Реле и приборы релейного действия

Принцип действия реле и их классификация

Наиболее распространенными
элементами систем
железнодорож­ной автоматики и
телемеханики
являются реле и
приборы релей­ного действия,
при помощи которых осуществляются
процессы автоматического управления,
регулирования и контроля движения
поездов.

Основным отличием реле
и приборов релейного действия от дру­гих
элементов автоматики и телемеханики
является скачкообраз­ное изменение
выходной величины у
при плавном изменении вход­ной величины
х
(рис.
3.1). При
изменении входной величины от нуля до
х_ср
выходная величина
у
остается постоянной и равной нулю (или
близкой к нулю). После достижения входной
величиной значения х_ср
(срабатывания) скачкообразно изменяется
выходная величина от нуля до у₁.
При дальнейшем изменении входной
вели­чины выходная величина не
изменяется и остается равной у₁.
При уменьшении входной величины до х_о
(отпускания) выходная вели­чина
скачкообразно уменьшается до нуля и
остается неизменной.

Рис. 3.1. Характеристика
реле

 В устройствах
железнодорожной автоматики и телемеханики,
как правило, применяют реле и приборы
релейного действия, в которых входными
и выходными являются электрические
величины (ток и на­пряжение).
Если скачкообразное изменение тока в
выходной цепи достигается физическим
размыканием цепи, то такой элемент
назы­вают
контактным реле,
или просто реле.
Если скачкообразное изменение тока в
выходной цепи обусловливается изменением
внут­реннего состояния элемента
(внутреннего сопротивления, проводи­мости,
индуктивности и т. п.) без физического
размыкания цепи, то такой элемент
называют прибором
релейного действия,
или бесконтактным
реле.

 

Рис. 3.2. Схема электромагнитного реле

 

Основной частью реле
(рис.
3.2) является
электромагнит
— наиболее простой преобразователь
электрического сигнала в меха­ническое
перемещение.
Электромагнит состоит из обмотки 1
с сер­дечником 2,
ярма 3
и подвижной части 4,
называемой якорем.
Якорь воздействует на исполнительный
орган — контакты 5.

При прохожде­нии
тока по обмотке возникает магнитный
поток; магнитные силовые линии замыкаются
через воздушный зазор, пронизывают
якорь, который под действием электромагнитных
сил притягивает­ся, замыкая контакты.
Это явление называется срабатыванием
(возбуждением) реле.
При выключении тока якорь под действием
силы тяжести (собственного веса) или
сил реакции контактных пружин возвращается
в исходное состояние, размыкая контакты.
Это явление называется отпусканием
(обесточиванием) реле.

Для условного обозначения
состояний элементов автоматики и
телемеханики, в том числе и реле, применяют
двоичную систему счисления:
возбужденное состояние
реле обозначают символом
1, обесточенное — символом 0.

 

Контактные реле.  

До­стоинства:
Контактные реле получили наибольшее
распространение в экс­плуатируемых
устройствах железнодорожной автоматики
и теле­механики благодаря их простоте
и надежности работы.
К их до­стоинствам следует отнести:

• возможность одновременного
  независимого переключения нескольких
  выходных цепей
  постоянного и пере­менного тока, что
  обусловлено наличием раздельных групп
  контак­тов у этих элементов. При этом
  выходные цепи оказываются гальванически
  не связанными одна с другой и с входной
  цепью.

• малые потери мощности
  в контактном переходе,

• практически бесконечное
  отношение сопротив­лений контакта
  в разомкнутом и замкнутом состояниях,

• независи­мость от
  воздействия электрических и магнитных
  полей, высокая электрическая прочность

Недостатки:
контактные реле имеют относительно
большие размеры и массу, небольшой срок
службы, особенно при работе в импульсном
режиме, недостаточное быстродействие,
обусловленное наличием механических
перемещений при работе реле.

Бесконтактные
приборы
Указанные недостатки в основном могут
быть устранены применением бесконтактных
реле, у которых отсутствуют подвижные
трущиеся элементы. В связи с бурным
развитием электроники
бесконтактные приборы получают все
более широкое внедрение. Бесконтактные
приборы обладают большим быстродействием,
имеют малые размеры и массу, менее
подвержены воздействию вибрации,
наблюдающейся при проследовании
подвижного состава.

Вместе с тем бесконтактные
приборы релейного действия
имеют и существенные недостатки, которые
связаны с трудностью построения
бесконтактных элементов, отвечающих
одному из основных требова­ний к
устройствам СЦБ — исключению
опасных положений
при по­вреждении отдельных элементов
схем. При использовании бескон­тактных
реле возникает трудность одновременного
коммутирования нескольких выходных
цепей, гальванически не связанных друг
с дру­гом. Указанные недостатки
ограничивают область применения
бес­контактных реле в устройствах
железнодорожной автоматики и те­лемеханики,
поэтому в ответственных исполнительных
цепях, а также при необходимости
коммутации нескольких гальванически
не связан­ных выходных цепей сохраняются,
как правило, контактные
реле, ко­торые непрерывно совершенствуются.

В перспективе наиболее
приемлемым следует признать оптималь­ное
сочетание контактных и бесконтактных
приборов.

  Классификация
и основ­ные характеристики контактных
реле.

 

По надежности действия
реле подразделяются на
I и низшие клас­сы надежности.

К реле
I класса надежности
относятся реле, у которых возврат
якоря при
выключении тока в обмотках обеспечивается
с максималь­ной гарантией и осуществляется
под действием
собственного веса (силы тяжести).
Реле I класса надежности имеют также
следующие дополнительные свойства,
обеспечивающие высокую надежность их
действия:

• несвариваемость
  фронтовых контактов,
  замыкающих наиболее ответственные
  цепи при возбужденном состоянии реле;
  для этого фронтовые контакты изготовляют
  из графита с примесью серебра, а остальные
  контакты — из серебра;

• надежное
  контактное нажатие
  и сравнительно большие меж­контактные
  расстояния (нажатие на фронтовые
  контакты не ме­нее 0,3 Н, на тыловые —
  не менее 0,15 Н), зазор между контактами
  при крайних положениях якоря должен
  быть не менее 1,3 мм;

• исключение
  залипания якоря
  при выключении тока в обмотке реле, что
  обеспечивается наличием антимагнитных
  штифтов на якоре.

Реле I класса надежности
применяют во всех системах автоматики
и телемеханики без
дополнительного схемного контроля
отпускания якоря.

У реле
низших классов надежности
возврат якоря при выключе­нии тока в
обмотках реле может обеспечиваться как
под действием собственного веса, так и
под действием сил реакции контактных
пру­жин. Эти реле, как правило, используют
в схемах, не связанных непо­средственно
с обеспечением безопасности движения
поездов При использовании этих реле в
ответственных цепях (дешифраторы
автоблокировки и АЛС, путевые реле
импульсных рельсо­вых цепей и др.)
предусматривают обязательный
схемный контроль притяжения и отпускания
якоря реле при
непрерывной импульсной работе. Если же
эти реле работают в ответственных цепях
с непрерыв­ным питанием, то применяют
их дублирование (параллельное
или последовательное включение обмоток
реле и последовательное вклю­чение
контактов).

 

По принципу действия
реле подразделяют на следующие типы:

электромагнитные,
в основу действия которых положено
свойство электромагнита притягивать
якорь и переключать связанные с ним
контакты при протекании по обмотке
тока. Электромагнитные реле получили
наиболее широкое распространение в
железнодорожной и промышленной автоматике
и телемеханике;

индукционные
(двухэлементные), работающие от
взаимодей­ствия переменного магнитного
потока одного элемента и тока,
инду­цируемого в легком подвижном
секторе переменным магнитным пото­ком
другого элемента. Индукционные реле
работают только от пере­менного тока;

электротермические,
основанные на явлении расширения тел
при нагревании; чаще всего в
электротермических реле применяют
биметаллические пластины, изгибающиеся
при нагревании, и замыка­ющие контакты,
связанные с биметаллическими пластинами.

 

По роду питающего
тока реле
подразделяются на реле постоянно­го,
переменного и постоянно-переменного
тока.

Реле постоянного тока
подразделяются на нейтральные,
поляризованные
и комбинированные.

 

В зависимости от
времени срабатывания
реле делятся на быстродействующие
— с временем срабатывания на притя­жение
и отпускание до 0,03 с; нормальнодействующие
— с временем срабатывания до 0,3 с;
медленнодействующие
— с временем срабатывания до 1,5 с;
временные
(реле выдержки вре­мени) — с временем
срабатывания свыше 1,5 с.

 

Реле имеет два
состояния —
рабочее (возбужденное) и нерабочее
(обесточенное). В рабочем состоянии реле
возбуждено током, якорь его притянут,
верхние, нормально разомкнутые (фронтовые)
контак­ты замкнуты. В нерабочем
положении через обмотку реле ток не
про­текает (или он ниже тока отпускания),
якорь находится в отпущен­ном положении,
при этом замыкаются нижние, нормально
замкнутые (тыловые), контакты.

Напряжение и ток, при
которых якорь притягивается до упора
и замыкаются фронтовые контакты, называют
напряжением и током срабатывания,
а напряжение и ток, при котором проис­ходит
отпускание якоря,– напряжением (током)
отпус­кания.
Номинальное рабочее напряжение всегда
несколько выше напряжения срабатывания
(обычно в 1,5 раза).

Отношение напряжения
(тока) отпускания U_o
к напряжению (то­ку) срабатывания U_cp
характеризует коэффициент
возврата реле

или


.

Для
большинства реле, используемых в
устройствах СЦБ, коэффи­циент возврата
находится в пределах от
0,25 до 0,5.

 

В устройствах
автоблокировки
реле рассчитаны
на номинальное
рабочее напряжение 12 В, а в стан­ционных
устройствах, как правило, — на
24 В.

 

На железных дорогах
применяют реле трех видов: малогабарит­ные
штепсельные реле
(НМШ, АНШ, ОМШ, АШ), предшествующие им
большие штепсельные
реле (НШ, КШ) и наиболее ранние не­штепсельные
реле, соединение
контактов которых с внешними монтажными
проводами осуществляется болтовыми
соединениями (HP,
KP
и др.).

При проектировании и
новом строительстве
устройств предусмат­ривают использование
малогабаритных
штепсельных реле,
которые изготовляются двух типов: в
защитном кожухе (колпаке) для установки
в релейных шкафах и на стативах, и
открытые (без кожуха) для установки в
релейных блоках электрической
централи­зации.

 

Применяемые в устройствах
железнодорожной автоматики и теле­механики
реле имеют специальную
маркировку
(условное наименова­ние),
состоящую из букв и цифр, занимающих
определенное место в обозначении.

Первая буква или
сочетание двух первых букв в обо­значении
указывают на физический принцип действия
реле: Н
— ней­тральное, П
— поляризованное, К
— комбинированное, СК
— само­удерживающее комбинированное,
И
— импульсное, ДС
— индукци­онное переменного тока
(двухэлементное секторное).

Буква М,
стоя­щая на втором месте в условном
обозначении штепсельных реле, ука­зывает
на малогабаритное исполнение реле в
отличие от ранее вы­пускавшихся
больших штепсельных реле, в которых
буква М отсут­ствует. Буква М отсутствует
также у малогабаритных реле автобло­кировки,
у которых буква А
означает, что это реле автоблокировки
малогабаритное.

У пусковых реле в
условном наименовании имеется буква
П,
а у реле с выпрямителями — буква В.

Конструкция реле,
которая характеризуется в основном
видом электрического контактного
соединения с другими приборами,
обо­значается буквой Ш
(штепсельное) или Р
(реле с разборным бол­товым соединением).

Условные буквенные
обозначения некоторых типов реле
расшиф­ровываются следующим образом:
НМШ — нейтральное малогаба­ритное
штепсельное; НМПШ — нейтральное
малогабаритное пуско­вое штепсельное;
ИМВШ — импульсное малогабаритное
штеп­сельное с выпрямителем; НШ —
нейтральное штепсельное (боль­шое);
НПР—нейтральное пусковое с болтовым
соединением (не­штепсельное);
ДСШ—двухэлементное секторное штепсельное.

У медленнодействующих
на отпускание реле в обозначении имеет­ся
дополнительная буква М,
а у реле с замедлением на срабатывание,
достигаемым с помощью термоэлемента,
— буква Т,
например НМШМ — нейтральное малогабаритное
штепсельное медленнодей­ствующее;
НМШТ — нейтральное малогабаритное
штепсельное с термоэлементом; НРТ —
нейтральное с болтовым соединением и
тер­моэлементом.

 

Цифра после указанных
букв характеризует контактную систему
реле. У штепсельных
реле цифра 1
указывает на наличие восьми
кон­тактных групп
на переключение 8 фт
(ф — фронтовой,
т
— тыловой контакты); цифра 2 обозначает
четырехконтактные
реле (4 фт);
цифра 3 указывает
на наличие у реле двух контактных
групп на пере­ключение и двух фронтовых
контактов (2 фт,
2 ф);
цифра 4 обознача­ет
четыре полных тройника и четыре фронтовые
контакта (4 фт,
4 ф); цифра
5 указывает на наличие двух
тройников на переключение и двух тыловых
контактов (2 фт,
2 т).

У реле типа HP
цифра 1 указывает на наличие шести групп
кон­тактов, цифра 2 и цифра 3 — на
наличие двух групп контактов. У некоторых
типов реле (ДСШ, ИМШ и др.) цифры,
характеризую­щие контактную систему,
не ставят.

Второе число, которое
пишется через черточку, указывает
на значение общего сопротивления
обмо­ток постоянному току при
последовательном включении обмотки
(НМШ 1-1800, АНШ2-1600, НР2-2000).

Если обмотки включают
раздельно или они имеют различное
со­противление, то его значение
указывают дробью: в числителе указывают
сопротивление первой катушки (расположенной
ближе к основанию у штепсельных реле и
левой — у реле типа HP),
а в зна­менателе — второй.

 

Полные номенклатуры
некоторых типов реле расшифровываются
так:

НМШ 1-1800 — нейтральное
малогабаритное штепсельное реле с
восемью контактными группами и общим
сопротивлением обмоток, включенных
последовательно, 1800 Ом;

НМПШ2-400 — нейтральное
малогабаритное пусковое штепсельное
реле с четырьмя контактными группами
на переключение и сопротивлением обмоток
400 Ом;

НМПШ3-0,2/220 — нейтральное
малогабаритное пусковое штепсель­ное
реле с контактной системой 2 фт,
2 ф
и сопротивлением обмоток 0,2 и 220 Ом;

НРВ1-250 — нейтральное
с выпрямителем и болтовым соединением
контактов, шестиконтактное, сопротивление
обмоток по­стоянному току — 250 Ом.

Рассмотренная выше
система обозначений выдерживается не
для всех типов реле. Например, у огневых
и аварийных реле первая буква указывает
на назначение реле: ОМШ-40 — огневое
малогабаритное штепсельное четырехконтактное
с сопротивлением обмоток 40 Ом; АШ2-110/220
— аварийное штепсельное четырехконтактное
на номи­нальное напряжение 110 и 220 В.

У нейтрального реле
типа РЭЛ бук­вы в обозначении указывают:
реле электромагнитное разработки
Ле­нинградского электромеханического
завода.

 

Реле в защитном кожухе
изготовляют для работы при температу­ре
окружающей среды от -50 до +60 °С и
относительной влаж­ности до 90 % (при
температуре +20 °С), а открытые реле,
предназ­наченные для установки в
релейных блоках, — при температуре
окру­жающей среды от +5 до +35 °С и
относительной влажности до 80% (при
температуре +20°С).

 

Условные графические
обозначения реле в электрических схе­мах

приведены в табл.
3.1.

Таблица 3.1

Вопросы
для самоконтроля : Принцип
действия реле и их классификация

1)  
Поясните принцип действия прибора
релейного действия (рис.
3.1).

2)   Объясните
работу электромагнитного реле (рис.
3.2).

3)   Достоинства
и недостатки контактных реле.

4)   Перечислите
свойства, которыми должно обладать реле
I
класса надежности.

5)   Классификация
реле по принципу действия.

6)   Классификация
реле по времени срабатывания.

7)   Что понимают
под величиной коэффициент возврата
реле.

8)   Какая информация
содержится в маркировке реле.

9)   Что означают
первые буквы маркировки (Н, К, СК, П, ДС,
А, И).

10)     О чем
говорит наличие буквы «В» в маркировке.

11)     О чем
говорит наличие буквы «М» в маркировке.

12)     Какую
информацию несет цифровая маркировка.

13)    
Обозначение обмоток реле в электрических
схемах.

Элементы магнитных систем реле.

 

Магнитная система
реле должна обеспечивать его срабатывание
при малой потребляемой мощности и
небольших размерах.

Якорь.
При выключении тока должно обеспечиваться
надежное отпускание якоря, поэтому для
изготовления магнитных систем реле
(сердечников, ярма и якоря) применяют
магнитомягкие
материалы:
электротехнические
стали и сплавы на основе железа с другими
ме­талами: никелевые сплавы, кобальтовые
сплавы и др.

Электротехнические
стали являются наиболее дешевыми
магнит­ными элементами, поэтому их
широко применяют при изготовлении
магнитных реле.

Эти материалы:

• обеспечивают большой
  магнитный поток при малой напряженности
  поля, создаваемый катушкой;

• малой потерей энергии
  на перемагничивание;

• хорошей износоустой­чивостью
  с целью сохранения магнитных свойств.

В магнитных элементах
реле систем железнодорожной автомати­ки,
обеспечивающих безопасность движения
поездов, особенно
неже­лательным
является наличие остаточной
индукции (намагничива­ния),
так как это ухудшает стабильность
параметров реле, снижает коэффициент
возврата, увеличивает время отпускания
якоря и, что
особенно опасно,
может привести к залипанию его.

Для исключения
залипания якоря
на нем устанавливают упорный штифт из
немагнит­ного материала (обычно
бронзы),
гарантирующий минимальный воз­душный
зазор между якорем и сердечником.

Магнитные элементы
реле переменного
тока изготовляют
из от­дельных пластин электротехнических
сталей толщиной 0,35—0,50 мм с повышенным
содержанием кремния для снижения потерь
на вихревые токи.

 Постоянные магниты
поляризованных и комбинированных реле
изготовляют из магнитотвердых
материалов,
обладающих высокой остаточной индукцией.
Постоянные магниты обычно делают из
сплавов железа с вольфрамом, хромом,
кобальтом или никелем. Одним из лучших
магнитных сплавов является альникосплав,
содержащий алюминий, никель и кобальт.

Работа
реле (притяжения,
отпускания якоря и переключения
контактов) во
многом определяется тяговой
и механической
(на­грузочной) характеристиками реле.

 Тяговой
характеристикой
называют зависимость элек­тромагнитного
усилия от воздушного зазора между якорем
и сердеч­ником. Это усилие при уменьшении
воздушного зазора


и неизмен­ных намагничивающих силах
непрерывно возрастает. При увеличении
намагничивающих сил катушки электромагнитное
усилие Fэ
возрастает.

Механической
характеристикой
называют зависи­мость противодействующего
усилия от размера зазора между якорем
и сердечником. Механическая характеристика
реле может быть полу­чена измерением
усилия Fм
на якоре в различных его положениях
(обмотка реле при измерениях должна
быть выключена). Механи­ческая
характеристика реле зависит от типа и
конструкции реле, так как механические
усилия различных реле отличаются.

Срабатывание реле
будет обеспечено лишь в том случае, если
тя­говая характеристика находится
выше механической. Естественно, что
реле отпустит якорь в том случае, если
тяговая характеристика при намагничивающих
силах отпускания будет ниже механической
характеристики.

Вопросы
для самоконтроля по пункту:
Элементы
магнитных систем

1. Применение магнито-мягких
   материалов для изготовления реле.

2. Применение магнито-твердых
   материалов для изготовления реле.

3. Что называют тяговой
   характеристикой (рис.
   3.3).

4. Что называют механической
   характеристикой (рис.
   3.3).

Контактная система реле

 Наиболее ответственными
элементами, определяющими надеж­ность
действия и срок службы, являются контакты,
которые пе­реключают электрические
цепи.

Особенно высокие
требования предъ­являют к контактам
реле, работающим в импульсном режиме:
трансмиттерные и импульсные реле кодовой
автоблокировки производят около 50 млн.
переключений в год.

От надежности работы
реле зависит действие автоблокировки,
бесперебойность и без­опасность
движения поездов, поэтому контакты реле
должны удовлетворять ряду технических
требований, чтобы обеспе­чивать
надежное переключение электрических
цепей.

Основными параметрами
контактов являются:

• переходное
  сопро­тивление,

• контактное
  нажатие,

• коммутируемая
  мощность (напря­жение, ток)

• температура
  нагрева.

 

Переходное сопротивление
должно быть небольшим, поэтому контакты
в большинстве случаев изготов­ляют
из металлов, обладающих высокой
электрической проводи­мостью (серебро,
платина, золото, красная медь, а также
некоторые сплавы и металлокерамические
композиции).

Наилучшими свойства­ми
обладает серебро: переходное сопротивление
контактов из серебра сохраняется низким
(не более 0,03 Ом) даже после окисления,
по­скольку проводимость окиси серебра
равна проводимости чистого серебра.

Контакты большей части
реле железнодорожной автоматики и
телемеханики, за исключением фронтовых
контактов реле I класса надежности,
изготовляют из серебра. Так как фронтовые
контакты реле I класса надежности
замыкают ответственные цепи, то должна
исключаться
возможность сваривания
этих контактов, поэтому для изготовления
фронтовых контактов применяют графит
с серебряным наполнителем (графито-серебряная
композиция), а
общие и тыловые контакты делают
серебряными. Переходное сопротивление
контактов графит-серебро составляет
не более 0,25 Ом. Графито-серебряные
контакты необходимо проверять на
равно­мерное вкрапление серебра. При
скоплении серебра на поверхности не
исключается возможность сваривания
контактов.

Для изготовления
усиленных контактов реле (трансмиттерных,
аварийных, пусковых) применяют
металлокерамические сплавы, в частности
металлокерамический
сплав марки СрКд86-14,
содержа­щий 86% серебра и 14% кадмия.
Переходное сопротивление таких контактов
по техническим условиям должно быть не
более 0,15 Ом.

Контакты в виде наклепок
укрепляют на упругих пружинах. При
срабатывании якорь реле перемещает
подвижную пружину (об­щий контакт) до
соприкосновения с неподвижной (фронтовой
кон­такт). Поверхности
соприкосновения (контакты)
прижимаются друг к другу с определенным
усилием, называемым контактным
нажатием. Чтобы
обеспечить длительную надежную работу
кон­тактных пружин, они не должны
иметь остаточных деформаций. С целью
обеспечения надежности замыкания цепи
некоторые кон­тактные пружины на
концах разрезают, образуя два или три
лепест­ка, на каждый из которых помещают
контактирующий материал.

 

Для обеспечения
надежного
размыкания цепи
между поверхно­стями контактов в
разомкнутом состоянии делают зазор 1—5
мм. Для большинства реле железнодорожной
автоматики и телемехани­ки он
равен 1,3 мм.

Надежная работа
контактов обеспечивается созданием
соответ­ствующего контактного
нажатия. Контактное
нажатие фронтовых контактов для большей
части реле должно быть не менее 0,3 Н,
тыловых—0,15 Н. Для некоторых специальных
типов реле преду­сматривают другие
значения контактного нажатия.

Коммутируемая мощность
(напря­жение, ток). Контактная
система реле, как правило, рассчитана
на переключе­ние электрических цепей
постоянного тока при нагрузке 2
А напря­жением 24 В и переменного тока
при нагрузке 0,5 А напряжением 220
В.

В ряде случаев требуется
переключение более мощных цепей
(рельсовые цепи, пусковые цепи стрелочных
электроприводов, пере­ключение цепей
питания).

Неблагоприятным
режимом работы кон­тактов
является переключение (разрыв) цепи
постоянного тока, в особенности при
индуктивной нагрузке, так как при этом
создаются условия для возникновения и
поддержания дуги. В цепях перемен­ного
тока дуга гаснет при прохождении
мгновенного значения тока через нуль,
поэтому при прочих равных условиях те
же контакты в це­пях переменного тока
могут коммутировать в два-три раза
большую мощность.

Усиленные контакты
изготовляют из металлокерамических
спла­вов, между контактами предусматривают
увеличенное расстояние, а также
обеспечивают большее контактное нажатие.

Контакты аварий­ных
реле рассчитаны на переключение
электрических цепей перемен­ного
тока напряжением 220 В при токе до 15 А.
Контакты некоторых пусковых реле,
предназначенные для коммутирования
больших токов, имеют магниты дугогашения
(магнитное дутье), при этом используют
принцип возникновения силы, действующей
на проводник с током (дуга), расположенный
в магнитном поле, создаваемом постоянным
магнитом.

 

В соответствии с
действующими техническими условиями
на реле железнодорожной автоматики и
телемеханики темпера­тура
нагрева контактов
допускается не
более 100 °С по отно­шению к температуре
окружающей среды.
Повышение температуры контактов сверх
допустимых норм приводит к
увеличению со­противления контактного
перехода, что в
свою очередь вызывает дальнейший нагрев
контактов. Таким образом, процесс может
стать необратимым и приведет
к разрушению контактов.

 В момент размыкания
цепи, содержащей индуктивность,
поверх­ность соприкосновения контактов
резко уменьшается, что приводит к
быстрому возрастанию сопротивления и
материал в точках соприкосновения
плавится, между расходящимися контактами
появляется жидкий мостик, кото­рый
разрывается при дальнейшем увеличении
расстояния между контактами. После
этого происходит газовый разряд,
сопровождае­мый появлением искры. В
мощных цепях может возникнуть дуга.
Искрение вызывает
эрозию контактов,
которая связана с плавлением, распылением
и переносом материала с контакта на
контакт. Это
при­водит к изменению формы контактов,
их быстрому износу и возмож­ности
сваривания. Кроме
того, при искрении и дугообразовании
про­исходит окисление контактов при
высоких температурах, это приво­дит
к образованию непроводящих пленок и к
временному или устой­чивому нарушению
контакта.

Степень эрозии контактов
зависит от тока и напряжения ком­мутируемой
цепи, индуктивности и емкости цепи,
материала контак­тов, состояния их
поверхности, вибрации, условий окружающей
сре­ды и ряда других факторов: чем
ниже твердость и температура плавления
металла, тем при меньших значениях
напряжения и тока начинается
искрообра­зование. Для большинства
реле при токе переключения 0,5—1 А
на­пряжение, при котором создаются
условия возникновения искры, сос­тавляют
около 300 В. В цепях с индуктивной нагрузкой
возможно сильное
искрение контактов,
вызываемое э.д.с. самоиндукции, стре­мящейся
сохранить ток такого же значения, который
протекал по це­пи до момента ее
размыкания. При этом напряжение,
возникающее при размыкании контакта,
может в десятки и даже сотни раз превы­шать
напряжение источника питания, и хотя
его действие весьма кратковременно,
оно вызывает искровой разряд между
размыкаемы­ми контактами.

При использовании в
схемах совместно с реле полупроводниковых
приборов под
действием импульсов перенапряжения
может нару­шиться нормальное действие
бесконтактных схем или произойти их
повреждение (пробой).

Для уменьшения искры
и увеличения срока службы контактов
применяют специальные меры: искрогасящие
схемы, особые кон­струкции контактов
из тугоплавких металлов и сплавов,
магниты дугогашения
и др.

Наиболее широкое
распространение получили искро­гасящие
схемы, содержащие резисторы и конденсаторы,
подключае­мые
параллельно контакту или нагрузке
(обмотке реле).
Искрогасящий элемент выбирают с таким
расчетом, чтобы напряжение на кон­тактах
при размыкании не превышало напряжения
зажигания искро­вого разряда Uз
300
В.

На схеме (рис.
3.4, а) контакт
K шунтируется резистором r.
В этой схеме ток, обусловленный э.д.с.
самоиндукции, замыкается через ре­зистор
r.
Так как в первый момент после размыкания
контакта K ток за счет э. д. с. самоиндукции
равен

,
то максимальное напря­жение на контакте

где



— напряжение источника питания;

R
— сопротивление
нагрузки, например сопротивление обмотки
включаемого реле.

Чтобы напряжение на
контакте не превышало 300 В, сопротивле­ние
искрогасящего резистора:

При отключении реле
НМШ1-1800 от источника питания 24 В
со­противление резистора r
не должно превышать 22 500 Ом. Эффект
искрогашения тем лучше, чем меньше r.
Однако при малом r
теряется управляемость контакта, так
как при разомкнутом контакте ток
про­ходит через управляемый прибор
(обычно другое реле), который мо­жет
остаться возбужденным при размыкании
контакта. Кроме того, при разомкнутом
контакте непроизвольно расходуется
электроэнер­гия.

Рис. 3.4. Схемы
искрогашения

 

В схеме (рис.
3.4, б) контакт
шунтируется конденсатором С. При
размыкании цепи энергия вместо пробоя
воздушного промежутка расходуется на
заряд конденсатора. Однако при очередном
замыка­нии контакта конденсатор
разряжается через малое сопротивление
контакта, что ухудшает условия работы
последнего, особенно при частых
переключениях. При пробое конденсатора
С
теряется управ­ляемость схемы.

Эти недостатки схемы
в основном устраняются включением
по­следовательно с конденсатором
резистора r
(рис.
3.4, в). Такую
схему применяют наиболее часто, причем
в практических схемах емкость конденсатора
С
равна 0,25—4 мкФ, а сопротивление резисто­ра
r
— 30—200 Ом. При пробое конденсатора в
данном случае также теряется управляемость
схемы, поэтому в ответственных схемах
ее не применяют.

В схеме (рис.
3.4, г) контакт
шунтируется нелинейным резистором
(варистором) r.
При рабочем напряжении цепи сопротивление
этого резистора велико и практически
не оказывает влияния на режим ра­боты
цепи. В момент размыкания контакта и
увеличения напряжения за счет э.д.с.
самоиндукции сопротивление нелинейного
резистора резко уменьшается, ограничивая
перенапряжение на контактах.

Эффект искрогашения
достигается также включением рассмот­ренных
искрогасительных цепей параллельно
нагрузке (рис.
3.4, д, е. ж, з).
В схеме (см.
рис. 3.4, д)
резистор подключают параллельно нагрузке
(например, обмотке реле). В момент
размыкания контакта К
ток, обусловленный э.д.с. самоиндукции,
замыкается через резис­тор r.
Чтобы напряжение на контакте Uк
не превышало 300 В, сопро­тивление
резистора

Подключение резистора
r
параллельно нагрузке повышает потреб­ление
энергии от источника питания. Однако,
если резистор по срав­нению с нагрузкой
имеет высокое сопротивление, то этот
недостаток не играет существенной роли.
В тех случаях, когда нежелательно иметь
дополнительный расход энергии,
последовательно с резистором включают
диод VD
(рис.
3.4, и). Эта
схема практически является равноценной
схеме рис.
3.4, з. Диод
включают по отношению к источ­нику
питания во встречном направлении, его
обратное сопротивление велико и потерь
энергии почти нет. При размыкании
контакта воз­никающая э.д.с. самоиндукции
имеет обратное направление, ток
за­мыкается через диод. Для исключения
короткого замыкания при пробое диода
последовательно с ним включают резистор.
Включение диода для искрогашения
вызывает замедление на отпус­кание
управляемого реле, поэтому применение
диода недопустимо, если появление
замедления изменяет режим работы схемы.

При включении резистора
(см.
рис. 3.3, д)
замедление на отпус­кание якоря также
увеличивается, хотя и в меньшей степени.
При


с замедлением,
обусловленным подключением резистора,
можно практически не считаться. На
временные параметры
управ­ляемого прибора (реле) оказывают
влияние в той или иной степени и схе­мы
искрогашения (см.
рис. 3.4, е, ж, з).

Вопросы
для самоконтроля по пункту: Контактная
система реле

 

1)  
Основные параметры контактов.

2)  
Материалы, из которых изготавливаются
контакты реле, обоснуйте выбор этих
материалов.

3)  
Перечислите факторы, приводящие к
разрушению контактов, поясните причину
их появления.

4)  
Перечислите способы увеличения срока
службы контактов.

5)  Опишите
принцип действия искрогасительных схем
(рис.
3.4).

Схемы
искрогашения