Какими свойствами обладает реле первого класса надежности

На сегоднешний день техническое развитие невозможно без широкого применения автоматических устройств, позволяющие осуществлять контроль, защиту и управление определенными видами машин и различных агрегатов. В новейших технических машинах большинство процессов осуществляется с высокой скоростью, и соответственно человек не может успевать осуществлять управление ими без помощи автоматических устройств. Именно эти устройства дают возможность облегчить повседневную работу людей, а также сократить штат сотрудников (обслуживающего персонала). Одним из таких устройств и является реле. В переводе с французского реле (relais, от relayer – сменять, заменять).

Реле – это элемент автоматического устройства, у которого при плавном изменении входной величины происходит скачкообразное изменение выходной величины.

Классификация и условное обозначение реле

В зависимости от конструкции существует множество различных типов реле, которые работают на основе различных принципов.

Если подразделять реле по принципу физической природы явлений, на которое реле предназначено реагировать, то можно выделить следующие типы: электрические (большинство), тепловые, механические, магнитные, оптические, акустические, газовые, пневматические, жидкостные и другие.

Электрические реле в свою очередь (по принципу действия) делятся на электромагнитные, индукционные, магнитоэлектрические и электродинамические. Наиболее распространенным является – электромагнитное реле.

По роду питающего тока электромагнитные реле делятся на 2-е группы:

• постоянного тока;
• переменного тока.

А электромагнитные реле постоянного тока бывают следующих видов:

• нейтральные;
• поляризованные;
• импульсные;
• комбинированные.

Еще реле можно классифицировать по надежности действия:

• реле первого класса;
• реле низших классов.

К реле 1-го класса надежности выдвигаются основные требования:

1) отпускание якоря при выключении питания обмотки должно происходить под действием веса самого якоря и связанных с ним подвижных частей, поэтому якорь, как правило, утяжеляют специальными грузами, которые сделаны из немагнитного материала;

2) должна быть полностью исключена возможность магнитного прилипания якоря к сердечнику после выключения тока, для устранения прилипания, на якоре крепят бронзовый антимагнитный штифт;

3) фронтовые и общие контакты реле не должны свариваться, для этого контакты изготавливаются из разных по составу материалов (фронтовые – из граффито-серебряной смеси, а общий – из серебра).

Условное обозначение реле состоит из букв и цифр.

Рассмотрим пример: НМВМШ1-1000

Первая буква обозначает тип реле, в данном случае Н – нейтральное реле (также могут быть: И – импульсное, П – поляризованное, К – комбинированное, Т – трансмиттерное, если первая буква А – аварийное, О – огневое).

Вторая буква М – малогабаритное реле.

Третья буква В – означает, что реле с выпрямителем.

Четвертая М – медленнодействующее (с замедлением), может стоять буква Т – с термоконтактом.

Пятая Ш – штепсельное, если Р – с разборно-болтовое соединение.

После букв идут цифры, которыми обозначаются группы контактов:

1 – максимальное количество контактов, восемь тройников;

2 – 4-е полных тройника;

3 – 2 полных, 2 не полных тройника.

Дальше через (-) идет полное сопротивление обмоток реле в Ом-х, если одна цифра (как в нашем примере), то обмотки включены последовательно, если они включены параллельно, то указывается сопротивление каждой обмотки через (/), например – НМВШ-1000/1000.

Огневые реле контролируют целостность нитей накаливания ламп светофоров.

Графическое обозначение реле:

– нейтральное реле (с последовательно включенными обмотками

– нейтральное реле (с параллельно включенными обмотками

– комбинированное

– импульсное

– поляризованное

– трансмиттерное

– с замедлением при срабатывании (не сразу включается)

– с замедлением при отпускании (не сразу выключается)

– аварийное

Конструкция и свойства электромагнитных реле

Конструкция реле обычно состоит из 3-х органов:

• воспринимающий;
• промежуточный;
• исполнительный.

Воспринимающий или его еще называют чувствительный (катушка реле) преобразует входной параметр в физическую величину, которая необходима для работы реле.

Сравнение преобразованной величины с имеющимся эталоном происходит в промежуточном органе. И при достижении определенного значения осуществляет передачу воздействия от воспринимающего органа к исполнительному.

Исполнительный орган (это контакты), в свою очередь, воздействует на управляемую цепь.

Принцип действия: главным элементом электромагнитного реле (рис. 1) является электромагнит, по средствам которого происходит преобразование электрической энергии в механическое перемещение. Он состоит из обмотки (1) с сердечником (2), ярма (3) и подвижной части, называемой якорем (4).

Рис. 1 Схема электромагнитного реле

Когда электрический ток проходит по обмотке, якорь притягивается к сердечнику и осуществляет воздействие на контактные пружины (5). При этом контакты (6) замыкаются. Реле СРАБАТЫВАЕТ.

Ниже рассмотрим виды электромагнитных реле постоянного тока.

Нейтральное реле

Рис. 2 Схема нейтрального реле типа НМШ

Нейтральное – это реле, которое не реагируют на полярность напряжения, приложенного к обмотке. В него входят: 1 – катушка; 2 – сердечник; 3 – ярмо; 4 – якорь; 5 – противовес. Бронзовый штифт – 6 на якоре, предотвращает его залипание. Якорь, с помощью тяги – 7 управляет контактной системой – 8, которая состоит из 3-х контактов: Фронтового, Общего и Тылового.

Поляризованное реле

Поляризованные реле (рис. 3) своей конструкцией отличаются от нейтральных тем, что у них в магнитной системе имеется постоянный магнит, который реагируют на направление тока в обмотках катушек реле.

Рис. 3 Схема поляризованного реле типа ПМПШ

Магнитная система состоит из: 1 – катушка; 2 – сердечник; 3 – постоянный магнит; 4 – поляризованный якорь; 5 – изоляционная планка; 6 – контакты; ФК – рабочий поток (от обмоток); ФО – поляризованный поток (от магнита).

При отсутствии тока в обмотках ФО удерживает якорь в заданном положении и обеспечивает направленность действия якоря при изменении направления тока в обмотке. ФО, воздействуя с ФК, перемещает якорь из нормального положения в переведенное и наоборот.

Импульсное реле

Рис. 4 Схема малогабаритного импульсного реле типа ИМШ1-0,3

Импульсное реле – будет являться поляризованным реле. Магнитная система данного реле состоит изследующих элементов: катушки (1), постоянного магнита (2) с полюсными надставками (3) и поляризованного якоря (4). Якорь крепится одним концом к стойке (5) пружиной (6). К свободному концу якоря крепится контактная пружина (7), которая своим контактом замыкается с нормальным (Н) или переведенным (П) контактами.

ФО – при смене направления тока обеспечивает направленность действия якоря и удерживает якорь в заданном положении при отсутствии тока в обмотке. ФК – осуществляет перемещение свободного конца якоря, вследствие чего происходит замыкание контактной пружины с (Н) или (П).

Импульсное реле типа ИМШ1-0,3 получило пременение как путевое реле в импульсных РЦ постоянного тока.

В импульсных и кодовых РЦ переменного тока в качестве быстродействующего путевого реле используется импульсное реле типа ИМВШ-110 (в составе это реле есть выпрямительный мостик, который преобразует переменный ток в постоянный).

Комбинированное реле

Комбинированные реле типов КМШ-3000, КМШ-750 и КМШ-450 – они являются сочетанием нейтрального и поляризованного реле с одной общей магнитной системой (рис. 5).

Рис. 5 Схема комбинированного реле

Магнитная система комбинированного реле типа КМШ включает в себя катушки (1) и (2), сердечник (3), постоянный магнит (4), поляризованный якорь (5) и нейтральный якорь (6). При появлении в обмотках тока любой полярности происходит притяжение нейтрального якоря, вследствие чего происходит замыкание контактов: общего (О) и фронтового (Ф).

Изменение положения поляризованного якоря и соответственно замыкание управляемых им контактов осуществляется и зависит от направления (полярности) тока протекающего через обмотки катушек реле.

Основные характеристики электромагнитных реле

– U (I) притяжения якоря;

– U (I) отпускания якоря;

– R обмоток катушек реле;

– t замедления на отпускание и t замедления на притяжение якоря реле.

U (I), при котором якорь реле притягивается и происходит замыкание фронтовых контактов, называется напряжение (током) притяжения.

U (I), при котором осуществляется отпускание якоря реле и происходит замыкание тыловых контактов, называется напряжением (током) отпускания.

Отношение U (I) отпускания к U (I) срабатывания характеризует коэффициент возврата реле:

KВ = UO/UСР

или

KВ = IO/IСР.

Также реле характеризует и коэффициент запаса по току – отношение рабочего тока к току притяжения:

KЗ = Iраб/Iпр.

Для большого количества реле, которые применяются в устройствах СЦБ (сигнализация, централизация, блокировка), коэффициент возврата находится в пределах 0,25 – 0,5.

Для временных характеристик реле используются параметры:

• t притяжения – это время от момента включения энергии до момента замыкания замыкающих (фронтовых) контактов;
• t отпускания – это время от момента выключения энергии до момента замыкания замыкающих (тыловых) контактов.

В зависимости от времени срабатывания реле бывают следующих видов:

• быстродействующие, со временем замедления на притяжение и отпускание до 0,03 сек.;
• нормальнодействующие, со временем замедления на притяжение и отпускание от 0,15 до 0,20 сек.;
• медленнодействующие – 1,0….1,5 сек.;
• временные – более 1,5 сек.

В настоящее время в системах железнодорожной автоматики и телемеханики очень широко используется микропроцессорная техника, но несмотря на это, реле будут и в дальнейшем применяться в эксплуатации долгие-долгие годы.

В последние годы стали широко внедряться реле, которые созданы на основании новых принципов действия, это герконовые реле и гибридные реле. Они имеют высокую износоустойчивость по числу коммутаций, отличаются быстродействием, и имеют хорошую совместимость с интегральными микросхемами и другими агрегатами эл. техники.

В будущем наиболее перспективно будет использование реле совместно с полупроводниковой техникой. При этом важнейшие логические задачи управления будут решаться путем использования элементов бесконтактной техники, а реле будут применяться в качестве выходных и периферийных устройств, которые будут управлять довольно мощными приборами и их оставляющими.

Общие сведения

Системы железнодорожной автоматики и телемеханики состоят из от­дельных соединяемых между собой элементов. Каждый элемент осуществляет качественное или количественное автоматическое прео­бразование воздействия, полученного от предыдущего элемента, и пе­редачу воздействия на последую­щий элемент. Элементами железно­дорожной автоматики и телемеханики явля­ются:

1) реле;

2) трансмиттеры;

3) датчики;

4) выпрямители;

5) трансформаторы и т. д.

Реле – это элемент, у которого при плавном изменении входной величи­ны выходная величина изменяется скачком (рисунок 8).

Трансмиттер предназначен для вырабатывания электрических сигналов или их последовательнос­тей.

Датчики предназначе­ны для преобразования кон­тролируемой или регулиру­емой входной неэлектричес­кой величины в электричес­кие сигналы.

Выпрямители исполь­зуют для питания приборов постоянного тока от сети пе-ременного тока.

Реле

Реле и приборы релейного действия являются наиболее распро­странён­ными элементами железнодорожной автоматики и телемеха­ники, при помощи которых осуществляются процессы автоматическо­го управления, ре­гулирова­ния и контроля движения поездов, ком­му­тации электри­ческих схем, а также различные схем­ные зависи­мости и взаимоисключения.

Основным отличием реле и приборов релей­ного действия от других эле-ментов автоматики и те­лемеханики явля­ется скачкообраз­ное изменение вы­ход­ной величины при плавном из­менении входной величины (рисунок 8). Если скачкооб­разное изменение тока в выходной цепи достигается физическим раз­мыканием цепи, то такой элемент называется кон­тактным реле или просто реле. Если скачкооб­разное измене­ние тока в вы­ходной цепи обуславливается из­ме­не-нием внут­реннего сос­тоя­ния элемента (сопро­тивления, индук­тивности и т. д.) без физи­ческого размыкания цепи, то такой элемент называют прибо­ром ре­лей-ного действия или бескон­тактным реле.

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

1) возможность одновременного независимого переключения нескольких выходных цепей, электрически не связанных одна с дру­гой, что обусловлено наличием раздельных групп контактов;

2) малые потери мощности в контактном переходе;

3) практически бесконечное сопротивление контакта в разомк­нутом и замкнутом состояниях;

4) независимость от воздействия электрических и магнитных полей;

5) высокая электрическая прочность.

Однако контактные реле имеют:

а) относительно большие размеры и массу;

б) небольшой срок службы, особенно при работе в импульсном режиме;

в) недостаточное быстродействие, обусловленное наличием ме­ханичес­ких перемещений при работе реле.

Указанные недостатки могут быть устранены применением бес­контакт­ных реле, у которых отсутствуют подвижные трущиеся эле­менты. Бесконтакт­ные реле:

– обладают большим быстродействием;

– имеют малые размеры и массу;

– менее подвержены воздействию вибрации.

Вместе с тем бесконтактные реле имеют и существенные недостатки:

1) трудность построения бесконтактных элементов, исключаю­щих опас­ное положение при повреждении отдельных элементов схем;

2) трудность одновременной коммутации нескольких выходных цепей, электрически не связанных друг с другом.

Далее мы будем рассматривать только контактные реле.

Независимо от конструкции каждое реле состоит из трёх основ­ных час­тей:

1) воспринимающая (управляющая) часть, реагирующая на фи­зический фактор;

2) промежуточная часть;

3) исполнительная часть, выполняющая переключения в цепях (контак­ты).

Классификация реле

В основу классификации реле может быть положен принцип действия (рисунок 9). Наиболее распространёнными в устройствах желез­нодорожной ав­томатики и телемеханики из-за их простоты и надёж­ности являются электро­магнитные реле постоянного и переменного тока (рисунок 10).

По надёжности действия реле подразделяются на I и низшие классы на­дёжности. К реле I класса надёжности относятся реле, у ко­торых возврат якоря при выключении тока в обмотках осуществляется под действием собственного веса. Реле I класса надёжности имеют также следующие дополнительные свой­ства, обеспечивающие высо­кую надёжность их действия:

1) утяжеление якоря для обеспечения более надёжного его воз­врата;

2) несвариваемость фронтовых контактов, замыкающих наибо­лее ответ­ственные цепи при возбуждённом состоянии реле, для чего фронтовые контак­ты изготавливают из графита с примесью серебра, а остальные контакты изго­тав­ливают из технического се­ребра, так как окислы сереб­ра имеют почти такое же электрическое сопротивле­ние, как чистое серебро (уголь в случае образова­ния дуги сгорает, не соз­давая сварного соединения; такие контакты имеют су­ществен­ный не­достаток – быстрый износ);

Рисунок 9 – Классификация реле по принципу действия

3) надёжное контакт­ное нажатие и сравнительно боль­шие межконтактные расстоя­ния (не менее 1,3 мм);

4) исключение залипа­ния якоря при выключении тока в обмотке реле при по­мощи ан­тимагнитных штиф­тов.

Реле I класса надёжно­сти приме­ня-ют во всех схемах ав­томатики и теле­ме­ханики без допол­нительного схемного контроля отпускания якоря.

У реле низших классов надёжнос­ти возврат якоря мо­жет проис­ходить как под дей­ствием собственного веса, так и под действием контактных пружин. Эти реле используют в схемах, не связанных с обес­печением безопасности движе­ния поездов. При использова­нии таких реле в ответственных цепях предусматривают обязатель­ный схемный контроль притя­жения и отпускания якоря или их дубли­рова­ние.

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

Реле постоянного тока подразделяются на:

1) нейтральные;

2) поляризованные;

3) комбинированные.

По времени срабатывания реле бывают:

а) быстродействующие (время срабатывания tср на притяжение и отпус­ка-ние до 0,03 с);

б) нормальнодействующие (tср до 0,3 с);

в) медленнодействующие (tср до 1,5 с);

г) временные или реле выдержки времени (tср более 1,5 с).

Реле имеет два состояния:

1) рабочее (возбуждённое) – реле возбуждено током, якорь при­тянут, фронтовые контакты замкнуты, а тыловые – разомкнуты;

2) нерабочее – через обмотку реле ток не протекает (или он ниже тока от-пускания), якорь находится в отпущенном положении, фронтовые контакты ра-зомкнуты, а тыловые – замкнуты.

Напряжение и ток, при которых якорь реле притягивается, и за­мыкаются фронтовые контакты, называют напряжением и током сра­батывания (Uср, Iср). Напряжение и ток, при котором происходит от­пускание якоря, называют на­пря-жением и током отпускания (Uо, Iо).

Отношение

или

называют коэффициентом возврата реле. Для большинства реле, ис­пользуемых в устройствах СЦБ кв = 0,25 ¸ 0,5.

Реле обычно рассчитаны на номинальное напряжение 12 или 24 В.