Электрические и электронные аппараты распределительных устройств и подстанций горных предприятий. Учебное пособие

3)связи и автоматики, как правило, входные и выходные цепи которых рассчитаны на незначительные токи.

7. По времени действия реле:

1)безынерционные;

2)быстродействующие;

3)обыкновенного действия;

4)замедленного действия.

5. По способу включения чувствительного элемента:

1)с первичным включением чувствительного элемента, в которых чувствительный элемент включен непосредственно в цепи входных величин;

2)с вторичным включением чувствительного элемента, в которых чувствительный элемент включен через дополнительный аппарат, измерительный трансформатор тока или напряжения;

3)промежуточные, в которых входные цепи являются выходными цепями предыдущих реле, а выходные цепи – входными цепями последующих реле.

Простейшее электромеханическое (электромагнитное) реле пред-

ставлено на рис. 7.2. В момент увеличения Iвх в обмотке реле до номинальных значений якорь реле отойдет от упора и притянется под действием электромагнитных сил к сердечнику. В процессе движения якоря его верхний конец, действуя через толкатель, дополнительно изогнет плоскую контактную пружину, в конце которой имеется контакт. При этом происходит замыкание контактов реле

иначинает протекать ток Iвых по выходной цепи. При дальнейшем уменьшении входного тока наступает момент, когда механическая сила изогнутых пружин преодолевает электромагнитную силу притяжения якоря, при этом контакты разомкнутся и выходная цепь обесточится.

7.2.Основные параметры, характеристики

итребования

Впроцессе работы реле различают четыре фазы во временном

масштабе: период (время) срабатывания tср; рабочий период tраб; период (время) отключения tоткл; период покоя tп.

Период срабатывания включает промежуток времени от момента начала воздействия входного сигнала на воспринимающий орган до момента начала появления сигнала управляемой цепи.

111

Iвх

4

2

1

Рис. 7.2. Простейшее электромагнитное реле с одним замыкающим контактом: 1 – обмотка; 2 – сердечник; 3 – ярмо; 4 – якорь; 5 – упор; 6 – контакты; 7 – изоляционная планка; 8 – контактные пружины

Рабочий период включает промежуток времени от начала появления сигнала управляемой цепи до момента прекращения воздействия на воспринимающий орган входного сигнала.

Период отключения – промежуток времени от момента прекращения воздействия на воспринимающий орган входного сигнала до момента уменьшения тока в управляемой цепи до нуля.

Период покоя – промежуток времени от момента уменьшения тока в управляемой цепи (до нуля) до момента начала воздействия входного сигнала на воспринимающий орган.

Требования к реле в значительной степени обусловлены их назначением и условиями работы. К числу основных требований относятся: надежность, чувствительность, селективность, быстродействие, минимальная потребляемая мощность, точность, термическая и динамическая стойкость, коммутационная износостойкость, механическая прочность и др.

Надежность реле – свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах.

112

Чувствительность реле – значение минимального входного параметра, при котором реле срабатывает.

Селективность реле – способность реле срабатывать только на определенную заданную величину (ток, напряжение, мощность и т.д.) и ее характеристики (значение, фазу, направление и т.п.).

Быстродействие реле или время срабатывания должно обеспечивать своевременное выполнение управляющих функций.

Под минимальной потребляемой мощностью понимается требование к реле по возможности потреблять наименьший ток.

Точность работы реле – способность реле функционировать в заданных пределах изменения параметров.

Термическая стойкость реле должна отслеживать его способность противостоять тепловым перегрузкам при протекании в обмотках аварийных токов.

Динамическая стойкость – способность реле противостоять динамическим усилиям вследствие протекания в его элементах аварийных токов.

Коммутационная износостойкость обеспечивает способность реле выдерживать определенное число включений без недопустимого износа контактной системы.

Механическая прочность должна обеспечить износостойкость конструктивных элементов и защитного кожуха, предотвращающего попадание внутрь посторонних предметов, пыли и влаги.

7.3. Электромеханические реле

Электромеханические реле – наиболее часто встречающееся электрическое реле. К данному классу реле относятся: электромагнитные, магнитноэлектрические, электродинамические, индукционные, поляризованные, герконовые реле и др.

В зависимости от выполняемых функций, электромеханические реле подразделяются на логические и измерительные.

Электромеханическое логическое реле предназначено для сраба-

тывания и отключения (возвращения в исходное состояние) при изменении входной воздействующей величины, ненормируемой по точности.Электромеханические логические реле подразделяются на промежуточные, указательные и реле времени. Промежуточное реле предназначено для размножения и усиления поступающего к нему сигнала. Указательное реле предназначено для указания срабаты-

113

вания и возврата других коммутационных аппаратов. Реле времени предназначено для создания определенной выдержки времени при коммутации контактов.

Электромеханическое измерительное реле предназначено для сра-

батывания с определенной точностью при заданном значении или значениях характеристической величины.

Электромагнитные реле – реле, работа которого основана на воздействии магнитного поля неподвижной обмотки с током на подвижный ферромагнитный элемент, называемый якорем. Электромагнитные механизмы имеют сравнительно большие тяговые усилия при относительно малых габаритах, что обусловливает их наиболее широкое применение. На электромагнитном принципе основана работа реле тока (максимального и минимального), реле напряжения (максимального, минимального, указательного и др.), реле времени, реле частоты и другие типы реле, применяемые в схемах защиты, управления электроприводами, а также в системах промышленной автоматики.

В зависимости от хода якоря, различают реле клапанного типа (якорь притягивается с внешней стороны магнитопровода), соленоидного типа (якорь втягивается внутрь) и поворотного (якорь имеет внешнее поперечное, относительно силовых линий магнитного поля, движение).

Электромагнитные реле выполняются на выходную мощность от единицы до нескольких тысяч ватт. Мощность в цепи входного параметра колеблется от долей до сотен ватт.

Электромагнитное реле для систем промышленной автоматики и управления электроприводами занимают промежуточное положение между коммутационными аппаратами на большие токи (контакторами и пускателями) и слаботочной коммутационной аппаратурой. Для данного вида реле характерен повторно-кратковременный и прерыви- сто-продолжительный режимы работы с большим числом коммутаций в час при их высокой механической и коммутационной износостойкости.

Примером реле такого типа служит реле серии РПЛ, представленное на рис. 7.3. Данный тип реле применяется для цепей постоянного и переменного тока напряжением до 440 и 660 В, с допустимым током в продолжительном режиме до 10 А. Работа этого типа реле осуществляется следующим образом. При подаче напряжения на обмотку реле (2) в магнитопроводе (1) возникает магнитный поток, создающий электромагнитную силу, которая, преодолевая противодей-

114

ствие возвратной пружины (4), перемещает якорь (3) от упоров (10), притягивая его к неподвижному сердечнику.

С якорем жесткой механической связью соединен подвижный контакт, который в случае перемещения якоря замыкает контакты мостикового типа.

Рис. 7.3. Электромагнитное реле промышленных устройств автоматики и управления электроприводами серии РПЛ: 1 – сердечник;

2 – обмотка; 3 – якорь; 4 – возвратная пружина; 5 – контактные площадки неподвижных контактов; 6 – контактные

площадки подвижных контактов; 7 – мост контактный; 8 – прижимная пружина; 9 – тяга; 10 – упор

При снятии входного сигнала магнитный поток в магнитопроводе уменьшается до остаточного значения и под действием возвратной пружины якорь возвращается в исходное состояние, образуя зазор между ним и неподвижным сердечником. При этом контакты реле возвращаются в свое нормальное положение. Нормальным считается положение контактов реле, когда обмотка реле обесточена.

115

Электромагнитные реле защиты преимущественно работают в продолжительном режиме работы, поэтому предъявляемые к ним требования по механической и коммутационной износостойкости менее жесткие, нежели в электромагнитных реле устройств промышленной автоматики.

Электромагнитные реле защиты подразделяются на два вида:

1)электромагнитное реле защиты прямого действия, в котором подвижная система механически связана с отключающим устройством коммутационного аппарата;

2)электромагнитное реле защиты косвенного действия, в котором происходит управление цепью электромагнита, отключающего коммутационный аппарат.

4

1

2

3

Рис. 7.4. Электромагнитное реле защиты типа РТ-40: 1 –обмотки; 2 – шихтованный магнитопровод; 3 – изоляционная планка; 4 – возвратная пружина; 5 – указатель уставки; 6 – шильд;

7 – контактная группа; 8 – якорь; 9 – виброгаситель

116

На рис. 7.4 показано электромагнитное реле защиты косвенного действия РТ-40. На шихтованном магнитопроводе П-образной формы (2) размещены две обмотки (1), создающие магнитный поток Ф. Поток замыкается по легкому Г-образному якорю (8), который под действием электромагнитного момента стремится повернуться по часовой стрелке от одного упора к другому. Обратный механический момент создается за счет возвратной пружины (4), которая возвращает контакты в свое нормальное положение.

Грубая регулировка уставки срабатывания реле осуществляется путем различного (последовательного или параллельного) соединения обмоток. Плавное регулирование осуществляется перемещением указателя уставки (5) по шкале уставок, расположенной на шиль-

де (6).

До недавнего времени значительную роль в системах автоматики играли электромагнитные реле времени, выдержка которых осуществлялась с помощью замедляющих механизмов (часового, пневматического, моторного). В настоящее время реле данного вида постепенно заменяется на электронные реле времени. Более детально электронные реле времени будут рассмотрены в разделе, посвященном электронным реле.

Поляризованное реле – электромеханическое реле, обладающее большой чувствительностью, малой мощностью срабатывания (Р = 0,005…0,01 Вт), высоким быстродействием (до 2…3 мс). Современные поляризованные реле имеют две и более обмотки. По конфигурации магнитных систем и потоков различают поляризованные реле с дифференциальной и мостовой магнитной системой. В реле с дифференциальной системой поток от постоянного магнита, проходящий через якорь, разветвляется по двум противоположным путям и на якорь действует разность этих потоков. В реле с мостовой системой поляризующий поток проходит поперек якоря, а рабочий – вдоль него.

Принцип действия поляризованного дифференциального реле представлен на рис. 7.5, а, б, в. При отсутствия тока в обмотке (5)

вмагнитной системе реле создается только магнитный поток от постоянного магнита (4). При строгом нейтральном положении якоря поляризующий поток разветвляется на две равные части – левую и правую ветвь, при этом контакты поляризованного реле находятся

вразомкнутом состоянии. В этом случае на якорь действуют равные по значению, но противоположно направленные к полюсам магнита силы. При небольшой несимметрии в воздушных зазорах или внеш-

117

нем толчке, смещается якорь из нейтрального положения, равенство магнитных потоков в правом и левом зазорах нарушается, следовательно, нарушается равенство сил, действующих на якорь в противоположных направлениях и якорь притягивается к тому полюсу, сила притяжения к которому стала больше.

Если подать на обмотку реле рабочее напряжение (рис. 7.5, б), то под влиянием тока в обмотках в воздушном зазоре появится магнитный поток Фраб, имеющий направление от правого полюса к левому. При этом суммарные потоки в зазорах будут составлять:

Фсум.лев =Фп.лев +Фраб ;

Фсум.прав =Фп.прав −Фраб ,

где Фсум.лев – суммарный магнитный поток, левый; Фп.лев – магнитный поток покоя, левый; Фсум.прав – суммарный магнитный поток, правый; Фп.прав – магнитный поток покоя, правый.

В результате, левый поток увеличивается, правый – уменьшается, следовательно, якорь с большим усилием притягивается к левому полюсу. Левый контакт замкнется.

Если изменить полярность напряжения на противоположную (рис. 7.5, в), то направление тока и магнитного потока Фраб изменится на противоположное. При этом суммарные потоки в зазорах будут составлять:

Фсум.лев =Фп.лев − Фраб ;

Фсум.прав =Фп.прав + Фраб .

Поток в левом зазоре уменьшится, в правом – увеличится, якорь притянется к правому полюсу, при этом разомкнется левый контакт реле и замкнется правый.

При снятии рабочего напряжения контакты реле остаются в прежнем положении. Для переключения реле необходимо подать на рабочую обмотку напряжение обратной полярности, при этом реле переключится в новое положение. Таким образом, поляризованное реле срабатывает при определенной полярности рабочего напряжения.

К преимуществам поляризованных реле, наряду с перечисленными выше, следует отнести высокую кратность тока термической устойчивости, равную (20…50) Iср min.

118

Рис. 7.5. Схема принципа работы поляризованного реле:

а– обесточенное реле; б – протекание тока в прямом направлении;

в– протекание тока в обратном направлении; 1 – неподвижные контакты; 2 – якорь с подвижными контактами; 3 – сердечник; 4 – постоянный магнит; 5 – обмотка

Недостатки поляризованных реле: малая мощность контактов; небольшой зазор между ними (0,1…0,5 мм); относительно невысокий коэффициент возврата.

119

Принцип действия индукционных реле основан на взаимодействии переменного магнитного потока и индуцированного в проводнике тока. Индукционные реле функционируют только на переменном токе как реле защиты. Принципиальная схема устройства индукционного реле представлена на рис. 7.6, 7.7.

Электромагнит охватывает своими полюсами закрепленный на оси диск. Полюса магнита раздвоены и одну часть сверху и снизу охватывают насаженные короткозамкнутые витки. Рабочий ток обмотки Iр создает магнитный поток Фр. Из-под одной части полюса (вид сбоку) охваченного короткозамкнутым витком, выходит результирующий магнитный поток

ФI =Фр1+Фк1 .

Из-под другой части полюса (вид сверху) выходит магнитный поток

ФII =Фр2 +Фк2 .

120