16. Тепловые реле и их выбор. Тенденции развития тепловых реле.

Тепловые реле (РТ) их выбор:

В процессе эксплуатации – перегрузки, сопровождается превышением I ном. значения в (6-8)раз. Основной причиной возрастания I эл.магнитных и эл. двигательных приводов: , также обрыв одной из фаз, когда ток в оставшихся фазах увеличивается. противо ЭДС – ток статора . Каждое эл. техническое устройство имеет свою зависимость , которое рассчитывается из условия гарантийного срока службы для защиты ЭА от недопустимой длительности.

РТ выполняется на базе биметаллического элемента (БЭ) который представляет собой 2 пластины с различными температурными коэффициентами линейного распределения . Пластины соединяются жёстко сваркой. Если такой БЭ закрепить консольно и нагреть, то он изогнётся в сторону пластины с меньшим . Максимальный прогиб свободного конца элемента .

Это свойство БЭ используется в тепловых реле, для размыкания используемых контактов. Нагрев БЭ осуществляется за счет тепла выделяемого контактором непосредственно в БЭ или в специальном нагревателе, лучшие характеристики при комбинированном нагреве. Возврат реле в исходное положение после срабатывания осуществляется вручную кнопкой или автоматически, через (1,5...3) мин после срабатывания. РТ выпускается в одно, двух, трёх фазном варианте, они применяются либо индивидуально либо в комплекте в с магнитными пускателями. Бывают: РТТ- лучшие, РТЛ. Эти реле применяются с магнитными пускателями ПМЛ, ПМА.

Оба реле 3-х фазные. Конструктивно: пластмассовый корпус с 4-мя ячейками. В 3-х ячейках биметалические элементы с нагревателями и выводами, 4-й используемый механизм для размыкания цепи катушки контура и вспомогательной цепи сигнализации.

Основные параметры:

1. это наибольшее из номинальных напряжений главной цепи при котором реле может применятся.

2. это максимальный допустимый длительный ток реле из условия допустимого нагрева.

3. номинальный ток биметалического элемента реле.

Это наибольший ток длительное протекание которого не вызывает срабатывания БЭ. В инж. практике называют током не срабатывания.

В одном корпусе РТ БЭ с разным знаком номин. токов, при этом .

4. Диапазон регулирования в РТТ % относительно номинального значе ния; в РТЛ %.

5. ВТХ .

В ремя-токовые характеристики теплового реле:

Долговечность энергетического оборудования в значительной степени зависит от перегрузок, которым оно подвергается во время работы. Для любого объекта можно найти зависимость длительности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и длительная эксплуатация оборудования. Эта зависимость представлена на рисунке (кривая 1).

При номинальном токе допустимая длительность его протекания равна бесконечности. Протекание тока, большего, чем номинальный, приводит к дополнительному повышению температуры и дополнительному старению изоляции. Поэтому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима. Кривая 1 на рисунке устанавливается исходя из требуемой продолжительности жизни оборудования. Чем короче его жизнь, тем большие перегрузки допустимы. При идеальной защите объекта зависимость tср=f(I) для теплового реле должна идти немного ни-же кривой для объекта.

17. Транзисторное реле с ОС по напряжению. Эл. схема, принцип действия, характеристика управления i_н = f(e_У).

Эл схема на рис 6.3. с принятым положительным направлением токов и напряжений. ОС по U осуществляется путём подачи Uвых=Uкэ₂ на вход усилителя R_ОС=R₀. Поскольку вых сигнал снимается с коллектора VT2 и подаётся на вход усилителя параллельно ЕУ, то такая ОС называется коллекторной или параллельной. Данная ОС является ПОС, то есть усиливает действие входного сигнала. е_у↓. Iу↓- VT1 призакроется →Uкэ1↑→I_б2↑→VT2

приоткроется → Uкэ2↓ VT2 ещё более призакроется →φ₁ на эммитрерном переходе ≈0. На рис 6.4. (а) исходная хар- кА управления без ОС I_б1= Iу+ Iо, так как VT управляется током, то введение ОС те же выходные параметры п.п. реле, что и без ОС будут получены при прежнем I_б1, то есть при Iу меньшем на величину Iо. При этом будет меньше е_у. то есть характеристика сместится в право, но Iо=f(е_у);1) VT2 находится в отсечке , , то есть участки характеристики управления 1 ого и 2 ого каскадов соответствующие режиму отсечки VT2 (левее точки О2 смещается в право на величину . 2) VT2 находится в активной зоне. По мере приближения к режиму насыщения VT2 φ₂ ↓ в результате . По этому по мере приближения VT2 к насыщению характеристики каскадов с ОС сближаются с хар-ками без ОС. 3) VT2 в насыщении, в этом режиме доли вольта, поэтому . Значит участки хар-ки левее точки Н2 при введении ОС практически не изменяются. Введение ПОС увеличивает крутизну участков хар соответствующих активной зоне. Крутизна характеристик будет тем выше чем глубже ОС, ↑ОС достигается ↓Rо. При Rо< Rо.кр знак крутизны изменяется и усилитель переходит в релейный режим работы (6.4 б). Для рассматриваемой схемы Rо.кр= Rу- внутреннее сопротивление упр сигнала. 1 Если управление усилителем от источника U, когда Rу→0, то Rо.кр→0 в результате в усилителе релейного режима не выполнимо. 2 Если управление ведётся от источника тока тогда Rу→∞, Rо.кр→ ∞ тогда условие релейного режима можно выполнить. П.П.р с ОС по U хорошо согласуются с источником тока и не согласуются с источником U.

, рис 6.5 (а)

Из характеристик управления видно, это определяется положением точки (рис 6.4 б).

Сдвиг т. происходит под действием на величину , .

определяется положением точки , в которой VT2 находится в режиме насыщения независимо от величины , поэтому сдвига точки нет и не зависит от . характеризует ширину релейной характеристики и определяет .

. При . При , , ; при релейный режим прекращается.

Зависимость и на рис 6.5 (б). БТ управляется током, то значение VT1 и при срабатывании и возврате не зависят от тока и контактного реле не зависит от сопротивления цепи управления. в момент ср. и возврвта будет постоянным не зависимо от . ; ; ; . Поэтому с модули ; . Различные U из за того, что возвращение происходит более интенсивно, из-за влияния на реальный ток – , протекающий через вход реле (эмиттерный) переход VT1.

Т.о. возрастание обусловлено 2-мя причинами: и ОС , поэтому идёт круче; обусловлено только 1 причиной .

18. Транзисторное реле с ОС по току. Эл. схема, принцип действия, характе­ристика управления i_H = f(e_У).

Эл. Схема с принятыми “+” направлениями i и U на рис 6.6

В усилителе ОС по i осуществляется включением резистора ОС – в эммитерные цепи обоих VT, при этом проходя по создаёт падение , . Это напряжение является , т.к. включён в цепь эмиттеров VT, а включено последовательно с источником управляемого сигнала , то данная обратная связь называется эмиттерной или последовательной. Принцип действия аналогичен усилителю с ОС по U.

1. Рассмотренная ОС также является ПОС, т.е. сигнал ОС усиливает действие входного сигнала. , то – VT1 призакроется следовательно – – VT2 приоткроется – – . – является всегда запирающим. VT1 еще больше призакрылся.

2. всегда + и является запирающим VT1. на рабочем участке характеристики должно быть поэтому “–” т.к. она должна создать отпирающее U на эмиттерном переходе VT1, поэтому ОС сдвигает характеристику влево на величину . для создания прежнего и следов-но прежнего неоходимо скомпенсировать “+” , т.е. она должна в отрицательную сторону.

3. , , чем , - низко Ом, . Эта зависимость на рис 6.8 (а)

4. , на рис 6.8 (б)

Отл. Крутизна , чем , т.к влияет на ОС, с ОС, с ОС падает.

, чем , , т.е уменьшается сдвиг т. Н2 влево, - , изменение

вызывали два фактора: 1) при 2) при – – . На влияет только 1-ый фактор.

Сравнение этих реле.

ПР с ОС U: характеризуется повышенный; повышенный;

ПР с ОС по I: повышенный; повышенный.

Выводы: 1) по кратности изменения тока схемы практически одинаковы 2) ПР с ОС U ; ПР с ОС I , то эти реле по основным параметрам по , по , , , . Схемы одинаковы 3) применение той или иной схемы определяется характером источника управляемого сигнала, а именно если управление ведётся от источника близкого к источнику U , то следует отдавать предпочтение ПР м ОС I. Если управление ведётся от источника I , то следует применять ПР с ОС U.

19. Полупроводниковое реле с релейным органом на логических элементах. Эл. схема релейного органа, принцип действия, характеристика управления U_вых = f(e_y ). рис 6.9

Основные параметры логических элементов на основе МОП структуры: 1) R_ВХ=∞; 2)R_вых≈0; 3) U_вых≈U_пит≈0; 4) Пороговое напряжение U_пор≈0,5U_пит

Здесь релейный орган РО реализуется на двух последовательно соединенных логических элементах (ЛЭ). При этом выход реле соединяется с входным делителем R1,R2, который образует цепь обратной связи. В сопротивление R1 включено внутреннее сопротивление источника. Релейный гистерезисный вид характеристики управления схемы обеспечивается зависимостью напряжения на входе первого логического элемента U_ВХ от выходного напряжения U_ВЫХ. U_ВЫХ при переключении меняется скачком. U_вых= ≈U_П; U_вых= ≈0 при переключении U_ВХ1 меняется на величину ∆U_ВХ1;

РАБОТА СХЕМЫ РЕЛЕ: При малом сигнале управления е_у, когда U_вх1< U_пор, логичес-кие элементы остаются в исходном состоянии, при котором U_вых= ≈0. В этом состоянии напряжение U_вх1 линейно нарастает при увеличении сигнала управления е_у. - закон изменения напряжения на входе первого логического элемента

Когда Uвх1 достигает порогового значения, т.е. U_вх= U_пор=0,5U_пит (*) происходит переключение логических элементов и на выходе РО появляется сигнал высокого уровня U_вых= =U_П. Напряжение срабатывания определяется из (*): . Новое устойчивое состояние сохранится, пока U_вх1>U_пор. По методу суперпозиций:

; ;

е_у.п= е_у.ср – е_у.в = U_П∙(R1/R2)

Регулирование: 1) Путём суммирования R1 и R1 ; 2) Независимое регулирование напряжения срабатывания и возврата – достигается путем разделения цепи обратной связи для начального и конечного состояний с помощью диодов и сопротивлений (на. рис)

ИЗМЕНЕНИЕ ХАР-КИ УПРАВЛЕНИЯ: 1)рис: 2) увеличить R2 → уменьшится ширина петли

20. Полупроводниковое реле с релейным органом на операционном усилителе. Эл. схема релейного органа , принцип действия, характеристика управления U_вых = f(e_y). рис 6.12

При необходимости создания полупроводниковых реле с повышенной стабильностью и точностью напряжений срабатывания и возврата е_у.ср и е_у.в, релейный орган выполняется на операционном усилителе (ОУ). ОУ – это дифференциальный усилитель постоянного тока с критически идеальными параметрами: коэффициент усиления К_у→∞, R_вх→∞, R_вых→0; перевод ОУ в релейный режим работы осуществляется введением положительной обратной связи, путём подачи напряжения обратной связи U_ос на его прямой вход. Характеристика управления неинвертирующего ОУ (сигнал управления подается на прямой вход). Переключение ОУ происходит в момент равенства: U_нн= U_пр. Разные напряжения срабатывания и напряжения возврата обеспечиваются скачкообразным изменением напряжения обратной связи U_ОС, т.е. напряжением на одном из входов (прямом). Выходное напряжение ОУ U_{вых.ОУ.мах}≈ U_пит.

Электрическая схема замыкающего РО:

При срабатывании выходное напряжение U_вых меняется от минимального значения до максимального. На схеме UОС формируется на резисторе R5 делителя напряжен. R4 - R5 и подаётся на прямой вход ОУ. НА этот же вход подаётся управляющий сигнал е_у, т.е. релейный орган РО выполнен на неинвертирующем ОУ. На инвертирующий вход подаётся напряжение смещения U_СМ, которое формируется на резисторе R1 делителя напряжения R1 – R2 ; сам делитель подключен к «+» шине источника питания. Напряжение на инвертирующем входе

При е_у=0 U_ИН – U_СМ положительное и по модулю U_СМ> U_ПР и тогда это напряжение будет больше на прямом входе. Поэтому U_вых.ОУ будет отрицательным, U_вых.ОУ ≈ – U_П, поэтому напряжение в точке 1: U₁= – U_СТ.VD1; U_вых.ОУ= – U_СТ.пр = – U_СТ2.

U_пр = U_ОС = ; при увеличении сигнала управления е_У напряжение на прямом входе U_пр будет линейно возрастать по соотношению будет равно:

, пока е_У< е_У.СР.

При е_У=е_У.СР U_ИН = U_ПР, происходит переключение ОУ, в результате U_вых.ОУ = + U_П, при этом скачком меняется напряжение на цепи ОС ; U₁= + U_СТ; U_вых.ОУ = +U_СТ;

U_ОС = ; - скачком возрастает на 2U_ОС – это новое устойчивое положение релейного органа, которое сохраняется при всех значениях е_У >е_УВ. Напряжение срабатывания и возврата определяются из условия переключения ОУ: ; ;

напряжение возврата:

; ;

Отсюда находим напряжении переключения:

Регулирование е_У ,е_УВ осуществляется путем изменения сопротивления резистора R5

1) R5=0, U_ОС=0; U_УП =0;

е_УСР = е_УВ = U*_СМ; -приведенное к напряжению управления, напряжение смещения.

2) R5 повышается (см. график).