Реле и приборы релейного действия, осуществляющие функции автоматического контроля, управления, коммутации, взаимозаклю-чения, являются наиболее распространенными элементами систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи.

Статическая характеристика реле, выражающая связь между выходными и входными параметрами, скачкообразная (рис. 1.13). От увеличения параметра х от 0 до х

_ср

параметр у не изменяется и остается равным у

_тт

. Когда х достигает значения х

_ср

, выходной параметр изменяется скачком от у

_тт

до t/

_max

. Дальнейшее увеличение х не вызывает изменений параметра у.

При уменьшении х до значения лг

_0Т

п<1 -*г

_ср

у не изменяется, и только если х=х

_07Пу

то у уменьшается скачком до значения у

_т1Л

. Отношение Кв = х

_0ТП

/х

_С

р называется коэффициентом возврата реле, а отношение рабочего параметра к параметру срабатывания Кз — Хр/хср — коэффициентом запаса. Обычно у реле К

_в

= 0,3- 0,9, а К

_л

= 1,14-2.

Входному параметру дг

_ср

соответствует мощность срабатывания Р

_С

р, или управляющая мощность. Мощность Ру, многократно коммутируемая на выходе реле, называется управляемой мощностью. В зависимости от физической величины, на которую реагирует реле, их подразделяют на электрические, тепловые, магнитные, оптиче ские и т. д. Наибольшее распространение нашли электрические реле, которые делятся на электромагнитные нейтральные, электромагнитные поляризованные, индукционные, магнитоэлектрические, термические, электронные и др. В зависимости от управляющего тока различают реле постоянного и переменного тока.

Реле должны иметь небольшие габаритные размеры и массу, достаточно большое число исполнительных контактов, малую мощность срабатывания (высокую чувствительность), высокое быстродействие.

Примерные параметры наиболее распространенных типов реле приведены в табл. 1.2.

Электромагнитные реле постоянного тока. Их подразделяют н ; нейтральные и поляризованные. Нейтральные реле одинаково реагируют на постоянный ток любой полярности в его обмотке. Существует несколько конструкций электромагнитных реле Чаще всего используют реле с поворотным якорем (рис 1.14). Сердечник 8, ярмо 10 и якорь 6 образуют магнитную цепь реле — магнитопровод. На сердечнике находится каркас 5 с одной или несколькими обмотками 9, имеющими выводы 1. При протекании электрического тока по обмотке якорь притягивается к сердечнику. Движение якоря через непроводящую колодку 3 передается на контактные пружины 2, в результате чего замыкаются одни и размыкаются другие контакты. Когда ток выключается, якорь возвращается в исходное состояние под действием контактных пружин и возвратной пружины 4.

В якорь против оси сердечника запрессован выступающий немагнитный штифт 7, который не позволяет якорю вплотную прилегать к сердечнику и тем самым предохраняет от «залипания» при выключении тока. Такую конструкцию имеют наиболее распространенные реле типов РКН, РЭМ, КДР, РЭС, НМШ и др.

Наиболее ответственными элементами реле, работающими в тяжелых условиях и определяющими надежность и срок службы реле, являются контакты, переключающие управляемые цепи. Контакты делят на замыкающие, или фронтовые (рис. 1.15, а) (при отсутствии сигнала в обмотке они разомкнуты, а при наличии тока в обмотке возбуждения они замыкаются); размыкающие, или тыловые (рис. 1.15, б) (при отсутствии сигнала они замкнуты и разомкнуты при наличии сигнала в обмотке реле) и переключающие (рис. 1.15, в) (с общим подвижным контактом).

Главной причиной разрушения контактов является газовый разряд, со-

Рис. 1 14. Конструкция нейтрального реле с поворотным якорем

Рис 1 13 Статическая характеристика реле

провождаемый появлением искры и возникающий при размыка ний контактов Особенно сильный и затяжной разряд появляется при разрыве цепи, содержащей индуктивность, вследствие перенапряжения на контактах. Для уменьшения искры и увеличения срока службы контактов применяют искрогасящие контуры, особые конструкции контактов и др. Наиболее часто используют искро гасящие контуры, включаемые параллельно контакту или нагрузочной цепи {RL), коммутируемой контактами. Назначение искрогасящих контуров — уменьшение напряжения на контактах при их размыкании Существуют два варианта реализации искрогасящих контуров: первый при помощи диода Д (рис. 1.16, а), подключенного параллельно нагрузке, и второй — последовательного контура гС (рис. 1.16, б), подключенного параллельно контакту К. Для искро-гашения часто параллельно нагрузке или контакту включают нелинейные резисторы (варисторы) При рабочем напряжении сопротивление варистора велико и не оказывает влияния на работу схемы. В момент размыкания контакта в цепи индуктивной нагрузки и резкого увеличения напряжения сопротивление варистора резко падает, ограничивая перенапряжение на контактах.

Быстродействие реле характеризуется двумя параметрами: временем срабатывания t

_cp

и временем отпускания t

_OTn

. Временем срабатывания называется время, отсчитанное от момента подачи сигнала на обмотку до замыкания фронтовых контактов; временем отпускания — время от момента выключения сигнала с обмотки до замыкания тыловых контактов.

В устройствах автоматики, телемеханики и связи часто необходимо изменять временные параметры реле. Время срабатывания и время отпускания могут изменяться конструктивными и схемными способами. Наиболее эффективный конструктивный метод увеличения времени срабатывания и отпускания заключается в установке на сердечнике короткозамкнутого витка, втулки или кольца. При изменении тока в обмотке реле в этом витке наводится э.д.с. и протекает ток, создающий магнитный поток, противодействующий изменению основного магнитного потока. В этом случае процесс притягивания и отпускания якоря замедляется.

Схемные методы уменьшения и увеличения временных параметров заключаются в подключении последовательно иди параллельно обмотке различных комбинаций элементов — активных и реактивных, линейных и нелинейных. В схеме с шунтирующим диодом (рис. 1.17, а) при размыкании контакта К ток, вызванный э.д.с. самоиндукции, замыкается по обмотке реле Р и диоду Д и реле Р некоторое время остается под током. Время і

_отп

увеличивается, а ?

_ср

практически не изменяется. В схеме с шунтирующим конденсатором (рис 1.17, б) при замыкании контакта К ток в начальный момент протекает по резистору г и конденсатору С. По мере заряда конденсатора напряжение на обмотке реле Р растет и оно срабатывает; время ^.увеличивается. Когда контакт К размыкается, конденсатор разряжается на обмотку Р, что повышает і

_отл

. При значительных емкостях (С= 1004-2000 мкФ) и использовании реле с большим сопротивлением обмотки (1 -10 кОм) последняя схема способна обеспечить время ^

_отп

от десятых долей до десятков секунд.

Магнитоуправляемый контакт (контакттрон) (рис 1.18) состоит из двух основных частей; геркона — герметизированного управляемого контакта с ферромагнитными пружинами и источника управляющего магнитного поля (катушка возбуждения или постоянный магнит).

Простейший геркон — два отрезка ферромагнитной проволоки (язычка) / и 2, впаянных в герметичную капсулу 3. Язычки перекрываются, образуя контактирующие поверхности. Капсула заполнена инертным газом или в ней создается разряжение. Такая среда, в которой работают контакты, существенно повышает их надеж ность. Капсула находится внутри катушки 5 с обмоткой возбуждения 4.

Действие магнитоуправляемого контакта основано на использовании сил взаимодействия, возникающих в магнитном поле между ферромагнитными телами. Эти силы вызывают деформации и перемещения ферромагнитных электродов, проводящих ток, что можно предусмотреть для коммутации электрических цепей. Если по обмотке возбуждения проходит ток, то создается магнитный поток, силовые линии которого замыкаются через ферромагнитные пружины (язычки) и зазор. Вследствие этого возникает электромагнитное усилие, притягивающее пружины друг к другу; контакт замыкается. При уменьшении магнитного поля ниже определенного значения пружины под действием упругих сил возвращаются в исходное состояние, и контакт размыкается.

Для увеличения числа контактных групп внутри обмотки можно разместить несколько герконов. Имеются герконы, работающие на размыкание и переключение. Наиболее распространенные типы реле с магнитоуправляемыми контактами — РЭС42, РЭС43 и РЭС44 соответственно с одним, двумя и тремя герконами, работающими на замыкание.

По сравнению с электромагнитными — реле на основе магнитоуправляемых контактов обладают большим быстродействием (доли миллисекунд), более высокой стабильностью электрических и механических параметров, малой себестоимостью, высокой надежностью (предельное число переключений 10

⁷

-10

⁹

, тогда как у электромагнитных реле 10

⁵

-10

⁷

).

Поляризованные реле (рис. 1.19) реагируют не только на значение входного сигнала (как нейтральные), но и на его полярность. Основные достоинства поляризованных реле — высокие чувствительность и быстродействие (см. табл. 1.1). Намагничивающие обмотки 1 и 4 создают в ярме 5 рабочий магнитный поток Ф

_р

, постоянный магнит 6 — поляризующий магнитный поток Ф

₀

.

Тяговое усилие, действующее на якорь 3, определяется совокупностью независимых потоков Ф

₀

и Ф

_р

. Изменение направления тягового усилия при изменении полярности тока в обмотках реализуется вследствие того, что при этом меняется направление рабочего потока Ф

_р

относительно поляризующего Фо. Поляризующий ПОТОК Фо, выходя из якоря, разветвляется на два потока Фг и Фг, значения которых определяются проводимостями воздушных зазоров справа б) и слева бг от якоря. В зависимости от полярности напряжения, поданного на обмотки, рабочий поток Ф

_р

вычитается из потока Фг в зазоре слева от якоря и складывается с потоком Ф1 в зазоре справа или наоборот. Результирующее тяговое усилие, действующее на якорь, будет направлено в сторону того зазора, где потоки складываются. В указанном положении якорь притянут к правому контакту 2. При снятии сигнала с обмотки якорь будет находиться в том положении, которое он занимал до выключения сигнала.

Наибольшее распространение в устройствах связи нашли малогабаритные поляризованные реле типов РП-4, РП-5 и РП-7,

а в устройствах железнодорожной автоматики — реле типов ИМШ, ПМПШ, ПМШ, ПМП.

Комбинированные реле типов КШ и КМШ представляют собой сочетание нейтрального и поляризованного реле с общей магнитной системой. Они имеют нейтральный и поляризованный якоря. При прохождении через обмотки реле тока любой полярности нейтральный якорь притягивается, в результате чего замыкаются управляемые им фронтовые контакты. Перебрасывание поляризованного якоря и замыкание управляемых им контактов происходят в зависимости от полярности тока в обмотках реле. Комбинированное реле может находиться в трех различных состояниях: без тока, возбуждено током прямой и обратной полярности.

Реле переменного тока. Из реле переменного тока в устройствах железнодорожной автоматики применяют фазочувствительные двухэлементные секторные штепсельные реле типа ДСШ (ДСШ-2, ДСШ-12, ДСШ-13, ДСШ-13А). Их используют в качестве путевых реле, а их фазовую чувствительность — для контроля короткого замыкания изолирующих стыков.

Реле состоит из двух магнитных систем (рис. 1.20), называемых элементами. Местный элемент имеет сердечник 3 с катушкой 4, подключенной к источнику опорного напряжения. Путевой элемент содержит сердечник 10 с катушкой 1, которая подключается к рельсовой цепи. Между полюсами сердечников местного и путевого элементов расположен алюминиевый сектор 8, который вращается на оси и при помощи коромысла 5 и тяги 6 управляет контактами 7. Вращающий момент, действующий на сектор, при пропускании по местной и путевой обмоткам соответственно токов /

_м

и /

_п

:

Мэ — К/м/п sin ф,

где К — коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции реле;

Ф — угол сдвига фаз между токами /

_м

и /„.

При соответствующем токе /

_п

(значение тока /„ не меняется), а также определенных фазовых соотношениях создается вращающий момент, перемещающий сектор в верхнее положение. Коромысло 5 поворачивается, тяга 6 поднимается и общий контакт О замыкается с фронтовым Ф. При выключении тока /

_п

момент М

_э

становится равным нулю и сектор под действием собственного веса перемещается вниз, переключая контакты обратно. Движение сектора ограничивается роликами 9 и 2. Изменение фазы тока /

_п

на 180° приводит к созданию вращающего момента М

_э

, прижимающего сектор к ролику 9, а тыловой контакт остается замкнутым.

Условные обозначения реле. Специальная маркировка реле состоит из букв и цифр, которые занимают определенное место в обозначении. Первая буква или сочетание двух первых букв указывает на физический принцип действия реле: Н — нейтральное, П — поляризованное К — комбинированное, И — импульсное, ДС — двухэлементное секторное. Буква М стоящая на втором месте в условном обозначении штепсельных реле, указывает на малогабаритное исполнение. Буква М отсутствует у малогабаритных автоблокировочных реле, у которых первая буква в обозначении А. Пусковые реле с усиленными контактами в условном обозначении имеют буквы П, а реле с выпрямителем — букву В. При штепсельном соединении реле с другими приборами в обозначении реле имеется буква Ш, а при разборном болтовом — буква Р. У медленнодействующих реле в обозначении имеется буква М, а у реле с термоэлементом — буква Т. После указанных букв ставится цифра, характеризующая контактную систему реле. У штепсельных реле цифра 1 указывает на наличие восьми контактных групп на переключение; 2 — четыре переключающих контакта; 3 — два переключающих и два замыкающих; 4 — четыре переключающих и четыре замыкающих; 5 — два переключающих и два размыкающих. Следующие цифры после тире указывают общее суммарное сопротивление обмоток постоянному току при последовательном их включении. Если обмотки включаются раздельно или имеют различное сопротивление, то их сопротивление указывается дробным числом. Для ряда типов реле указанная номенклатура не выдерживается. Расшифровка полной номенклатуры цекоторых типов реле:

НМШ2-1000-нейтральное, малогабаритное, штепсельное с четырьмя контактными группами на переключении и общим сопротивлением обмоток 1000 Ом;

НМШМ4-100/1300 — нейтральное, малогабаритное, штепсельное, медленнодействующее с четырьмя переключающими и четырьмя замыкающими контактными группами и сопротивлением обмоток 100 и 1300 Ом;

КМШ-750 — комбинированное, малогабаритное, штепсельное с общим сопротивлением обмоток 750 Ом;

АНШ5-1600-автоблокировочное, малогабаритное, штепсельное с двумя переключающими и двумя размыкающими контактными группами и сопротивлением обмоток 1600 Ом;

ИМВШ-110 — импульсное, малогабаритное, с выпрямителем, штепсельное, сопротивление обмотки ПО Ом.

В устройствах связи широкое распространение получили реле: РПН — плоское нейтральное; РКН — круглое нейтральное; РЭС — реле электросвязи; РП — реле поляризованное.

К реле железнодорожной автоматики и телемеханики предъявляются требования по обеспечению безопасности движения поездов. По надежности действия реле подразделяют на первый и второй классы. Основные требования, предъявляемые к реле первого класса: отпускание якоря после обесточивания обмотки должно происходить под действием собственного веса; несвариваемость контактов, что обеспечивается изготовлением общих контактов из иного материала, чем фронтовые и тыловые. К реле первого класса относятся все реле типов НШ, НМШ, ДСШ, КШ, КМШ, АНШ, НР и ряд других. Обмотки реле первого класса изображаются на схемах в виде окружностей, а обмотки реле низших классов, как правило,- в виде прямоугольников.

Трансмиттеры. Наибольшее применение нашли маятниковые и кодовые путевые трансмиттеры.

Маятниковые трансмиттеры типа МТ-1 используют для импульсного питания рельсовых цепей в устройствах автоблокировки (см. п. 6.3), а типа МТ-2 служат для управления работой мигающих огней светофоров в устройствах электрической централизации, автоблокировки и переездной сигнализации. Маятниковый трансмиттер типа МТ-1 замыканием и размыканием контактов вырабатывает импульсную последовательность с временными параметрами (рис. 1.21, а), а МТ-2 — две последовательности с периодом Т= 1,5 с (рис.Л.21, б). Маятниковые трансмиттеры МТ-1 и МТ-2 получают питание от источника постоянного тока 12 или 24 В.

Кодовые путевые трансмиттеры КПТ (рис. 1.22, а и б) формируют кодовые комбинации числового кода, которые используют в системах числовой кодовой автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации. Эти трансмиттеры имеют следующие основные части: асинхронный однофазовый электродвигатель 8; червячный редуктор 9 и 7, снижающий угловую скорость вращения двигателя; кулачковые шайбы 6, 5, 4 с контактами 1, 2 и 3. Кулачковые шайбы имеют по окружности разное число выступов и при вращении замыкают и размыкают контакты. За один оборот кулачковая шайба 6 3 раза замыкает контакт, формируя код зеленого огня; кулачковая шайба 5 2 раза замыкает контакт — код желтого огня, шайба 4 делает одно замыкание в цикле (цикл в данном случае формируется за половину оборота) — код красно-желтого огня. Временные параметры импульсов, вырабатываемые кодовыми путевыми трансмиттерами типов

Рис 1 21 Временные параметры импульсов маятниковых трансмиттеров типа МТ-1 (а) и МТ-2 (б)

Рис. 1 22. Кодовый путевой трансмиттер типа КПТ:

обшии вид (а) принцип действия (б), временные параметры (в)

К.ПТ-5 и КДТ-7, показаны на рис. 1.22, в. Двигатели КПТ-5 и КПТ-7 получают питание от источника переменного тока напряжением ПО или 220 В. В последнее время применяют бесконтактные типы трансмиттеров.