Индукционные реле

а) Принцип действия

На рис. 2-27 показан принцип выполнения индукционных реле. Реле состоит из подвижной системы 3, расположенной в поле двух магнитных потоков Ф₁ и Ф_II. Магнитные потоки создаются токами, проходящими по обмоткам неподвижных электромагни­тов 1 и 2. Подвижная система выполняется в виде медного илиалюминиевог о диска или цилинд­ра

(барабанчика), закрепленного на оси, которая может вращаться. При вращении против часовой стрелки подвижная система пре­одолевает момент пружины 5 и замыкает контакты 4.

Обмотки реле 1 и 2 питаются переменными (синусоидальными) токами I₁ и I₂, которые создают переменные магнитные потоки Ф₁ и Ф_II, показанные на рис. 2-27. Пренебрегая потерями на намаг­ничивание, считают, что потоки Ф₁ и Ф_II совпадают по фазе с создающим их током, как изо­бражено на векторной диаграмме (рис. 2-28).

Пронизывая подвижную си­стему 3, магнитный поток Ф₁ наводит в ней э. д. с. Е_Д1 = , аналогично поток Ф_II создает э.д.с. Е_Д2 = . Согласно закону индукции наведенные э. д. с. отстают по фазе на 90° от вызвавших их магнитных пото­ков (рис. 2-28). Под действием э. д. с. Е_Д1 и Е_Д2 в подвижной системе возникают вихревые токи I_Д1 и I_Д2, замыкающиеся вокруг оси индуктирующего их магнитного потока. Положитель­ные направления I_Д1 и I_Д2, определенные с помощью правила «буравчика» по п о л о ж и т е л ь н о м у направлению пото­ков Ф₁ и Ф_II, показаны на рис. 2-27. Вследствие малой величины индуктивного сопротивления контура вихревых токов они при­нимаются совпадающими по фазе с соответствующей э. д. с. (рис. 2-28).

Из теории электротехники известно, что между магнитным потоком и током, находящимся в его поле, возникают электро­магнитные силы взаимодействия. В рассматриваемой конструкции возникают две силы: F_э1, обусловленная взаимодействием магнитного потока Ф₁ и тока I_Д2, и F_э2, вызванная взаимодействием Ф_II с I_Д1 (рис. 2-27).

Как известно, сила взаимодействия между магнитным потоком и контуром тока, индук­тированного этим потоком, равна нулю, при условии, что магнитный поток создает равно­мерное магнитное поле. В индукционных реле это условие выполняется, и поэтому силы вза­имодействия между Ф₁ и I_Д1 и Ф_II и I_Д2 отсутствуют. Направление сил F_Э1 и F_Э2 для положительного значения потоков и токов оп­ределяется по правилу «левой руки» и пока­зано на рис. 2-27. Можно доказать, что мгно­венное значение сил F_Э1 и F_Э2 меняет свой знак в течение периода Т = 1/f 4 раза, поэтому по­ведение реле (вращение подвижной системы) зависит от знака среднего значения сил F_Э1, и F_Э2. Знак и направление каждой силы определяется углом сдвига фаз между магнитным потоком и взаимодействующим с ним то­ком I_д. Силы F_Э1 и F_Э2 образуют результирующую электромаг­нитную силу F_э, равную их алгебраической сумме F_э = F_Э1 + F_Э2 - Результирующая сила F_э создает вращающий момент М_э = F_эd, где d — плечо силы F_э. Электромагнитная сила и момент (F_э и М_э) приводят в движение подвижную систему 3, которая в зависимости от знака М_э замыкает или размыкает контакты реле 4.

Из сказанного следует, что принцип работы индукционных реле основан на взаимодействии двух магнитных потоков с вихре­выми токами, индуктируемыми в подвижной системе реле.

б) Электромагнитная сила и ее момент

Соответственно электромагнитный момент

Вывод уравнений (2-16) и (2-17) приводится ниже.

Значение и знак электромагнитной силы F_э выражаются через магнитные потоки Ф₁ и Ф_II, угол сдвига фаз между ними ψ и частоту переменного тока f уравнением

Среднее значение силы взаимодействия между магнитным цотоком Ф и током I, находящимся в поле этого потока:  

Анализируя выражение электромагнитного момента (2-17), можно установить следующее:

1. Для получения электромагнитного момента конструкция реле должна обеспечивать создание не менее двух переменных магнитных потоков (Ф₁ и Ф_II), пронизывающих подвижную си­стему в разных точках и сдвинутых по фазе на угол ψ ≠ 0.

2. Величина момента М₃ пропорциональна амплитудам маг­нитных потоков Ф₁ и Ф_II и их частоте f и зависит от сдвига фаз ψ между потоками.

Реле имеет наибольший момент при сдвиге фаз магнитных потоков на 90°. При ψ = 0 реле не может работать, так как М₃=0.

3. Знак момента зависит от sin ψ. Иначе говоря, он зависит от сдвига фаз ψ между магнитными потоками Ф₁ и Ф_II или создающими их токами I₁ и I₂. При значениях ψ в пределах от 0 до 180° момент М_э положителен, при этом магнитный поток Ф_II опережает поток Ф₁ а сила F_э направлена от оси опережающего магнитного потока Ф_II к оси отстающего Ф₁. При — ψ в пределах от 180 до 360° момент М_э отрицателен. В этом случае поток Ф_II отстает от Ф₁, а сила F_э направлена в обратную сторону — от оси Ф₁ к оси Ф_II. Таким образом, результирующая сила F_э всегда направлена от оси опережающего к оси отстающего магнитного потока.

4. На индукционном принципе могут выполняться только реле переменного тока. Это объясняется тем, что токи в диске или цилиндре индуктируются при условии, что электромагниты питаются переменным током. Индукционный принцип получил весьма широкое распространение. На этом принципе выпол­няются реле тока, направления мощности и многие другие виды реле.

Дата добавления: 2014-12-23