8.2 Электромагнитные реле
8.2.1 Виды электромагнитных реле
По виду управляющего тока разделяют реле постоянного и переменного тока.
В зависимости от типа магнитной системы реле можно разделить на следующие системы:
поляризованные реле (содержат постоянные магниты);
нейтральные или просто электромагнитные (не содержат постоянных магнитов).
Реле могут быть с открытыми контактами и с изолированными от внешней среды, т.е. герметизированными контактами (герконовые реле).
8.2.2 Электромагнитные реле с открытыми контактами
Устройство электромагнитных реле с открытыми контактами изображено на рис. 8.2. Обычно для обмотки используется провод марки ПЭЛ диаметром 0,06-1,0 мм.
Контакты выполняются из следующих материалов:
при I ≤ 0,2 А из серебра;
при I ≤ 1 А из платины;
при I ≤ (2-3) А из вольфрама.
В положении покоя между контактными пружинами образуется воздушный зазор величиной δ.
При пропускании по обмотке тока возникает магнитный поток, который оказывает тяговое усилие на якорь. В результате якорь притягивается к сердечнику и контакты прижимаются друг к другу. При выключении цепи тока исчезает магнитный поток и под действием контактных пружин якорь и контактные пружины возвращаются в исходное положение. Процесс перехода реле из исходного состояния в рабочее называется срабатыванием, а обратный процесс – отпусканием реле.
Рис. 8.2. Устройство электромагнитных реле с открытыми контактами
Выпускаются реле с различными комбинациями контактных пружин (табл. 8.1).
Таблица 8.1.
О
сновные
контактные элементы реле
В настоящее время широко применяются электромагнитные реле с открытыми контактами РПН, РЭС-14, РЭС-9. Число срабатываний этих реле составляет 106.
Недостатки электромагнитных реле с открытыми контактами:
низкая надежность;
малая частота переключений.
8.2.3 Электромагнитные реле с герметизированными контактами
Конструкция электромагнитных реле с герметизированным контактом на замыкание (геркон) изображена на рисунке 8.3а.
Пружины геркона (1) изготовлены из пермаллоя, с малой остаточной намагниченностью и высокой магнитной проницаемостью, и покрыты золотом. Стеклянный баллон (2) заполнен инертным газом: азотом, аргоном, водородом. Ферромагнитный корпус (4) выполняет роль магнитопровода и экрана. При прохождении тока через обмотку (3) возникает магнитный поток. При этом под действием разности магнитных потенциалов в зазоре контактные пружины притягиваются друг к другу. При выключении тока пружины под действием сил упругости размыкаются.
Рассмотрим конструкцию реле с герметизированным контактом на переключение (рис. 8.3б). В исходном режиме при отсутствии тока в обмотке свободный конец нижней пружины из немагнитного материала (5) прижат силой упругости к подвижной средней пружине. При подаче тока в обмотку подвижные пружины из пермаллоя (1) намагничиваются и притягиваются друг к другу. При выключении питания средняя подвижная пружина под действием сил упругости возвращается в исходное состояние. Надежность герконов составляет 109 срабатываний. Для герконов характерно малое время срабатывания (0,5 мс) и отпускания, стабильное сопротивление контакта и небольшая потребляемая мощность. Используются герконовые реле РЭС-46, РЭС-55 и РЭС-51 (с шестью контактными группами).
Рис. 8.3. Герконовые реле на замыкание (а) и переключение (б)
Недостатком герконов является необходимость постоянной подпитки обмотки при замкнутых пружинах.
Другим видом электромагнитных реле с герметизированными контактами, в которых устранён недостаток герконов, являются фериды. Феридом называется герконовое реле, магнитная система которого изготовлена из магнитного (ферритового) материала, обладающего достаточной для срабатывания и удержания герконового контакта остаточной намагниченностью (рис. 8.4).
Рис. 8.4. Конструкция ферида
При прохождении через обмотку импульса постоянного тока IЗ достаточной амплитуды контактные пластины замыкаются и остаются в замкнутом состоянии после окончания импульса за счет остаточного намагничивания сердечника (рис. 8.4а).
Для размыкания пластин через обмотку необходимо пропустить импульс тока IР противоположной полярности, чтобы снять остаточное намагничивание. При этом ток IР не должен превышать определенной величины. В противном случае возникает обратный магнитный поток, сила которого может оказаться достаточной для вторичного замыкания пластин.
Чтобы снять ограничения, налагаемые на величину тока выключения в фериде вместо одного используют два магнитопровода (рис. 8.4б). При замыкании контактов в обмотки подают совпадающие по направлению токи IЗ, а для размыкания в обмотки подают токи равной величины и противоположные по направлению.
Основным достоинством феридовых реле является возможность удержания в притянутом состоянии без потребления энергии и возможность управления импульсами, длительность которых составляет 10-15 мкс, т.к. время изменения намагниченности магнитной системы ферида достаточно мало. В обычных герконах длительность импульсов управления t ≥ 0,5 мс.
Разновидностью ферида является герметизированный запоминающий контакт – гезакон.
Гезакон – геркон, у которого пружины изготовлены из магнитного материала с прямоугольной петлёй гистерезиса, обладающего достаточной для удержания его пружин в замкнутом состоянии остаточной намагниченностью.
Рис. 8.5. Конструкция гезакона
При прохождении через обмотки импульса постоянного тока одной полярности создаются магнитодвижущие силы и пружины гезакона притягиваются друг к другу. После окончания импульса пружины остаются в замкнутом состоянии за счет остаточного намагничивания. Для выключения гезакона в одну обмотку необходимо подать импульс тока обратного направления, достаточный для перемагничивания одной из пружин. Гезаконы по сравнению с герконами имеют более низкую мощность управления, меньшие габариты и упрощенную технологию производства. Это объясняется там, что в гезаконе меньшие поля рассеяния магнитного потока, чем в герконе, т.к. пружины изготовлены из магнитного материала.