МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра “Автоматика и телемеханика на железных дорогах”

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Методические указания

к лабораторной работе УПП-1

для специальностей “Управление процессами перевозок”

Санкт-Петербург

2003

Целью работы является изучение основных элементов (приборов), предназначенных для функционирования в составе аппаратуры сигнализации, централизации и блокировки, обеспечивающей безопасность движения поездов.

1. Основные положения

Наиболее распространенными элементами систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) являются приборы релейного действия (реле), при помощи которых осуществляются процессы автоматического управления, регулирования и контроля движения поездов, а также различные схемные зависимости и взаимоисключения.

Реле предназначены для работы в электрических цепях постоянного тока напряжением 12 В и 24 В и переменного тока напряжением до 220 В.

Основным отличием реле и приборов релейного действия от других элементов автоматики и телемеханики является скачкообразное изменение выходной величины при плавном изменении входной.

Если скачкообразное изменение тока в выходной управляемой цепи достигается физическим разрывом цепи, то такой элемент называется контактным реле или просто реле.

Если же скачкообразное изменение тока в выходной цепи обуславливается изменением внутреннего состояния элемента (внутреннего сопротивления, проводимости, индуктивности и т.п.) без физического разрыва цепи, то такой элемент называется прибором релейного действия, или бесконтактным реле.

В устройствах СЖАТ, как правило, применяются реле и приборы релейного действия, в которых входными и выходными являются электрические величины (ток и напряжение). Например, при изменении входной величины - напряжения на реле U от нуля до напряжения срабатывания U_ср амплитуда выходного тока I остается постоянной и равной нулю. (рис. 1).

После достижения U_ср происходит скачкообразное изменение тока от нуля до I₁ .

При дальнейшем изменении входной цепи не изменяется и остается равным I₁ при рабочем значении напряжения U_р .

При изменении U до значения напряжение отпускания якоря реле U_отп ток в выходной цепи уменьшается скачком до нуля.

Отношение называется коэффициентом возврата реле К_в. Обычно у реле К_в=0,30,9.

Рис. 1

Отношение рабочего напряжения к напряжению срабатывания называется коэффициентом запаса реле, который применяется равным в пределах К_з=1,12,0.

Контактные реле получили наибольшее распространение в СЖАТ, благодаря их простоте и надежности работы. К их достоинствам следует отнести возможность одновременного переключения нескольких выходных цепей, при этом выходные цепи развязаны одна с другой. Реле устанавливают на стативах, в релейных блоках и шкафах на станциях и в релейных шкафах на перегонах.

2. Классификация реле сжат

2.1.По надёжности в устройствах СЖАТ реле делятся на реле первого и не первого класса надежности. К реле первого класса надежности относятся те, у которых возврат якоря при выключении напряжения (тока) в обмотках обеспечивается:

• под действием сил гравитации (собственного веса) или противовеса якоря;

• не свариваемостью нормально разомкнутых фронтовых контактов, замыкающих ответственные цепи при включении реле (для этого фронтовые контакты изготавливаются из графита с серебряным наполнителем, а остальные контакты - из серебра;

• исключением возможности прилипания якоря к сердечникам при выключении тока в катушках реле (за счет наклепанных на поверхность якоря антимагнитных штифтов).

Реле не первого класса надежности применяются в схемах, которые не отвечают за обеспечение безопасности движения поездов в системах, диспетчерского контроля, маршрутного набора электрической централизации , кодовой аппаратуре диспетчерской централизации и др. У реле не первого класса надежности при выключении тока в катушках якорь возвращается в исходное состояние под воздействием упругости возвратных пружин. В случаях использования этих реле, например, в рельсовых цепях должен предусматриваться обязательный схемный контроль притяжения и отпускания якоря реле при непрерывной импульсной работе. Если реле применяются в ответственных цепях с непрерывным питанием, то применяется дублирование реле (их параллельное или последовательное включение), контакты которых в схемах всегда включаются последовательно.

2.2. По принципу действия реле подразделяются на следующие типы:

• электромагнитные, в основу построения которых положено свойство электромагнита притягивать якорь и переключать связанные с ним контакты при протекании по обмотке тока;

• индукционные, содержащие две электромагнитные системы (местную и путевую) и подвижный сектор расположенный в зазоре между ними и связанный с контактной системой (принцип действия этих реле основан на взаимодействии токов, индуктированных в секторе при пересечении его магнитным потоком местного элемента, с магнитным потоком, созданным путевым элементом);

• электротермические, основанные на явлении расширения тел при нагревании (применяются биметаллические пластины, изгибающиеся при нагревании и замыкающие контакты, связанные с биметаллическими пластинами) и др.

2.3. По роду питающего тока реле бывают постоянного, переменного и постоянно-переменного тока. Реле постоянного тока подразделяются на нейтральные, поляризованные и комбинированные.

2.4. По времени срабатывания реле выполняются как:

• быстродействующие с временем срабатывания и отпускания якоря - до 0,03 С;

• нормально действующие - до 0,1 С;

• медленнодействующие - до 1,0 С;

• временные - свыше 1,0 С [1].

3. Принцип действия нейтрального реле

Основной частью реле (рис. 2) является электромагнит - преобразователь электрического сигнала в механическое перемещение. Электромагнит состоит из обмотки 1 с сердечником 2, ярма 3 и подвижной части 4, называемой якорем. Якорь воздействует на исполнительный орган - контакты 5. При протекании тока по обмотке создается магнитное поле. Сердечник, ярмо и якорь образуют магнитную цепь, по которой замыкается основной магнитный поток, так как проводимость магнитной цепи значительно больше проводимости воздуха. Под действием сил магнитного поля якорь притягивается к сердечнику, коммутируя цепи контактов, передавая усилие от противовеса 6 на тягу 7. Это явление называется срабатыванием реле.

Рис. 2

При выключении тока в обмотке реле под действием противовеса 6 (гравитационных сил) или упругости контактных пружин якорь 4 возвращается в исходное состояние, размыкая контакты. Предохранение от залипания якоря при выключении тока в обмотке реле обеспечивается наличием антимагнитного штифта 8 на якоре.

Нейтральные реле не реагируют на направление тока в обмотке (нейтральны к полярности тока). Якорь нейтрального реле притягивается, переключая контакты при любой полярности тока в обмотках, а при выключении тока возвращается в исходное нерабочее состояние.

Минимальное напряжение (ток), при котором притягивается якорь реле и замыкаются фронтовые контакты называется напряжением (током) срабатывания, а максимальное напряжение (ток), при котором происходит отпускание якоря, называется напряжением (током) отпускания. Номинальное (рабочее) напряжение устанавливается с учетом коэффициента запаса и всегда выше напряжения срабатывания (в 1,5 раза и более).

Контакты фронтовые (ф) и тыловые (т), работающие с одним общим контактом (о), образуют контактную группу или тройник (рис. 3).

Рис. 3

Отдельные типы нейтральных реле могут иметь до 8 тройников. Номер каждого контакта нейтрального реле составляется из двух цифр, первая из которых указывает номер контактной группы, а вторая - тип контакта.

Все цифровые обозначения общих контактов оканчиваются цифрой 1, фронтовые - 2, тыловые - 3. Например, номер 82, обозначает, что это фронтовой контакт восьмой группы, 81 - общий контакт, 83 - тыловой контакт. Выводы от обмоток подключаются к клеммам реле 1 - 3 и 2 - 4.

Контактная система реле СЖАТ рассчитана на переключение электрических цепей постоянного тока напряжением 24 В при токе нагрузки до 2 А и переменного тока напряжением 220 В. В ряде случаев требуется переключение более мощных цепей (рельсовые цепи, пусковые цепи стрелочных электроприводов, переключение цепей питания).

Неблагоприятным режимом работы контактов является переключение (разрыв) цепи постоянного тока, в особенности при индуктивной нагрузке, так как при этом создаются условия для возникновения и поддержания дуги. В цепях переменного тока дуга гаснет при прохождении мгновенного значения тока через нуль, поэтому при прочих равных условиях те же контакты в цепях переменного тока могут коммутировать в 2 - 3 раза большую мощность.

В устройствах автоматики и телемеханики применяются реле не штепсельные (устаревшие), контакты которых соединены с внешними монтажными проводами болтовыми соединениями (НР и др.), штепсельные (НШ), малогабаритные штепсельные (НМШ, АНШ, ОМШ, АШ) и новые типы малогабаритных штепсельных реле (РЭЛ, ПЛ, Н, НБ, НБМ, С, СБ). При новом проектировании и строительстве устройств преимущественно используются реле нового типа. Конструктивное оформление и электромагнитная система реле НМШ приведены на рис. 4. Особенностью конструкции реле РЭЛ является подвижное крепление груза на якоре (рис.5). В результате при вибрациях корпуса реле груз свободно перемещается и не действует на якорь, контакты не размыкаются. Даже при опрокидывании реле якорь не перемещается. Реле Н, НБ, НБМ, С, СБ имеют неразветвлённую магнитную систему с одним сердечником вместо двух и двумя катушками вместо четырёх по сравнению с реле типа РЭЛ и взаимно заменяют друг друга.