- 11 -

Національний університет “Львівська політехніка”

Електричні релейно-контактні пристрої Методичні вказівки

для самостійної підготовки та інструкція

до лабораторної роботи № 010

з основ автоматики і автоматизації

для студентів технологічних спеціальностей ІЕСК, ІХХТ, ІБІД

Затверджено

на засіданні кафедри

автоматизації теплових та

хімічних процесів

Протокол № 1 від 30.08.2012 р.

Львів – 2012

Електричні релейно-контактні пристрої. Інструкція до лабораторної роботи № 010 з курсу ”Контроль та керування технологічними процесами” для студентів технологічних спеціальностей. /Укл. В.П.Кореньков, Г.Б. Крих, Ю.З.Вашкурак. Львів: Видавництво Державного університету “Львівська політехніка”, 2012. - 10 с.

Укладачі В.П Кореньков, ст.викл.,

Г.Б. Крих, канд. техн. наук, доц.,

Ю.З.Вашкурак, канд. техн. наук, доц.

Відповідальний за випуск Є.П.Пістун, докт. техн. наук, проф.

Рецензенти Р.Б.Брилинський, канд. техн. наук, доц.,

І.В.Ділай, канд. техн. наук, доц.

Мета роботи: ознайомлення з конструкцією, роботою та застосуванням електрич­них релейно-контактних пристроїв; дослідження їх статичних характеристик.

Необхідна підготовка: знання принципу дії електричних релейно-контактних пристроїв.

Основні відомості

Електричні релейно-контактні пристрої широко використовують для автоматичного керування періодичними процесами, які є впорядкованою послідовністю певних технологічних операцій.

Рис.1 Статична характеристика електромагнітного реле

Задану послідовність операцій в періодичних технологічних процесах забез­печують перемиканням виконавчих механізмів (ВМ) (клапанів, насосів, нагрівачів тощо). Керування положеннями ВМ (відкрито-за­крито, увімкнено - вимкнено) здійснюється сис­темою автоматичного керування або за наперед заданою часовою програмою, або залежно від поточних значень технологічних параметрів. В першому випадку застосовують реле часу, в дру­гому використовують електричні реле.

Статична характеристика реле (рис.1) -залежність між значеннями зазору і струмом І в обмотці котушки в усталеному режимі. Статич­на характеристика реле визначається струмом спрацювання І_С , за якого контакти з початково­го положення переходять в робоче (), а також струмом відпускання І_В , за якого контакти з робочого положення переходять в початкове (). Відношення І_С /І_В називається коефіцієнтом повернення .

Динамічна характеристика реле визначається відповідно часом спрацювання та часом відпускання.

Час спрацювання необхідний для переміщення контактів з вихідного положення в робоче.

Час відпускання потрібен для переміщення контактів з робочого положення у вихідне.

За принципом дії електричні реле поділяють на електромагнітні, магнітоелек­тричні, електродинамічні, електронні, іонні, індукційні.

За параметрами спрацьовування розрізняють реле струму, напруги, потужності, частоти, зсуву фаз.

Реле звичайно складається з трьох послідовно з’єднаних елементів: сприймального (чутливого), проміжного і виконавчого.

Сприймальний елемент під дією вхідного сигналу змінює свої фізичні параметри (електричні, теплові тощо) і створює дію на виконавчий елемент.

Проміжний елемент діє на виконавчий, коли вхідний сигнал досягає певного (заданого) значення.

Виконавчий елемент стрибкоподібно змінює керуючу величину від нуля до максимального значення (або навпаки). В реле, призначених для керування електричними колами, виконавчими елементами є контакти.

Рис.2. Схема нейтрального електромагнітного реле:

1 – осердя; 2 – якір; 3 – ярмо; 4 – котушка; 5 – пружина; 6 – контакти:

а) замикаючі; б) розмикаючі; в) перемикаючі.

Серед електричних реле найбільш розповсюджені електромагніт­ні реле, в яких сприймальним елементом є електромагніт з обмоткою керування. Електромагнітні реле бувають нейтральними та поляризованими. В нейтральних реле за відсутності струму в обмотці керування магнітний потік в магнітній системі також відсутній, тобто реле не має попереднього намагнічування. Магнітна система нейт­рального реле (рис.2) складається з осердя 1, якоря (рухомої частини) 2, ярма 3 і ко­тушки 4. За відсутності струму якір 2 знаходиться у початковому положенні під дією пружини 5. Під час прикладання напруги до обмотки котушки створюється маг­нітний потік, який проходить через осердя, якір і повітряний зазор між якорем і осердям. При цьому виникає електромеханічне зусилля, яке притягує якір 2 до осердя. При знятті на­пруги пружина 5 відтягує якір від осердя. Електро­магнітні реле відрізня­ються від звичайних електромагнітів наявніс­тю контактної групи 6, призначеної для зами­кання або розмикання (одного або декількох) електричного кола. На­дійність роботи реле визначається надійністю його контактної групи. За характером роботи контакти бувають трьох видів:

- замикаючі (рис. 2а), або нормально розімкнуті, тобто розімкнуті за відсутності струму в обмотці електромагніту;

- розмикаючі (рис. 2б), або нормально замкнуті, тобто замкнуті за відсутності струму в обмотці електромагніту;

- перемикаючі (рис. 2в), тобто такі, що складаються із замикаючих та розмикаючих контактів, які дають змогу керувати двома електричними колами, одне з яких замикається під час спрацювання реле, а друге замикатиметься під час його вимкнення.

У нейтральних реле електромеханічна сила пропорційна квадрату ампервитків і не залежить від напрямку струму. Для розділення сигналів, що відрізняються за на­прямком струму, використовують поляризовані реле. Поляризовані реле ( рис. 3), на відміну від нейтральних, характеризуються наявністю двох магнітних потоків: робочого, який створюється струмом, що протікає по обмотках котушки 1, і поляризуючого, що викликається постійним магнітом 2. Таке реле працює на постійному струмі. За відсутності струму в системі діє магнітний потік постійного магніту 2. Цей потік симетрично розподіляється між двома частинами магнітопроводу 3. Під час протікання струму через обмотку керуючої ко­тушки 1 симетрія магнітних потоків порушуєть­ся: в одній половині магнітопроводу 3 робочий потік віднімається від поляризуючого потоку, проте в другій частині - додається. В результаті якір 4 притягується до одного з полюсів котушки 1, замикаючи відповідний контакт 5. Якщо змінюється напрямок струму в обмотці котушки 1, розподіл потоків в магнітній системі змінюється, а якір 4 притягується до протилежного полюса. Отже, залежно від напрямку струму в об­мотці котушки 1 замикається той чи інший кон­такт 5. Поляризовані реле характеризуються ве­ликим коефіцієнтом підсилення, значною чутли­вістю, малим часом спрацювання (0,1…1мс).

Рис.3. Схема поляризованого реле:

1 – котушка; 2 – постійний магніт;

3 – магнітопровід; 4 – якір; 5 - кон­такт.

У схемах автоматизації широко використо­вують реле часу. В найпростіших випадках для незначної затримки застосовують схемні або конструктивні способи сповільнення спрацювання електромагнітних реле. Для збіль­шення витримки часу використовують реле з ме­ханічним сповільненням спрацювання, наприклад, з годинниковим механізмом. Останнім часом набули поширення електронні реле часу, які дають змогу робити витримки від мілісекунд до сотень секунд.

На рис. 4 наведена блок-схема електронного реле часу. Воно складається з генератора лічильних імпульсів 1, лічильника-подільника 2, логічного пристрою керування 3, електронного ключа 4, вихідного електромагнітного реле 5.

Генератор 1 створює імпульси напруги певної частоти і подає їх на лі­чильний вхід лічильника-подільника 2. Програмова­ний підсумовуючий лі­чильник побудова­но на трьох мікросхемах 6 з по­слідовним перенесенням. Мікросхеми мають змінні коефіцієнти перерахунку. Значення цих ко­ефіцієнтів встановлюють­ся за допомогою одного з трьох перемикачів 7, роз­міщених на передній па­нелі реле часу. Отже, пе­ремика­чами вста­новлюється певний час витримки реле. З появою на виході лічиль­ника 2 імпульсу напруги спрацьовує ло­гічний пристрій 3, який електронним ключем 4 вмикає ви­хідне електромагнітне реле 5. Реле 5 змінює при цьому положення своїх контактів.

Типові схеми застосування релейно-контактних пристроїв

Системи керування з використанням реле будують на основі типових елементарних схем (рис. 5) та реалізації певних логічних операцій.

В схемі повторювача (рис. 5а) при замиканні контактів кнопки SB1 замикається коло живлення реле KV1, яке спрацьовує, а при розмиканні контактів кнопки SB1 контакти реле КV1 відпускаються, тобто реле “повторює” положення кнопки.

,

Рис.5. Типові схеми увімкнення реле:

а) схема повторювача; б) схема самоблокування; в) схема взаємоблокування; г, д) схеми послідовного блокування

В схемі самоблокування або пам’яті (рис. 5б) при замиканні кнопки SB1 зами­кається коло живлення котушки реле KV1. Реле спрацьовує, шунтуючи своїм зами­каючим контактом KV1 кнопку SB2. При роз­миканні кнопки SB1 котушка реле KV1 за­лишається під стру­мом через свій зами­каючий контакт КV1. Реле бло­кується, ніби “запам’ятовуючи” ко­роткочасний імпульс, отриманий при зами­канні контакту кнопки SB1. Коло живлення реле розривається тільки після розмикан­ня контакту кнопки SB2, увімкне­ної по­слідовно з ко­тушкою реле KV1.

Схема взаємного блокування (рис.5в) за­побігає одночасному спрацюванню двох або декількох реле. В коло живлення реле KV1 послідовно вми­кається розмикаючий контакт реле KV2. Реле KV1 не може спрацювати, якщо спра­цювало реле KV2. Так само не спрацює реле KV2 при замиканні контактів кнопки SB2 .В коло живлення реле KV2 увімкнено розмикаючий контакт реле KV1.

Схеми послідовного блокування реле забезпечують певну послідовність пуску і зупинки апаратури. Порушення цього порядку можуть іноді викликати навіть аварійну ситуацію. Послідовне блокування реле здійснюється внесенням в коло його живлення замикаючих контактів тих реле, які повинні спрацювати до нього. Наприклад, реле KV2 (рис. 5г) спрацює лише після замикання контакту реле KV1, а реле KV3 - тільки після спрацювання реле KV2.

Для забезпечення послідовного розмикання реле KV1 паралельно його вимикачу потрібно увімкнути розмикаючі контакти тих реле, які повинні спрацювати швидше. Наприклад, реле KV2 (рис. 5д) не вимкнеться при розмиканні кнопки SB2 до моменту, поки не спрацює реле KV1.

Логічні операції

Під логічними операціями розуміють два за змістом значення (“так”, ”ні”), отримані як результат комбінації двох простих логічних висловів.

Логічна операція “І” (кон’юнкція) дає результуючий вислів “Є” лише якщо обидва прості вислови будуть висловами “так”. Наприклад, лампа вмикається в електричну мережу (У) двома послідовно увімкненими контактами (Х1, Х2). Лампа буде горіти лише тоді, коли обидва контакти будуть замкнуті. Така операція записується у вигляді У= Х1 Х2.

Результат логічної операції “АБО” (диз’юнкція) тільки тоді “фальшивий”, коли обидва прості вислови “фальшиві”. Технічно така операція може бути реалізо­вана паралельним з’єднанням двох нормально розімкнених контактів (Х1, Х2) в колі живлення лампи. Лише якщо обидва контакти залишаться розімкненими, лампа (У) не буде горіти. Така операція записується у вигляді У=Х1 Х2.

Якщо лампа повинна горіти, коли відповідний її вимикач ( нормально розімкнутий контакт =Х) не приведено до дії, говорять про логічну операцію “НІ”. Операція записується як У=Х. В алгебрі логіки таки вислови передають двійковими сигналами у формі двох значень фізичного стану. Логічні вислови відповідають вихідним сигналам: Дійсно”, “Так” – 1; “Фальшиво”, “Ні” - 0.

В таблиці наведені найпоширеніші логічні функції для двох вхідних змінних Х1, Х2 та їх технічні реалізації за допомогою контактів реле. При цьому поява електричної напруги чи струму (1) або їх відсутність (0) використовуються як логічний вислів.

Таблиця

Позначення	“І “	“Або“	Інвертор	Не “Або”	Не “І ”	Рівно-значність	Нерівно- значність
Вхід	Вихід
Х1 Х2	У	У	У	У	У	У	У
0 0	0	0	1	1	1	1	0
0 0	0	1	1	0	1	1	0
1 0	0	1	0	0	1	0	1
1 1	1	1	0	0	0	1	0
Еквівалентна електрична схема