Электромагнитные реле железнодорожной автоматики (стр. 1 из 5)

1. Основные типы электромагнитных реле железнодорожной автоматики

На сегодняшнее время электромагнитные реле являются основными элементами в устройствах автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте. Несмотря на интенсивное развитие и широкое внедрение современных интегральных микросхем, микропроцессорной и вычислительной техники в устройства железнодорожной автоматики, электромагнитные реле продолжают оставаться главными и наиболее массовыми элементами систем регулирования движением поездов на перегонах и станциях. В экономически развитых странах не только продолжают эксплуатироваться устройства железнодорожной автоматики, содержащие десятки миллионов электромагнитных реле, но и ведутся разработки новых типов реле [1,2]. Такое широкое применение электромагнитных реле в устройствах автоматики на железнодорожном транспорте обусловлено их следующими преимуществами по сравнению с полупроводниковыми приборами:

- высокая надежность работы в сложных климатических условиях;

- полный электрический разрыв коммутируемых цепей при разомкнутых контактах, и малое, стабильное переходное сопротивление при замкнутых контактах;

- отсутствие гальванической связи между управляющими и выходными цепями, а также возможность одновременно коммутировать несколько независимых электрических цепей с различными напряжениями и токами;

- простота эксплуатации, не требующая для обслуживания высококвалифицированного персонала и применения сложных и дорогостоящих измерительных приборов;

- высокая помехозащищенность от атмосферных разрядов, тяговых токов, воздействия радиации, резких колебаний питающих напряжений.

Анализ развития схемотехники современных устройств железнодорожной автоматики в Украине и за рубежом показывает, что электромагнитные реле будут применяться еще достаточно длительный период времени [1,2]. Это, прежде всего, связано с тем что, схемотехника устройств железнодорожной автоматики весьма консервативна, так как от ее работы зависит безопасность перевозочного процесса. Поэтому внедрение любого нового устройства или модернизация старого оборудования требуют тщательных испытаний на безопасность, как в лабораторных, так и эксплуатационных условиях. К тому же до сих пор не разработано полупроводниковых элементов, являющихся по надежности равноценной заменой электромагнитных реле первого класса надежности, обеспечивающих безопасность движения поездов.

Существует большое количество разновидностей и типов реле, но все они имеют две основные части [3]: 1) воспринимающую часть, которая реагирует на изменение определенного вида физической энергии; 2) исполнительную часть, которая непосредственно производит скачкообразное изменение тока в выходной цепи.

В технике используется большое количество разновидностей и типов реле, отличающихся конструкцией, принципом работы и т.п. Поэтому в основу классификации реле можно брать различные признаки. По виду физической природы энергии, на которую реагирует воспринимающая часть, все реле можно разбить на следующие классы (рис. 1): электрические, механические, тепловые, оптические, пневматические, акустические, жидкостные и газовые [3].

Рис. Классификация реле по виду управляющего воздействия

Полная классификация всех видов реле дана в [3]. В устройствах автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте наибольшее распространение получили электрические реле. Однако наряду с ними в автоматике возникает необходимость использовать и другие классы реле. Например, в автостопах на локомотивах используются пневматические реле, работающие за счет энергии сжатого воздуха и приводящие в действие поездные тормоза при приближении к сигналам с запрещающим показанием [4]. В схеме автоматической переездной сигнализации, применяются реле НМШТ-1440 и АНШМТ-310, которые представляют собой сочетание электрического и теплового реле и используются в качестве реле времени или для защиты от перегрузок [4].

Электрические реле – это реле, воспринимающая часть которых реагирует на один из видов электрической энергии. Электрические реле, по принципу устройства воспринимающей части, делятся на: нейтральные электромагнитные реле; поляризованные электромагнитные реле; магнитоэлектрические реле; электродинамические реле; индукционные реле; полупроводниковые реле [3].

Нейтральным электромагнитным реле называют реле, действие которого основано на взаимодействии магнитного поля, создаваемого электромагнитом, и якоря, выполненного из ферромагнитного материала. Действие нейтрального электромагнитного реле зависит только от значения тока, протекающего в обмотке электромагнитного реле, и не зависит от направления этого тока.

В устройствах железнодорожной автоматики наиболее широкое распространение получил класс нейтральных электромагнитных реле благодаря их простой конструкции, а также надежной и безотказной работе [4]. Конструкция любого нейтрального электромагнитного реле состоит из четырех основных узлов: обмотка реле (располагается либо на сердечнике, либо на якоре); неподвижная часть магнитопровода, состоит из сердечника и ярма; якорь, представляющий собой подвижную часть магнитопровода; контактная система. В зависимости от конструкции магнитной цепи электромагнитные реле делятся на три типа [3]: реле клапанного типа; реле соленоидного типа; реле с внешним поперечно движущимся якорем. Основная масса нейтральных электромагнитных реле применяемых в технике являются реле клапанного типа. Наиболее массовые реле железнодорожной автоматики типов НМШ и РЭЛ также имеют магнитную систему клапанного типа [4].

2. Эксплуатационно-технические требования к параметрам реле железнодорожной автоматики

Электромагнитные реле, эксплуатирующиеся в устройствах автоматики, должны удовлетворять большому количеству различных эксплуатационно-технических требований (ЭТТ), которые часто являются противоречивыми и полностью не могут быть удовлетворены в одной универсальной конструкции.

Все параметры электромагнитных реле можно разделить на три типа [4]: 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.) [5].

Все электромагнитные реле по надежности работы делятся на реле первого класса и реле низшего класса надежности. Во всех устройствах железнодорожной автоматики, обеспечивающих безопасность движения поездов, применяются реле первого класса надежности типов НМ, НМШ и РЭЛ. На их основе строятся рабочие и контрольные цепи управления светофорами и стрелками, рельсовые цепи, а также логические схемы, непосредственно обеспечивающие безопасность движения поездов. 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 [6,7].

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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.