2. Магнитные цепи поляризованных реле

Поляризованное реле с дифференциальной схемой магнитной цепи показано на рис. 1. Рабочий (управляющий) магнитный поток Ф_у создается при протекании тока I по обмотке реле, состоящей из двух одинаковых половин 1 и 1’, включенных последовательно и согласно. Постоянный (поляризующий) магнитный поток Ф_п создается постоянным магнитом 2. Катушки реле 1 и 1’ размещены на неподвижном сердечнике (ярме) 3. Якорь 4 может поворачиваться относительно оси О в рабочем зазоре δ. На якоре размещен подвижный контакт, который может замыкаться с неподвижными контактами 5 или 5'.

Магнитный поток Ф_у показан пунктиром, а магнитный поток Ф_п — сплошной линией. Направление потока Ф_п неизменно, а направление потока Ф_у зависит от направления тока в катушке реле. На рис. 1 направление потока Ф_у показано для указанного на этом рисунке направления тока I.

Поляризующий поток Ф_л проходит по якорю 4 и разветвляется на две части Ф_п1 и Ф_п2 в соответствии с проводимостями воздушных зазоров слева () и справа () от якоря. В зависимости от полярности токаI в обмотке реле рабочий поток Ф_у вычитается из потока Ф_п1 в зазоре слева от якоря и складывается с потоком Ф_п2 в зазоре справа от якоря (как показано на рис. 1) или наоборот: потоки складываются в левом зазоре и вычитаются в правом зазоре при противоположном направлении тока. На якорь действуют две электромагнитные силы, направленные встречно, каждая из которых пропорциональна в соответствии с уравнением (13) квадрату потока в соответствующей части зазора. Для направлений тока и магнитных потоков, показанных на рис. 1, результирующее тяговое усилие заставит якорь перекинуться из левого положения в правое. При отключении входного сигнала (I = 0) якорь остается в том положении, которое он занимал до отключения сигнала. Реле, показанное на рис. 1, является двухпозиционным. Результирующее электромагнитное усилие, действующее на якорь поляризованного реле, направлено в сторону того зазора, где управляющий и поляризующий магнитные потоки складываются.

Рис. 1. Поляризованное реле

Рассмотрим усилия, действующие на якорь поляризованного реле. Определяются они в соответствии с уравнением (13). В среднем положении якоря магнитные проводимости левого и правого зазора одинаковы и поэтому поляризующий поток делится на две равные части: . При отсутствии управляющего потока на якорь будут действовать одинаковые усилия влево и вправо:

(1)

где — площадь сечения воздушного зазора.

Результирующая сила, равная разности и при среднем положении якоря, будет равна нулю. Однако якорь в среднем положении находится в состоянии неустойчивого равновесия. Достаточно незначительного смещения якоря от среднего положения, чтобы произошло перераспределение потоков. Уменьшается магнитное сопротивление того зазора, в какую сторону сместился якорь. Следовательно, в ту же сторону увеличится магнитный поток, а значит, и сила, направленная в сторону уменьшения зазора. Полагая сечение воздушного зазора неизменным, рассмотрим перераспределение поляризующего потока в зависимости от магнитного сопротивления, которое будет в этом случае пропорционально величине зазора.

Отношение магнитных потоков в левом и правом зазоре обратно пропорционально отношению магнитных сопротивлений этих зазоров:

(2)

Учитывая, что , а (рис. 1), после преобразований получаем

Соответственно электромагнитные силы притяжения якоря, направленные влево и вправо

Результирующая сила определяется как разность этих сил:

. (3)

При (якорь ближе к левому крайнему положению) сила тянет якорь влево.

При (якорь ближе к правому крайнему положению) сила тянет якорь вправо.

Контактное давление выключенного реле определяется силой при

(4)

При подаче тока в обмотку поляризованного реле в магнитной цепи возникает магнитный поток Ф_у, который (для полярности, показанной на рис. 1) складывается в правом зазоре с Ф_п2 и в левом вычитается из Ф_п1.

При достижении Ф_у значения, равного Ф_п, контактное усилие будет равно нулю. Как только Ф_у станет больше Ф_у, якорь перекинется в крайнее правое положение. Ток, при котором якорь перебрасывается в новое положение, называется током срабатывания . В новом положении якоря произойдет перераспределение поляризующего магнитного потока между зазорами. Суммарный поток в новом положении якоря при будет равен . Так как при срабатывании , то , а усилие, пропорциональное квадрату магнитного потока, возрастет в четыре раза по сравнению с усилием в обесточенном реле. Таким образом, в процессе перемещения якоря из одного положения в другое происходит значительное увеличение тягового усилия. Этим и объясняется то, что поляризованные реле имеют очень высокое быстродействие: время срабатывания составляет несколько миллисекунд. Кроме того, дополнительное усилие, сжимая контакты, позволяет при очень малом управляющем сигнале управлять относительно мощными электрическими цепями. Однако главным достоинством поляризованных реле является их высокая чувствительность. Чаше всего не стремятся к увеличению разрывной мощности их контактов, поскольку это требует увеличения хода якоря, что приводит к потере чувствительности. Поэтому высокочувствительные поляризованные реле выполняются маломощными с ходом якоря от одного крайнего положения до другого порядка 0,1—0,2 мм.

Рис. 2. Поляризованное реле с мостовой магнитной цепью

Работа поляризованного реле с мостовой схемой магнитной цепи (рис. 2) происходит аналогично реле с дифференциальной схемой. Отличие заключается в том, что магнитная цепь для управляющего потока Ф_у, создаваемого обмоткой реле, выполнена отдельно от магнитной цепи для поляризующего потока Ф_п, создаваемого постоянным магнитом. Благодаря этому поляризованные реле мостового типа имеют более высокую стабильность параметров и устойчивее к внешним механическим воздействиям.