2513

61

Следовательно, конструкция реле с к.з. витком обеспечивает создание двух сдвинутых по фазе и смещенных в пространстве магнитных потоков.

Взаимодействие Ф1 и Ф2 с индуцированными в диске токами создает электромагнитную силу и действующий на диск момент:

Конструкция индукционных реле позволяет выполнить их с выдержкой времени без применения специальных устройств. Время поворота диска на угол до замыкания главных контактов определяется его угловой скоростью Р. В свою очередь скорость является функцией момента МЭ, а момент функцией IР: с увеличением IP время срабатывания уменьшается (рисунок 10.7). На практике часто применяет токовое реле с ограниченно зависимой характеристикой выдержки времени. Особенностью еѐ является то, что, начиная с некоторого тока, время действия реле становится независимьм от величины этого тока. Для получения такой характеристики параметры реле выбирают так, чтобы при Iр>Iн магнитопровод насыщался и дальнейшее увеличение Iр не приводило бы к росту МЭ. Реальное реле (РТ-80, РТ-90)

имеют характеристику 2 (рисунок 10.7) , которая весьма удобна, т.к. при Iр

близких к Iн реле работает без выдержки, а при меньших I с ограниченно зависимой выдержкой.

63

Сила нажатия подвижного контакта на неподвижный определяется

реле она составляет всего 10-50 мН). Поляризованные реле могут выполняться с односторонним и двухсторонним действием, с фиксацией и без фиксации начального положения якоря. Реле одностороннего действия с фиксацией начального положения якоря изображено на рисунке 11.2. У этого реле .упоры неподвижных контактов, ограничивающих ход якоря, устанавливаются так, чтобы при любом положении якоря преобладало влияние одного из полюсов.

Для этой цели зазор 2 взят больше 1. Тогда при отсутствии тока Iр поляризующий поток Фм1>Фм2; соответственно сила F 1>F 2 и якорь прижат к правому .упору под действием преобладающей силы. При появлении Iр>Iсраб якорь отклоняется вправо, замыкая контакты реле. После исчезновения IP якорь возвращается в исходное состояние под действием поляризующего поля. Это настройка с "преобладанием".

Такие реле наиболее часто применяются в схемах защиты. Если упоры расположены симметрично по отношению к среднему положении якоря, то такая регулировка называется нейтральной (рисунок 11.3). В зависимости от

направления IP якорь отклоняется вправо или влево, при отключении IP якорь остается в том положении при котором он находился при воздействии IP. Следовательно, такое реле работает как двухстороннее, не имея фиксированного положения якоря.

Наибольшее распространение получили реле типа РП, которые

допускают f=200 в сек; Iконт=1,5-5A, Fтр=10-50мH, длительный ток контактов - 0,2А, напряжение управляемой цепи - 24В. Широко используются реле типа

ДТ-115 для защиты от обратного тока.

Поляризованное реле по сравнению с обычными электромагнитными реле обладают следующими преимуществами: направленностью срабатывания (в зависимости от направления тока в рабочей обмотке), высокой чувствительностью, высоких быстродействием; высокой устойчивостью к перегрузках ( допустимая кратность тока через обмотку .управления равна 20), удобство перестройки реле в однопозиционное, двухпозиционное, нейтральное.

Недостатками реле являются относительная сложность конструкции и сравнительно большие габариты.

12 ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЕ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫЕ КОНТАКТЫ

64

Герметизированный магнитоуправляемый контакт (геркон) представляет со6ой герметизированное контактное устройство, детали которого совмещают в себе функции контактов и участков электрической и магнитной цепей, причем одна или несколько деталей этого устройства могут перемещаться для изменения состояния коммутируемой электрической цепи.

Герконы широко внедряются в автоматику, телемеханику, связь, информационно-измерительную технику, вычислительную технику и др. области.

На базе герконов строится большое многообразие всевозможной электрической аппаратуры: реле разных типов; преобразователи линейных и угловых перемещений; переключатели и искатели; программные и логические устройства.

Герконные реле выполняются на замыкание, размыкание или переключение электрических цепей. Они могут быть как нейтральными, так и поляризованными. Простейшая конструкция одноконтактного нейтрального реле (рисунок 12.1) включает в себя в качестве основных частей симметричный нейтральный замыкающий геркон 1, расположенный в обмотке - 2 катушки управления.

Геркон, изображенный на рисунке 12.1, представляет собой герметичный стеклянный баллон с двумя вваренными в него пружинящими ферромагнитными (обычно пермаллоевыми контактными сердечниками (КС)). Баллон, в зависимости от требований, предъявляемых к геркону, либо заполнен тем или иным газом (азот, водород, гелий и др.) или смесью газов, либо вакуумирован. Контактные сердечники выполняют функции элементов электрической и магнитной цепей, а также являются плоскими возвратными пружинами. Внутренние концы, перекрывающиеся на величину а (рисунок 12.1), представляют собой контактную пару и имеют контактное покрытие из золота, платины, серебра...., что обеспечивает малое переходное сопротивление

(0,02 - 0,03 Ом).

При отсутствии внешнего магнитного поля перекрывающиеся концы отделены друг от друга в области перекрытия на величину начального рабочего зазора. При воздействии магнитного поля, создаваемого обмоткой, между КС

возникает электромагнитная сила Fэ, которая, преодолевая противодействующую (механическую) силу упругости контактных сердечников, приближает перекрывающиеся концы друг к другу. При определенной величине поля КС замыкают цепь объекта управления (ОУ) (рисунке 12.1). На рисунке 12.2 приведены противодействующая

характеристика Fмех=f( ) и статические тяговые (электромагнитные)

характеристики Fэ=f( ) геркона, соответствующие случаю медленного нарастания магнитного поля.

При увеличении намагничивающей силы (н.с.) катушки, например, до значения I, (рисунок 12.2) расстояние между КС уменьшается от величины от н до 1. Контактные сердечники при этом находятся в устойчивом

65

состоянии, в котором действующая на них электромагнитная сила равна их противодействующей силы.

При дальнейшем медленном увеличении н.с. контактные сердечники постепенно сближаются до зазора срабатывания с, соответствующего н.с.

При динамическом режиме работы (т.е. при "мгновенном" включении питания обмотки на определенное напряжение, что наиболее часто встречается на практике) чувствительность реле обычно выше, чем при статическом режиме.

Имеется конструкция герконов, когда несколько автономных ГК охвачены общей катушкой. При подаче питающего напряжения срабатывают все ГК. Это т.н. многоцепные ГК. Имеются конструкции ГК с поляризующим элементом. Направление их срабатывания зависит от направления тока в обмотке управления.

Благодаря отсутствию массивных элементов магнитной системы, пружин и др. ГК отличаются от обычных реле высоким быстродействием 0,2-0,5 мкс.

М.Д.С. обычных герконов - 10-100 А, расчет катушки производится аналогично расчету катушек обычных реле. Недостатки: вибрация при смыкании контактов 0,3-1,0 мкс, малая виброустойчивость.

66

13 РЕЛЕ ВРЕМЕНИ

При работе схем автоматики и защиты часто необходимо создать выдержку времени между включением отдельных аппаратов или включить их в определенной временной последовательности. Такие операции осуществляют реле времени. К ним предъявляют следующие требования:

1.стабильность времени выдержки вне зависимости от питающего напряжения, частоты питания, температуры окружающей среды...

2.малая потребляемая мощность, масса и габариты;

3.достаточная мощность контактной системы

4.для схем автоматики, работающих с большой частотой включений, важным является повышенная износоустойчивость (107 циклов). Время задержки должно варьироваться в пределах 0,25-10 сек с разбросом не более 10%. Работать они должны в самых тяжелых условиях;

5.реле защиты энергосистем должны иметь большую точность выдержки

времени, время срабатывания в пределах 0,1-20 с, износоустойчивость 104, т.к. возврат в исходное состояние осуществляется отключением, то к коэффициенту возврата особых требований не предъявляется, он может быть очень низким;

6.для реле автоматизации технологических процессов требования по времени выдержки лежат в пределах 1-60 мин и более.

Реле с электромагнитным замедлением.

Такие реле широко применяются и часто используется в качестве замедляющего устройства к.з. виток (см. выше). Для получения высокого времени отпускания необходимо иметь магнитный материал с высокой проводимостью, высокую магнитную проводимость рабочего и паразитного зазоров в замкнутом состоянии, поэтому торцы ярма и якоря обычно шлифуют. Конструкцию РЭВ-800 см. на рисунке 13.1. Литое основание из алюминия создает дополнительный к.з. виток и увеличивает общую выдержку на время отпускания.

У реальных магнитных материалов после отключения остается некоторый поток ФОСТ, который определяется коэрцитивной силой НС и геометрическими размерами магнитной цепи. Чем меньше НС, тем меньше ФОСТ и тем большую выдержку по времени можно получить на отключение. Такие свойства обеспечивает сталь ЭАА. ЭАА удовлетворяет и другому требованию: имеет высокую магнитную проницаемость на ненасыщенном участке кривой намагничения.

Замедление в насыщенной системе можно найти по выражению

где - витков к.з. катушки,

R - ее активное сопротивление,

68

Такая схема широко применяется в электроприводе. Например, реле включается параллельно ступени пускового реостата, при закорачивании ступени обмотка РВ замыкается и с выдержкой по времени производит включение контактора шунтирующего следующую ступень пускового реостата...

Часто применяется закорачивание обмотки диодом (рисунок 13.3в). При этом на включение ток через Д равен 0, при отключении же поток в магнитной цепи спадает, на зажимах обмотки появляется противоЭ.Д.С. и через вентиль начинает протекать ток , а обмотка играет роль к.з. витка. Величина тока в

обмотке зависит от сопротивлений диода и обмотки. Для .увеличения tотп сопротивление диода должно быть в 10-100 раз меньше сопротивления обмотки. При любых схемах задержки питания обмоток осуществляется от источников постоянного тока или через мост от источника переменного тока.

Регулирование задержки

Плавная регулировка времени срабатывания производится изменением усилия возвратной пружины: с увеличением сжатия пружины увеличивается усилие трогания, поток трогания и, следовательно, время срабатывания. Ввиду малости постоянной времени системы в разомкнутом состоянии магнитопровода выдержка также мала (до 0,2 с). Выдержка может быть

увеличена, если поток трогания Фтр приблизить к потоку установившемуся Фуст, но в этом случае реле работает на пологой части кривой Ф(t) и наблюдается уменьшение стабильности времени срабатывания (в некоторых случаях якорь вообще может не притянуться).

Для обеспечения выдержки > Ic необходимо использовать реле на отпускание (см. выше). Плавная регулировка задержки осуществляется при этом за счет изменения жесткости пружины, укрепленной на головке якоря. Пружина через латунные подвижные винты создает основное отрывное усилие при обесточивании обмотки реле. С .увеличением силы, пружины увеличивается сила отрыва якоря, следовательно, увеличивается поток отпускания Фотп а

время отпускания уменьшается и наоборот. (см. рисунок 13.4). По мере приближения потока отпускания к остаточному потоку выдержка времени резко возрастает, но точность этой выдержки падает (работа на пологом участке). Поэтому не рекомендуется работа реле с выдержкой более, чем таковая рекомендована заводом, хотя такая работа и возможна. Возвратная пружина при такой регулировке устанавливается на нажатие, необходимое для размыкающих контактов реле и четкий возврат якоря в исходное положение после окончания действия дополнительных пружин.

Грубая регулировка задержки идет за счет толщины немагнитной. прокладки (см. рисунок 13.5 и образец). При насыщенной магнитной системе толщина прокладки мало сказывается на величине установившегося потока.

Но прокладка меняет индуктивность катушки в ненасыщенном состоянии сердечника и меняет скорость спада потока. В результате при одной и той же

силе возвратной пружины (а следовательно и при одной и той же Фотп)

70

утечки и емкостью сетки. Для стабильной работы R,C должно быть значительно меньше сопротивления утечки и емкости сетки.

РП имеет разброс тока трогания, если реле работает на пологой части экспоненты разряда конденсатора, то это ведет к большому разбросу

времени tср.

14 ТЕПЛОВОЕ РЕЛЕ

Долговечность эксплуатации электрического оборудования зависит от перегрузок которым оно подвергается.

Для любого объекта можно найти зависимость длительного протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надѐжная и длительная его эксплуатация (рисунок 14.1).

При Iн, tэкспл= ; при I>Iн имеется перегрев, а следовательно интенсивное старение изоляции. Поэтому чем больше перегрузка, тем

кратковременнее она допустима. Идеальная защита обеспечивается в том случае, если характеристика защитного реле идет на много ниже кривой перегрузок для объекта.

Для защиты от перегрузок наибольшее распространение получили тепловые реле , которые состоят из биметаллической пластины, имеющей слои с различным коэффициентом линейного расширения (- мало инвар, 9- 18*10-6 мм/1°С, -большое немагнитная или хромоникелевая сталь).

В месте прилегания друг к другу материалы с различным жестко скреплены за счет проката в горячем состоянии или сваркой.

При прогреве произойдет изгиб пластины в сторону материала с малым

. Максимальный прогиб пластины:

где l - длина пластины ;

-суммарная толщина ;

-превышение температуры над окружающей средой. При этом свободный конец развивает силу

где b - ширина пластины ;

Е - средний модель упругости пластины;

Видно, что max, F пропорциональны ( 1- 2.), т.е. необходимо брать

пластины с возможно большей разностью . Однако, возникающие при этом усилия сжатия внутри слоев не должны превышать разрушающих величин и биметаллическая пластина не должна расслаиваться.