книги / Электрические аппараты

рация, воздух часто засорен пылью или агрессивными производственными примесями. Так как число включений в час в современных схемах электропривода достигает 1000— 1200 и более, реле управления должны иметь механическую и электрическую износостойкость до (l-blO)-lO® циклов. Надежность работы схем автоматики зависит от надежно­ сти работы отдельных элементов, в том числе и реле.

Из-за большого количества реле в современных схемах и большого количества выполняемых ими операций к ним предъяляются требования высокой надежности.

9.2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

а) Согласование тяговых и противодействующих харак­ теристик. Электромагнитные реле благодаря простоте кон­ струкции и надежности широко распространены в схемах

контактов при срабатывании и обеспечивается необходимое контактное нажатие.

С учетом линейной зависимости силы пружины от ее деформации и относительно небольшого перемещения яко­ ря противодействующее усилие пружин, приведенное к яко­ рю, меняется линейно с изменением зазора. Для срабаты­ вания реле необходимо, чтобы тяговая характеристика P3[ во всех точках хода якоря шла выше суммарной противо­ действующей характеристики Pn= P i+ P 2 . Для токового реле при данном начальном зазоре ôH положение Рэ1 зави­

сит от тока (см. § 5.6). При ненасыщенной магнитной системе тяговая сила пропорциональна квадрату тока.

Наименьшее значение тока, при котором кривая Ра1 на­

надежного включения в обмотку реле обычно подается ток /раб>Др. Коэффициент запаса при этом £3 = / раб//ср и обыч­ но составляет &3 = 1,4.

С ростом k3 тяговая характеристика поднимается, уве­ личивается тяговое электромагнитное усилие, действующее на якорь, увеличивается ускорение якоря, сокращается пол­ ное время включения. Однако при этом возрастают удары в механизме и вибрация контактов.

Для того чтобы устранить залипание якоря, в магнит­ ной системе всегда создается конечный зазор бк. При этом зазоре тяговое усилие значительно превышает противодей­

этом усилие, развиваемое противодействующими пружина­ ми, больше электромагнитного усилия и якорь возвратится в начальное положение. Ток при таком положении харак­ теристики называется током отпускания или током воз­

врата.

При отпускании реле определяющей точкой является точка б, в которой характеристика Р0 идет ниже характе­ ристики Рп.

Для реле защиты энергосистем и электропривода, конт­ ролирующих значение тока в узких пределах, коэффициент возврата &в= /отп//ср должен быть возможно ближе к еди­ нице [9.1].

Допустим, требуется реле, которое срабатывает при токе 100 А и отпускает при токе 99 А, т. е. &в=0,99. В элект­ ромагнитных реле такой kB получить трудно, и в этих слу­ чаях применяются электронные реле. Если реле применя­ ется для защиты установки от чрезмерного понижения на­

в электромагнитном реле переменного тока.

Рассмотренное реле срабатывает при любом направле­ нии тока в обмотке. Такие реле называются нейтральными.

б) Влияние различных факторов на коэффиицент ВОЗврата. Для конечного зазора ô = ô K (рис. 9.3)

где Р а — электромагнитное усилие при ô = ÔK и токе сраба-

1 JjLq S 2 тывания / ср; k\— конструктивный фактор, равный-;---- i r w J

S — площадь зазора; w — число витков обмотки.

Для отпускания реле необходимо так уменьшить ток,

симально сблизить тяговую и противодействующую харак­ теристики с целью уменьшения Р изб. В реле, как правило, основное противодействующее усилие создается возврат­

Для получения высокого кв противодействующая харак­ теристика должна быть такой же нелинейной, как и тяговая. Для максимального сближения тяговой и противодейст­ вующей характеристик последней можно придать нелиней­ ный характер. Добиться этого удается ценой сложных кон­ структивных решений, снижающих надежность реле (противодействующее усилие создается несколькими пру­ жинами). Такие решения применяются редко.

В простейшем случае и при одной пружине рекоменду­ ется выбирать ее с наибольшей возможной жесткостью, чтобы противодействующая характеристика совпадала

a kBмаксимальным.

Если выбрать достаточно большое значение бк и малый рабочий ход якоря, равный ô„—ôK то характеристика про­

примерно 0,7—0,8 (рис. 9.4).

Большими возможностями согласования характеристик обладает электромагнитная система с поворотным движе­ нием якоря (рис. 9.5). Якорь 3 Г-образной формы выполнен из тонкой электротехнической стали.

При малом рабочем зазоре он насыщается, благодаря чему зна­ чение Ризб уменьшается и kB воз­ растает.

Изменяя форму якоря и полю­ сов, можно получить практически любую тяговую характеристику.

Помимо указанных факторов на коэффициент возврата реле оказывают влияние трение пере­ мещающихся деталей электромаг­ нита и гистерезис материала магнитопровода. Трение является

дополнительным усилием сопротивления и вызывает увели­ чение тока трогания. Трение препятствует и отпусканию. Усилие возвратной пружины уменьшается, что вызывает уменьшение тока отпускания. В результате коэффициент возврата уменьшается. Д ля того чтобы трение меньше ска­ зывалось на коэффициенте возврата, усилие противодейст­ вующей пружины должно значительно превышать силу трения.

В ряде случаев необходимо контролировать уменьше­ ние входного параметра. Эта задача решается с помощью минимальных реле. Так, например, контакты минимально­ го реле напряжения отключают установку при снижении напряжения сети ниже допустимого. Напряжением сраба­ тывания Uср таких реле называется напряжение, при ко­ тором происходит отпускание якоря, напряжением возвра­ та UB— напряжение, при котором якорь притягивается к полюсам электромагнита. Тогда kB= U B/U cР> 1 . Анало­ гично для реле минимального тока kB= IB/ICp > l. Коэффи-

циент возврата может легко меняться за счет изменения конечного рабочего зазора. Рассмотрим клапанную систему (рис. 5.15). Допустим, что магнитная цепь не насыщена. Будем менять конечный зазор с помощью тонких латунных прокладок. Начальное положение якоря оставим без изме­ нения. Поскольку начальный зазор не меняется, то и ток трогания / тр остается без изменения. При изменении ко­ нечного зазора бк сила возвратной пружины остается практически неизменной, так как ее деформация невелика, а изменение длины на долю миллиметра не изменяет уси­ лия.

Согласно (5.57)

где Р пр отп — усилие пружины в момент отпускания при б = бк.

и крупных силовых установок (мощных электродвигателей, трансфор­ маторов) широко применяются реле серии РТ-40 (рис. 9.5). Магнитопровод 1 шихтуется из листов электротехнической стали. Обмотка 2 ре­ ле разбита на две секции, которые при необходимости могут быть сое­ динены параллельно или последовательно. Якорь 3 Г-образной формы выполнен из тонкого листа электротехнической стали. С осью якоря связаны два мостиковых контакта (замыкающий и размыкающий) с се­ ребряными накладками. Ток срабатывания регулируется изменением натяга спиральной противодействующей пружиной 4. Натяг пружины И значение тока срабатывания (уставка) фиксируются указателем 5 по шкале 6. За счет изменения натяга пружины уставка по току срабаты­ вания изменяется в 4 раза. При переключении последовательного сое­

динения секций на параллельное ток срабатывания увеличивается

в2 раза.

Сосью якоря связан демпфер 7 в виде тороида, заполненного квар­

цевым песком. При любом ускорении якоря и связанной с ним подвиж­ ной системы часть кинетической энергии тратится на преодоление сил трения между песчинками. С помощью демпфера уменьшаются вибра­ ции как всей подвижной системы, так и контактов при их включении.

Реле выпускаются на токи от 0,2 до 200 А. Время срабатывания составляет 0,03 с при /= 3 /Ср. Коэффициент возврата kB^0,7 и умень­ шается по мере увеличения силы противодействующей пружины. По­ требляемая мощность при номинальной уставке от 0,2 до 8 В-А. Мощ­ ность коммутируемой цепи около 50 Вт постоянного тока при напря­ жении 220 В.

На базе реле серии РТ-40 выпускаются реле максимального напря­ жения PH-51, РН-53 и минимальные реле напряжения РН-54.

б) Реле тока и напряжения для управления и защиты электропри­ вода. В качестве таких реле часто применяются реле постоянного тока серии РЭВ-300 с высоким Ав. Реле этой серии выпускаются и как реле напряжения, и как реле тока. На рис. 9.6 изображено токовое реле серии РЭВ-300. Магнитопровод 1 U-образной формы зыполнен из прут­

ка круглого сечения. Плоский якорь 2 вращается на призме, что обес­ печивает высокую механическую износостойкость реле. Обмотка 3 вы­

и 10. Подвижный контакт 8 соединяется с выводом 11 с помощью гиб­ кой связи 12. С помощью шпилек 4 реле устанавливается на сборной панели Высокий коэффициент возврата достигается благодаря доста­ точно большому (до 5-10“3 м) конечному зазору и малому ходу якоря

50 % Uном. При увеличении сжатия пружины растет напряжение тро-

где Ар — индуктивность и Яр—сопротивление цепи обмотки реле; U— напряжение сети, приложенное к обмотке.

С увеличением напряжения трогания Птр изменяется коэффициент

возврата.

Увеличение быстродействия реле напряжения достигается низким -номинальным напряжением обмотки (24, 48 В) и последовательным включением добавочного резистора из константана. Добавочный рези-

Рис. 9.6. Реле серии РЭВ-300:

а —общий вид; 6 —якорь в притянутом положении

стор позволяет увеличить напряжение срабатывания реле. Сопротивле­ ние его выбирается так, чтобы ток срабатывания лежал в пределах 0,3 /ном^ /с 0,5 /ном. Чем больше отношение /ср//пом тем больше время срабатывания.

Включение добавочного резистора из константана уменьшает зави­ симость напряжения срабатывания от температуры.

Коэффициент возврата реле регулируется изменением конечного за­ зора (рис. 9.6, б). Регулировка конечного зазора 0Ки хода якоря осу­ ществляется изменением положения неподвижных контактов 10, 9. При

подъеме контакта 10 зазор бк увеличивается. При опускании контакта 9 уменьшается ход якоря. Минимальное значение зазора 02=1,5 мм.

в) Реле защиты электропривода. На рис. 9.7 представлена упро­ щенная схема защиты двигателя постоянного тока с помощью реле мак­ симального тока. Рубильники Q1 и Q2 подключают цепь якоря к пита­ ющей сети, а рубильники Q3 и Q4 подают напряжение на цепь управ­ ления (контактора КМ). При коротком замыкании в обмотке якоря двигателя М срабатывает максимальное реле КА и размыкает свои кон­ такты в цепи катушки контактора КМ. При этом обесточивается цепь яко­ ря двигателя. Так как ток в якоре стал равным нулю, реле КА отпус­ кает, контакты его замыкаются и цепь катушки контактора подготавли­ вается к следующему включению.

Кконтр Рис. 9.7. Схема включения реле максимального тока

При отключении контактора его блок-контакт КМ размыкается, поэтому при замыкании контактов КА контактор КМ не включится вновь. Характерным для схемы является полное обесточивание реле КА за счет отпускания контактора. Поэтому kBреле может быть невысоким.

В ряде схем управления вместо кнопок используется командоконтроллер /(контр. В этом случае после обесточивания якоря и реле КА его контакты снова включают катушку контактора КМ. Произойдет пов­ торное включение двигателя при КЗ якоря, после чего снова последует отключение двигателя, и т. д. В результате поврежденный двигатель будет многократно включаться в сеть. В связи с этим реле снабжа­ ются специальным устройством, предотвращающим возврат реле в ис­ ходное состояние после прекращения тока в катушке (рис. 9.8). Воз­ врат реле в исходное положение после срабатывания возможен либо вручную, либо с помощью специального электромагнита (дистанцион­ ный возврат). Такие реле, называемые реле без самовозврата, рассмот­

рены ниже.

Основными требованиями, предъявляемыми к реле защиты электро­