книги / Электрические аппараты. Общий курс

максимальной токовой защиты двигателя не предъявляются требо­ вания высокого коэффициента возврата.

В целом ряде схем управление производится не с помощью кнопки, а с помощью командоконтроллера КК (рис. 11-7). В этом случае после обесточивания якорной цепи двигателя реле РМ от­ пустит свой якорь и контакты этого реле подадут напряжение на катушку линейного контактора. Произойдет повторное включение на короткое замыкание. При этом последует новое отключение и т. д. В результате повреждений двигатель будет многократно включать­ ся в сеть.

КК

Рис. 11-7. Схема включения реле максимального тока.

Для устранения этого недостатка реле снабжаются специаль­ ным устройством, предотвращающим возврат реле в исходное со­ стояние после прекращения тока в катушке. Такие реле называют­ ся реле без с а м о в о зв р а та , их принцип действия рассмот­ рен ниже. Возврат реле в исходное положение после срабатывания возможен либо вручную, либо с помощью специального электромаг­ нита (дистанционный возврат).

Основными требованиями, предъявляемыми к реле, является быстрое срабатывание (/Ср^0,05 с), широкая регулировка тока сра­ батывания, вибро- и ударостойкость.

Реле могут быть использованы и для защиты от перегрузки. В этом случае выдержка времени, независимая от тока перегрузки, создается отдельным реле времени. Такая защита является несо­ вершенной, так как долговечность оборудования зависит не только от величины тока перегрузки, но и от длительности его протека­ ния. Более совершенной является тепловая защита (§ 11-4).

На рис. 11-8 показано реле серии РЭВ, предназначенное для работы в схемах электропривода переменного тока. Эти реле ис­ пользуются для защиты от токов короткого замыкания, от пере­ грузок (в совокупности с реле времени). В реле используется про­ стейшая клапанная система. Для повышения механической износо­ стойкости используется призматическая опора якоря. Реле может иметь и параллельную обмотку. В этом случае оно используется как реле напряжения для защиты от исчезновения питания. Эти же реле могут использоваться как промежуточное реле. Поскольку ре­

ле работает на переменном токе, магнитопровод шихтуется из элек­ тротехнической стали. Токовые реле в исходном положении работа­ ют с разомкнутой магнитной системой. Поэтому короткозамкнутый виток не устанавливается на полюсе. Реле напряжения работают, как правило, при исчезновении питания. Поэтому в исходном поло­ жении якорь притянут и находится в таком положении в течение нормальной работы схемы. Для устранения вибрации якоря на по­ люсный наконечник устанавливается короткозамкнутый виток. Ка­ тушки токовых реле выполняются на номинальные токи от 2,5 до

Рис. 11-8. Токовое реле переменного тока без самовозврата.

600 А. Регулирование тока при данной катушке производится за счет изменения натяжения пружины в весьма широких пределах

(от ПО до 700% /н).

Реле напряжения допускают регулировку срабатывания в пре­ делах 70—85% номинального напряжения. Коэффициент возврата лежит в пределах 0,2—0,4, так что реле напряжения защищают фактически от потери напряжения. Реле имеют контактную систе­ му с замыкающим и размыкающим контактами.

Реле выпускаются с самовозвратом и без самовозврата с руч­ ным приводом защелки.

Защелка не уравновешена: левая часть тяжелее, чем правая. При притяжении якоря под действием сил тяжести защелка 1 по­ ворачивается против часовой стрелки и запирает якорь 2 в притя­ нутом положении. Для возврата якоря необходимо нажать на риф­ леную головку защелки.

Время срабатывания реле серии РЭВ 0,06 с, а время возвра­ та — 0,07 с.

11-4. Тепловые реле

а) Принцип действия. Долговечность энергетическо­ го оборудования в значительной степени зависит от пе­ регрузок, которым оно подвергается во время работы. Для любого объекта можно найти зависимость длитель­ ности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и длительная эксплуатация

ки допустимы.

Очевидно, что при идеальной защите объекта зави­ симость *Ср(7) для реле должна идти немного ниже кри­ вой для объекта.

Д ля защиты от перегрузок наиболее широкое рас­ пространение получили т е п л о в ы е р е л е с б и м е ­ т а л л и ч е с к о й п л а с т и н о й .

Биметаллическая пластина состоит из двух пластин, одна из которых имеет больший температурный коэффи­ циент расширения ai, другая — меньший аг. В месте при­ легания друг к другу пластины жестко скреплены либо за счет проката в горячем состоянии, либо за счет свар­ ки. Если закрепить неподвижно такую пластину и на­ греть, то произойдет изгиб пластины в сторону материа­ ла с меньшим а. Именно это явление используется в теп­ ловых реле.

При превышении температуры т максимальный про­

Широкое распространение в тепловых реле получили материалы инвар (малое значение а) и немагнитная или хромоникелевая сталь (большое значение а).

Для получения большего прогиба необходимо, чтобы пластина имела большую длину и малую толщину. Н а­ оборот, если необходимо, чтобы пластина развивала большую силу, целесообразно иметь широкую пластину с малой длиной и большой толщиной.

При работе биметаллической пластины в ее компо­ нентах возникают напряжения сжатия и растяжения, ко­ торые не должны превышать допустимых значений.

Нагрев биметаллического элемента может произво­ диться за счет тепла, выделяемого в пластине током на­ грузки. Очень часто нагрев биметалла производится от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Лучшие характеристики получаются при ком­ бинированном нагреве, когда пластина нагревается и за счет тепла, выделяемого током, проходящим через би­ металл, и за счет тепла, выделяемого специальным на­ гревателем, также обтекаемым током нагрузки.

Прогибаясь, биметаллическая пластина своим сво­ бодным концом воздействует на контактную систему. Поскольку пластина прогибается медленно, целесообраз­ но применять прыгающие контакты (см. рис. 11-11).

Основной характеристикой реле является зависи­ мость времени срабатывания от тока нагрузки (времятоковая характеристика). В общем случае до начала перегрузки через реле протекает ток / 0, который нагре­

вает пластину до температуры 0О. Зависимость времени срабатывания от тока для этого случая имеет вид:

На рис. 11-10 изображены зависимости ^ср= /(Х) для случая е = 0 (кривая 1) и е=^=0 (кривая 2). Обе кривые имеют одинаковые асимптоты и различаются в средней части.

Для режима короткого замыкания процесс нагрева идет без отдачи тепла и время срабатывания согласно [Л. 5-4] равно:

У=

Уряда реле время срабатывания при коротком за­ мыкании больше, чем время термической стойкости при

данном токе. Поэтому от коротких замыканий цепь и само реле нужно защищать с помощью предохраните­ лей (рис. 10-14).

Для согласования характеристик объекта и реле строится время-токовая характеристика защищаемого объекта по заводским данным или по данным расчета

ся для двух случаев, когда е = 0 и когда е= 1 . При пра­ вильном выборе реле его время-токовая характеристика при е = 0 должна проходить вблизи характеристики за­ щищаемого объекта. Тогда при предварительном подо­ греве номинальным током реле обеспечивает надежную

10 мин) ввиду относительно малой* массы обмотки. При длительной перегрузке в нагреве участвует вся масса машины. При этом постоянная времени достигает 40— 60 мин. Для совершенной защиты необходимо, чтобы по­ стоянная времени реле была такой же, как и у объекта. В известной степени это удается получить, если создать реле для защиты конкретного двигателя. Поскольку од­ но и то же реле выпускается для двигателей различной конструкции, то в области малых перегрузок не удается получить хорошую защиту.

Для быстродействующей защиты и объекта и реле целесообразно тепловой элемент объединить с электро­ магнитным, имеющим большой ток срабатывания

ипрактически нулевую выдержку времени.

Вэксплуатации согласование реле защиты и объекта производится выбором номинального тока реле равным номинальному току двигателя. Срабатывание реле про­ исходит при (1,2— 1,3)/ н. Время срабатывания 20 мин.

Нагрев биметаллической пластинки зависит от тем­ пературы окружающей среды, поэтому с ростом темпе­ ратуры окружающей среды ток срабатывания умень­ шается. Для номинальной окружающей температуры 0Н (обычно +40° С) на основании закона Ньютона можно записать:

где а — конструктивный параметр, зависящий от разме­ ров, материала и коэффициента теплоотдачи.

При условиях, отличных от номинальных,

Воспользовавшись (11*9) и (11-10), можно получить:

(11-11)

При температуре, сильно отличающейся от номиналь­ ной, необходимо либо проводить дополнительную (плав­ ную) регулировку реле, либо подбирать нагревательный элемент с учетом реальной температуры окружающей среды 0. Для того чтобы температура окружающей сре­ ды меньше влияла на ток срабатывания, необходимо, чтобы температура срабатывания 0ср выбиралась воз­ можно больше. Для правильной работы тепловой защи­ ты реле желательно располагать в том же помещении, что и защищаемый объект. Нельзя располагать реле вблизи концентрированных источников тепла — нагрева­ тельных печей, систем отопления и т. д. В настоящее время выпускаются реле с температурной компенсацией

(серии ТРН).

б) Конструкция тепловых реле. Прогиб биметаллической пла­ стины происходит медленно. Если с пластиной непосредственно свя­ зать подвижный контакт, то малая скорость его движения, не смо­ жет обеспечить гашение дуги, возникающей при отключении цепи. Поэтому пластина действует на контакт через ускоряющее устрой­ ство. Наиболее совершенным является «прыгающий» контакт (рис. 11-11).

В обесточенном состоянии пружина 1 создает момент отно­ сительно точки 0, замыкающий контакты 2. Биметаллическая пла­ стина 3 при нагреве изгибается вправо, положение пружины изме­ няется. Она создает момент, размыкающий контакты 2 за время, обеспечивающее надежное гашение дуги.

Современные контакторы и пускатели комплектуются с тепло­ выми реле ТРП (однофазное) и ТРН (двухфазное). Реле типа ТРП представлено на рис. 11-12. Биметаллическая пластина имеет ком-

бинированную систему нагрева. Пластина 1 нагревается как за счет нагревателя 5, так и за счет прохождения тока через саму пластину. При прогибе конец биметаллической пластины воздействует на прыгающий контактный мостик 3. Реле позволяет иметь плавную регулировку тока срабатывания в пределах (±25% номинального тока уставки). Эта регулировка осуществляется ручкой 2, меняю­ щей первоначальную деформацию пластины. Такая регулировка по­ зволяет резко снизить число потребных вариантов нагревателя. Воз­ врат реле в исходное положение после срабатывания производится

Рис. 11-11. Прыгающий контакт теплового реле.

кнопкой 4. Возможно исполнение и с самовозвратом после остыва­ ния биметалла. Высокая температура срабатывания (выше 200°С) уменьшает зависимость работы реле от температуры окружающей среды. Уставка меняется на 5% при изменении температуры окру­ жающей среды на 10°С. Высокая ударо- и вибростойкость реле по­ зволяют использовать его в самых тяжелых условиях,

11-5. Поляризованные реле

В поляризованных реле контакты приводятся в дей­ ствие поляризованным электромагнитом, в котором на якорь действуют два потока: поляризующий, создавае­ мый постоянным магнитом, и поток, создаваемый ка­ тушкой, по которой проходит управляющий ток.

Отличительной особенностью поляризованного элек­ тромагнита является изменение направления силы, дей­ ствующей на якорь, при изменении .направления тока в катушке.

зуемся уравнениями (11-14) и (11-15):

(ФМ1 + ф м2) (Ф«1 ^ ФМ2 - 2Фк.ср) = 0.

Поскольку Фм1+Фм2#0, то

Тогда из уравнений (11-12) — (11-14) получим:

Рис. 11-14. Исполнения контактной системы поляризованного реле.

Если Ô1 приблизить К Ô2, то можно получить очень малую м. д. с. срабатывания. Благодаря этому мощность срабатывания у чувствительных поляризованных реле составляет всего 10_6 Вт. Следует отметить, что сила на­ жатия подвижного контакта на неподвижный опреде­ ляется разностью зазоров ôi и Ô2.

Из геометрии системы реле рис. 11-13 следует:

Чем ближе зазор ôi к зазору 62, тем меньше сила, действующая на контакты. Обычно нажатие контактов в этих реле составляет всего 1—5* 10-2 Н.

Поляризованные реле могут иметь различное испол­ нение контактной системы (рис. 11-14). В первом испол­ нении контакты регулируются так, как показано на рис. 11-14, а. При подаче тока в направлении срабаты­