книги / Электрические аппараты. Общий курс

двухпозиционную настройку. Положение контактов за ­ висит от полярности предыдущего импульса тока.

Если якорь укреплен на плоской пружине, как это по­ казано на рис. 11-14, в, то он находится в нейтральном положении. В зависимости от полярности тока замыкает­ ся левый или правый контакт. После отключения тока якорь возвращается в нейтральное положение.

Широкое распространение получили реле типа РП. Эти реле допускают максимальную частоту переключе­ ний до 200 в секунду. Магнитодвижущая сила срабаты­ вания 1,5—5 А. Нажатие контактов при отсутствии тока в обмотке 1—5-10“2 Н, длительный ток контактов 0,2 А, напряжение управляемой цепи 24 В. Поляризован­ ные реле имеют следующие преимущества перед элек­ тромагнитными:

1)направленностью действия в зависимости от на­ правления тока в рабочей обмотке;

2)обладают очень высокой чувствительностью;

3)позволяют создать быстродействующие аппараты

свременем срабатывания около 2 мс;

4)обладают' высокой устойчивостью к перегрузкам. Допустимая кратность тока через обмотку к току сра­ батывания достигает 20;

5)за счет расположения упоров можно осуществ­ лять однопозиционную, нейтральную и двухпозиционную настройки реле.

Гл ав а д в е н а д ц а т а я

РЕЛЕ ВРЕМЕНИ

12-1. Общие сведения

При работе схем защиты и автоматики часто требует­ ся создать выдержку времени между срабатыванием двух или нескольких аппаратов. При автоматизации тех­ нологических процессов также может возникнуть необхо­ димость производить операции в определенной времен­ ной последовательности.

Для создания выдержки времени служат аппараты, называемые реле времени.

Общими требованиями для реле времени являются: а) стабильность выдержки времени вне зависимости от колебаний питающего напряжения, частоты, темпе­

ратуры окружающей среды и других факторов;

б) малые потребляемая мощность, масса и габариты; в) достаточная мощность контактной системы. Возврат реле в исходное положение происходит, как

правило, при его обесточивании. Поэтому к коэффици­ енту возврата не предъявляется особых требований, и он может быть очень низким.

В зависимости от назначения реле к ним предъявля­ ются специфические требования.

Для схем автоматического управления приводом при большой частоте включений в час требуются реле с вы­

брос времени срабатывания может достигать 10%. Реле должны работать в условиях производственных цехов, при вибрации и тряске.

Реле для защиты энергосистем должны иметь боль­ шую точность выдержки времени. Эти реле работают относительно редко, поэтому к ним не предъявляются особые требования по износостойкости. Износостойкость реле времени защиты порядка (5— 10) 103 срабатываний. Выдержки времени таких реле составляют 0,1—20 с.

Для автоматизации технологических процессов необ­ ходимо создание больших выдержек времени, начиная от нескольких минут и до часа.

12-2. Реле с электромагнитным замедлением

а) Устройство реле и влияние различных факторов на его работу. Принцип электромагнитного замедления рассмотрен в § 5-7.

Конструкция реле с электромагнитным замедлением типа РЭВ-800 изображена на рис. 12-1. Магнитная цепь реле состоит из магнитопровода 1, якоря 2 и немагнитной прокладки 3. Магнитопровод укрепляется на плите 4 с помощью литого алюминиевого цоколя 5. Этот же цо­ коль служит для крепления контактной системы 6.

На ярме прямоугольного сечения магнитопровода устанавливается короткозамкнутая обмотка в виде сплюснутой гильзы 8. Намагничивающая обмотка 7 устанавливается на цилиндрическом сердечнике. Якорь вращается относительно стержня 1 на призме. Усилие, развиваемое пружиной 9, изменяется с помощью корон­

чатой гайки 10, которая фиксируется после регулировки с помощью шплинта.

Магнитопровод реле выполняется из стали ЭАА. Сердечник катушки имеет круглое сечение, что позволяет применять катушку цилиндрической формы, удобную в производстве. Стержень 1 имеет сечение вытянутого пря­ моугольника, что увеличива­

Литое основание из алю­ миния создает дополнительный короткозамкнутый виток,

увеличивающий выдержку времени (в схеме замещения все короткозамкнутые обмотки заменяются одним вит* ком с суммарной электрической проводимостью).

У реальных магнитных материалов после отключения намагничивающей обмотки поток спадает до Фост, кото­ рый определяется свойствами материала магнитопрово* да и геометрическими размерами магнитной цепи (см. § 5-8). Чем меньше коэрцитивная сила магнитного материала при заданных размерах магнитной цепи, тем ниже величина остаточной индукции, а следовательно, остаточного потока. При этом возрастает наибольшая выдержка времени, которая может быть получена от реле. Применение стали ЭАА, имеющей низкое значе­ ние #с, позволяет увеличить выдержку времени реле.

Выдержка времени для насыщенной системы может быть найдена с помощью формулы (5-90) (см. § 5-7):

где w — число витков короткозамкнутой обмотки; R — ее сопротивление;

i — ток в короткозамкнутой обмотке.

Можно показать [Л. 5-1], что для получения боль­ шой выдержки времени желательно иметь высокую маг­ нитную проницаемость на ненасыщенном участке кри­ вой намагничивания’ Этому требованию сталь ЭАА так­ же удовлетворяет.

Рис. 12-2. Зависимость времени отпускания от напряжения питания.

Выдержка времени при прочих равных условиях определяется начальным потоком Ф0 уравнения (12-1). Этот поток определяется кривой намагничивания маг­ нитной системы в замкнутом состоянии. Поскольку на­ пряжение и ток в обмотке пропорциональны друг другу, то зависимость Ф(£/) повторяет, только в другом масш­ табе, зависимость Ф (Iw ). Если система при номиналь­ ном напряжении не будет насыщена, то поток Ф0 будет в сильной степени зависеть от питающего напряжения. При этом выдержка времени также будет зависеть от напряжения, приложенного к обмотке. В схемах приво­ да на обмотку реле часто подается напряжение ниже но­ минального, при этом реле будет иметь пониженные вы­ держки времени. Для того чтобы сделать выдержку вре­ мени реле независимой от питающего напряжения, магнитная цепь делается сильно насыщенной (рис. 12-2). В некоторых типах реле снижение напряжения на 50%

тушку мижст 1ШДаВ<1 гьсн кратковременно. Для того что* бы выдержка времени при отпускании была стабильной, необходимо, чтобы длительность приложения напряже­ ния к питающей катушке была достаточная для дости­ жения потоком установившегося значения. Это время называется в р е м е н е м п о д г о т о в к и или зарядки реле. Если длительность приложения напряжения мень­ ше времени подготовки, то выдержка времени умень­ шается. В реле РЭВ-800 время зарядки составляет при­ мерно 1 с.

На выдержку времени реле большое влияние оказы­ вает температура короткозамкнутой обмотки. Согласно

тать, что температура короткозамкнутой обмотки равна окружающей температуре, .то при указанном изменении температуры сопротивление, а следовательно, и выдерж­ ка времени изменятся почти в 1,5 раза. В среднем можно считать, что изменение температуры на 10° С ведет к из­ менению времени выдержки на 4%. Зависимость вы­ держки времени от температуры является одним из ос­ новных недостатков этого реле.

б) Схемы включения реле. Время срабатывания ре­ ле при подаче напряжения очень мало, так как м. д. с. трогания значительно меньше установившегося значе­ ния. Для реле с короткозамкнутым витком это время равно 0,05—0,2 с. При отсутствии короткозамкнутого витка это время составляет всего 0,02—0,05 с. Таким об­ разом, возможности реле с электромагнитным замедле­ нием при срабатывании очень ограничены. Если необхо­ димо при замыкании управляющих контактов иметь большие выдержки времени, то целесообразно приме­ нить схему с промежуточным реле РП (рис. 12-3, а). Об­ мотка реле времени PB находится под напряжением, все время питаясь через размыкающий контакт реле РП. При подаче напряжения на обмотку РП последнее раз­ мыкает свой контакт и обесточивает реле PB. Якорь PB отпадает, создавая необходимую выдержку времени. Ре­

ле PB в этой схеме должно обязательно иметь короткозамкнутый виток.

В некоторых схемах реле времени может не иметь короткозамкнутого витка. Роль этого витка играет са­ ма намагничивающая обмотка, замкнутая накоротко (рис., 12-3, б). Обмотка PB питается через резистор ЯдобВеличина напряжения на PB должна быть доста-

Рис. 12-3. Схемы включения реле с электромагнитным замедлением.

точной для достижения потока насыщения в замкнутом состоянии магнитной цепи. При замыкании управляю­ щего контакта К обмотка реле закорачивается, обеспе­ чивая медленный спад потока в магнитной цепи. Отсут­ ствие короткозамкнутой обмотки позволяет все окно магнитной системы занять намагничивающей обмоткой и создать большой запас в м. д. с. При этом выдержка времени не уменьшается даже ь том случае, когда пи­ тающее напряжение на обмотке составляет 0,5 Uu. Такая схема широко применяется в электроприводе. Реле включается параллельно ступени пускового резистора в цепи якоря. При закорачивании этой ступени обмотка реле времени замыкается и с выдержкой это реле про­ изводит включение контактора, шунтирующего следую­ щую ступень пускового резистора.

Применение полупроводникового вентиля также поз­ воляет использовать реле без короткозамкнутого витка (рис. 12-3, в). При включении питающей обмотки ток че­ рез вентиль практически равен нулю, так как он вклю­ чен в непроводящем направлении. При отключении кон­ такта К поток в магнитной цепи спадает, при этом на

зажимах обмотки появляется э.д. с. с полярностью, указанной на рис. 12-3, в. При этом через вентиль про­ текает ток, определяемый этой э. д. с., активным сопро­ тивлением обмотки и вентиля и индуктивностью обмотки.

Для того чтобы прямое сопротивление вентиля не приводило к уменьшению выдержки времени (растет ак* тивное сопротивление короткозамкнутой цепи), это со­ противление должно быть на один-два порядка ниже сопротивления намагничивающей обмотки реле.

При любых схемах питание намагничивающей обмот­ ки реле должно производиться либо от источника посто­ янного тока, либо от источника переменного тока с при­

батывания реле можно плавно регулировать с помощью возвратной пружины 9 (рис. 12-1). С увеличением сжа­ тия этой пружины увеличивается сила, необходимая для трогания якоря. Эта сила определяется потоком в маг­ нитной цепи. При большем натяге пружины поток тро­ гания возрастает. Следовательно, возрастает время тро­ гания. Ввиду того что в разомкнутом положении.магнит­ ной цепи .постоянная времени мала, максимальные выдержки времени также незначительны (около 0,2 с). Выдержка времени может быть значительно увеличена, если поток трогания приблизить к установившемуся по­ току. Однако в этом случае реле работает на пологой час­ ти кривой Ф (0 , при этом наблюдаются большие разбро­ сы времени срабатывания. В некоторых случаях якорь может вообще не притянуться к сердечнику.

В том случае, когда необходимо иметь время вы­ держки около 1 с и более, необходимо использовать ре­ ле при отпускании якоря.

Регулировка выдержки реле при отпускании может производиться плавно и скачком.

в шайбу 14, которая удерживается шпилькой 15, ввер­ нутой в якорь реле. Нижний конец пружины посредст­ вом специальной пластины 16 передает силу на два ла-. тунных штифта 12, которые могут свободно перемещать­ ся в отверстиях якоря. Оси латунных штифтов 12 сме­ щены относительно оси пружины. В притянутом положе­

нии якоря 2 штифты 12 перемещаются вверх и пружи­ на 11 дополнительно сжимается.

Пружина 11 создает основную силу, отрывающую якорь от сердечника. Начальное сжатие пружины изме­ няется с помощью гайки 13.

С увеличением силы пружины 11 сила, при которой происходит отрыв якоря, увеличивается, следовательно, возрастает и поток отпускания Ф0тпПри этом время от-

пружины, тем больше выдержка времени. По мере при­ ближения Фотп к остаточному потоку Фост выдержка времени начинает резко возрастать. Нестабильность ра­ боты механизма может приводить к большим разбросам во времени срабатывания. Поэтому работа при выдерж­ ках времени, больших, чем рекомендуются заводом, не­ желательна, хотя и возможна. Следует отметить, что при Фотп, близком к Фост, якорь реле вообще может не отпа­ дать от сердечника.

Возвратная пружина 9 регулируется таким образом, чтобы обеспечить необходимое нажатие размыкающих контактов реле и четкий возврат якоря в положение, ука­ занное на рис. 12-1 (после того как якорь оторвется от сердечника).

Грубо выдержка времени в реле может регулировать­ ся толщиной немагнитной прокладки. Поскольку магнит­ ная цепь в замкнутом положении насыщена, то толщина немагнитной прокладки мало сказывается на величине установившегося потока. При уменьшении толщины не­ магнитной прокладки возрастает индуктивность катушки

в ненасыщенном состоянии сердечника и уменьшается скорость спада потока. В результате при неизменной си­ ле возвратной пружины выдержка времени увеличивает­ ся (рис. 12-5). Минимальную толщину немагнитной про­ кладки не рекомендуется брать менее 0,1 мм. В повтор­ но-кратковременном режиме работы якорь расклепыва­ ет немагнитную прокладку, при этом толщина ее падает, что ведет к изменению выдержки времени. Если толщи­ на немагнитной прокладки 6 ^ 0 ,1 мм, то нестабильно­ стью работы за счет расклепа прокладки можно прене­ бречь.

В заключение следует отметить, что электромагнит­ ные реле времени имеют простой механизм, который не боится ударов и вибраций, обладающий большой изно­ состойкостью. Допустимое число включений в час рав­ но 600.

Реле описанного типа могут использоваться в схемах автоматики электропривода как реле тока, напряжения и промежуточные реле. Коэффициент возврата этих ре­ ле низок и составляет всего 0,1—0,3. Короткозамкнутые витки создают замедление как при притяжении, так и при отпускании якоря. Поэтому токовые реле с короткозамкнутым витком не реагируют на кратковременные перегрузки. При кратковременных перегрузках магнито­ движущая сила основной обмотки будет пропорциональ­ на этим перегрузкам. Однако из-за демпфирующего дей­ ствия короткозамкнутого витка поток не достигает зна­ чения срабатывания. В результате при кратковременных пиковых перегрузках, безопасных для двигателя, реле не производит отключения двигателя.

Втом случае, когда требуется быстрое срабатывание реле, короткозамкнутые витки снимаются с магнитной системы.

Внастоящее время отечественная промышленность выпускает большое число модификаций реле с электро­ магнитным замедлением, обеспечивающим выдержки времени при отпускании от 0,3 до 5 с. Реле, выпускаемые

впоследние годы, имеют контакты в виде унифицирован­ ных блок-контактных узлов БКМ. Реле может иметь один или два таких узла. Каждый узел имеет один замы­ кающий и один размыкающий контакты с общей точкой.

Постоянный ток включения контактов 10 А при ПО В и 5 А при 220 В. Ток отключения для индуктивной цепи (катушки реле, контакторов) составляет 0,2 А, для ак­ тивной — 0,5 А.

12-3. Реле с механическим замедлением

а) Реле с пневматическим замедлением и с анкер­ ным механизмом. В таких реле электромагнит постоян­

рость движения колодки определяется сечением отвер­ стия, через которое засасывается воздух в верхнюю по­ лость замедлителя. Выдержка времени регулируется иг­ лой 5, меняющей сечение всасывающего отверстия.

Реле с пневматическим замедлением позволяет очень

380 В. Подробные сведения о реле приведены в [Л.11-3].