II с характеристикой I. Току I_у1 соответствуют также точки 6 и 7. Однако точка 6 является точкой неустойчивого равновесия, из которой режим работы усилителя переходит в точку 1, а в точку 7 режим работы усилителя переходит только по ветви 3,7 и 4.

При токе I_у2 состояние определяется точками 2 и 3. При незначительном возрастании тока I_у по модулю (I_у  0) происходят скачкообразные переходы режима работы с точки 2 в точку 3 и напряжения на нагрузке с U_н2 до U_н3. При дальнейшем увеличении по модулю тока I_у (I_у  0) напряжение на нагрузке изменяется незначительно (ветвь характеристики 1 влево от точки 3).

При уменьшении по модулю тока I_у (движение вправо по оси I_у + I_о.с) и достижении значения I_у = I_у4 происходит скачкообразный переход режима работы из точки 4 в точку 5. Напряжение на нагрузке при этом резко меняется с U_н4 до U_н5.

Таким образом, описанный режим работы магнитного усилителя соответствует релейному режиму: при отсутствии тока I_у напряжение на нагрузке максимально U_н0; при движении по характеристике I влево (т.е. при увеличении по модулю тока I_у) и достижении током I_у значения I_у2 происходит скачкообразное уменьшение напряжения на нагрузке с U_н2 до U_н3, при дальнейшем движении по характеристике I влево напряжение на нагрузке меняется незначительно; при движении по характеристике I вправо (т.е. при уменьшении по модулю тока I_у) и достижении током управления значения I_у4 происходит скачкообразное возрастание напряжения на нагрузке U_н4 до U_н5. Описанный режим работы магнитного усилителя изображен результирующей характеристикой (рис.27, б). Рассмотренный режим магнитного усилителя аналогичен режиму работы реле с размыкающими контактами: при I_у0 = 0 напряжение на нагрузке максимально («контакты» замкнуты), при I_у = I_у2 напряжение U_н резко уменьшается («контакты» размыкаются). В реальных магнитных усилителях U_н2/U_н3  100, а значение U_н3 очень мало.

Для получения релейного режима магнитного усилителя необходимо, чтобы соблюдалось неравенство    (рис.27, а).

При введении в магнитный усилитель дополнительной обмотки смещения можно получать характеристики «вход-выход» бесконтактных магнитных реле, приведенные на рис.28. При отрицательном смещении I_с1w_с2/w_у бесконтактное реле имеет замыкающий контакт (рис.28, а); при отсутствии смещения – размыкающий контакт (см. рис.27, б).

При уменьшении отрицательного смещения [(I_с2w_с2/w_у) <  < (I_с1w_с2 / w_у)] реле имеет характеристику с двумя устойчивыми состояниями (рис.28, б). Если вначале реле находилось в режиме, соответствующем точке 1, и подан положительный сигнал  +I_у1, то после снятия сигнала напряжение на нагрузке останется равным U_н1. При подаче отрицательного сигнала I_у2 напряжение скачком снизится до значения U_н2. После снятия сигнала I_у2 напряжение останется равным U_н2. Таким образом, при работе по схеме рис.28, б бесконтактное реле функционирует аналогично поляризованному реле.

На основе реверсивных магнитных усилителей получают реле с переменой знака напряжения на нагрузке (рис.28, в).

Существенное преимущество бесконтактных магнитных реле – отсутствие коммутирующих контактов, которые часто выходят из строя; недостаток – их инерционность. Работа БМР зависит от напряжения питания, частоты, температуры окружающей среды.