МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
=============================================
ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТРАНСПОРТНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра Автоматика и телемеханика
КОНСПЕКТА ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Лектор: проф. АРИПОВ Н.М
ТАШКЕНТ-2022
1
1-ЛЕКЦИЯ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ, ОБЩИЕ
СВЕДЕНИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЛЕ
ПЛАН:
1.1. Электромагнитные реле, общие сведения
1.2. Классификация реле
1. Электромагнитные реле, общие сведения
Электромагнитное реле появилось во второй половине XIX в. после
изобретения электромагнита. Само слово «реле» - французское (relais)
и означает «пункт перегрузки», «место смены лошадей».
Таким образом, выбор названия отражает тот факт,
что реле - элемент, переключающий внешние цепи нагрузки.
Теперь мы можем сказать, что изобретение реле явилось важным
событием в развитии техники и по своему значению сравнимо с
последующим изобретением транзистора. На основе реле стали
создаваться сложные автоматические системы управления, и стало
возможно эффективно управлять объектами на расстоянии.
Это, в свою очередь, вызвало развитие теории автоматического
управления, теории релейных схем и дискретных устройств.
На базе реле были построены первые вычислительные устройства
и машины. Таким образом, именно изобретение электромагнитного
реле положило начало быстрому развитию средств автоматизации
1. Электромагнитные реле, общие сведения
Элементом релейного действия, или реле называется элемент
автоматики, имеющий выходную характеристику (рис.1),
называемую релейной, особенностью которой является
скачкообразное изменение выходной величины у при непрерывном
изменении входной величины х. В этом состоит отличие реле от
других элементов (усилители, двигатели, трансформаторы и др.),
у которых выходная величина изменяется плавно, непрерывно.
Реле еще называют дискретным элементом,
так как его состояние меняется скачком, дискретно.
Рис.1. Релейная характеристика
1.1. Электромагнитные реле, общие сведения
Реле имеет два состояния. Состоянию
«Выключено» соответствует значение
у = увыкл , состоянию «Включено» - у = увкл.
Если х = 0, то реле обесточено и у = увыкл
(точка а, рис.1). С увеличением значения х
до определенного предела выходная
величина у не изменяется.
При х = хвкл реле срабатывает, и величина y
изменяется скачкообразно, принимая
значение увкл (точка b). При дальнейшем
увеличении х значение у не изменяется.
В случае уменьшения величины х до
значения х = xвыкл происходит обратный
скачок, реле обесточивается и у = увыкл
(точка с). При дальнейшем уменьшении х до
нуля значение у не изменяется.
Рис.1
1.1. Электромагнитные реле, общие сведения
Таким образом, реле является двоичным
(двухпозиционным) элементом, обладающим
свойством гистерезиса, так как xвыкл<хвкл.
Данная характеристика является идеальной.
В некоторых случаях у реальных элементов
релейная характеристика отличается тем,
что ее отрезки не строго параллельны
осям х и у или не строго прямые линии.
Электромагнитное реле постоянного тока
(рис.2) состоит из а) электромагнита и
б) контактной системы.
Обмотка 6 служит для создания магнитного
потока Ф и располагается на сердечнике 1.
Путь для магнитного потока (магнитопровод)
образуют сердечник 1, ярмо 2, якорь 4 и
воздушный зазор 5. На ярме крепятся
контактная система 3 и якорь 4.
Рис. 2.
Электромагнитное реле
1.1. Электромагнитные реле, общие сведения
Якорь 4 является подвижной частью
магнитопровода и служит для механического
воздействия на контакты. Контактная система 3,
переключающая внешние цепи (нагрузки Rн1
и Rн2), состоит из трех упругих пружин с
укрепленными на них контактами. Пружина О
общего контакта механически связана с якорем.
Нижний контакт Т называется тыловым. Он
замкнут, если реле обесточено. Через тыловой
контакт включается нагрузка Rн1, которая
нормально должна быть включена (например,
красная лампа входного светофора на станции).
Верхний контакт Ф называется фронтовым.
Он разомкнут, если реле обесточено. Через
Рис. 2.
фронтовой контакт включается нагрузка Rн2, Электромагнитное реле
которая нормально должна быть выключена
(например, зеленая лампа светофора на станции).
1.1. Электромагнитные реле, общие сведения
Принцип действия данного реле - это принцип
действия электромагнита. При замыкании
ключа S к выводам обмотки подключается
источник питания. По обмотке протекает ток
и создается, магнитный поток Ф. В результате
якорь притягивается к сердечнику и
перемещает, вверх пружину О. Размыкается
тыловой контакт и замыкается фронтовой.
Нагрузка Rн1 , выключается, а нагрузка Rн2
включается. При размыкании ключа S и
отключении обмотки реле от источника
питания якорь возвращается в исходное
(отпущенное) состояние под действием силы
со стороны упругих пружин Ф и О;
размыкается фронтовой контакт и
замыкается тыловой. Нагрузка Rн2
выключается, а нагрузка Rн1, включается.
Рис. 2.
Электромагнитное реле
1. Электромагнитные реле, общие сведения
Построим вход-выходную характеристику
данного элемента относительно фронтового
контакта. Входной величиной х является ток
в обмотке реле , а выходной у - ток в нагрузке.
Когда реле обесточено, якорь реле отпущен.
Поэтому контакт Ф разомкнут и ток в
нагрузке равен нулю (точка а) (рис. 3,а).
В случае увеличения тока в реле и
достижения значения, называемого током
притяжения , якорь реле притягивается,
контакт Ф замыкается и ток возрастает
скачкообразно (точка b ). Дальнейшее
увеличение тока в обмотке реле не влияет на
ток нагрузки, который определяется
сопротивлением нагрузки Rн2
Рис. 3. Релейные
характеристики
контактного реле
1. Электромагнитные реле, общие сведения
При уменьшении тока и
достижении значения,
называемого током
отпускания, реле отпускает
якорь, контакт Ф
размыкается, и ток в нагрузке
становится равным нулю
(точка с). Таким образом, мы
получили частный случай
идеальной релейной
характеристики (см. рис. 1), в
которой увыкл=0.
Релейная характеристика
относительно тылового
контакта показана на
рис.1.3, б.
В этом случае при t = 0 ток
в нагрузке максимален.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЛЕ
В конструкции электромагнитного реле (см. рис. 2) можно выделить
две части: воспринимающую и исполнительную.
Воспринимающая
.
часть реагирует на входную величину х. К ней относятся обмотка,
сердечник, ярмо и якорь, т.е. электромагнит, который реагирует на
значение тока в обмотке. Исполнительная часть, воздействующая на
внешние цепи, представляет собой контактную систему.
1) Реле классифицируют по физической природе величины х и
физическому принципу действия воспринимающей части.
Существуют электрические, механические, тепловые,
пневматические, гидравлические, акустические и оптические реле.
Наибольшее распространение получили электрические реле,
как имеющие относительно простую конструкцию
и высокую надежность.
Механическое реле реагирует на изменение механических величин х:
скорости, ускорения, перемещения в пространстве
или деформации и др.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЛЕ
Центробежное реле (рис. 4, а) реагирует
на изменение частоты вращения вала.
При увеличении частоты вращения под
действием центробежных сил грузы Г
расходятся и подвижная муфта ПМ
перемещается вправо, что приводит
к замыканию контакта К.
Тепловые, или термореле срабатывают
при изменении температуры
окружающей среды или от нагрева
током, который протекает по обмотке.
Биметаллическое термореле (рис. 4, б)
используют в качестве реле времени
или для защиты электрических цепей от
перегрузок по току.
Рис. 4
2. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЛЕ
Биметаллическая пластинка состоит
из двух слоев металлов с разными
температурными коэффициентами
линейного расширения.
При нагреве током, протекающим
по обмотке, слои расширяются
неодинаково и пластина изгибается
в сторону металла с меньшим
температурным коэффициентом
расширения.
В результате изгиба замыкается
контакт.
Рис. 4
2. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЛЕ
Пневматические (рис. 4,в) и гидравлические реле срабатывают
соответственно под действием давления сжатого воздуха или
жидкости. Их удобно применять в технических системах, имеющих
соответствующую компрессорную установку.
В пневматическом реле сжатый воздух из воздушной магистрали 5
поступает в цилиндр 4 и перемещает поршень 3, который с
помощью штока 1 связан с контактной системой.
Контакты замыкаются. При уменьшении давления в воздушной
магистрали поршень под действием пружины 2 перемещается
вправо и контакты размыкаются.
Рис. 4,в
2. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЛЕ
В устройствах автоматики, телемеханики и связи на
железнодорожном транспорте в основном используют
электрические реле.
2) По физическому принципу действия воспринимающей части
электрические реле делятся на
электромагнитные, магнитоэлектрические,
электродинамические, индукционные, электронные,
полупроводниковые, магнитные и др.
Наиболее распространены реле электромагнитного типа
(см. рис. 2).
2. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЛЕ
Работа магнитоэлектрического реле (рис. 5,а)
основана на использовании силы, действующей на проводник
(рамку) 1 с током, размещенный в магнитном поле
постоянного магнита 2.
В электродинамическом реле (рис. 5,б) подвижная обмотка
3 располагается в магнитном поле электромагнита,
состоящего из обмотки 1 и магнитопровода 2.
Рис. 1.5. Магнитоэлектрическое и электродинамическое реле
2. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЛЕ
3) По принципу действия исполнительной части электрические
реле бывают контактные и бесконтактные.
Контактные реле воздействуют на нагрузку Rн вследствие
механического замыкания или размыкания цепей (рис. 6,а).
В бесконтактных реле это осуществляется благодаря резкому
изменению какого-либо параметра цепи (сопротивление,
индуктивность, емкость) без механического размыкания цепи.
В этом случае управлять нагрузкой можно, резко изменяя
сопротивление некоторого элемента (рис. 6,б).
Таким элементом может являться, например, транзистор,
работающий в ключевом режиме (рис. 6,в).
Рис. 6
2. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЛЕ
Достоинством контактного способа коммутации является полное
гальваническое отключение нагрузки, что не обеспечивается
при бесконтактном способе (см. рис. 3 и 1).
Однако контактный способ коммутации имеет более низкую
надежность чем бесконтактный.
4) Электромагнитные реле бывают постоянного или переменного
тока. В основном применяются реле постоянного тока.
Это связано с тем, что их конструкция более проста и, кроме
того, реле постоянного тока можно использовать и в цепях
переменного тока, включая их через выпрямитель.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЛЕ
5) По характеру работы якоря электромагнитные реле
делят на реле с угловым перемещением якоря - поворотный
якорь (см. рис.2) и реле с линейным перемещением якоря - реле
соленоидного типа (рис.1.7). Наибольшее распространение
получили реле с поворотным якорем, так как они потребляют
меньшую мощность. У этих реле три способа возврата якоря в
исходное положение при выключении обмотки: под действием
силы упругости контактных пружин (см. рис.2),
Рис. 2.
Электромагнитное
реле
Рис. 7.
Реле соленоидного
типа: 7-обмотка;
2-ярмо; 3-якорь;
4-контакты
2. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЛЕ
У этих реле три способа возврата якоря в исходное положение при
выключении обмотки: под действием силы упругости контактных
пружин (см. рис.2), под действием собственного веса якоря (рис.8,а)
и под действием специальной возвратной пружины (рис.8,б).
Наиболее надежным является способ возврата под действием веса
якоря, поскольку сила тяжести никогда не исчезает,
а возвратные пружины в процессе длительной работы могут
потерять свойства упругости.
Рис. 8. Реле с поворотным якорем:
1-обмотка; 2- ярмо; 3- сердечник; 4-якорь