Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрические и электронные аппараты. Лабораторный практикум
.pdf
где F
k
1
– тяговое усилие, развиваемое электромагнитом при = к и I = Iср;
та
– конструктивный коэффициент; Iср – ток срабатывания.
Для отпускания реле необходимо уменьшить ток в катушке, чтобы
усилие стало равным
2
1Iотп
,
отп
где F
I
отп
– тяговое усилие, развиваемое электромагнитом при = к и I = I
тб
– ток отпускания.
F
тб
= k
Значение коэффициента возврата определяется по формуле
k
Из рис. 2.19 видно, что F
I
отп
=
в
I
ср
= Fта – F.
тб
=
F
F
тб
та
.
Тогда коэффициент возврата может быть определен по формуле
F
– ∆F
та
k
=
в
F
та
=
1 –
∆F
. (2.10)
F
та
Так как значение F всегда положительное, то коэффициент возврата всегда меньше единицы. Таким образом, для получения высокого коэффициента возврата необходимо приближать тяговые и противодействующую характеристики с целью уменьшения F.
Создать нелинейную характеристику противодействующих сил
можно за счет усложнения конструкции реле. Подобное решение неприемлемо, так как повлечет удорожание реле, снижение его надежности.
При использовании простой кинематической схемы следует выбрать
возвратную пружину с наибольшей жесткостью так, чтобы характеристика
пружины совпадала с касательной, проведенной к тяговой характеристике
;
в точке =
(см. рис. 2.19). Следует считать и это решение неэффектив-
н
ным, учитывая большую крутизну тяговой характеристики в зоне малых
зазоров.
Для обеспечения условий согласования характеристик в соответствии с выражением (2.10) необходимо уменьшить крутизну тяговой характеристики в зоне малых зазоров, что достигается выбором специальной
формы полюсов (в виде криволинейных поверхностей) и якоря, а также
кинематической схемой магнитной системы (поперечно-ходовая конструкция). Дополнительно линеаризация достигается насыщением якоря,
что приводит к увеличению магнитного сопротивления стали якоря, ограничению потока и усилия. Наряду с этим у реле защиты предусматривается большой конечный зазор (около 4 мм), что также способствует ограничению тягового усилия и линеаризации тяговых характеристик.
41
Аналогичными характеристиками обладает реле максимального тока
типа РТ с П-образным якорем. Электромагнитные механизмы с линеаризованной тяговой характеристикой не предназначены для включения мощных контактов, так как развивают малые тяговые усилия. Поэтому реле
защиты являются косвенными, т.е. контакты реле включают промежуточное реле, а контакты промежуточного реле воздействуют на цепь управления более мощного аппарата (контактора или высоковольтного выключателя).
Реле защиты являются также вторичными и их обмотки включаются
в контролируемую цепь через трансформаторы тока (реле тока) или
напряжения (реле напряжения). Подобное включение обеспечивает надежную электрическую изоляцию между высоковольтной контролируемой цепью и блоком релейной защиты. Кроме того, это позволяет ограничить номенклатуру реле, применяемых в цепях с различными номинальными параметрами. Измерительные трансформаторы выполняются со стандартными номинальными параметрами вторичных цепей. Трансформаторы тока
проектируются на стандартный ток вторичной обмотки (1 А или 5 А),
трансформаторы напряжения – на стандартное напряжение (100 В).
Реле напряжения отличается от реле тока тем, что реле напряжения
выполняется с шунтовой катушкой, рассчитанной на подключение к источнику напряжения.
Иногда реле, имеющее только один входной параметр, должно воздействовать на несколько независимых цепей. В этом случае реле воздействует на другое, так называемое промежуточное реле, которое может
иметь необходимое число управляемых цепей. Промежуточное реле используется и тогда, когда мощность основного реле недостаточна для воздействия на управляемые цепи.
Описание лабораторной установки
Для проведения эксперимента используются однофазный источник
питания (218), автотрансформатор (318.2), однофазный трансформатор
(372), сдвоенный реактор (373), реле максимального тока (366), промежуточное реле (370) и блок мультиметров (508.2). Электрическая схема соединений показана на рис. 2.20 – 2.21.
Порядок выполнения работы:
Определение коэффициента возврата электромагнитного реле
переменного тока:
1. Соединить желто-зелеными проводниками гнезда защитного зазем-
ления используемых в работе блоков с гнездом «РЕ» автотрансформ
2. Собрать электрическую схему согласно рис. 2.20. Переключатель
пределов мультиметра, используемого в качестве амперметра, установить
атора.
42
в положение «2 А» переменного тока. Прибор включать в схему через
гнезда «СОМ» и «А». Мультиметр, используемый в режиме «прозвонки»,
подключать через гнезда «СОМ» и «V».
Рис. 2.20. Электрическая схема
для испытания реле переменного тока
3. Повернуть регулировочную рукоятку автотрансформатора в край-
нее против часовой стрелки положение.
4. Установить желаемую уставку реле тока, например 1,5 А.
5. Включить тумблеры «СЕТЬ» источника питания, блока мульти-
метров и автотрансформатора.
6. Медленно вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора
по часовой стрелке, увеличивать ток, протекающий по обмотке реле. В
момент срабатывания реле (определяется по появлению звукового сигнала,
издаваемого включенным в режиме «прозвонки» мультиметром) зафиксировать с помощью амперметра ток срабатывания I
ср
.
7. Медленно вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора
против часовой стрелки, уменьшать ток, протекающий по обмотке реле. В
момент возврата реле (определяется по исчезновению звукового сигнала,
издаваемого включенным в режиме «прозвонки» мультиметром) зафиксировать с помощью амперметра ток возврата (отпускания) реле I
отп
.
8. Отключить тумблеры «СЕТЬ» блока мультиметров, автотрансформатора и источника питания.
9. Вычислить коэффициент возврата электромагнитного реле переменного тока по формуле
I
в
=
отп
I
ср
.
k
Определение коэффициента возврата электромагнитного про-
межуточного реле переменного напряжения:
1. Соединить желто-зелеными проводниками гнезда защитного заземления используемых в работе блоков с гнездом «РЕ» автотрансформатора.
43
2. Собрать электрическую схему
в соответствии с рис. 2.21. Переключатель пределов мультиметра,
используемого в качестве вольтметра,
установить в положение «200 V» переменного тока, прибор подключать
через гнезда «СОМ» и «V».
Рис. 2.21. Электрическая схема
для испытания промежуточного
реле
рукоятку автотрансформатора в крайнее против часовой стрелки положение.
3. Повернуть регулировочную
4. Включить тумблеры «СЕТЬ»
источника питания, блока мультиметров и автотрансформатора.
5. Медленно вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора
по часовой стрелке, увеличить напряжение, прикладываемое к обмотке реле. В момент срабатывания реле зафиксировать с помощью вольтметра
напряжение U
ср
.
6. Медленно вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора
против часовой стрелки, уменьшить напряжение, прикладываемое к обмотке реле. В момент возврата реле зафиксировать с помощью вольтметра
напряжение U
отп
.
7. Отключить тумблеры «СЕТЬ» блока мультиметров, автотрансформатора и источника питания.
8. Вычислить коэффициент возврата электромагнитного промежуточного реле переменного напряжения по формуле
U
=
U
отп
ср
.
k
в
В отчете к лабораторной работе следует указать цель работы, привести электрические схемы установок, результаты измерений; сравнить коэффициенты возврата реле тока и напряжения, сделать выводы.
Контрольные вопросы
1. Назовите требования, предъявляемые к реле защиты.
2. Каким образом изменяется уставка по току срабатывания?
3. Что называется коэффициентом возврата и как он определяется?
4. Какие конструктивные особенности магнитной системы позволя-
ют получить высокий коэффициент возврата?
5. Почему в магнитной системе реле предусмотрен большой конеч-
ный зазор?
6. В каких случаях необходимо применение промежуточных реле?
44
2.7. Лабораторная работа 7. Исследование реле времени
Цели работы: изучить конструкции и принципы действия наиболее
распространенных реле времени; экспериментально установить зависимость
выдержки времени от уставки реле времени с часовым замедлителем.
Общие сведения
Электрическое реле с нормируемым временем включения или отключения называют реле времени. Реле времени предназначены для создания выдержек времени между срабатыванием двух или нескольких аппаратов и применяются для управления и защиты электрических цепей, систем
автоматики и телемеханики.
Общими требованиями для реле времени являются:
- стабильность выдержки времени независимо от колебаний питаю-
щего напряжения, температуры окружающей среды и других факторов;
- малые потребляемая мощность, масса и габариты;
- достаточная мощность контактной системы;
- автоматический возврат в исходное положение без выдержек времени;
- возможность регулирования выдержки времени.
Для систем управления электроприводом требуются реле времени с
высокой износостойкостью. Реле времени, применяемые для защиты энергосистем, должны иметь большую точность выдержки времени.
По принципу создания выдержки времени различают следующие типы реле времени:
- реле с электромагнитным замедлителем;
- электронные реле времени;
- реле с анкерным (часовым) замедлителем;
- реле с пневматическим и гидравлическим замедлителем;
- моторные реле времени.
В реле с электромагнитным замедлителем применяется электромагнит постоянного тока. На сердечник электромагнита устанавливается
демпфирующая короткозамкнутая обмотка, назначение которой – уменьшить скорость изменения магнитного потока и за счет этого создать выдержку времени срабатывания. Используются такие реле в основном для
создания выдержки времени при отключении цепи. Электромагнитные реле времени имеют простой механизм, обладающий большой износостойкостью и не боящийся ударов и вибраций. Эти реле обеспечивают относительно небольшую выдержку времени (до 10 с). Недостатком реле является
зависимость выдержки времени от питающего напряжения и температуры.
Конструкция реле содержит П-образный магнитопровод 1 и якорь 2 с
немагнитной прокладкой 3 (рис. 2.22). Магнитопровод укрепляется на плите 4 с помощью литого алюминиевого цоколя 5, на котором устанавлива-
45
ется контактная система 6. На
магнитопроводе установлена
намагничивающая обмотка 7 и короткозамкнутая обмотка в виде
гильзы 8. Усилие возвратной пружины 9 изменяется с помощью регулировочной гайки 10. Для получения большой выдержки времени
при отпускании необходима высокая магнитная проводимость рабочего и паразитного зазоров в
замкнутом состоянии магнитной
системы. С этой целью все соприкасающиеся детали магнитопровода и якоря тщательно шлифуют-
Рис. 2.22. Реле времени
с электромагнитным замедлителем
ся. Литой алюминиевый цоколь
создает дополнительный короткозамкнутый виток, увеличивающий
выдержку времени.
Для получения выдержки времени 1 с и более необходимо использовать отпускание якоря. Плавное регулирование выдержки времени производится изменением усилия пружины 11. Эта пружина верхним концом
упирается в шайбу 14, которая удерживается шпилькой 15, ввернутой в
якорь реле. Нижний конец пружины посредством специальной пластины
16 передает силу через два латунных штифта 12, которые могут свободно
перемещаться в отверстиях, якоря. Оси латунных штифтов 12 смещены
относительно оси пружины.
В притянутом положении якоря 2 штифты 12 перемещаются вверх и
пружина 11 дополнительно сжимается. Пружина 11 создает основную силу, отрывающую якорь от сердечника. Начальное сжатие пружины изменяется с помощью гайки 13. С увеличением силы пружины 11 электромагнитное усилие, при котором происходит отрыв якоря, увеличивается. При
этом время отпускания уменьшается. Чем меньше сила пружины, тем
больше выдержка времени. Возвратная пружина 9 регулируется так, чтобы
обеспечить необходимое нажатие размыкающих контактов реле и четкий
возврат якоря в положение, показанное на рис. 2.22 (после того, как якорь
оторвется от сердечника).
В лабораторной работе испытывается реле времени с механическим
замедлением. Большим преимуществом этих реле является возможность
создания реле как на постоянном, так и на переменном токе. Кроме того,
работа реле с анкерным замедлителем практически не зависит от величины
питающего напряжения, частоты питания и температуры.
46
Основными элементами реле времени с механическим замедлителем
являются:
- замедлитель;
- исполнительный орган (контактная система);
- устройство регулирования выдержки времени;
- возвратная пружина;
- устройство, обеспечивающее возврат реле в исходное положение
без выдержки времени.
Кинематическая схема реле с часовым (анкерным) механизмом показана на рис. 2.23.
Рис. 2.23. Реле времени с часовым механизмом
Ведущая пружина 11 в выключенном состоянии растянута (заведена)
и удерживается в этом положении пальцем 21, упирающимся в верхнюю
часть якоря 3 электромагнита 2. При подаче напряжения на обмотку 1
электромагнита 2 якорь 3 втягивается, сжимая возвратную пружину 4 и
освобождая палец 21. Под действием пружины 11 зубчатый сектор 17 поворачивается и вращает шестеренку 16 и вал 12 с подвижным контактом
15. Одновременно в начале вращения вала происходит его сцепление с шестерней 8 посредством фрикционного механизма 9. От шестерни 8 вращение передается через промежуточные шестерни 7, 5, 20 на анкерный механизм, состоящий из храпового колеса 6, анкерной скобы 18 и балансира 19.
Таким образом, скорость вращения вала 12 и подвижного контакта 15
определяется частотой колебаний анкерного механизма, которая регулируется положением грузиков балансира 19.
Выдержка времени зависит от расстояния между начальным положением подвижного 15 и неподвижных 14 контактов. Ожидаемую выдержку времени, называемую уставкой, устанавливают по шкале 13. Реле
имеет контакты 22, 24, 25, мгновенно переключаемые рычагом 23
.
47
При обесточивании обмотки электромагнита возвратная пружина 4,
выталкивая якорь 3, растягивает ведущую пружину 11 часового механизма, возвращает подвижный контакт в исходное положение. Фрикционное
устройство при этом проскальзывает.
Реле времени с часовым механизмом позволяют получить большие
выдержки времени с высокой точностью. Недостатком таких реле является
малая износостойкость часового механизма.
Широкое применение имеют пневматические реле времени. Они обладают высокой механической износостойкостью и позволяют получить
выдержки времени от десятых долей секунд до нескольких минут. Однако
точность их невелика и зависит в первую очередь от условий окружающей
среды.
Схема пневматического реле приведена на рис. 2.24. Реле состоит из
электромагнитного привода 1 и пневматической приставки, имеющей кон-
такты микропереключателя 3 с временной задержкой. Герметическая камера 8 приставки сообщается с атмо-
сферой через малое дросселируемое
отверстие 6. Камера закрыта эластичной плоской мембраной 9, выполненной из силиконовой резины. Мембрана
соединена со штоком 11, который опирается на якорь электромагнита. При
подаче питания на обмотку электромагнита он притягивает свой якорь.
Шток 11, лишенный опоры, под дей-
Рис. 2.24. Пневматическое реле
времени
ствием пружины 10 медленно поднимается вверх по мере заполнения камеры воздухом через отверстие 6. В конце хода штока рычаг 2 производит пе-
реключение контактов микропереключателя 3.
Возврат реле в исходное положение происходит под действием пружины 12 при обесточивании обмотки электромагнита. При этом воздух из
пневматической камеры мгновенно вытесняется через обратный клапан 7.
Выдержку времени реле можно изменять при помощи винта 5, связанного
с указателем 4 шкалы уставки.
Реле может иметь дополнительный микропереключатель 13, связанный с якорем электромагнита через рычаг 14. Он производит переключение контактов без выдержки времени.
Для получения больших выдержек времени используют моторные
реле времени. Основными узлами моторного реле являются электродвигатель (обычно синхронный) с постоянной скоростью вращения, понижаю-
48
щий редуктор, муфта сцепления, электромагнит сцепления, контактная система, возвратная пружина.
На рис. 2.25 приведена схема моторного реле. При подаче напряжения синхронный двигатель 1 через редуктор 2 вращает вал 17, на котором
насажена половина муфты 3. Одновременно с включением двигателя подается напряжение на электромагнит сцепления 9, который притягивает свой
якорь 10 и с помощью рычага 12 приводит в сцепление муфту 3, сжимает
пружину 15, производит мгновенное переключение контактов переключателя 14. Пружина 16 стремится повернуть рычаг 11 вслед за рычагом 12.
Однако до отработки выдержки времени этому препятствует упор 7. Посредством муфты сцепления 3 вращение передается к стрелке 5, которая в
конечном положении, воздействуя на упор 7, освобождает рычаг 11. Рычаг
11 поворачивается и производит переключение контактов переключателя
13. Выдержка времени реле зависит от начального положения стрелки 5,
которое регулируется с помощью упора 6.
Рис. 2.25. Моторное реле времени
При обесточивании электромагнита сцепления рычаги 11 и 12 под
действием пружины 15 возвращаются в начальное положение, расцепляя
муфту 3. Пружины 4 раскручиваются и возвращают стрелку 5 в исходное
положение. Упор 7 под действием пружины 8 входит в зацепление с рычагом 11.
Имеются моторные реле, позволяющие устанавливать различные
выдержки времени в нескольких независимых цепях.
Описание лабораторной установки
Для проведения эксперимента используются реле времени с механическим замедлением (блок 369), сдвоенный реактор (блок 373) и промежуточное реле (блок 370). Время срабатывания измеряется с помощью изме-
49
рителя тока и времени (блок 524). Питание на реле подается от автотранс-
p
форматора (блок 318.2) через автоматический однополюсный выключатель
(блок 359) и однофазный трансформатор (блок 372). Величина напряжения
измеряется мультиметром блока 508.2. Электрическая схема соединений
показана на рис. 2.26.
Рис. 2.26. Электрическая схема
Порядок выполнения работы:
1. Соединить желто-зелеными проводниками гнезда защитного зазем-
ления используемых в работе блоков с гнездом «РЕ» автотрансформатора.
2. Собрать электрическую схему в соответствии с рис. 2.26. Переключатель пределов мультиметра, используемого в качестве вольтметра,
установить в положение «700 V» переменного тока, прибор подключать
через гнезда «СОМ» и «V».
3. Ознакомиться с конструкцией реле, принципом работы и научиться изменять уставку времени реле.
4. Повернуть регулировочную рукоятку автотрансформатора в крайнее против часовой стрелки положение.
5. Установить желаемую уставку t
реле времени, например 1 с, и за-
y
нести ее в табл. 2.7.
Таблица 2.7
Время
ty, c
t
, с
c
1 2 3 4 5
Измерения
6. Включить тумблеры «СЕТЬ» источника питания и блока мультиметров, включить используемые приборы.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]