Об электромагнитах и электромагнитных реле

[stone_guest]

   Решил, как обычно, поделиться с самим собой любопытным фактом. :) У многих типов электромагнитных реле имеются два варианта: стандартные и высокочувствительные, различающиеся мощностью управления. Например, реле NRP05-A-05D имеет обмотку управления, рассчитанную на напряжение 5 В. Сопротивление обмотки 55 Ом, мощность управления 0,45 Вт. Похожее реле NRP05-A-05D-H имеет сопротивление обмотки 125 Ом, т.е. при том же управляющем напряжении 5 В в цепи управления расходуется мощность всего 0,2 Вт. На первый взгляд может показаться, что для обеспечения такой экономичности у второго реле должна быть слабая пружина и хилые контакты. Однако все свойства в описании, кроме мощности управления, совпадают. Может ли такое быть? Оказывается, может!
   То, с какой силой будут прижаты контакты реле, при фиксированной конструкции реле, определяется магнитодвижущей силой, действующей в магнитопроводе, равной произведению тока в обмотке на количество витков: F=I∙w. Сопротивление обмотки при постоянном сечении провода также примерно пропорционально количеству витков (для простоты считаем длины всех витков одинаковыми): R=r0∙w, где r0 - сопротивление одного витка. А по закону Ома ток через обмотку обратно пропорционален её сопротивлению: I=U/R. Отсюда следует, что, если увеличить вдвое число витков, сопротивление обмотки вдвое увеличится, а ток при том же напряжении вдвое уменьшится. Магнитодвижущая сила останется той же, т.е. реле будет срабатывать при том же напряжении, но мощность управления снизится вдвое. Казалось бы, нет предела совершенству: наматывая витки, можно увеличивать бесконечно чувствительность реле. Предел только в том числе витков, которое поместится на каркасе. Когда этот предел будет достигнут, придётся увеличивать каркас или переходить на провод меньшего сечения. В первом случае изменится конструкция реле, во втором - при неизменной конструкции увеличится сопротивление одного витка, а значит, реле станет срабатывать при большем управляющем напряжении.
   Таким образом, получаем два странных вывода:

• если домотать на обмотку реле несколько витков тем же проводом, напряжение срабатывания реле не изменится, но повысится экономичность - ток управления будет меньше;
• чтобы заставить реле срабатывать при меньшем напряжении, бесполезно отматывать витки обмотки, здесь поможет только перемотка обмотки проводом большего сечения.

   Теперь представим себе двухобмоточное реле, срабатывающее при напряжении 5 В на любой из обмоток. Пусть сопротивление каждой обмотки 50 Ом. При подключении одной обмотки к источнику управляющего сигнала ток управления будет равен 0.1 А, мощность управления 0.5 Вт. При последовательном включении двух обмоток напряжение срабатывания останется равным 5 В, общее сопротивление обмоток 100 Ом, ток управления 0.05 А, мощность управления 0.25 Вт. При параллельном включении обмоток та же магнитодвижущая сила будет развиваться при напряжении 2.5 В, сопротивление обмоток получится 25 Ом, ток управления 0.1 А, мощность управления 0.25 Вт. Отсюда следует, что для снижения напряжения срабатывания реле вдвое нужно разделить его обмотку на две части и соединить эти части параллельно. А для снижения тока управления вдвое при сохранении управляющего напряжения нужно намотать вторую такую же обмотку проводом такого же сечения и соединить обе обмотки последовательно.
   Практический интерес представляет ещё одно следствие из вышеизложенного. Если в обмотке реле прогорела изоляция между слоями, в результате чего сопротивление обмотки уменьшилось, такое реле будет продолжать, как ни в чём не бывало, работать при том же номинальном напряжении, потребляя при этом неразумно большой ток.