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, а также различные схемные зависимости.

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. 2.1). При изменении входной величины от нуля до х_сp (срабатывания) выходная величина у остается постоянной и равной нулю (или близкой к нулю). После достижения входной величиной значения х_ср 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 х₀ (отпускания) выходная вели­чина скачкообразно уменьшается до нуля и остается неизменной.

Рис. 2.1. Характеристика реле Рис.2.2. Схема электромагнитного

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 изменениетока в выходной цепи достигается физическим размыканием цепи, то такой элемент назы­вают контактным реле,или просто реле.Если скачкообразное изменение тока в выходной цепи обусловливаетсяизменением внут­реннего состояния элемента (внутреннего сопротивления проводи­мости, индуктивности и т. п.) без физического размыкания цепи, то такой элемент называют прибором релейного действия, или бесконтактным реле.

Основной частью реле (рис. 2.2) является электромагнит — наиболее простой преобразователь электрического сигнала в меха­ническое перемещение. Электромагнит состоит из обмотки 1 с сер­дечником 2, ярма 3 и подвижной части 4, называемый 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 получили наибольшее распространение в экс­плуатируемых устройствах железнодорожной автоматики и теле­механики благодаря их простоте и надежности работы. К их до­стоинствам следует отнести возможность одновременного независимого переключении 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.

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 нолей, высокая электрическая прочность и др.

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 применением бесконтактных реле, у которых отсутствуют подвижные трущиеся элементы. Бесконтактные приборы обладают большим быстродействием, имеют малые размеры и массу, менее подвержены воздействию вибрации, наблюдающейся при проследовании подвижного состава. Бесконтактные приборы получают все более широкое внедрение.

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. Применение тех или иных приборов в конкретных системах автоматики и телемехани­ки определяется на основании эксплуатационных, технических и экономических требований, предъявляемых к вновь разрабатывае­мым и проектируемым системам.

Рассмотренные классификация и основ­ные характеристики относятся лишь к контактным 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 (дис­петчерский контроль, схемы наборной группы маршрутно-релейной централизации, кодовая аппаратура диспетчерской 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 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_Ок напряжению (то­ку) срабатывания U_СРхарактеризует коэффициент возврата реле

k_В=U_О /U_СР или k_В =I_О/I_СР.