Электромагнитное реле (рис. 1) – электромеханическое устройство, механически замыкающее и/или размыкающее электрические контакты. Основные части электромагнитного реле: электромагнит, якорь $2$ и группа контактов $1$. Электромагнит представляет собой электрический провод $3$, намотанный на сердечник $4$ из магнитного материала. Якорь пластина из магнитного материала, управляющая подвижным контактом $B$ через толкатель $5$ . Если на катушку не подаётся напряжение контакты $B$ и $C$ замкнуты, контакты $A$ и $B$ разомкнуты. По этому контакт $C$ называют нормально замкнутым, а контакт $A$ – нормально разомкнутым. Как только на электромагнит подаётся напряжение, магнит притягивает к себе якорь. В свою очередь, якорь через толкатель приводит в движение контакт $B$. В результате, контакты $B$ и $C$ размыкаются, контакты $A$ и $B$ оказываются замкнуты. Между моментом включения или выключения электромагнита и изменением положения контактов существуют временные задержки ( $\sim 10^{-3}$ c) обусловленные индуктивными свойствами электромагнита и инерционностью механической части реле.
Обозначение реле на схеме приведено на рис. 2. Катушка электромагнита имеет выводы «1» и «2»», контактная группа имеет выводы «А», «В» и «С» (в соответствии с вышеуказанными обозначениями контактов).
Экземпляр реле, который есть в вашем оборудовании, имеет только подвижный контакт $B$ и нормально замкнутый контакт $C$. При подачи напряжения на электромагнит эти контакты размыкаются.
Если наблюдать за колебаниями листьев деревьев, дорожных знаков над проезжей частью улиц, полотнищ на ветру, то можно заметить, что во всех перечисленных случаях незатухающие колебания происходят за счет энергии постоянно дующего ветра. При этом сама колебательная система производит отбор энергии ветра в нужный момент времени и в количестве, требуемом для компенсации неизбежно присутствующих энергетических потерь. Частота и амплитуда установившихся колебаний определяется как параметрами самой системы, так и параметрами ее взаимодействия с ветром. Такие колебания являются примерами автоколебаний, а сами системы - примерами автоколебательных систем.
В этой задаче вам предстоит собрать и изучить некоторые свойства автоколебательной системы, ключевым элементом которой будет являться реле. Рассмотрим схему, изображённую на рис. 3.
При подаче напряжения на схему (включении источника питания) через электромагнит начинает идти ток. На подвижный контакт в этот момент действует сила, которая через некоторый промежуток времени отрывает его от нормально замкнутого контакта. При этом ток в электромагните пропадает, подвижный контакт начинает возвращается в исходное положение, и через некоторое время вновь замыкается с нормально замкнутым контактом. Далее процесс повторяется циклически. В таком процессе период повторения определяется внутренними инерционными параметрами реле.
Регулировать частоту между срабатываниями реле можно с помощью конденсатора. Подключим конденсатор параллельно обмотке реле (рис. 4).
Изначально конденсатор разряжен. С подачей напряжения на схему (подключением источника питания) в цепи возникает ток и начинается зарядка конденсатора $C$. Так как контур, содержащий конденсатор и источник питания, не имеет существенного сопротивления, конденсатор заряжается почти мгновенно. Реле размыкает подвижный и нормально замкнутый контакт, отключая схему от источника питания. Но так как электромагнит остаётся подключённым к конденсатору, через него продолжает течь ток. Электромагнитные силы удерживают подвижный контакт отключенным от нормально замкнутого. Со временем по мере разрядки конденсатора ток в цепи уменьшается, и в некоторый момент снижается до такого значения, при котором электромагнит уже не может удерживать контакты разомкнутыми и они вновь замыкаются. Далее процесс повторяется циклически.
Говорят, что в такой автоколебательной системе есть $RC$-цепь задержки, образованная конденсатором и сопротивлением электромагнита. Если характерное время $RC$ цепи много больше периода циклической работы цепи без конденсатора, то можно говорить о том, что $RC$-цепь полностью определяет частоту работы цепи на рис.4.
Внимание! Не подавайте на обмотку электромагнита реле напряжение более $10~В$. Иначе реле выйдет из строя!
Внимание! Нарушение полярности подключения электролитических конденсаторов приводит к их выходу из строя. Новые конденсаторы выдаваться не будут!
