Курс лекций по строительной механике Лабораторные работы по электронике Лекции по сопромату Курс высшей математики Типовой расчет Начертательная геометрия Лекции по электротехнике Трехфазные электрические цепи

Теория электрических цепей Курсовой расчет по электронике и электротехнике

Принцип работы электромагнитных механизмов.

Электромагнитные реле.

 В состав автоматизированных, полуавтоматизированных и ручных систем уаправления электроэнергетическими установками, электроприводами, технологическими установками и т.п. входят электромагнитные устройства (контакторы, пускатели, реле, электромагниты). С помощью этих устройств производится регулирование токов и напряжений генераторов. Они выполняют функции контроля и защиты установок, потребляющих электроэнергию. Основными частями электромагнитных устройств являются электромагнитные механизмы: электрические контакты, механический или электромагнитный привод контактной группы, кнопки управления.

 По назначению различают следующие электромагнитные устройства:

 -коммутационные (разъединители, выключатели, переключатели);

  -защитные (предохранители, реле защиты);

 -пускорегулирующие (контакторы, пускатели, реле управления);

 -контролирующие и регулирующие (датчики, реле);

 -электромагниты.

 Рассмотрим принцип работы электромагнитного механизма. В электромагнитном механизме осуществляется преобразование электрической  энергии источника питания в механическую энергию перемещения якоря. Схема механизма приведена на рис. 9.4. Она включает неподвижную 1 (ярмо) и подвижную 2 (якорь) части магнитопровода; намагничивающую катушку 3, удерживающую 4.

 

 Появление тока в намагничивающей катушке приводит к намагничиванию ферромагнитных частей магнитопровода. Образовавшееся магнитное поле притягивает якорь к ярму.

 Проведем анализ процесса преобразования энергии. Пусть к намагничивающей катушке приложено напряжение U, и через нее протекает ток I. На сопротивлении катушки R создается падение напряжения .

Разность U -UR урановешивает э.д.с. еL, т.е.

  (9.7)

Тогда

  (9.8) 

Умножим (9.8) на  и проинтегрируем за время намагничивания. Тогда

  или

,

где WП - энергия, затрачиваемая источником на нагрев катушки за время t/

 Решением выражения для WM имеет вид:

  (9.9)

 Учитывая, что

,

  а

,

где S - площадь,  а l - воздушного зазора, получим

.

  При перемещении якоря совершается работа

где   - энергия магнитного поля в начале намагничивания с длиной воздушного зазора ;

  - энергия магнитного поля с длиной воздушного зазора  ;

 .

 С учетом (9.10) можем записать

  Так как , то

,

где

   (9.11)

 Выражение (9.11) определяет силу [кГ], с которой магнитное поле действует на якорь. Очевидно, что значение силы зависит от длины зазора  и магнитодвижущей силы .

 Если к катушке подключен источник синусоидального напряжения, то и магнитный поток в магнитопроводе и воздушном зазоре изменяется по синусоидальному закону:

.

  В этом случае мгновенное значение силы, притягивающий якорь к ярму определяется выражением

,

 где

  После преобразования получим

 . (9.12)

 Видно, что тяговая сила содержит переменную и постоянную составляющую. Переменная составляющая имеет частоту, вдвое большую частоты питающего напряжения, и амплитуду, равную постоянной составляющей . Пульсация F(t) вызывает вибрацию якоря (дребезг).

 В однофазных электромагнитных механизмах для устранения пульсации на якоре размещают короткозамкнутый (КЗ) виток провода. Переменный магнитный поток Ф(t) наводит в КЗ витке э.д.с. сдвинутую по фазе на 900 относительно ФМ. По витку протекает ток iK, который создает поток ФКМ, совпадающий по фазе с э.д.с.

 Теперь на якорь начинает действовать пульсирующая сила с удвоенной частотой, т.е. cos 4wt. В итоге постоянная составляющая силы возрастает, пульсация уменьшается.

  Электромагнитное реле - это устройство, в котором при достижении определенного значения входной величины выходная величина изменяется скачком. Выходные контакты реле замыкаются или размыкаются. Реле применяют в цепях управления с током не более 1А. Входной или управляющей величиной реле могут быть электрические, механические, тепловые и др. воздействия.

 На рис. 9.5. показано устройство простейшего электромагнитного реле клапанного типа. При определенной магнитодвижущей силе (МДС) в цепи управления возникающая сила F притяжения якоря З к ярму 1 превышает силу противодействующей пружины 2. Воздушный зазор уменьшается. Клапан 4 нажимает на подвижный контакт 5 и прижимает его с силой F к неподвижному контакту 6. Управляемая цепь замыкается. Исполнительный элемент 7 производит требуемое действие.

  Контакты реле в исходном положении могут быть как разомкнуты, так и замкнуты. В последнем случае при срабатывании реле они размыкаются. Действие каких-либо устройств прекращается. Многие реле имеют несколько контактных пар. Тогда их используют для управления несколькими электрическими цепями.

 Функции реле связаны с контролем режима работы важных элементов электрической цепи: генераторов, трансформаторов, линий передач, электродвигателей и т.п.

 При нарушении нормального режима соответствующее реле приводит в действие аппаратуру, которая либо восстанавливает нормальный режим работы, либо отключает поврежденный участок. Такие реле называют "реле защиты". Они "наблюдают" за током в цепи (токовая защита), за напряжением на отдельных участках (защита по напряжению), за изменением мощности, частоты тока и т.д.

 В зависимости от значения или направления входной величины различают реле максимального, минимального или направленного действия.

  В зависимости от времени срабатывания различают реле быстродействующие ), нормальные ) и с выдержкой времени ( реле времени).

 Реле, не реагирующее на направление управляющей величины (например, тока), называют нейтральным. Реле, чувствительные к полярности управляющей величины, называют поляризованными.

 Если исполнительный элемент реле (подвижные контакты) непосредственно воздействует на цепь управления, то это реле прямого действия. Когда воздействие осуществляется через другие аппараты - реле косвенного действия.

 


Рис. 9.5


На главную