Электромагнитные контактные реле

Одним из основных электрических аппаратов, осуществляющих коммутацию в электрических цепях, являются электромагнитные контактные реле. Слово «реле» в переводе с французского означает «связь, коммутация». Такое реле по конструкции представляет собой базу (обычно пластину) из электроизоляционного материала (обычно из гетинакса или текстолита), на которой закрепляются катушка-соленоид с втягивающимся в нее стальным сердечником и изолированные друг от друга пары контактов. На штоке сердечника закрепляются изолированные друг от друга траверсы, на которых установлены пары контактов, способные замыкать или размыкать соответствующие контакты, установленные на базовой пластине. Перемещение сердечника, происходящее вследствие подачи напряжения на катушку-соленоид, вызывает замыкание или размыкание с помощью одной пары контактов, установленных на траверсах, до двенадцати пар контактов, установленных на базовой пластине. Это свойство, заключающееся в замыкании или размыкании многих контактов вследствие подачи единственного сигнала на обмотку соответствующего реле, называется размножением контактов. Какая именно пара контактов на базовой пластине будет при подаче напряжения на катушку замыкаться, а какая — размыкаться, определяется начальной установкой этих пар с их последующим закреплением. Так устроены и работают широко распространенные в схемах станочной автоматизации и управления реле типа РП (реле промежуточные). Подобные реле называются промежуточными, потому что они, с одной стороны, не являются датчиками — источниками тех или иных информационных сигналов, а с другой — не воздействуют непосредственно на исполнительные механизмы, а лишь передают на них управляющие воздействия. Задача сетей из таких реле состоит в логической обработке поступающих на них дискретных сигналов от различных датчиков и в выработке дискретных же управляющих сигналов для исполнительных механизмов.

Проектирование конкретной электрической системы управления тем или иным объектом машиностроения начинается с разработки принципиальной злектроконтактной схемы. В этой схеме определенным образом увязываются обмотки катушек-соленоидов промежуточных реле и контактные пары этих реле.

Для питания таких реле иногда используется переменный ток напряжением 380 или 220 В, что является удобным, поскольку эти напряжения представляют собой фазные напряжения промышленной сети трехфазного переменного тока. Однако в основном для питания релейно-контактных схем используется постоянный ток напряжением 24 В или гораздо реже 48 В.

Работа на переменном токе означает, что в моменты перехода значений гармонически изменяющегося тока через 0 контакты удерживаются на месте лишь своей инерцией без каких-либо удерживающих сил. Это может привести к так называемому дребезгу контактов. Поэтому релейно-контактные схемы запитывают, как правило, постоянным напряжением, вырабатываемым с помощью выпрямительных мостовых устройств.

Понижение рабочего напряжения до 24 В диктуется требованиями техники безопасности. Другой причиной является то, что для обеспечения надежности контактов надо увеличивать усилие, с которым они замыкаются или размыкаются. Это усилие пропорционально произведению силы тока, протекающего через обмотку реле, на число витков этой обмотки. Но увеличение числа витков обмотки реле ограничивается его габаритами, а чтобы увеличить силу тока при одной и той же мощности, необходимо уменьшить рабочее напряжение обмотки.

Итак, разработать принципиальную релейно-контактную схему — значит определенным образом расположить и увязать между собой обмотки промежуточных реле и их контакты, источник питания и заземление, а также входные сигналы и вырабатываемые схемой управляющие воздействия. Что же является для переключательных схем источниками входных сигналов, куда направляются вырабатываемые этими схемами управляющие воздействия и как обозначаются на принципиальных релейно-контактных схемах обмотки и контакты используемых промежуточных реле?

Обмотки промежуточных реле обозначаются на схемах прямоугольником, расположенным поперек линии связи. Это показано на рис. 8.4, а. Обмотка реле на схеме обозначается буквами РП, при которых ставится порядковый номер данного реле на этой схеме, например РП14.

На этом рисунке обозначены также контакты этого реле РП14: замыкающий (рис. 8.4, б), размыкающий (рис. 8.4, в) и перекидной т. е. такой, при срабатывании которого одна пара контактов замыкается, а другая — размыкается (рис. 8.4, г). Контакты того или иного промежуточного реле предваряются цифрой, обозначающий порядковый номер данной пары контактов в этом.

Рис. 8.4. Обозначения на принципиальных релейно-контактных схемах обмоток и контактов промежуточных реле.

реле. Например, обозначение ЗКРП14 означает 3-ю пару контактов в промежуточном реле номер 14. Следует заметить, что замыкающий контакт иногда называется «нормально открытым», а размыкающий — «нормально замкнутым». Однако это название применяется реже и является не вполне корректным, так заранее нельзя установить на все случаи, какое состояние для контактов является «нормальным».

Рис. 8.5. Обозначения кнопок и путевых (концевых) выключателей на принципиальных релейно-контактных схемах.

Источниками дискретных сигналов для релейных электроконтактных переключательных схем могут быть все аппараты с электрическим выходом, помещенные в табл. 8.1. Ограничимся рассмотрением обозначений двух типов кнопок, осуществляющих ручное воздействие, например подачу сигналов «Пуск» и «Стоп», и концевых, или путевых выключателей, подающих дискретные сигналы под воздействием движения рабочих органов станка. Примеры обозначений приведены на рис. 8.5.

На этих схемах кнопки, на которые непосредственно нажимает оператор, обозначаются КН, а справа при них пишется цифра, которая, как и в предыдущем случае, означает порядковый номер данной кнопки в этой схеме. Кнопки могут быть замыкающими, типа кнопки «Пуск» (рис. 8.5, а), и размыкающими, типа кнопки «Стоп» (рис. 8.5, б). Путевые (более общее название), — или концевые выключатели графически изображаются так же, как и кнопки, но сопровождаются надписями ПВ или КВ. Эти надписи также сопровождаются цифрой, которая, как и в предыдущем случае, означает порядковый номер данного выключателя в этой схеме.

Заметим, что и кнопки, и путевые выключатели могут быть как контактными, так и бесконтактными (о бесконтактных логических элементах см. § 8.3). Кроме того, кнопки могут либо выполнять свою функцию, лишь пока на них воздействует оператор, либо оставаться включенными и после того, как нажатие оператора прекратится. В этом случае говорят о так называемых «западающих» кнопках. Чтобы вернуть кнопку в исходное состояние, нужно нажать на нее во второй раз либо нажать другую, сбрасывающую кнопку. Сохраняют свое состояние после снятия ручного воздействия и устройства, конструктивно отличающиеся от кнопок, такие, как тумблеры и переключатели. Однако механические устройства и защелки, удерживающие кнопки в нажатом состоянии и после снятия усилия нажатия, подвержены износу и являются элементом потенциальной ненадежности. Поэтому сохранение воздействия, произведенного кнопкой, и после снятия усилия нажатия лучше обеспечивать электрическим, схемным путем, что рассматривается ниже. Обратим также внимание на то, что сами кнопки конструктивно могут быть весьма разнообразными, отличаясь главным образом формой и размерами головки, на которую производится нажатие. Такие головки могут быть клавишного типа, рассчитанными на нажатие одним пальцем, а могут быть и так называемого грибкового типа, рассчитанными на нажатие всей ладонью. С головками грибкового типа выполняются все кнопки аварийного останова, ориентированные на быстрое нажатие.

Выходные сигналы релейных переключательных схем могут поступать на все аппараты с электрическим входом, перечисленные в табл. 8.1. Особое место в схемах электроавтоматики занимают так называемые контакторы. Контакторами называют электромагнитные аппараты, предназначенные для включения и отключения силовых цепей с током от 10 до нескольких сотен ампер и напряжением до нескольких сотен вольт. Число цепей, которыми управляют контакторы, лежит в пределах от 1 до 5. Кроме главных контактов, служащих для переключения силовых цепей, контакторы обычно снабжаются дополнительными маломощными контактами для самоблокировки и для работы в дополнительных коммутационных цепях. Контакторы, предназначенные для включения и отключения трехфазных асинхронных электродвигателей, называют магнитными пускателями. Для определенности будем рассматривать следующие виды потребителей выходных сигналов электрических переключательных схем:

• • обмотки пускателей (контакторов) электрических моторов;
• • соленоиды, управляющие гидравлическими и пневматическими золотниками и распределителями;
• • сигнальные лампочки и светодиоды.

Рис. 8.6. Обозначения потребителей; получающих воздействия от релейных переключательных систем

Соответствующие обозначения приведены на рис. 8.6, а, б, в.

В релейных переключательных схемах широко используются отработанные типовые решения, реализующие часто встречающиеся функции. Примером таких типовых решений может служить так называемая постановка на самопитание. Соответствующая схема показана на рис. 8.7.

Эта схема работает следующим образом. При нажатии кнопки КН1 и при не нажатой кнопке КН2 обмотка реле РП1 оказывается под напряжением +24 В. Реле РП1 срабатывает, и его контакты 1КРП1 шунтируют кнопку КН1. После этого кнопку КН1 можно перестать нажимать — это ничего не изменит в состоянии реле РП1. Другая пара контактов этого же реле, 2КРП1, подаст напряжение на выходное устройство, в данном случае на лампочку Л1. Чтобы погасить лампочку Л1 и вернуть схему в исходное состояние, нужно нажать кнопку КН2.

В схемах электроавтоматики часто используются электромагнитные контактные реле, чувствительные к направлению тока в обмотке. Такие реле называются поляризованными. Поляризация осуществляется за счет магнитного потока смещения, создаваемого постоянным магнитом.

По мощности, необходимой для срабатывания, реле подразделяют на высокочувствительные (до 10 мВт) и слаботочные.

Рис. 8.7. Схема постановки реле на самопитание нормальной чувствительности (до 1…5 Вт). По коммутируемой мощности различают переключательные реле малой мощности (до 50 Вт постоянного или до 120 В-А переменного тока), промежуточные (до 150 Вт постоянного тока и 500 ВА переменного тока), а также силовые контакторы.

Заметим, что при срабатывании нескольких контактов иногда оказывается небезразличным, какие из них сработают раньше, а какие позже. Сработавшие контакты могут быть «подхвачены» элементами с запоминанием, что изменит ситуацию для элементов, запоздавших со срабатыванием. Вследствие случайного разброса времен срабатывания в одном случае раньше других сработают одни контакты, а в другом — другие. Это приводит к неопределенности в поведении переключательной схемы. Такое явление называется «состязанием контактов».

Для придания определенности поведению переключательной схемы наряду с другими методами применяется введение гарантированных задержек времени на срабатывание и на отпускание тех или иных контактных реле. Существуют различные технические приемы построения электромагнитных контактных реле с задержками на срабатывание и на отпускание. Эти приемы требуют подробного рассмотрения и описываются в специальной литературе.