7

Лабораторная работа № 1 (Изучение реле).

В шахтной аппаратуре автоматизации большое распространение имеют различные реле. При этом реле называют элемент (устрой­ство), обеспечивающее скачкообразное появление выходного уп­равляемого сигнала при подаче на вход управляющего сигнала номинальной величины. Реле получили широкое распространение благодаря возможности управления большими мощностями с по­мощью относительно малой мощности управляемых сигналов. Любое реле имеет три основные части: воспринимающую, промежуточную и исполнительную.

Воспринимающая часть, например катушка, принимает входной сигнал (напряжение, ток) и реагирует на его изменение. Промежуточная часть, например магнитопровод, передавая воздействие от воспринимаю­щей части к исполнительной, как правило, преобразует энергию одного вида в другой. Так, в электрических реле входная величи­на — ток преобразуется в электромагнитное усилие. Исполнительная часть осуществляет скачкообразное изменение выход­ной величины, например переключение одного или группы кон­тактов.

Реле можно классифицировать по ряду признаков: виду входного сигнала — электрические (напряжения, тока, частоты),

механические (давления, уровня), оптические (силы света, освещенности),

тепловые, акустические, химические и др.;

выполняемой функции — управления, контроля, защиты, бло­кировки, сигнализации и др.;

назначению и области использования — телефонные, общепро­мышленной автоматики, авиационные и др.;

величине потребляемой мощности — высокочувствительные (до 0,01 Вт), чувствительные (до 0,1 Вт) и нормальные (свыше 0,1 Вт);

времени срабатывания — сверхбыстродействующие или без­ынерционные (до 0,001 с), быстродействующие (до 0,05 с), нор­мальные (до 0,25 с), замедленные (до 1 с) и реле времени (свыше 1 с).

Электрические реле, получившие наибольшее применение в угольной промышленности, в свою очередь, классифицируются по следующим признакам:

роду управляющего тока — постоянного и переменного про­мышленной или высокой частоты;

2 3

Рис. 13. Схемы электромагнитных реле

принципу действия — электромагнитные, магнитоэлектрические, индукционные и др.;

влиянию направления тока при срабатывании — нейтральные и поляризованные;

характеру воздействия на управляемую цепь — контактные и бесконтактные.

Кроме того, электрические реле можно разделить по виду и характеру движения якоря, форме магнитопровода и поперечного сечения сердечника, числу обмоток катушки, числу контактов и контактных групп. Так, например, по первому признаку реле могут быть: с якорем клапанного вида (рис. 13, а), с угловым яко­рем (рис. 13б,б) и с втягиваемым якорем (рис. 13, в).

Принцип действия электромагнитных реле (рис. 13) состоит в следующем. При подаче напряжения на катушку 5, ток, проте­кающий через нее, создает электромагнитный поток, который проходит через сердечник 6, ярмо 7, якорь 2 и воздушный зазор 6 между якорем и сердечником. Возникающее при этом электро­механическое усилие притягивает якорь к сердечнику и вызывает замыкание, а в других случаях — размыкание или переключение контактов 4. При снятии напряжения (исчезновение тока) якорь возвращается в исходное положение пружиной 1, упругостью контактных пластин или упругостью специальных упорных пла­стин (на рисунке не показаны).

Для предотвращения задержки на отпускание якоря вследствие остаточного магнетизма служит латунная пластина 3 (или штифт) отлипания, при включенном реле между сердечником и якорем имеется постоянный воздушный (немагнитный) зазор (0,1—0,15 мм), облегчающий быстрое исчез­новение электромагнитного потока после снятия напряжения с катушки и возврат якоря в исходное положение.

Ввиду меньшей надежности в работе и невозможности исполь­зования в искробезопасных цепях реле переменного тока в аппа­ратуре автоматизации наибольшее распространение получили электромагнитные реле постоянного тока.

В горной автоматике под реле часто подразумевают не только отдельный элемент схемы, но и комплектное устройство (спе­циальное реле), включающее в себя несколько элементов и имею­щее релейную характеристику (например, реле контроля темпера­туры, положений, уровней и др.).

В ряде случаев также используют механические реле, выполняющие обычно функ­цию датчиков с релейным выходом, в которых входными являют­ся такие величины, как расход, давление и др. Так, например, при автоматизации насосов для контроля производительности используют реле РПФВ-1К и РПН, а для контроля давления — реле РДВ.

3.2 Конструкции электромагнитных и герконовых реле.

Надежность и долговечность работы любого электромагнитного реле определяется состоянием его контактов и катушек. От состоя­ния контактов зависят надежность и срок службы реле. Рабо­тоспособность контактов реле определяется допустимой разрывной мощностью и ресурсом (числом включений).

Наиболее тяжелый режим работы для контактов — процесс размыкания цепи посто­янного тока, особенно при наличии в цепи индуктивности. При размыкании цепи изменяются площадь контактного перехода и давление, а следовательно, в начале размыкания резко возрастает переходное сопротивление. Между поверхностями контакта обра­зуются иглы из расплавленного металла и создаются условия для возникновения газового искрового разряда.

Электрические контакты реле по форме исполнения делят: на точечные с соприкосновением (теоретически) в одной точке, линейные с соприкосновением по линии и плоскостные с соприкосновением по плоскости.

При этом наиболее распространенными контактами реле являются точечные, так как они обеспе­чивают наилучшие условия коммутации. Металлами для изготовления контактов служат платина, серебро, золото, а также сплавы их с вольфрамом, молибденом, иридием, палладием и др. Повы­шенную прочность и термостойкость имеют сплавы серебра с воль­фрамом и молибденом.

В последние годы в датчиках и реле широкое применение получили герметизированные контакты — герконы, отличающиеся большой надежностью и высоким быстродействием. Ресурс этих контактов достигает сотен миллионов срабатываний при частоте, достигающей нескольких сот герц. Геркон конструктивно представляет собой стеклянный или керамический баллон (кор­пус), заполненный инертным газом. Внутри размещены пласти­ны — электроды из упругого ферромагнитного материала, обычно пермоллоя, контактируемые концы которых покрыты слоем родия или золота. К выходящим из баллона штырькам припаивают монтажные провода. Управляют (замыкание, размыкание, пере­ключение) контактами воздействием внешнего поля электромаг­нитной катушки или постоянного магнита.

На рис. 14, а—г показаны некоторые разновидности герконов, отличающихся друг от друга взаимным расположением подвижных и неподвижных пластин электродов, с диаметрами баллонов 5—7 мм и длиной 20—50 мм.

Рис. 14. Конструкции герметизирован­ных контактов (герконов)

Рис. 15. Реле электромагнитное РКН

Срок службы изоляции, а следовательно, и катушки (с одной или несколькими обмотками) в основном обусловливается вели­чиной протекающего по ней тока и условиями окружающей среды (температура, влажность, наличие кислотных и щелочных паров). Нагрев, катушки током, превышающим номинальное значение, повышенная температура и влажность, агрессивная среда ускоря­ют нарушение изоляции катушки.

Для намотки катушек реле чаще всего, используют провода с эмалевой изоляцией марок ПЭЛ, ПЭВ и ПЭМ, допустимая температура нагрева для которых со­ставляет 105° С. Реже используют провода в волокнистой изоля­ции марок ПЭЛШО, ПЭЛШКО, ПВО и ГБД с такой же допусти­мой температурой нагрева.

В аппаратуре автоматизации угольных предприятий в основном используют реле типов РКН, РКМ, ПЭ-5, РЭС и РСМ. Реле Р К Н (с круглым сердечником, нейтральное) используют в управляющих цепях при напряжении до 60 В с током коммутации до 3 А. Реле состоит из основания 1 (рис. 15), катушки 2, сердеч­ника 3, якоря 4, рабочих контактов 5 с выводами 6 и выводов 7 концов катушки. Якорь с помощью винта и стальной пружины крепят к призматической опоре основания. На внутренней стороне якоря находится штифт отлипания.

Реле имеет две контактные группы, в каждой от 2 до 10 контактных пластин, реле РКН предназначено для работы в импульсных режимах. В притянутом положении узкий перешеек якоря насыщается и ограничивает поток в магнитопроводе реле. При этом время отпуска­ния реле приближается к времени срабатывания.

Реле Р К М (с круглым сердечником, малогабаритное) имеет конструкцию, подобную реле РКН, но меньшие размеры и массу. Реле выпускают с одной, двумя и тремя контактными группами, с общим числом контактов (замыкающих, размыкающих, пере­ключающих) не более шести. Реле изготовляют на напряжение питания до 100 В и ток нагрузки контактов 1—3 А.

Рис. 16

Рис. 16 Реле электромагнитное ПЭ-5 (МКУ-48)

Рис. 17. Схема реле на герконах

Реле П Э-5 (взамен реле МКУ-48) в пластмассовом корпусе или без него (рис. 16), унифицировано и выпускается как на постоянный, так и на переменный ток. На сердечнике с раздвоен­ным полюсом, жестко связанном с магнитопроводом 11, помещена катушка 13, закрепленная короткозамкнутым витком 10. Магнитопровод с сердечником закреплен винтами 14 на стальной скобе 16, служащей для крепления при монтаже. Плоский якорь 9 с помощью оси 19 укреплен на основании 18, удерживающем кон­тактную систему. Основание прикреплено к магнитопроводу, на противоположной стороне которого винтами 12 закреплен ограни­читель 8 хода якоря. На якоре имеется медная пластина 7 (только у реле постоянного тока) толщиной 0,15—0,2 мм, служащая для предотвращения залипания. Пружиной 17 якорь удерживается в исходном состоянии, а винтом 15 регулируется натяжение воз­вратной пружины.

Контактная система с изолирующими прокладками 2 крепится к основанию стягивающими болтами 1. При этом система имеет две группы с числом контактных систем в каждой от двух до пяти и позволяет набирать их в различных сочетаниях. При срабаты­вании реле контакты подвижных пластин 5 замыкаются с кон­тактами неподвижных пластин 6 с помощью рамки 4, закреплен­ной на якоре. Упорные пружинящие пластины 3 служат для исклю­чения вибрации контактных пластин при возврате якоря после отключения реле.

Для реле ПЭ-5 постоянного тока предусмотрен стальной короткозамкнутый виток, а для реле переменного тока — виток мед­ный с удалением пластины отлипания. Обмотки реле рассчитаны на напряжение постоянного 12—220 В и переменного 12—380 В тока, контакты — на напряжение до 220 В и ток до 5 А. Мощность, потребляемая катушкой реле, составляет 0,5—7 ВА.

Реле Р Э С наиболее разнообразны по исполнению и перспективны для использования в аппаратуре. Так, реле РЭС-9, РЭС-22, РЭС 29 предназначены для искробезопасных цепей, РЭС-10, РЭС-32 имеют пылебрызгозащищенное исполнение, РЭС-42, РЭС-66 изготовляют на герконах.

Электромагнитное безъякорное реле на герконах (рис. 17) для управления контактными пластинами 3 имеет катушку 4. При протекании через нее тока создается электромагнитное поле, которое, воздействуя на пластины, вызывает притягивание их друг к другу и замыкание управляемой электрической цепи. При снятии управляющего напряжения контактные пластины под влиянием упругости размыкаются и возвращаются в исходное состояние. Из герметичного корпуса 2 выведены штырьки 1 для припайки к ним монтажных проводов. Реле обладает высокой надежностью и быстродействием, весьма малыми размерами и массой, не превышающей 50 г.

Реле Р С М (сигнальное, миниатюрное) с габаритами 17X26X37 мм изготовляют защищенным в пластмассовом или алюминиевом корпусе с одной или двумя контактными группами и общим числом контактов в группе не более двух. Катушка рас­считана на напряжение 24 В, а контакты — на ток до 1 А при напряжении до 28 В.