Магнитоэлектрические, электродинамические и индукционные реле

Принцип действия магнитоэлектрических, электродинамических и индукционных реле основан на взаимодействии магнитных полей с токами, подведенными к реле извне, или с токами, индуцированными в нем.

1. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ, ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ И ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЛЕ

Магнитоэлектрическое реле — это электромеханическое реле, работа которого основана на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с током в обмотке, подведенным извне.

Рисунок 1.1. Принципиальная схема магнитоэлектрического реле

На рис. 1.1, а схематично изображена одна из конструкций такого реле. Его магнитная система состоит из постоянных магнитов 1 и 3, сердечника 4 и ярма 2. В рабочих зазорах вращается рамка 5 с намотанной на ней обмоткой. Ток к обмотке от внешнего источника подводится по спиральным проводам, которые служат также возвратными пружинами. При отсутствии тока в обмотке они создают момент, удерживающий подвижный контактный элемент 6 замкнутым с неподвижным контактным элементом 7.

При допущении равномерности магнитного поля в рабочих зазорах с учетом закона Ампера следует, что вращающий момент, действующий на обмотку, определяется выражением

(1.1)

где — средний радиус, активная длина и число витков обмотки в рабочем зазоре соответственно; - составляющая магнитной индукции, направленная по радиусу; - ток в обмотке от внешнего источника; - электродинамическая сила, действующая на активную длину обмотки.

Рисунок 1.2. Некоторые характеристики магнитоэлектрического реле: а — зависимость магнитной индукции и вращающего момента от угла при; б — зависимость угла статического поворота рамки от изменения тока в обмотке; в — кривые динамического изменения угла поворота рамки при трех режимах работы реле: 1 — колебательном, 2 — критическом, 3- апериодическом; гзависимости времени срабатывания реле от коэффициента запаса по току срабатывания (нумерация кривых соответствует рис. 1.2, в)

Магнитная индукция, строго говоря, зависит от угла перемещения рамки (рис. 1.2,а), что следует из анализа распределения линий магнитной индукции, показанных на рис. 1.1. Соответственно от угла зависит и вращающий момент. Однако при малых отклонениях от вертикального положения (от до на рис. 1.2,а) можно принять и считать, что

(1.2)

где .

Из (1.2) следует, что магнитоэлектрические реле могут работать только на постоянном токе.

Предположим, что при токе, равном значению трогания (), движение рамки начинается с (рис. 1.1). Тогда выражение для механического противодействующего момента спиральных токопроводящих пружин имеет вид

(1.3)

где — жесткость пружин; - угол, соответствующий их предварительному растяжению от до угла трогания, что необходимо для создания силы контактного нажатия между контактными элементами 6 и 7 при отсутствии тока (рис. 1.1).

Пренебрегая трением в подшипниках осей вращения и рамки (рис. 1.1, б) и провалом контактов, для статического режима перемещения рамки получим

. (1.4)

Знак минус в (1.3) и (1.4) показывает, что направление противоположно положительному направлению .

Из (1.2)-(1.4) в пределах перемещения рамки: