Курсовая работа: Преимущества и недостатки магнитных усилителей

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А.А. ЕЖЕВСКОГО

Кафедра электрооборудования и физики

Реферат

по дисциплине: Автоматика

на тему: Преимущества и недостатки магнитных усилителей

Выполнил: студент 3-го курса, спец. 35.03.06

Хапкинов Н.И

Проверил: доцент Третьяков А.Н.

Иркутск 2019

Введение

Данный реферат посвящен теме «Реле систем железнодорожной автоматики. Классификация, характеристики и устройство». Наиболее распространенными элементами систем железнодорожной автоматики являются реле и приборы релейного действия, при помощи которых осуществляются процессы автоматического управления, регулирования и контроля движения поездов, а также различные схемные зависимости. Реле- это устройство, предназначенное для коммутации электрических цепей (скачкообразного изменения выходных величин) при заданных изменениях электрических или не электрических входных величин. [2] Цель работы заключается в исследовании принципов действия реле и их классификации. Поставленная цель решается посредством следующих задач: рассмотреть общее понятие реле и его структуру; проанализировать классы реле; ознакомиться с маркировкой реле; познакомится с основными моделями электромеханических реле.

1. Общие сведения

1.1 Принцип действия электромагнитного реле

Реле называется элемент, в котором при достижении известного значения входной величины Х выходная величина У изменяется скачком. [2] Рисунок 1- Характеристика реле Рисунок 2-Схема электромагнитного реле В системах железнодорожной автоматики, как правило, применяют реле, в которых входными и выходными (X) являются электрические величины (ток, напряжение). Рассмотрим общую схему электромагнитного реле представленную на рисунке 2. Основной частью реле является электромагнит, который состоит из обмотки 1 с сердечником 2, ярма 3 и подвижной части 4, называемой якорем. Якорь воздействует на 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, на рисунке 1, явление срабатывания- это скачкообразное изменение выходной величины Y от 0 до Y1, в точке Хср (величина срабатывания). При выключении тока (или его снижении) якорь под действием силы тяжести (собственного веса) или сил реакции контактных пружин возвращается в исходное состояние, размыкая контакты. Это явление называется отпусканием (обесточиванием реле). Это хорошо видно из рисунка 1 в момент, когда входная величина Х становится равной Х0 (величина отпускания), выходная величина Y скачкообразно уменьшается, до 0 и остается там неизменной, до тех пор пока не примет значение Хср. [2] Катушка или обмотка реле служит для создания магнитного потока, а сердечник - для его усиления. Ярмо предназначено для получения непрерывного магнита-провода, подвижной частью которого является якорь. .2 Эксплуатационно-технические требования к параметрам реле железнодорожной автоматики Электромагнитные реле, эксплуатирующийся в устройствах автоматики, должны удовлетворять большому количеству различных эксплуатационно-технических требований (ЭТТ). Все параметры электромагнитных реле можно разделить на три типа: электрические, временные и механические. К электрическим параметрам электромагнитного реле относятся: напряжение (ток) срабатывания реле; напряжение (ток) отпускания реле; рабочее напряжение (ток) реле; напряжение (ток) перегрузки реле; сопротивление обмотки реле; переходное сопротивление замкнутых контактов; коэффициент запаса; коэффициент возврата (коэффициент безопасности). К временным параметрам электромагнитного реле относятся: время срабатывания реле; время отпускания реле; время перелета якоря из одного положения в другое. К механическим параметрам любых электромагнитных реле относятся: высота антимагнитного штифта; ход якоря; межконтактный зазор; контактное давление; неодновременность замыкания или размыкания контактов; совместный ход контактов. Кроме перечисленных параметров, работу электромагнитного реле характеризуют механическая и тяговая характеристики. Механическая характеристика реле - это зависимость механических усилий, преодолеваемых якорем при его движении, от хода якоря. Тяговая характеристика - это зависимость электромагнитной силы притяжения создаваемой электромагнитом реле, от величины воздушного зазора между якорем и сердечником при постоянной магнитодвижущей силе (м.д.с.). Реле железнодорожной автоматики разрабатываются, изготавливаются и эксплуатируются с учетом специальных эксплуатационно-технических требований (ЭТТ) по обеспечению надежности, которые разработаны и утверждены Управлением сигнализации, связи и вычислительной техники МПС. Согласно ЭТТ электромагнитные реле СЦБ первого класса надежности должны исключать опасные отказы. Для этого они должны удовлетворять следующим основным требованиям. . Фронтовые и общие контакты не должны свариваться при любых условиях эксплуатации. Для фронтовых контактов применяется уголь с металлическим наполнением, а для общих контактов серебро или его сплавы. . Якорь должен возвращаться в исходное состояние и замыкать тыловые контакты при снятии напряжения с обмоток или уменьшении его до величины напряжения отпускания под действием силы тяжести. . Возможность залипания якоря после выключения питания должна быть исключена. Для этого между якорем и сердечником всегда должен быть остаточный воздушный зазор, который реализуется с помощью антимагнитного бронзового штифта, укрепленного на якоре. У нормальнодействующих реле высота штифта должна быть не менее 0,2 мм, а у медленодействующих реле - не менее 0,15 мм. . Все тыловые контакты реле должны размыкаться при замыкании хотя бы одного фронтового контакта и наоборот. Данное требование выполняется только в реле первого класса надежности типа РЭЛ. ЭТТ к реле первого класса надежности включают в себя также требования к электрическим параметрам, к контактам и конструкции реле. Основные требования к электрическим параметрам электромагнитного реле первого класса надежности: напряжение срабатывания не более 0,8 от номинального; напряжение отпускания не менее 0,08 от номинального; напряжение (ток) срабатывания реле, измеренное при одной полярности, не должно превышать напряжение (ток) срабатывания при другой полярности более чем на 20 %; коэффициент возврата для путевых реле должен быть не менее 0,5, огневых реле не менее 0,3, у остальных не менее 0,2; обмотка реле должна длительное время выдерживать напряжения перегрузки, равное двукратному номинальному рабочему напряжению. Основные требования к контактам реле первого класса надежности: переходное сопротивление фронтовых контактов не более 0,3 Ом, тыловых контактов не более 0,03 Ом; раствор контактов не менее 1,3 мм, а в момент переключения контактов не менее 0,8 мм; совместный ход контактов должен быть не менее 0,35 мм, а скольжения контактов для их самоочистки у фронтовых контактов должно быть не менее 0,25 мм, а у тыловых контактов не менее 0,2 мм; контактное давление фронтовых контактов не менее 0,294 Н (30 гр), а тыловых контактов не менее 0,147 Н (15 гр); неодновременность замыкания или размыкания контактов - не более 0,2мм. ЭТТ к конструкции реле первого класса надежности включает следующее. Реле должно иметь конструкцию, не требующую дополнительного схемного контроля отпускания якоря. Положение контактов должно обеспечиваться механическим соединением их между собой и якорем. Штепсельные разъемы реле должны исключать возможность его ошибочного включения. Корпус реле должен исключать попадание во внутрь влаги, пыли и газов для устранения влияния внешней среды на работу реле. Реле должно устойчиво работать при температуре окружающего воздуха от -40 до +60 0С и относительной влажности до 95%, измеренной при температуре +200С. 2. Маркировка и классификация реле .1 Классификация реле реле электромагнитный железнодорожный автоматика По надежности действия реле подразделяют на I и низшие классы надежности. К реле первого класса надежности относятся реле, у которых возврат якоря при выключении тока в обмотках обеспечиваются с максимальной гарантией и осуществляется под действием собственного веса (силы тяжести). Свойства реле первого класса, которые обеспечивают их надежную работу уже описаны выше в разделе 1.2. Реле первого класса надежности применяют во всех системах автоматики без дополнительного схемного контроля отпускания якоря. У реле низших 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 (диспетчерский контроль, схемы наборные группы, маршрутно-релейной централизаии, кодовая аппаратура дичпетчерской централизации и др.). При использовании этих реле в ответственных цепях (дешифраторы автоблокировки и АЛС, путевые реле импульсных рельсовых цепей и др.) предусматривают обязательный схемный контроль притяжения и отпускание 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). Классификация реле на типы по принципу дейтсвия представлена на рисунке 2. Рисунок 2-Классификация реле по принципу действия Электромагнитное реле - электромеханическое реле, работа которого основана на воздействии магнитного поля неподвижной обмотки на подвижный ферромагнитный элемент.[4] Индукционное реле-электромеханическое реле, работа которого основана на взаимодействии переменных магнитных полей неподвижных обмоток с токами, индуктированными этими полями в подвижном элементе.[4] Электродинамическое реле - электромеханическое реле, работа которого основана на взаимодействии магнитных полей подвижной и неподвижной обмоток, возбуждаемых токами, подведенными извне.[4] Магнитоэлектрическое реле- электромеханическое реле, работа которого основана на взаимодействии магнитных полей неподвижного постоянного магнита и возбуждаемой током подвижной обмотки..[4] По роду питающего тока реле подразделяются на реле постоянного, переменного и постоянно-переменного тока. Реле постоянного тока подразделяются на неполяризованные. поляризованные и комбинированные. В зависимости от времени срабатывания реле делятся на быстродействующие - с временем срабатывания на притяжение и отпускание до 0,03 с; нормально действующие - 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. Существуют также контактные и бесконтактные реле. 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 обуславливается изменением внутреннего состояния элемента (например, внутреннего сопротивления проводимости, индуктивности и т.п.) без физического размыкания цепи, то такой элемент называют прибором релейного действия или бесконтактным реле. Контактные реле приобрели наибольшее распространение в эксплуатируемых устройствах железнодорожной автоматики благодаря их простоте и надежности работы. К их достоинствам следует отнести возможность одновременного независимого переключения нескольких выходных цепей постоянного и переменного тока, что объясняется наличием раздельных групп контактов по этих элементах. При этом выходные цепи оказываются гальванически несвязанными одна с другой и с входной цепью. Достоинствами реле также являются 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 и др. [1] Однако, 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. Указанные недостатки в основном могут быть устранены при применении бесконтактных реле, у которых отсутствует подвижные трущиеся элементы. Бесконтактные приборы обладают большим быстродействием, имеют малые размеры и массу, менее подвержены воздействие вибрации, наблюдающиеся при проследовании подвижного состава. Вместе с тем, бесконтактные приборы релейного действия имеют существенные недостатки, которые связаны с трудностью построение 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, гальваническим не связанных друг с другом. Указанные недостатки ограничивают область применения бесконтактных реле в устройствах железнодорожной автоматики, поэтому в ответственных исполнительных цепях, а также при необходимости коммутации нескольких гальванически несвязанных выходных цепей сохраняются, как правило, контактные реле. .

1.2 Маркировка реле

На железных дорогах применяют реле трех видов: малогабаритные штепсельные реле (НМШ, АНШ, ОМШ, АШ), большие штепсельные реле (НШ, КШ) и штепсельные реле (Ленинградского) Санкт-Петербургского завода (РЭЛ, ПЛ). 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 штативах и открытые (без кожуха) для установки в релейных блоках электрической централизации. Применяемые в устройствах железнодорожной автоматики 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, И - импульсное, ДС - индукционное переменного тока (двухэлементное секторное). Буква М, стоящая на втором месте в условном обозначении штепсельных реле, указывает на малогабаритное исполнение реле. Буква М отсутствует 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). 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); 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. 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 двухконтактных групп на переключение и двух фронтовых контактов (2 фт, 2 ф); цифра 4 обозначает четыре полных тройника и четыре фронтовые контакта (4 фт, 4ф); цифра 5 указывает на наличие двух тройников на переключение и двух тыловых контактов (2 фт, 2 т). 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 обморок постоянному току при последовательном включении обмотки (НМШ1-1800, АНШ2-1600). Если обмотки включают раздельно или они имеют различное сопротивление, то его значение указывают дробью: в числителе указывают сопротивление первой катушки, а в знаменателе - второй.

1.3 Электромагнитные реле

Полные номенклатуры некоторых типов реле расшифровываются так: НМШ1-1800 - нейтральное малогабаритное штепсельное реле с восемью контактными группами и общим сопротивлением обмоток, включенных последовательно, 1800 0м; НМПШ2-400- нейтральное малогабаритное пусковое штепсельное реле с четырьмя контактными группами на переключение и сопротивлением обмоток 400 Ом; НМПШЗ-0,2/220 - нейтральное малогабаритное пусковое штепсельное реле с контактной системой 2 фт, 2 ф и сопротивлением обмоток 0,2 и 220 Ом.

Рассмотренная выше система обозначений выдерживается не для всех типов реле. Например, у огневых и аварийных реле первая буква указывает на назначение реле: ОМШ2-40 - 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. Условные графические обозначения реле в электрических схемах приведены в таблице 2. 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).

1.4 Реле постоянного тока

Реле постоянного тока по принципу действия являются электромагнитными, а по конструкции подразделяются на следующие типы. .1 Нейтральные реле Неполяризованное (нейтральное) реле - электрическое реле постоянного тока, изменение состояния которого не зависит от полярности его входной воздействующей величины.[4] Якорь нейтрального реле притягивается, переключая контакты при любой полярности тока в обмотках. После выключения тока якорь возвращается в исходное состояние. Таким образом, нейтральное реле является двухпозиционным. Электромагнитная система нейтрального малогабаритного реле типа НМШ состоит из сердечника с двумя катушками , Г-образного ярма и якоря с противовесом.

При отсутствии тока в обмотках реле якорь под действием силы тяжести противовеса находится в опущенном положении, общие контакты замыкаются с тыловыми. При прохождении тока через обмотки реле намагничивается сердечник, магнитные силовые линии замыкаются через воздушный зазор и якорь, который притягивается к сердечнику. Тяга перемещается вверх, размыкая тыловые и замыкая общие контакты с фронтовыми. Концы контактных пружин, через основание выведенные наружу, образуют штепсельную розетку. Реле закрывается прозрачным кожухом с ручкой . Кожух крепится к основанию реле затяжным винтом . Для включения реле в схему выведенные наружу контакты вставляют в гнезда штепсельной розетки, к лепесткам которой припаивают монтажные провода. .

2. Поляризованные и импульсные реле

Поляризованные реле отличаются от нейтральных наличием в магнитной системе постоянного магнита. Они имеют поляризованный якорь, который переключается из одного (нормального) положения в другое (переведенное) в зависимости от направления (полярности) тока, протекающего по обмоткам катушек. По надежности действия они не отвечают требованиям реле I класса, поэтому при использовании в ответственных схемах правильность их работы проверяется схемным способом. Импульсные поляризованные реле применяют в качестве путевых и их повторителей в импульсных рельсовых цепях, а также в некоторых других устройствах автоматики и телемеханики. Импульсные реле обладают высокой чувствительностью, что позволяет использовать их для работы от маломощных коротких импульсов тока определенной полярности. Они не отвечают требованиям реле I класса надежности, поэтому в ответственных схемах, непосредственно обеспечивающих безопасность движения поездов, осуществляется непрерывный контроль притяжения и отпускания якоря и переключения контактов. Например, в рельсовых цепях применяют специальные релейно-конденсаторные или релейные дешифраторы, обеспечивающие такой контроль. Импульсные реле в зависимости от регулировки их магнитной системы могут срабатывать от токов разных направлений, переключая якорь вправо или влево в зависимости от направления тока в обмотке (нейтральная регулировка) или от тока только одного направления (регулировка с преобладанием). Импульсные путевые реле имеют регулировку с преобладанием. Путевые реле имеют один переключающий контакт о-ф-т из металлокерамического сплава. Магнитную систему реле (Рисунок 4) образуют постоянный магнит 1 с полюсными наконечниками 2 и 4, якорь 3 и катушка 5. Полюсные наконечники и якорь выполнены из магнитомягкой стали, а постоянный магнит - из магнитотвердой. Средняя часть якоря находится внутри неподвижной катушки 5. Нижняя часть якоря укреплена на неподвижной плоской пружине. Верхний конец якоря жестко связан с контактной пружиной 6 (общий контакт), которая в правом крайнем положении замыкается с тыловым контактом, а в крайнем левом - с фронтовым. Реле имеет регулировку с преобладанием вправо, чтобы его якорь при прекращении тока в обмотке возвращался в исходное положение. Преобладание вправо в данном случае достигнуто более близким расположением правого верхнего и левого нижнего полюсных наконечников. Магнитный поток ФП, создаваемый постоянным магнитом, проходит от северного полюса N к южному S через полюсные наконечники.

Часть магнитного потока проходит также через якорь и воздушные зазоры у правого верхнего и левого нижнего наконечников в виде дополнительного потока ДФП. Поэтому общий магнитный поток в правом верхнем и левом нижнем зазорах превышает поток в левом верхнем и правом нижнем зазорах, и якорь занимает правое положение. В этом положении он удерживается также дополнительным усилием, создаваемым плоской пружиной. Чтобы якорь перебросился в левое положение, необходимо пропустить по обмотке ток такого направления, чтобы поток Фк, создаваемый обмоткой катушки (показан штриховой линией), складывался в левом верхнем и правом нижнем зазорах. В правом верхнем и левом нижнем зазорах он будет при этом вычитаться. За счет суммарного потока ФП+ФК якорь переключается в левое положение, в котором общий контакт замыкается с фронтовым. Для срабатывания реле необходимо, чтобы усилие, создаваемое потоком ДФК, превышало усилие, создаваемое потоком ДФП и реакцией плоской пружины. После выключения тока в обмотке якорь под действием усилия, создаваемого реакцией пружины, возвратится в исходное (правое) положение.

При другом направлении тока в обмотке магнитный поток ФК будет складываться с потоком постоянного магнита в правом верхнем и левом нижнем зазорах, и якорь останется в прежнем (правом) положении. Таким образом, при прохождении тока определенной полярности якорь реле действует так же и у нейтрального реле. Однако принципиальное отличие состоит в том, что импульсное поляризованное реле работает только от импульсов определенной полярности и не срабатывает от импульсов другой полярности. .

3. Комбинированные реле

Комбинированные реле представляют собой сочетание нейтрального и поляризованного реле с общей магнитной системой. Они имеют нейтральный и поляризованный якоря. При прохождении через обмотки тока любой полярности нейтральный якорь притягивается, в результате чего замыкаются управляемые им фронтовые контакты. Переключение поляризованного якоря и замыкание управляемых им контактов происходят в зависимости от полярности тока, протекающего через обмотки. Комбинированное реле является трехпозиционным, так как оно может находиться в трех различных состояниях: без тока, возбуждено током прямой или обратной полярности. Электромагнитная система комбинированного малогабаритного штепсельного реле КМШ состоит из двух катушек, надетых на сердечник с ярмом нейтрального якоря постоянного магнита и поляризованного якоря Нейтральный и поляризованный якоря управляют связанными с ними контактами посредством изолирующих планок . Если ток в обмотках реле отсутствует, то нейтральный якорь, не связанный с потоком постоянного магнита, находится в отпущенном положении; его общие контакты замкнуты с тыловыми контактами. При протекании по обмоткам тока любого направления нейтральный якорь притягивается, и его общие контакты замыкаются с фронтовыми. Таким образом, нейтральный якорь комбинированного реле действует так же, как и якорь обычного нейтрального реле. Поляризованный якорь управляется магнитным потоком постоянного магнита и потоком, создаваемым обмотками катушек. При отсутствии тока в обмотках поляризованный якорь находится в одном из крайних положений