Лаб 2.1 Скудря

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ РЕЛЕ НАПРУГИ, СТРУМУ, ЧАСУ ТА ПРОМІЖНИХ

(Частина 1 - реле струму РТ-40)

Мета роботи. Дослідження електромеханічних та статичних реле струму та напруги, вивчення принципу їх дії, практичне визначення основних характеристик реле, знайомство з методами налагодження та схемами увімкнення реле, визначення причин переваг статичних реле.

Теоретичні відомості

Реле струму (напруги) використовуються з метою порівняння поточного значення струму (напруги) з заданим значенням (уставкою, параметром спрацювання). В РЗіА реле струму і напруги застосовуються в вимірювальних (реагуючих, пускових) органах.

Основним призначенням реле максимального струму (незалежно від принципу дії) є порівняння величини струму, що протікає через його вхідний ланцюг, із заданою величиною параметра спрацьовування (уставкою) і його спрацювання при перевищенні струмом цієї уставки.

Конструкція електромагнітного реле струму типу РТ-40 наведена на рис.2.1. В реле використовується П- подібна шихтована магнітна система з поперечним рухом якоря. На полюсах магнітопроводу 7 розташовані дві секції струмової обмотки 9, початки та кінці яких виведені на цоколь реле.

Рис.2.1 – Електромагнітне реле струму типу РТ-40

Секції можна з'єднати між собою послідовно або паралельно. Рухома система реле складається з Г-подібного сталевого якоря 6, рухомого контакту 2 і механічного гасника вібрації 1. Протидіючий момент створює пружина 5, яка одним кінцем зв’язана з віссю рухомої системи, а другим - з покажчиком уставки 4.

Змінний струм i=Im·sin(ωt), що проходить по обмотці реле, створює магнітний потік. Потік проходить крізь якір, завдяки чому виникає

Повороту якоря перешкоджає протидіюча сила FП пружини 5. Якщо електромагнітний момент менше моменту протидії МE < МП , то якір реле залишається в вихідному стані. У разі збільшення струму електромагнітний момент МE зростає. Якщо електромагнітний момент МE > МП, то якір повертається, реле спрацьовує. Контакт реле замикається. Шкала, по якій пересувається покажчик уставки 4, проградуйована таким чином, щоб якір починав повертатись при збіжності цифри на шкалі із значенням струму в обмотці реле. Момент протидії МП обумовлений силами пружини FП і тертя

FТ.

Мінімальне значення струму, при якому реле замикає свої контакти (замикаючі), називають струмом спрацьовування реле IСП. При зниженні струму якір та контакти повертаються в початковий стан. При цьому найбільше значення струму, при якому реле розмикає свої контакти (замикаючі) і якір повертається у вихідне положення, називають струмом повернення реле IП.

Відношення струму повернення до струму спрацьовування називають коефіцієнтом повернення реле

kп = IП / IСП.

У реле, що реагують на зростання струму, коефіцієнт повернення менше одиниці. У реле РТ-40 коефіцієнт повинен бути не менше 0,8. Плавне регулювання струму спрацювання здійснюється зміною натягу пружини поворотом покажчика уставки 4. При переміщенні покажчика уставки за шкалою з початкового положення в кінцеве струм спрацьовування збільшується в два рази. Шкала проградуйована в амперах для схеми послідовного з’єднання секцій обмотки. Перемиканням секцій обмотки з послідовного на паралельне з'єднання призводить до зростання значення уставок струму спрацювання в два рази. Це обумовлено зміною

магніторушійної сили в два рази.

З виразу (2.1) видно, що тяжіння якоря обумовлене двома складовими:

постійною складовою Fпост = k2 · I m2 та знакозмінною fзмін = k2 · Im2 · cos(2ωt). Знакозмінне зусилля викликає вібрацію якоря і пов'язаної з ним контактної системи. Для зменшення вібрації в реле РТ-40 передбачено спільний хід рухомого і нерухомого контактів і спеціальний пристрій – гасник вібрації 1, що являє собою барабанчик, наповнений дрібним кварцовим піском.

Основні параметри реле

1.Реле максимального струму серії РТ-40.

Реле виконується для кіл змінного струму 50-60 Гц. Похибка реле не перевищує ±5% при температурі навколишнього повітря +20°С.

Коефіцієнт повернення реле не менший 0,85 на першій уставці та не менший 0,8 на решті.

Час спрацювання не перевищує 0,1 сек. при струмі 1,2 Іуст та 0,03 сек.

при струмі 3 Іуст.

Розривна потужність контактів при напрузі до 250 В і струмі до 2 А – 60 Вт в колі змінного струму, та 300ВА в колі змінного струму. Тривало припустимий струм 2 А.

Програма роботи

1.Ознайомитись з конструкцією реле струму та напруги. Звернути увагу на параметри обмоток, контактну систему, кількість виводів від секцій обмотки і контактів, записати паспортні дані, зазначені на щитку, і накреслити схеми внутрішніх з'єднань реле.

2.Визначити струми спрацьовування Iсп, повернення Iп і коефіцієнт повернення kп для всіх уставок за шкалою реле для послідовного і паралельного з'єднання секцій обмотки реле РТ-40.

3.Визначити час спрацювання реле струму при різній кратності струму.

4.Визначити напругу спрацьовування Uср, повернення Uв і коефіцієнт повернення kв реле напруги для всіх уставок за шкалою.

Перевірка реле (захистів) по змінному струму

1.Підключити обмотку реле (струмові кола перевіреного захисту) за допомогою кабелю до затискачів поєднання АВ (в першому випадку вибір фаз, що живлять реле проводити перемикачем “SA18”) блоку ФМ 5000.

2.Підключити контакти реле до затискачів “ОТКЛ s” блоку ФР5000.

3.Встановити перемикачі у положення:

“SA7”- «~I»; “SA6”- «~I»; “SA9”- «115V»; “SA20”- «ПРЯМО»; “SA18”- “АВ” “SA10”- «0»;

“SA16”,“SA17”,“SA19”- відповідно до необхідного струму; штепсель “SA15”- відповідно до обраного значення струму.

4.Включити “SA10”, переключити тумблер “SA8” в положення «СРАБАТ» в блоці ФР5000. Плавну зміну струму в реле здійснюється регулятором «TV1», ступеневу -перемикачем “SA9”.

5.Перед переключанням “SA9” ручку «TV1» повернути проти годинникової

стрілки до упору та “SA8” переключити в положення «ВОЗВРАТ». 6. Після закінчення необхідних регулювань:

перевести регулятор «TV1» в початкове; перевести “SA9” в положення «115 V»; вернути “SA9” в положення «ВОЗВРАТ»; відключити “SA10”.

Спрацювання реле за часом здійснюється секундоміром блоку ФР5000, перемикач “SA2” дозволяє перемикати вимірювання часу “С3” контактів або індикацію спрацьовування на лампочку “HL3”.

Порядок виконання роботи

1. Зібрати схему випробування реле максимального струму типу РТ-40 (рис. 2.2). Ручку регулювання струму реле ІР на регулюючому блоці ФР5000 встановити у крайнє положення проти ходу годинникової стрілки.

Пристрій ЭУ 5001

B

C

N

Рис. 2.2 - Схема випробування реле струму РТ-40.

2.Встановити на шкалі реле мінімальне значення струму уставки Iу.

3.Ввімкнути живлення установки ЭУ 5001. Плавно збільшувати струм

ручкою ІР до загоряння світлодіоду, який підключено до контакту реле. Струм, що протікає при цьому через обмотку реле, є струмом спрацьовування Iсп при даній уставці Iу.

4.Дещо збільшити струм в реле, починають плавно його знижувати до згасання світлодіоду і повернення контактів у вихідний стан. Струм, що

протікає при цьому через реле, є струмом повернення Iп. Повторивши дослід двічі, встановити нове значення Iу і продовжити випробування для уставок до кінця шкали. Повторити дослідження для паралельного з’єднання секцій обмотки реле.

Отримані результати записують в таблицю 2.1.

Таблиця 2.1

Результати випробування реле струму

За результатами досліджень необхідно обчислити:

•коефіцієнт повернення реле: kп = Iп / Iсп;

•похибку Iсп = (Iсп - Iу) 100% / Iу.

За результатами досліджень необхідно побудувати графіки:

•залежності струму спрацювання від значення уставки Iсп = f (Iу);

•залежність струму повернення від значення уставки Iп = f (Iy);

•залежність коефіцієнта повернення від значення уставки kв = f (Iy).

5.Зняття залежності часу спрацювання реле від кратності струму виконують за схемою, показаній на рис.2.2, у якій контакт реле включають для керування секундоміром блоку ФР5000.

За завданням викладача для зняття залежності часу спрацювання реле

від кратності струму tсп = f(k) може бути використано електронний секундоміртаймер, або вимірювач часових параметрів реле Ф738.

Часом спрацьовування реле tсп називають проміжок часу з моменту подачі на реле струму, рівного або більшого Iср, до моменту замикання контактів. Час спрацьовування визначається для декількох значень Iу (за завданням викладача) при різних значеннях кратності струму k =Iр/Iсп, які визначаються як відношення струму в реле до струму спрацьовування і рівних 1,1; 1,5; 2. Результати вимірювань заносять в таблицю 2.2.

Таблиця 2.2 Залежність часу спрацьовування реле РТ-40 від значення кратності струму

tсп, с

За результатами досліджень будують залежність tсп =f (k) при Iу =const.

Контрольні питання

1. Поясніть сутність електромагнітного принципу на прикладі магнітноїсистеми реле типу РТ-40.

Електромагнітний принцип базується на використанні електромагнітної індукції для керування рухом об'єкта або виконання певної функції. У магнітних системах, таких як реле, цей принцип дозволяє перемикати електричні контакти (включати або вимикати електричне з'єднання) за допомогою електромагнітної дії.

Реле типу РТ-40 - це пристрій, який використовує електромагнітний принцип для керування контактами і виконання функції перемикання. Основні компоненти РТ-40 включають в себе:

1.Електромагніт: У РТ-40 є обмотка з дроту, через яку проходить електричний струм. При подачі струму через цю обмотку вона створює магнітне поле навколо себе.

2.Анкер або ядро: Ядро встановлено в електромагнітному полі обмотки. Якщо обмотка електромагніту збуджена, то це магнітне поле приваблює анкер, притягуючи його в напрямку обмотки.

3.Контакти: Реле має два або більше електричних контактів, які розташовані поруч з анкером. Коли анкер притягується до

електромагніту, він фізично перемикає контакти, з'єднуючи або роз'єднуючи їх.

Принцип дії РТ-40 полягає в наступному:

1.Початково реле перебуває у стані відключеної контактної системи (відкритих контактах), коли струм через обмотку відсутній.

2.Після подачі струму через обмотку електромагніту, створюється магнітне поле, яке приваблює анкер у напрямку обмотки.

3.Анкер перемикає контакти, з'єднуючи їх і допускаючи проходження електричного струму через них.

4.При вимкненні струму через обмотку електромагніту магнітне поле слабшає, і анкер повертається до початкового положення під впливом пружини або іншого механізму.

5.Повернення анкера в початкове положення виключає контакти, відключаючи електричний струм.

Ця схема дозволяє використовувати РТ-40 для керування електричними колами, включаючи і вимикання пристроїв або систем з віддаленої точки за допомогою електромагнітного впливу.

2. Чому якір електромагнітного реле струму рухається прискорено?

Якір (іноді також називається ядром) електромагнітного реле рухається прискорено через взаємодію між магнітним полем, створеним обмоткою реле, і магнітним полюсом ядра.

Ось як це відбувається:

1.Коли через обмотку реле пропускається електричний струм, обмотка створює магнітне поле навколо себе згідно з законами електромагнетизму. Це магнітне поле створюється на основі правила обмотки правої руки, і напрямок цього поля залежить від напрямку струму в обмотці.

2.Якщо ядро (якір) реле має магнітну властивість, як, наприклад, залізо або феромагнетик, то воно стає під впливом цього магнітного поля і витягується у напрямку поля, тобто рухається в напрямку обмотки.

перевищення допустимих струмів і вмикати або вимикати живлення для запобігання перевантаженням, коротким замиканням та іншим небезпечним ситуаціям.

4. Що таке коефіцієнт повернення? Чому струм повернення максимальних реле менше струму спрацьовування?

Коефіцієнт повернення (або коефіцієнт відновлення) є поняттям, яке використовується для характеризації різниці між струмом спрацьовування (включення) і струмом повернення (вимикання) в захисних пристроях, таких як реле струму або автоматичні вимикачі. Цей коефіцієнт вказує на те, на скільки менше струм повернення відносно струму спрацьовування і допомагає визначити діапазони дії захисного пристрою.

Чому струм повернення максимального реле менше струму спрацьовування:

Ця різниця між струмом спрацьовування і струмом повернення обумовлена потребою створення деякої гістерезисної області для стабільності роботи захисного пристрою. Гістерезис означає, що струм повернення має бути меншим за струм спрацьовування, щоб уникнути фліп-флоп-перемикання в умовах, коли струм на межі спрацьовування незначно коливається (наприклад, під час вимикання і ввімкнення обладнання). Гістерезис дозволяє запобігти частому і непотрібному переключенню реле або вимикача.

Таким чином, струм повернення має бути меншим за струм спрацьовування, щоб забезпечити стабільну та надійну роботу захисного пристрою.

5. Чому при втягуванні якоря виникає вібрація рухомої системи?

При втягуванні якоря в електромагнітній системі може виникати вібрація рухомої системи через кілька факторів:

1.Магнітні властивості матеріалу ядра: Ядро електромагніту, яке зазвичай виготовляється з феромагнітного матеріалу, може мати неоднорідності у своїй структурі або неправильності у формі. Це може призводити до нерівномірного розподілу магнітних поляків і нерівномірного притягнення до обмотки. Це може створювати нерівномірні сили, які впливають на рух ядра і можуть викликати вібрації.

2.Магнітні втрати: В електромагнітах можуть виникати магнітні втрати, які пов'язані з коливаннями магнітних доменів у матеріалі ядра. Ці коливання можуть спричиняти вібрації та втрату енергії в системі.

3.Інерція ядра: Ядро має масу і інерцію, і при швидкому втягуванні або випусканні може виникати інерційна реакція. Це означає, що якорь може продовжити рух після зміни напрямку чи швидкості, що призводить до коливань.

4.Пружність системи: Система електромагніту може мати елементи пружності, такі як пружини або інші демпфери. Ці елементи можуть також створювати коливання при взаємодії з ядром.

Для уникнення або зменшення вібрацій у системах електромагнітів можуть використовуватися різні методи, такі як використання стабілізуючих пружин, правильний вибір матеріалу ядра з меншими магнітними втратами, добре планування конструкції для мінімізації неоднорідностей у магнітних полях і так далі. Важливо ретельно розробляти і налаштовувати системи, які використовують електромагнітні явища, для забезпечення їх надійної та стабільної роботи.

6. Як відрегулювати струм спрацьовування реле?

Для відрегулювання струму спрацьовування реле, ви можете виконати наступні кроки: