3.3 Комбіновані реле

Комбіновані реле

Комбіновані реле являють собою поєднання нейтрального і поляризованого реле із загальною магнітною системою. Вони мають нейтральний і поляризований якорі. При проходженні через обмотки струму будь-якої полярності нейтральний якір притягується, в результаті чого замикаються керовані ним фронтові контакти. Перемикання поляризованого якоря і замикання керованих ним контактів відбувається в залежності від полярності струму, який проходить через обмотки.

Комбіновані реле є трипозиційними, оскільки вони знаходяться в трьох різних станах: без струму, збуджені струмом прямої або зворотної полярності.

Контактна система реле  складається з двох контактних груп на перемикання 2фт, керованих нейтральним якорем, і двох контактних груп на перемикання 2нп, керованих поляризованим якорем. Контактуючі частини рухомих пружин поляризованого якоря виконані зі срібла, інші - графіто-срібні. Контактна система розрахована на перемикання електричних кіл постійного струму 2А при напрузі 24 В або кіл змінного струму 0,5 А при напрузі 220 В.

В пристроях автоблокування наряду з малогабаритними широко використовують звичайні (великі) штепсельні реле, які аналогічні за будовою, але більш чутливі (їх потужність спрацювання в 2-3 рази нижча), що має значення при використанні цих реле в лінійних колах. Крім того, у цих реле в два рази більше контактів (4фт, 4 нп).

Усім комбінованим реле властивий недолік, який заключається в тому, що при зміні полярності струму в обмотках змінюється напрямок магнітного потоку, і в момент його проходження через нульове значення реле відпускає нейтральний якір. Цей недолік обмежує сферу використання комбінованих реле. Якщо використовувати комбіноване реле для управління вогнями тризначного світлофора (див.схему нижче), то при зміні жовтого вогню на зелений або навпаки відбувається проблиск червоного вогню на світлофорі. В цій схемі при відсутності струму в обмотках реле (блок-ділянка зайнята) нейтральний якір знаходиться у відпущеному положенні, замкнуті його контакти 11-13, на світлофорі горить червоний вогонь.

При вільності однієї блок-ділянки лінійне реле Л (в якості якого використовують комбіноване реле) збуджується струмом зворотної полярності, замикаються контакти 11-12 нейтрального і 111-113 поляризованого якоря. На світлофорі  загоряється лампа жовтого вогню. 

Після звільнення другої блок-ділянки в лінійному реле змінюється полярність зі зворотної на пряму. Поляризований якір перекидується і замикаються контакти 111-112. На світлофорі загоряється зелений вогонь. 

Однак при зміні полярності струму в обмотках і магнітного потоку в сердечниках в момент його проходження через нульове значення реле короткочасно відпускає нейтральний якір, замикається тиловий контакт і на світлофорі короткочасно загоряється червоний вогонь, а потім нейтральний якір притягується, замикається фронтовий контакт і загоряється зелений вогонь. Таким чином, зміна жовтого вогню на зелений відбувається через червоний вогонь, що недопустимо, оскільки машиніст, побачивши червоний вогонь (або незрозумілий), має зупинити поїзд. Аналогічна ситуація створюється і при зворотній зміні сигналу - з зеленого на жовтий.

Для усунення даного недоліка в схему управління вогнями світлофора включається не контакт нейтрального якоря лінійного комбінованого реле Л, а контакт його повторювача ПЛ. Дане реле ПЛ має уповільнення на відпускання якоря і при короткочасному відпусканні нейтрального якоря реле Л утримує якір притягнутим і проблиску червоного вогню не відбувається. Можна обійтись і без додаткового реле повторювача, якщо в якості лінійного застосовувати комбіноване реле з самоутримуючою магнітною системою.

Комбіновані реле в частині роботи нейтрального якоря і зв'язаних з ним контактів відповідають умовам, що пред'являються до реле І класу надійності. Правильну роботу контактів поляризованого якоря необхідно перевіряти схемним способом, так як в частині роботи поляризованого якоря комбіноване реле не відповідає вимогам І класу надійності.

Самоутримуючі комбіновані реле

Самоутримуючі комбіновані реле СКШ1-250 та СКР1-270 використовують в системах автоблокування постійного струму в якості лінійних реле для управління вогнями світлофорів. Ці реле, крім нейтрального і поляризованого якорів, доповнюються самоутримуючою системою, яка забезпечує утримання нейтрального якоря в притягнутому положенні при зміні полярності струму в обмотках реле. Самоутримуюча система включає в себе дві допоміжні обмотки 1 (на рисунку показана одна обмотка), які надіті на сердечники основної магнітної системи і з'єднані з утримуючими обмотками 2. Утримуючі обмотки знаходяться на сердечнику 3 самоутримуючої магнітної системи з утримуючим якорем 4, жорстко зв'язаним за допомогою кронштейна 5 з основним нейтральним якорем.

При зміні полярності струму в основній обмотці 7, наприклад через розмикання тилових і замикання фронтових контактів колійного реле П, змінюється напрямок магнітного потоку Фр (до перемикання контактів реле П напрямок магнітного потоку показаний суцільною стрілкою). При зменшенні робочого потоку Фр від колишнього (старого) позитивного (умовного) значення до нуля в допоміжній обмотці 1 наводиться струм Іу такого напрямку, що створюваний ним магнітний потік Фу відповідно до закону електромагнітної індукції прагне підтримувати магнітний потік Фр, який зменшується, тобто магнітний потік Фу співпадає з потоком Фр. Після проходження через нульове значення магнітний потік Фр починає зростати, але напрямок його протилежний (показано штриховою стрілкою). Магнітний потік Фр наводить в допоміжній обмотці струм Іу такого напрямку, що створюваний ним магнітний потік Фу по тому ж самому закону електромагнітної індукції тепер вже буде перешкоджати наростанню основного магнітного потоку, тобто поток Фу буде направлений назустріч основному потоку Фр.

Таким чином, при зменшенні магнітного потоку Фр від позитивного значення до нуля і наступному зростанню від нуля до встановленого від'ємного значення струм Іу та магнітний поток Фу не змінюють свого напрямку. При проходженні через обмотку 2 самоутримуючої системи, струм Іу створює в сердечнику 3 магнітний потік, під дією якого притягується утримуючий якір 4. Оскільки якір 4 жорстко зв'язаний з основним нейтральним якорем 6, то тим самим забезпечується його утримання при зміні полярності струму в робочих обмотках. Після того, як значення робочого струму Іу встановилося, магнітний потік не змінюється, струм Іу в допоміжній обмотці не наводиться і самоутримуюча система не надає впливу на роботу реле. Зазор між самоутримуючим якорем і полюсами забезпечується так само, як і для нейтрального і поляризованого якорів, шляхом укріплення на якорі антимагнітного шифту. Слід відмітити, що нейтральний якір утримується за допомогою самоутримуючої системи тільки у випадку зміни полярності. При короткочасному розмиканні без зміни полярності утримання нейтрального якоря не відбувається. Однак в моменти увімкнення і вимкнення струму в основних обмотках індукується струм в додаткових обмотках, за рахунок чого створюється уповільнення як на притягання, так і на відпускання. 

Електричні характеристики самоутримуючих комбінованих реле СКШ1-250 та СКР1-270 наведені в таблиці

Основні обмотки реле обох типів включаються послідовно, а додаткові - паралельно. Реле СКШ1-250 має одну самоутримуючу обмотку, а реле СКР1-270 - дві, увімкнені послідовно. 

В системах електричної централізації в схемах управління стрілочними електроприводами в якості пускових стрілочних реле використовують самоутримуючі комбіновані пускові штепсельні реле СКПШ декількох різновидів. Для управління стрілочними електроприводами з електродвигунами на 30 В постійного струму використовують СКПШ1А-100 і СКПШ5-320, реле СКПШ4-160 використовують для управління стрілочними електроприводами з електродвигунами на 160 В. 

Реле СКПШ1А і СКПШ5 мають нейтральний і поляризований якорі і додткову самоутримуючу систему (див.рис.нижче). Нейтральні якорі основної і самоутримуючої систем жорстко зв'язані між собою за допомогою тяги.

На відміну від самоутримуючого реле СКШ утримання нейтрального якоря СКПШ при зміні полярності струму в основній обмотці (обмотці збудження) здійснюється допоміжною обмоткою самоутримуючої системи. Ця обмотка вмикається паралельно основній обмотці через випрямлюючий міст, завдяки чому при зміні полярності струму в основній обмотці напрямок струму у допоміжній обмотці не змінюється. У цьому випадку черговий по станції може повернути вістряки стрілки з проміжного положення в початкове натисканням кнопки і посилкою струму зворотного напрямку в основну обмотку. Поляризований якір при цьому перемикається, а нейтральний утримуватиметься за рахунок допоміжної обмотки самоутримуючої системи.

Застосування допоміжної обмотки, включеної паралельно основній через випрямляючий міст, забезпечує надійне утримання нейтрального якоря при зміні полярності струму в основний обмотці.

Утримання нейтрального якоря стрілочного пускового реле необхідне не тільки при зміні полярності струму у його основній обмотці, а й у деяких інших випадках залежно від умов роботи реле. Стрілочні кнопки не мають фіксації натиснутого положення: при знятті руки до закінчення переводу стрілки коло основної обмотки реле розмикається. Це коло може виявитися розімкненим і контактом стрілочного пускового реле при переведенні стрілки і заняття рухомим складом стрілочної ізольованої ділянки (при немаршрутизованому пересуванні). У цих випадках реле повинно утримувати якір притягнутим і почате переведення стрілки не повинне припинятися до досягнення вістряками крайнього положення. Для забезпечення цього самоутримуюча система має утримуючу (струмову) обмотку, що включається до кола робочого струму електроприводу. Ця обмотка має невелику кількість витків і виконана з дроту з великою площею поперечного перерізу, так як робочий струм електроприводу дорівнює приблизно 10 А при місцевому живленні і приблизно 3А - при центральному.

Самоутримуюча система має також короткозамкнену обмотку, яка створює уповільнення на відпускання якоря приблизно 0,2 с. Це уповільнення необхідно для утримання нейтрального якоря при короткочасних порушеннях робочого кола електроприводу: при перемиканні контакту автоперемикача у схемі керування спареними стрілками, у разі перемикання живлення з основного на резервне джерело та в деяких інших випадках.

Реле СКПШ4-160 відрізняється від розглянутих вище тим, що має дві окремі магнітні системи - нейтральну та поляризовану. Основні обмотки реле по 160 Ом кожна використовують для керування поляризованим якорем (див.рис.нижче). Ці обмотки мають самостійні плюсові виводи та включаються через допоміжний контакт ВК нейтрального якоря. Тому поляризований якір перемикається лише після притягання нейтрального якоря. Обмотка нейтрального якоря через діод підключається до виводів 1 і 3. Для утримання нейтрального якоря притягнутим при розмиканні обмотки збудження і початому переводі стрілки, а також при короткочасних перемиканнях робочого кола електроприводу нейтральна система має струмову обмотку, яка включається послідовно в робоче коло електроприводу, і короткозамкнену обмотку. По суті реле СКПШ4-160 є поєднанням двох окремих реле (нейтрального та поляризованого з роздільними магнітними системами), розміщених в одному кожусі.

Контактна система реле СКПШ всіх типів складається з двох трійників з посиленими фронтовими контактами 2 фут, керованих нейтральним якорем; двох трійників з посиленими контактами 2 нупу та двох непосилених нормальних контактів, керованих поляризованим якорем. Посилені металокерамічні контакти з магнітами дугогасіння розраховані на перемикання кіл постійного струму 5 А напругою 200 В, металокерамічні контакти нейтрального і поляризованого якорів - на перемикання кіл змінного струму 3 А напругою 12 В, (срібло-срібло) допоміжні контакти (срібло-срібло) - на перемикання кіл змінного струму 0,5 А напругою 12 В.

У ранніх системах електричної централізації застосовувалися і перебувають в експлуатації самоутримуючі комбіновані штепсельні реле СКПШ3, а також реле СКПР2 і СКПР3 з контактно-болтовим з'єднанням.