Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лекции ТОАТ

.pdf
Скачиваний:
97
Добавлен:
17.05.2015
Размер:
1.17 Mб
Скачать

12. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ПАРАМЕТРЫ,

ХАРАКТЕРИСТИКА. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЛЕ 1 КЛАССА НАДЕЖНОСТИ.

 

 

Любое электромагнитное реле состоит из 2 частей: магнитной

 

 

системы(сердечник, обмотка, ярмо, подвижный якорь) и

1

 

исполнительной части (контактная группа). Ярмо, сердечник и

 

 

якорь образуют магнитопровод, обмотка с сердечником –

 

4

воспринимающая часть.

3

2

Принцип действия. Ток в обмотке реле создает магнитный

поток, который, замыкаясь по магнитопроводу, за счет

 

 

магнитных сил притягивает якорь. Якорь, притягиваясь, замыкает фронтовой и

общий контакты исполнительной части реле. Реле это элемент АТиС, имеющий

выходную характеристику, называемую релейной. Скачкообразное изменение

выходной величины при непрерывном изменении входной. Коэффициент возврата –

отношение максимального значения входной величины при которой отпускается

якорь к минимальному значению входной величины, при которой происходит

срабатывание.

 

Коэффициент запаса – отношение рабочего тока к току притяжения.

Параметры: ток притяжения – минимальный ток в обмотке реле, при котором

притягивается якорь и замыкаются фронтовые контакты, ток отпускания –

наоборот, рабочий ток – ток перегрузки, при котором якорь надежно притянут, ток

прямого подъема – без контактного давления замыкание контактов, ток полного

подъема – с необходимым контактным давлением. Такие же параметры для

напряжения, мощности, ампервитков и т. д. Переходное сопротивление контактов.

Временные параметры: время трогания – время от момента подачи питания до

трогания якоря (на притяжение и на отпускание), время перелета – время от

размыкания общего и тылового до момента замыкания общего и фронтового

контактов, время срабатывания – время трогания и перелета вместе.

Характеристики: выходная (релейная), механическая(усилие от хода якоря),

тяговая/электромеханическая (сила, создаваемая электромагнитом от хода якоря),

нагрузочная (сила притяжения электромагнита от магнитодвижущей силы при

постоянном зазоре), а также ВАХ контактов, предельные параметры,

коммутируемая мощность и т. д.

d

 

 

U

 

 

 

 

F3

 

 

 

Предельная ВАХ

c

 

 

Рабочая ВАХ

 

b

 

 

F2

a

a

 

 

 

F1

δ1

δ

b

 

δ3 δ2

Ι

 

 

 

 

механическая характеристика

ВАХ характеристика контактов

δ1 δ2

Ιω1 Ιω2

Ιω

δ

нагрузочная характеристика

тяговая характеристика

Требования по 1 классу надежности: невозможность сваривания контактов реле, невозможность залипания якоря, отпадание якоря под собственным весом, обеспечение сохранности параметров реле (герметизация), мощная контактная система, большое межконтактное расстояние при разомкнутых контактах (более 3мм), большое контактное давление на замкнутых контактах (25-30 гр).

13. ПОЛЯРИЗОВАННЫЕ И КОМБИНИРОВАННЫЕ РЕЛЕ.

Поляризованное реле отличается от нейтрального тем, что зависит от полярности полюсов питания. В магнитопроводе поляризованного реле существует два потока: Фо – поляризующий и Фк – рабочий. Поляризующий создается за счет постоянного магнита, а рабочий – за счет тока в катушке. Имеется 2 воздушных промежутка – в одном эти потоки направлены встречно, а в другом совместно. Якорь притянется в том промежутке, где потоки складываются. Достоинства: реагирует на направление тока в обмотке, более высокая чувствительность за счет наличия постоянного потока Фо, более высокое быстродействие, запоминает направление тока при последнем включении. Недостатки: зависимость устойчивости реле от свойств постоянного магнита, большие потоки утечки, влияние реле друг на друга из-за большой чувствительности. Есть дифференциальная и мостовая схемы включения. По способу регулировки нейтральные, с преобладанием и трехпозиционные. Нейтральное – когда якорь остается в прежнем положении за счет силы, создаваемой потоком магнита. С преобладанием – якорь при срабатывании не проходит среднюю линию и при отключении всегда приходит в исходное состояние. Характеристики – все те же что и у нейтрального реле плюс надежность замыкания контактов – давление, которое создается действием постоянного магнита при обесточивании и чувствительность якоря – минимальные ампервитки, которые нужны для перемещения якоря из одного положения в другое. Комбинированное реле содержит в себе нейтральное и поляризованное реле. Имеет два якоря. При включении и выключении тока в обмотке без перемены полярности работает нейтральный якорь, а при перемене полярности питания – поляризованный якорь перебрасывается и срабатывает нейтральный якорь.

 

 

N

 

Ф0

Фк

ПЯ

 

 

S

 

 

поляризованное реле

 

 

N

 

Ф0

Фк

ПЯ

 

 

S

 

 

 

 

НЯ

комбинированное реле

14. РЕЛЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. ОСОБЕННОСТИ. ТЯГОВАЯ

ХАРАКТЕРИСТИКА РЕЛЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

 

 

 

 

 

 

 

 

Реле переменного тока делят на две группы: нейтральные

 

 

 

 

 

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

выпрямительным элементом и непосредственного действия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реле переменного тока непосредственного действия имеет

 

 

 

 

 

 

 

 

П-образный магнитопровод из листовой трансформаторной

1

 

 

 

 

 

 

 

стали. На одном стержне магнитной цепи помещается

 

 

 

 

 

 

 

 

обмотка реле 3. Якорь 4 утяжелен, а сердечник 1 разделен на

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

две части. На одну часть сердечника надевается небольшое

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

2

медное кольцо 2, которое устраняет вибрацию якоря.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Особенности реле: Питающее напряжение является синусоидой и реле срабатывает при определенной величине напряжения в положительной и отрицательной области. Остается небольшой промежуток синусоиды, где она проходит через 0. Якорь реле при этом может находиться в неопределенном состоянии или вибрировать. Частота питающего тока не равна 0 и в цепь реле вносится значительная величина индуктивной составляющей сопротивления обмотки. Эта индуктивная составляющая сопротивления приводит к тому, что намагничивающий ток зависит от индуктивности, которая меняется с величиной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зазора. Из-за переменного питающего напряжения

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I=CONCT

перемагничивания появляются потери на гистерезис и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вихревые

токи, еще изменяется тяговая характеристика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вибрацию якоря можно устранить: сделать сам якорь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U=CONCT

тяжелым,

но тогда при этом нужен мощный магнит и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

временные

параметры пострадают; питать реле от

3х-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фазного источника; конец сердечника расщепляется, и часть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

его экранируется медным кольцом – два потока не совпадают по фазе и тяговое усилие распадается на две составляющие, сдвинутые на 80-90 градусов. При работе реле переменного тока возможны два варианта подключения: реле подключается к источнику питания параллельно другим реле, при этом напряжение питания постоянно; второй – когда реле подключается последовательно с другими реле и последовательно с большой величиной сопротивления, что обеспечивает постоянство тока в цепи. Тяговая характеристика Fэ=ϕ(δ) имеет зависимость от зазора δ что и у реле постоянного тока. Схема включения обмотки реле переменного тока оказывает влияние на его тяговую характеристику. И тяговая характеристика при этом имеет вид: при постоянном напряжении круче, при постоянном токе – положе.

15. СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ КОНТАКТОВ

Срок службы контактов определяется числом замыканий.

Искра той или иной интенсивности создает эрозию контактов, т. е. перенос металла с одного электрода на другой с частичным выгоранием. В результате разрушения контактных поверхностей надежность замыкания цепи нарушается. Размеры эрозии зависят от значений тока, напряжения, индуктивности или емкости цепи, а также материала контактов, формы поверхности, скорости замыкания и размыкания, вибрации контактов и условий окружающей среды.

Для уменьшения искр и увеличения срока надежной работы контактов применяют специальные меры:

использование искрогасящих схем, магнитное дутье, специальные конструкции контактов.

Принцип

действия

искрогасящих

схем заключается в том, что энергия, накопленная в магнитной цепи, расходуется

(при размыкании) не в зазоре между контактами, а в сопротивлении контуров искрогашения. Значения шунтирующих сопротивлений R и емкостей C подбирают и проверяют экспериментально из условия, что перенапряжение, возникающее на контактах при выключении цепи, будет меньше напряжения зажигания искрового разряда Lз = (270 — 330)В. Наибольшее напряжение на контактах появляется в первый момент после их размыкания, т.е. при t=0. Для исключения искрового разряда на контактах необходимо, чтобы Uк=(270 — 330) В.

Схемы искрогашения на контактах.

a) Контакт шунтируется сопротивлением R. Эффект искрогашения тем. больше, .чем меньше значение R, но при малом сопротивлении управляемый прибор может сработать при разомкнутом контакте. Недостаток схемы — расход энергии при выключенном контакте.

6) контакт шунтируется конденсатором С. Напряжение UК, возникающее при размыкании цепи, не пробивает воздушный промежуток, а заряжает конденсатор. Недостатки схемы: возможен пробой конденсатора и шунтирование контакта, разрядные токи конденсатора при замыкании контактов создают возможность сваривания их тем большую, чем больше емкость конденсатора С.

в) при пробое конденсатора С не происходит расход энергии при выключенном контакте; за счет включения сопротивления разрядные токи уменьшаются. Поэтому данная схема находит широкое применение.

г,д,е) искрогасящие контуры включают параллельно нагрузке, размыкаемой контактом, при этом происходит компенсация индуктивности управляемого прибора и значение напряжения уменьшается.

Эти схемы, кроме гашения искры, влияют на временные параметры управляемого прибора, увеличивая постоянную времени т, и поэтому могут применяться, когда изменение временных параметров допустимо.

Для искрогашения можно применять полупроводниковые выпрямители и нелинейные сопротивления (из тирита, велита, карборунда и др.). При малых напряжениях их нелинейное сопротивление велико, при возрастании напряжения сопротивление уменьшается и ограничивает перенапряжение на контактах.

ж) Нелинейные сопротивления включают параллельно контакту или нагрузке, з) выпрямители включают параллельно нагрузке цепи. Вследствие большого

обратного сопротивления рабочий ток в выпрямителе мал. При размыкании контакта э. д. с. самоиндукции обмотки воздействует на выпрямитель в проводящем направлении, когда его сопротивление мало.

и) Искрогашение магнитным дутьем основано на вытеснении магнитным полем дуги, которая является подвижным проводником для тока. Магнитное поле создается постоянным магнитом или дугогасящими катушками, включаемыми последовательно или параллельно с управляемой цепью, поле направлено перпендикулярно к дуге.

к) Герметизация контактов, т.е. помещение контактов в среду инертного газа или в вакуум (герконы)

16. СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЕ

Временные параметры tпр и tот зависят от рабочего тока Iр и хода якоря δ. Реле может работать с различным коэффициентом запаса kз=Iр/Iпр. С изменением тока Iр изменяется kз и намагничивающие ампервитки Iω. Изменение δ влияет на Iпр и Iот.

У быстродействующих реле постоянного тока для уменьшения вихревых токов сердечник собирают из пластин или прутков стальной проволоки.

Методы замедления действия якоря делятся на две группы

Электрические способы увеличивают составляющую tтр за счет конструктивного увеличения постоянной времени τ реле. Эти способы иногда называют магнитным демпфированием.

Механические способы увеличивают составляющую tдв за счет применения различных видов торможения, например масляные демпферы. Эти способы называются механическим демпфированием. Механические способы замедления используют для получения больших выдержек времени (до нескольких десятков секунд). При этом увеличивается время движения якоря вследствие присоединения его к демпфирующему устройству, создающему тормозное усилие, пропорциональное скорости перемещения. Демпфирующие устройства бывают механические (анкерные, часовые), гидравлические и пневматические Среди электрических способов большое распространение получил метод

замедления работы якоря реле вихревыми токами, возникающими в замкнутом витке при изменении потока в сердечнике. Короткозамкнутые витки выполняют в виде медных гильз, шайб, обмоток из голой проволоки, медных каркасов для обмотки, надеваемых на сердечник реле (реле НМШ).

Постоянная времени реле, например, с медной гильзой: τ=τo6τ г.

Рис. 4.2. Медная гильза и способы расположения ее на сердечнике

Для увеличения τг нужно брать материал с меньшим удельным сопротивлением (электрически чистую медь), , увеличивать длину медной гильзы и ее толщину.

Медную гильзу можно разместить внутри обмотки реле, снаружи обмотки, надеть, как шайбу, на конец сердечника или использовать ее в качестве каркаса катушки (рис. 4.2, в и г).

Для дополнительного увеличения замедления на отпускание якоря медные гильзы (шайбы) устанавливают у якоря впереди катушек. Это объясняется тем, что после притяжения якоря рабочий поток в воздушном промежутке и на конце сердечника возрастает; следовательно, в момент выключения в гильзе будут создаваться большие вихревые токи.

Для дополнительного увеличения замедления на притяжение якоря медные гильзы устанавливают у основания реле (около ярма).

Медные гильзы (шайбы) дают двустороннее замедление на притяжение и отпускание якоря, но с различной интенсивностью. Объясняется это различной

проводимостью магнитной цепи реле при отпавшем и притянутом якоре. Вихревые токи в медной гильзе будут больше при притянутом якоре (в момент выключения реле), чем при отпущенном якоре (в момент включения). Сравнение параметров у реле с медной гильзой и без нее показывает, что время отпускания якоря изменится в 5—10 раз, время притяжения якоря только в 2—4 раза.

Рис. 5.3. Схемы замедления и ускорения работы реле а) включение конденсатора С

параллельно обмотке реле дает замедление на притяжение и отпускание якоря. При срабатывании реле сначала заряжается конденсатор С. Когда напряжение Uc на конденсаторе достигнет значения Unp реле притянет якорь. Во время

обесточивания реле конденсатор С разряжается на обмотку реле. Когда напряжение Uc, на конденсаторе достигнет значения Uorn, реле отпускает якорь. Чем больше емкость конденсатора С, тем больше замедление. Схему используют, когда необходимо получить большое замедление на отпускание якоря (несколько секунд). При этом емкость конденсатора С = 1000—2000 мкФ. Недостаток данной схемы — большой зарядный ток конденсатора.

б) Включение резистора параллельно обмотке реле дает замедление на притяжение и отпускание якоря. Замедление возникает из-за увеличения постоянной времени схемы по сравнению с τр:

Когда реле обесточивается, через резистор протекает экстраток размыкания, который удерживает некоторое время якорь реле притянутым. Чем меньше R, тем больше замедление. Недостаток схемы — уменьшение общего сопротивления нагрузки.

в) Схема не имеет недостатков схем (а и б).

г) Схема по сравнению со схемой (б) дает замедление только на притяжение.

д) Самой распространенной является схема, в которой замедление на отпускание якоря осуществляется вследствие протекания через диод экстратока размыкания.

е) Схема обеспечивает ускорение на притяжение якоря. На реле подается большее напряжение питания, чем необходимое рабочее напряжение. Поэтому при срабатывании реле через него протекает ток перегрузки, в 2—4 раза больший, чем рабочий ток Iр, что уменьшает tпр. Длительную перегрузку исключают включением в цепь фронтового контакта реле А резистора R.

ж) Изменять временные параметры реле можно, используя вторую обмотку реле . Обмотки / и // включены согласно. Основной является обмотка /, а обмотка // нормально отключена монтажной перемычкой П. Если эту перемычку установить, то в магнитной цепи реле постоянно действует магнитный поток Ф// < Фпр, что обеспечивает ускорение на притяжение и замедление на отпускание якоря.

з) При встречном включении обмоток / и // осуществляется замедление на притяжение и ускорение на отпускание якоря.

17. БЕСКОНТАКТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ РЕЛЕЙНОГО ДЕЙСТВИЯ.

Релейные бесконтактные устройства имеют различные принципы построения:

1.на приборах имеющих релейную характеристику

2.на приборах, не имеющих релейную характеристику, но соединенных в схему так, что в результате соединения этих элементов получается релейная характеристика

3.на нелинейных элементах релейного действия (нелинейное сопротивление, туннельный диод)

4.на бесконтактных элементах релейного действия с ПОС

5.на схемах с перекрестными ОС

По способу переключения:

1.статические приборы (выходная величина функция от входной величины)

2.динамические приборы (выходная величина функция от производной

входной величины)

бесконтактные элементы характеризуются:

1.коэффициент возврата: К=Хотпсраб<1

2.коэффициент запаса: К=Хотпсраб>1

3.коэффициент кратности тока в нагрузке: К=Урабо

4.коэффициент усиления: К=Уораб

Примеры:

Бесконтактные элементы релейного действия на тунельном диоде Iу – ток управления = Iд + Iб

Uд = U1 – R*Iу

Пусть повышается Uвх, то

 

r

-Ek

I

 

 

 

 

 

 

 

по

характеристике

U1

 

 

1

 

 

управления из 0 попадаем в

2'

 

1'

 

точку 1. на

участке 0-1 Iд

 

2

 

 

 

U

повышается

и

шунтирует

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вход VT, значит VT закрыт и

 

 

 

 

 

 

 

через него протекает только тепловой ток. Благодаря лавинообразному

изменению R VD мы попадаем в точку 1’. Ток уменьшается и транзистор

открывается. VT открывается и при включенном диоде он не влияет на

дальнейшую работу.

 

 

 

 

 

 

 

При уменьшении Uвх до точки 2 из-за нелинейности характеристики VD

попадаем в точку 2’. Это приводит к тому, что увеличивается Iд и VT

закрывается. На выходе имеем релейную характеристику I от приложенного U.

Эмиттерная ОС:

В исходном состоянии VT1 закр VT2 откр За счет протекания тока через Rос. Подаем входной сигнал больший чем Uос, значит VT1 открывается ϕк повышается до 0 значит ϕб VT2 становится положительным по отношению к эмиттеру, значит VT2

 

-Ek

-Ek

 

Rk

Rk

 

 

Roc

Rcm

 

 

VT2

 

 

VT1

Rcm

Roc

 

 

 

закрывается, значит Uос уменьшается, значит еще больше VT1 откр VT2 закр (происходит лавинообразный процесс).

При уменьшении Uвх меньше чем Uос происходит обратный процесс.

Коллекторная ОС:

В исходном состоянии VT1 закр VT2 откр и через Rос ϕ =0 подается на базу VT1. если на вход подается сигнал амплитуда которого выше, то VT1 откр значит ϕк=0. на

базе VT2 ϕ более положительный и VT2 закр. При уменьшении Uвх протекает обратный процесс.

 

-Ek

-Ek

Rk

 

Roc

Rk

 

R1

Rcm

VT2

 

VT1

 

Rcm

 

 

 

 

+Ecm

 

18. СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕХАНИКИ.

Телемеханическая система — совокупность устройств пунктов управления и контролируемых пунктов, периферийного оборудования, необходимых линий и каналов связи, предназначенных для совместного выполнения телемеханических функций.

Классификация систем.

1. Телемеханические системы делятся на дискретные и непрерывные.

-Дискретные системы применяют, если управляемые объекты являются дискретными, т. е. имеют конечное множество состояний. Наиболее распространены двухпозиционные объекты, имеющие два состояния: включено и выключено.

-Непрерывные объекты применяют, если состояние объектов управления изменяется непрерывно (напряжение генератора, температура в электропечи, уровень воды в шлюзе и др.).

2.По типу выполняемой функции.

-Система телеуправления (ТУ) служит для управления положением или

состоянием дискретных и непрерывных объектов Телеуправление объектами с называют (ТР).

1

2

3

4

5

6

f

 

1. органы управления. 2. передающее устройство. 3. линия связи. 4. приемное устройство. 5. исполнительное устройство. 6. управляемый объект

f – возмущающее воздействие

-Система телесигнализации (ТС), телеконтроля (ТК) осуществляет

получение информации о состоянии контролируемых и управляемых объектов.

 

 

3

 

 

 

1

2

4

5

6

f

1. воспринимающее устройство 2. приемное устройство 3. линия связи 4. передающее устройство 5. датчик 6. управляемый объект f – возмущающее воздействие

- Системы телерегулирования (ТР) осуществляет телеуправления и телесигнализации одного и того же множества объектов

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

f

11

 

 

1

 

2

4

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

9

8

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.