Конструкція електромагнітних реле

За конструкцією електромагнітні реле поділяють на реле клапанного типу і на реле соленоїдного типу (реле плунжерного типу). Реле клапанного типу в свою чергу підрозділяють на реле з поздовжнім (перпендикулярним до поверхні полюса) та поперечним (відповідно паралельним) ходом якоря. В реле соленоїдного типу якір втягується в середину котушки.

В конструкції всіх електромагнітних реле використовують характерні властивості феромагнітних матеріалів.

Речовини, які можуть намагнічуватись в зовнішньому магнітному полі і тим самим змінювати його, дістали назву магнетиків. Магнетики поділяють на три основних класи: діамагнетики, парамагнетики і феромагнетики. Кожний з магнетиків своєрідно впливає на зовнішнє поле. Діамагнетики послаблюють зовнішнє магнітне поле своїми невидимими магнітними моментами. Діамагнетики виштовхуються з магнітного поля, а парамагнетики і феромагнетики притягуються в магнітному полі. Феромагнетики притягуються магнітними полями з силою, набагато більшою ніж парамагнетики. Феромагнетики перетворюються в парамагнетики за двома умовами:

в сильному магнітному полі,

в процесі нагріванні до температури, яка визначена Кюрі й називається точкою Кюрі.

1.1 Реле клапанного типу

На рисунку 1.1 показана конструкція клапанного реле з поздовжнім ходом якоря. В конструкцію даного реле входить: 1 – якір (рухома частина реле), 2 – основа, 3 – полюси реле, які можуть закінчуватися полюсними наконечниками, 4 – котушка, 5 – полюси наконечника, 6 – пружина, 7 – рухомий контакт, 8 – нерухомі контакти, 9 – контактна пружина, 10 – стопор.

В реле, під дією струму, виникає магнітне поле, яке можна поділити на три складові:

основне Фб, що проходить через основу, полюси, повітряні проміжки та якір (див. рисунок 10.1);

розсіяння, що ділиться на дві складові:

магнітний потік розсіювання Фр1 (див. рисунок 10.1), що проходить через основу, частину полюса, частину бокових поверхонь між полюсами, тобто ці потоки не замикаються через якір;

магнітний потік розсіювання Фр2 (див. рисунок 10.2) проходить через магніто-провід тільки одного полюса і повітряний проміжок, розташований за об’єктом реле.

У відсотковому співвідношенні до всього потоку ці потоки відповідно складають: Фд = 90%, Фр1 = 9%, Фр2 = 1%. Рисуємо магнітну схему, яка зображена на рисунку 10.3

Зробимо допущення:

знехтуємо магнітними потоками розсіяння Фр2, оскільки вони незначні;

допускаємо, що частина котушки, яка розташована між полюсами, зосереджена в безконечно тонкому шарі і приплюснута із середини до лівого полюса (на рисунку 1.2 котушка позначена товстішою лінією);

магнітні потоки Фр1 в між полюсному проміжку плоско-паралельні до основи.

Розбиваємо ділянку полюса паралельними до основи лініями на n — частин (на рисунку 1.2 розбито на 3 частини).

Вибір n суттєво впливає на результат розрахунку. Чим більше n, тим довше необхідно проводити розрахунок, але можемо забезпечити вищу точність результату.

Встановлення потрібного значення n забезпечують за допомогою такого алгоритму:

задають будь-яке значення n;

проводять розрахунок фазових змінних;

удвічі збільшують значення n;

знову проводять розрахунок фазових змінних;

порівнюють різницю обох розрахунків фазових змінних за допомогою значення норми функції фазових мінних, яка повинна бути меншою від заданої попередньо норми;

якщо задовольняється умова перевірки, то припиняють розрахунок та приймають результат розрахунку, одержаний для більшого значення n, в противному випадку повертаються до кроку c.

Надалі для створення математичних моделей реле ми розіб'ємо нашу задачу на окремі логічні блоки (об'єктне програмування, підпрограми). Першим таким блоком ми виберемо блок, в якому зможемо на підставі заданих розмірів всіх елементів конструкції реле (якір, полюси, полюсні наконечники, основа, котушка, кількість витків в котушці, величина повітряного проміжку між якорем та полюсами, струм, який протікає в котушці, тип сталі, характеристика намагнічування сталі) розрахувати магнітні потоки в кожному елементі реле та визначити індуктивність котушки, електромагнітну силу притягання якоря до полюсних наконечників (або полюсів, якщо відсутні полюсні наконечники) та коефіцієнт, який вживають для розрахунку електрорушійної сили, яка виникає в котушці, якщо змінюється магнітне поле, наприклад в процесі включення реле або переміщення якоря.

На підставі введеної нами ідеальної моделі рисуємо магнітну заступну схему реле (див. рисунок 1.3).

Заступну схему починаємо рисувати з опору якоря, який позначено як R4 за номером магнітного потоку Ф4. Далі рисуємо два опори повітряних проміжків: Rд і Rд. В даному випадку вони рівні. Весь потік розсіяння між полюсами, який проходить в першій ділянці замінимо зосередженим опором розсіювання R1 . Опір R1 не залежить від величини магнітного потоку Ф1, оскільки магнітний потік проходить тільки через повітряний проміжок. Аналогічно можемо виразитися і про опори R2, R3 та Rд. Опори R4 ч R9 та R0 залежать від відповідних їх номерам потоків, Ф, отже, є нелінійними.

Далі нижче розташовані магнітні нелінійні опори полюсів першої ділянки R5a та R5b., а за ними ампервитки першої ділянки (зауважимо, що на схемі не розташовані опори, які пов'язані з полюсними наконечниками, ми допускаємо що полюсні наконечники в нашому реле відсутні). Ще нижче розташовані ампервитки першої ділянки w1і. Аналогічно позначаємо елементи заступної схеми й на інших ділянках і, на кінець рисуємо магнітний опір основи реле. На підставі аналізу зображеної на рисунку 1.3 заступної схеми, яка має дев'ять віток можемо стверджувати, що невідомими є 9 фазових змінних (магнітних потоків), оскільки всі інші елементи, які присутні в заступній схемі відомі, якщо ми ще їх й не знаємо, то їх неважко визначити, що ми згодом зробимо.

За умовою задачі нам відома конструкція реле (геометричні розміри), струм в обмотці, а також крива намагнічування (залежність магнітної індукції від напруженості магнітного поля для