Реле орамымен өтіп жатқан ток күшін сезінеді. Орамның магниттік өрісінің әрекетінен ферромагниттік якорь (өзек) тартылады. Якорь тартылғанда оған бекіңтілген түйіспелер тұйықталады. Тоқ жоқ болғанда серіппенің қарсы әрекетінен якорь және түйіспелер бастапқы орнына қайтады.
Қалдықтық магнит өрісінің әсерінен якорь өзекке тартылу жағдайында қалмас үшін оған биіктігі 0,1…0,2мм ШТИФТ бекітілген. Якорь және өзек жұмсақ магниттік материал ШТИФТ магниттік емес материалдан (мыс немесе жез) дайындалады.
Ток түріне орай тұрақты токтың, өндірістік жиілікті айнымалы токтың және жоғары жиілікті айнымалы токтың релелері болады.
Полярленген тұрақты ток релелерінде сигналдың полярлігіне байланысты якорьге әрекет ететін күштің бағыты өзгереді.
Арналмына орай релелер негізгі және қосымша болып бөлінеді. Қосымшаға аралық релелер жатады.
Релелердің дұрыс және сенімді жұмыс істеуі тарту күшінің және механикалық сипаттамаларының cәйкестірілінуі байланысты келеді.
Тарту күшінің сипаттамасы электр-магниттік күштің электр-магниттік реленің өзегі мен якорінің арасындағы ауа саңылауының өлшеміне тәуелділігі.
Механикалық сипаттама – қарсы әрекет ететін серіппе күшінің реле якорінің жылжу жолына тәуелділігі.
Реле іске қосылу үшін күштік сипаттама механикалық сипаттамадан жоғары, ал реле босатуы үшін төмен орналасуы керек.
Айнымалы ток релелерінде түйіспелердің дірілдеуін жою үшін арнайы шаралар қарастырылады. Құйын токтарға шығындарды азайту үшін өзекті трансформаторлық болат табақшалардан жинайды. Айнымалы токтың күші мен бағытының өзгеруінен түйіспелер дірілдейді.
Синусоидалық токпен қоректендіргенде тарту күші екі есе жиілікпен өзгереді. Бұл түйіспелердің жұмысын төмендетеді (нашарлайды) және реле арнайы дыбыспен шулайды. Дірілдеуді жою үшін элетр-магнит полюсінің бір бөлігіне қысқа тұйықталған орам орнатады. Ол экран деп аталады. Экран реленің жалпы магнит ағының бір-бірінен біршама бұрышқа ығысқан екі ағынға бөледі. Ағындардың әр қайсысы тарату күшін тудырады. Ол күш ағынның квадратына пропорционал келеді. Жалпы тарту күші осы күштердің қосындысына тең болады. Ағындар арасындағы ығысу бұрышы 900-қа жақындаған сайын қорытынды тарту күшінің өзгеруі азаяды.
Релелер мен ауыстырып қосқыштардың түйіспелері
Релелер мен ауыстырып қосқыштардың сенімділігі және коммутациялау қабілеті негізінде түйіспелермен анықталады.
Түйіспелерді мына эксплуатациялық параметрмен сипаттайды:
— токтың шекті мәнімен;
— кернеудің шекті мәнімен;
— қуаттың шекті мәнімен;
— іске қосылу санымен.
Шекті мүмкіндік ток Iп түйіспелердің қызу температурасымен анықталады. Сол температурада түйіспелер әрі жұмсармайды және қажетті физикалық – механикалық қасиеттерді сақтайды.
Шекті мүмкіндік кернеу Uп түйіспелер изоляциясының тесілу кернеуімен және ажыратылған түйіспелер арасындағы аралықтың тесілуімен анықталады.
Шекті мүмкіндік токты өсіру үшін түйіспелердің кедергісін азайту және олардың салқындау бетін үлкейту керек. Түйіспелер кедергісі олардың жанасқан жерлеріндегі кедергімен анқыталады және түйісетін денелерді бір-біріне қысатын күшке тәуелді келеді. Кіші мәнді токтарға арналған релелерге күш Ньютонның жүздеген үлесіне тең, ал 3…10А токтарға арналған түйіспелерге бұл күш 1 Ньютонға дейін болады. Сонда түйіспелердің кедергісі 10-5…10-3 Ом болады.
Шекті мүмкіндік қуат түйіспелерді ажыратқаннан кейін олардың арасындағы электрлік доганы сөндіру шартымен анықталады, яғни бұл параметрлер түйіспелердің материалына, пішініне, және өлшемдеріне, түйіспелік қысымға және арнаый доға сөндіретін құрылғылардың болуына тәуелді болады.
Доға түйіспелердің материалына байланысты токпен кернеудің белгілі минималь мәнінде пайда болады. Мысалы, мыс пен күміс түйіспелерде доғалық разряд ток 0,5А-ден көп болса және кернеу 12В-тен жоғары болса пайда болуы мүмкін. Кернеу 300В-тен жоғары болса, ал ток 0,5А -ден кем боса түйіспелер ажыратылғанда ұшқындау байқалады.
Егер ажыратылатын тізбекте индуктивтік болса, тізбектің ажыратылу моментінде түйіспелердегі кернеу индуктивтіліктегі өзіндік индукция ЭҚК-нің әсерінен сол тізбекте қоректендіретін кернеуден ондаған есе жоғары болуы мүмкін.
Ұшқындау құбылысы тұрақты ток тізбектерінде жиі байқалады. Өйткені, индуктивтіліктерде жиналған электр-магниттік энергия, тізбек ажыратылғанда жоғала бастап, ажыратыла бастаған түйіспелер арқылы бұзып-жарып өтеді де ауалық аралықты теседі. Бұл түйіспелерде эрозия құбылысын тудырады, яғни метал бөлшектері бір түйіспеден екінші түйіспеге тасымалданады, түйіспелер тотығады және бұзылады. Осы себептен шекті мүмкіндік қуат Рп айнымалы ток тізбектерінде тұрақты ток тізбектеріне қарағанда 2…3 есе көп болады.
Сонымен қатар түйіспелерде коррозия болады. Бұл олардың электр өткізгіштігін төмендетеді. Осы себептерге байланысты кіші қуатты релелердің түйіспелері күмістн, алтыннан жіне олардың ифидимен қорытпасынан дайындалады. Қуаты жоғары (1…10А-ге) релелердің түйіспелері вольфрамнан, молибденнен және олардың придимен қорытпасынан, сондай-ақ мыстан және бірнеше металдар ұнтақтарының қорытпасынан жасалынады.
Жарылысқа қауіпті, химиялық агрессивті орталарда және басқап қолайсыз жағдайларда саңылаусыз жабық колбалардың ішінде орналасқан вакуумды және сынапты түйіспелер пайдаланылады. Оларда түйіспелердің тұйықталуы немесе ажыратылуы не колбаның иілісімен немесе колбаны еңкейткенде сынаптың қопарылумен жүзеге асырылады.
Реле түйіспелерінің жұмысын жеңілдету үшін (ұшқындарды шашыратуды азайту үшін) қосымша элементтер пайдаланылады, оларды реленің түйіспесіне параллель немесе оның орамына параллель жалғайды. Ораманың индуктивтілігінде жиналған магниттік энергия түйіспелер арасындағы саңылауда шығынданбайды, ал ол R резисторында және С конденсаторында немесе реленің орамасында шығынданады. Сөндіретін резистордың кедергісін ораманың актив кедергісінен 5…10 есе көп қабылдайды, ал конденсатордың сиымдылығы С=0,5…2мкФ.
Сурет. Ұшқындауды азайту үшін реленің түйіспелерін және орамаларын шунттау сұлбалары.
Қуатты ажыратқыштар түйіспелерін (бірнеше жүз кВт) арнайы доға сөндіретін камерамен жабдықтайды. Оларды түйіспелердің үстіне орналастырады. Доға пайда болғанды жылу ағыны немесе электр-магниттік күштер әрекетінен доға камераға сорылады, қысқа доғаларға бөлінеді немесе ұзатылады және тез сөнеді.
Уақыт ұсталымы релелері және бағдарламалы релелер
Уақыт ұсталымы релелері сигналды автоматиканың бір элементінен басқа элементіне бергенде белгілі уақыт кешігуін жасауға арналады.
Бағдарламалы реле (құрылғы) уақыт ұстамы релелерінің бір түрі болады және әдетте бірнеше тәуелсіз үлкен уақыт ұстамдарын беруге мүмкіндік тудырады.
Уақыт ұстамы релелері электрлік, механикалық, пневматикалық, гидравликалық және басқа баяулату құрылғыларымен дайындалады. Электрлік баяулату құрылғылы релелер кең таралған. Олар тұрақты немесе айнымалы ток сигналдарын сезінеді.
Тұрақты ток релесінің босатуын және іске қосылуын баяулатудың сұлбалық тәсілдері:
а- ораманы актив кедергімен шунттау;
б- ораманы диодпен шунттау;
в- ораманы конденсатормен шунттау;
г- қысқа тұйықталу ораманы пайдалану.
Орамасы актив кедергімен шунтталған сұлбада босатын жіберуде баяулату әдісінің мәні мынада: «К» ісітпен релені ажыратқаннан кейін оның орамасында пайда болатын өзіндік индукция ЭҚК-і токтың бұрынғы бағытта өтуін сүйемелдейді. Осы ток R шунттайтын R резистор арқылы тұйықталып, баяу кемиді, ал реленің якорі біраз уақыт тартылу күйінде қалады. Босату кезіндегі уақыт ұсталымы 0,4…5с болады. Шунттайтын резисторда қосымша қуат шығыны болады. Бұл кемшілік диодпен шунтталған сұлбада жойылған. Диод қоректендіретін керкеуге қарсы қосылған. Сонымен қатар, бұл сұлбада үлкен уақыт ұстамын алуға мүмкіншілік береді. өйткені, диод релені ажыратқаннан кейін оның орамасында пайда болатын өзіндік индукцияның ЭҚК-ін өткізетін бағытта қосылған.
Релені босатудың уақыт ұсталымы мына формула бойынша анықталады:
мұндағы Rр және L – іске қосылған жағдайдағы реле орамасының актив кедергісі және индуктивтілігі;
Iт – босату кезіндегі реле якорінің қозғалу тогы.
«В» сұлбада К кілтті тұйықтағаннан кейін С конденсаторды зарядтайтын айтарлықтай ток өтеді, ал Uвх кернеуі толық дерлік R резисторда өшіріледі. С конденсатор зарядталу кезінде реле орамасында Uс кернеу.
заңы бойынша Uср мәніне дейін өседі, реле іске қосылады.
Uс =Uср теңдестіріп, реле іске қосылғандағы уақыт ұсталымын анықтайымыз
Релені ажыратқанда С конденсатор реленің Rр кедергісіне зарядсызданады және кернеу заңы бойынша төмендейді.
Разрядталу басталу моментінен реленің босату моментіне Uс =Uотп дейінгі уақыт ұсталымы мына формуламен анықталады:
Реленің іске қосылу және қалпына келу кезіндегі уақыт ұсталымдары RС және RрС уақыт тұрақтылықтарына тәуелді анықталады және резистор R кедергісін және конденсатор С сиымдылығын таңдап алумен үлкен шекте өзгертуге болады.
г суретте уақыт ұсталамын жасауға қысқаша тұйықталған орам пайдаланылған. Магниттік ағын өзгергенде орамда ток индукцияланады ток өзінің магниттік ағынымен осы өзгеруге кедергі жасайды. Осы себептен реленің іске қосылу уақыты бір секундке дейін өседі, ал реленің босату уақыты 10 секундке дейін артады.
Электронды автоматиканың электр сұлбаларында секундтың жүздеген үлесінен ондаған минутқа дейін уақыт ұсталамын жасау үшін конденсаторлық уақыт ұсталымы релелері кең пайдаланылады.
Сурет. Конденсаторлық уақыт ұсталымы релелерінің негізгі сұлбалары:
а- электронды; б-тиратронды.
Электронды уақыт ұсталымы релесінде (а) вакуумды шамның анодтық тогы тордағы теріс потенциалдың мәніне тәуелді болады. SА кілт тұйықты болғанда конденсатор С шамды жабатын Uсо теріс кернеуге дейін зарядталады. Егер SА кілт ажыратылған болса, С конденсатор R резистор арқылы зарядсызданады, ал торлық кернеу заңы бойынша кемиді.
Шамның анодтық тогы біртіндеп электр-магниттік реленің КV іске қосылу тогына дейін жоғарлайды. Реленің іске қосылуы конденсатордағы кернеу Uс ср болғанда жүзеге асырылады. Уақыт ұсталымы былай анықталады:
Электрондық уақыт ұсталымы релесі тиратрондық және жартылай өткізгіштік релелерге қарағанда күрделі. өйткені, мәні бойынша әр түрлі үш қоректендіру кернеуін қажет қылады: қыздыру тізбегіне, анодтық тізбекке және басқару тізбегіне, ал айналымы ток торабынан қоректендірілгенде – трансформаторларды немесе қосымша кедергілер пайдалану керек болады.
Тиратрондық реле сұлбасының (б-сурет) бастапқы жағдайында SА кілтімен R1 зарядсыздандыратын резисторға тұйықталған конденсатор С толық зарядсыздандырылған. Релеге U кернеуін бергенде конденсатор С резистор R арқылы зарядталады. Зарядталу нәтижесінде конденсаторда кернеу жоғарлайды. Және біраз уақыттан кейін кернеу тиратронды тұтандыру потенциалына дейін өседі. Тиратрон тұтанады және содан соң реле КV іске қосылады. Резистор R2 тор мен анод арасындағы солғын разряд ток күшін шектейді.
Механикалық құрылғымен баяулатылатын релелерде уақыт ұсталымы сағатты механизмнің немесе синхронды электр қозғалтқыштың көмегімен жасалады.
«а» суретте сағатты механизмі бар уақыт ұсталымы релесінің сұлбасы келтірілген. Реленің құрамында (1) ток пайда болғанда оның (реленің) якорі тез тартылады да серіпені (2) созады. Сектор (3) серіппе (2) әрекетінен түйіспемен бірге қозғалысқа келеді. Сектордың қозғалыс жылдамдығы баяулататын механизмнің 4,5,6 элементтерімен анықталады. Ораманы ток көзінен ажыратқаннан кейін реле бастапқы қалпына келеді. Іске қосылу уақыты сектордың (3) алғашқы тұратын орнымен шкалада тағайындалады.
Б-суретте бағдарламалы реленің негізгі сұлбасы берілген. «К» түйіспе тұйықталғанда синхронды қозғалтқыш «Д» айнала бастайды. Электр қозғалтқышпен бір уақытта электрмагнит ЭМ іске қосылады және 9,10 тісті дөңгелектерді іліністіреді. Бас білікте тісті дөңгелекпен (9) бірге бір немесе бірнеше жұдырықшалар 8 бекітілген. Қозғалтқыш жұдырықшаларды айналдырады. Жұдырықшылардың бетімен рычагтар 7 сырғанайды. Олар 11…15 түйіспелерді ауыстырып қосады. Берілген бағдарламаның соңында 7 рычагтардың бірі 8 жұдырықшаның кертпешіне (уступ) кіреді де 14 және 15 түйіспелерді ажыратып электр қозғалтқышты электр торабынан айырады. «К» түйіспені ажыратқанда электромагнит қоректендіру көзінен ажыратылады, П1 серіппенің әрекетінен 9 және 10 тісті дөңгелектер іліністен босатылады. Осының нәтижесінде П2 серіппесінің әрекетінен жұдырықшалар айналып алғашқа қалпына қайтып келеді.
2. Магнитті басқарылатын түйіспелі реле (Геркондар)
Геркондар ішінен ауа сорып алынған шыны ампула түрінде дайындалған вакуумды геркондар немесе іші инертті газбен толтырылған геркондар болып бөлінеді. Ампулаға жіңішке серпімді ферромагниттік пластиналар (электродтар) дәнекерленген. Олар түйіспелер, серпімді элементтер рөлін атқарады. Пластинаның бір бөлігіне токты жақсы өткізетін материалдардан (күміс, алтын, родий) қаптама жалатылады. Орам арқылы ток өткенде магниттік ағын пайда болады. Ол пластина арқылы шарғы ішінде тұйықталады. Пластиналар арасында тарту күштері пайда болады. Сигналды алғанда пластиналар орындарына қайтады.