Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Государственное высшее учебное заведение

«Приазовский государственный технический университет»

Энергетический факультет

Кафедра электрификации промышленных предприятий

Троицкая Л.К.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторной работы №3

«Изучение конструкции и исследование

принципа работы различных видов реле»

по курсу «Электрические аппараты» для студентов дневной, заочной и дистанционной форм обучения: направление подготовки: 6.050701 – электротехника и электротехнологии; 6.050702 – электромеханика

Утверждено на заседании кафедры

«Электрификации промышленных предприятий»,

протокол № от 2011г.

________________ Жежеленко И.В.

Одобрено: методической комиссией энергетического факультета,

протокол № от 2011г.

__________________ Ткаченко К.И.

Мариуполь, 2011

УДК 621.31

Методические указания к выполнению лабораторной работы № 3 «Изучение конструкции и исследование

принципа работы различных видов реле» по курсу «Электрические аппараты» для студентов дневной, заочной и дистанционной форм обучения: направление подготовки: 6.050701 – «Электротехника и электротехнологии»; 6.050702 – «Электромеханика»/ ГВУЗ «ПГТУ». Каф. электрификации промышленных предприятий; сост. Л.К. Троицкая- Мариуполь, 2011. - с.

Методическое пособие содержит указания по выполнению лабораторной работы по дисциплине «Электрические аппараты» для студентов направления 6.050701 "Электротехника и электротехнологии"; 6.050702»Электромеханика». Указания предназначены для студентов дневной, заочной и дистанционной формы обучения. В пособии приведены необходимые теоретические сведения, даны указания по выполнению и оформлению лабораторной работы, контрольные вопросы.

Составитель: Л.К. Троицкая,

ст. преподаватель

Рецензент: Ф.А.Гаврилов, к.т. н., доц.

Ответственный И.В. Жежеленко

за выпуск: зав. каф. ЭПП, д.т.н., проф

Утверждено на заседании кафедры электрификации промышленных предприятий.

Протокол № ____ от _________ 2011 г.

Зав. кафедрой И.В. Жежеленко

зав. каф. ЭПП

д.т.н., проф.

Рекомендовано методической комиссией энергетического факультета.

Протокол № ____ от ________2011 г.

Председатель комиссии: К.И. Ткаченко,

к.т.н., ст.преп.

© Троицкая Л.К., 2011

© ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», 2011

Введение

В процессе практической работы инженер-электрик сталкивается с необходимостью самостоятельно исследовать различные вопросы. При этом требуется составить схему измерений, выбрать необходимые приборы, выполнить исследования, технически грамотно и лаконично составить отчет.

Инженер не только должен теоретически, но и практически применять накопленные знания, самостоятельно экспериментально подтвердить правильность теоретически решенных вопросов.

Лабораторный практикум – это реальная возможность закрепить полученные знания и навыки самостоятельной работы инженера-исследователя.

Лабораторная работа №3 рассчитана на 4 часа работы в лаборатории.

Защита отчета выполняется во время, назначенное преподавателем.

К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, отвечающие на контрольные вопросы, имеющиеся в Методических указаниях; прошедшие инструктаж по технике безопасности, подготовившие необходимые схемы измерений и таблицы для записи результатов измерений, расчетов.

1. Цель лабораторной работы

Лабораторная работа №3 «Изучение конструкции и исследование принципа работы разных типов реле» ставит своей целью:

- ознакомление с конструкцией различных электрических реле;

- изучение основных приемов настройки, накладки и переналадки электрических аппаратов этой группы;

- экспериментальное определение основных показателей работы этих аппаратов (переходного сопротивления контактов, усилий нажатия) и влияния на них различных факторов (некачественная сборка, разрегулировка отдельных элементов, влияние окружающей среды и т.д.);

2. Указания по подготовке к лабораторной работе

Рекомендуется следующий порядок подготовки к работе:

- внимательно ознакомится с содержанием предстоящей работы и изучить рекомендованную к ней литературу;

- составить план предстоящего эксперимента;

- выписать номинальные данные электрических аппаратов, составить перечень необходимых контрольно-измерительных приборов, в дальнейшем дополнить заводскими номерами;

- составить схемы электрических измерений;

- продумать объем и содержание графических материалов, иллюстрирующих работу, а также форму таблиц для записи результатов расчета.

Подготовка к лабораторной работе завершается проработкой контрольных вопросов.

3. Основные теоретические положения

Реле – электрический аппарат, в котором при плавном изменении управляющего (входного) параметра до определенной наперед заданной величиной происходит скачкообразное изменение управляемого выходного параметра.

По области применения реле можно разделить на реле для схем автоматики, для управления и защиты электропривода и защиты энергосистем.

По принципу действия реле делятся на: электромагнитные, поляризованные, тепловые, индукционные, магнитоэлектрические, полупроводниковые и др.

В зависимости от входного параметра реле можно разделить на: реле тока, напряжения, мощности, частоты и других величин. 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 имеет необходимое число управляемых цепей. Промежуточное реле используется и тогда, когда мощность основного реле недостаточна для воздействия на управляемые цепи.

Основными характеристиками реле являются:

1. Значение входного параметра (тока, напряжения и т.д.), при котором происходит срабатывание реле, называется параметром (током, напряжением и т.д.) срабатывания.

2. Значение входного параметра, при котором происходит скачкообразное отпускание реле, называется параметром отпускания.

3. Значения параметров срабатывания или отпускания, на которые отрегулировано реле, называются уставкой по входному параметру.

4. Время с момента подачи команды на срабатывание до момента начала возрастания выходного параметра называется временем срабатывания.

5. Коэффициентом запаса называется отношение значения входного параметра к значению параметра срабатывания.

6. Коэффициентом возврата называется отношение значения параметра отпускания к значению параметра срабатывания.

7. Время отключения – это время с момента подачи команды на отключение до достижения выходным параметром минимального значения. Для контактных реле это время состоит из двух интервалов – времени отпускания и времени горения дуги.

8. Отношение максимальной мощности нагрузки в управляемой цепи к минимальной мощности входного сигнала, при котором происходит срабатывание реле, называется коэффициентом усиления. Для контактных реле максимальная сила мощности определяется не длительным током, допустим для данного контакта, а током нагрузки, который может быть многократно отключен.

Требования к реле в значительной мере определяются их назначением. К реле защиты энергосистем предъявляются требования селективности, быстродействия, чувствительности и надежности. Реле защиты энергосистемы эксплуатируются, как правило, в облегченных условиях. Они не подвержены воздействию ударов, вибрации, а также пыли и газов, вызывающих коррозию. Т. к. аварийные режимы в системе редки, то к этим реле не предъявляются высокие требования износостойкости.

К реле для схем автоматики, а также для управления и защиты электропривода предъявляются самые разнообразные специфические требования. Такие реле работают в тяжелых условиях эксплуатации: возможны удары, вибрация, воздух часто засорен пылью или агрессивными производственными примесями. Т.к. число включений в час в современных схемах электропривода достигает 1000 – 1200 и более, реле управления должны иметь механическую и электрическую износостойкость до (1÷10) · 10⁶ циклов. Надежность работы схем автоматики зависит от надежности работы отдельных элементов, в том числе и реле. Из-за большого количества реле в современных схемах и большого количества выполняемых ими операций к ним предъявляются требования высокой надежности.

Рис 3.1 - Реле максимального тока РТ-40

1-кожух, 2-катушки, 3-шихтованный сердечник, 4-поворотный якорь,5-контактная система, 6-шкала, 7-пружина, 8-указатель, 9-пластмассовое основание, 10- демпфер

Реле тока РТ-40 применяется в схемах линейной защиты и автоматики электротехнических систем.

При использовании реле РТ-40 необходимо соблюдать следующие условия эксплуатации:

наибольшая высота над уровнем моря 1000м;

верхнее значение температуры окружающего воздуха +55°С;

нижнее значение температуры окружающего воздуха -20° для УХЛ и -10°С для О;

влажность воздуха 80% при +25°С для УХЛ и 98% при+35°С для О.

Магнитная система состоит из П-образного шихтованного сердечника и поворотного якоря. На полюсах сердечника расположены две катушки, которые могут включаться параллельно или последовательно. Противодействующий момент создаётся спиральной пружиной, один конец которой связан с якорем, а другой с указателем уставок тока срабатывания. Величина тока уставок тока срабатывания указывается на шкале. Контактная система состоит из подвижных и неподвижных контактов. Реле смонтировано в корпусе, состоящем из пластмассового основания и кожуха из прозрачного материала.

Реле выпускается во многих модификациях для цепей переменного тока 50-60 Гц. С пределами токов 1уст от 0,05 до 200 А. Коэффициент возврата не менее 0,8. Время срабатывания 0,1 сек. при токе 1уст и 0,03 сек. при токе 1>С1. Время размыкания контактов при возврате 0,02 сек.

Потребляемая мощность 0,2-ЗВ-А. Контакты способны коммутировать при напряжении до 220В или при токе до 2А и мощности до 60Вт. (Т<0,005с) постоянного тока или до 300 В-А переменного тока

3.2 Электромагнитное реле времени ЭВ - 100

Рис. 3. 2 - Электромагнитное реле времени ЭВ - 100

1-контакт замыкающий, 2-контакт проскальзывающий, 3-кала, 4-подвижные контакты, 5-якорь, 6-механизм времени, 7-кожух, 8-контакты мгновенного действия, 9-катушка, 10-электромагнит, 11-основание

Реле времени электромагнитное, создающее выдержку времени при помощи часового механизма, показано на рис.2 . При замыкании цепи катушки 9 электромагнита 10 втягивается якорь 5, пускается в ход заторможенный механизм времени 6, начинают перемещаться подвижные контакты 4 и переключаться контакты мгновенного действия 8. По истечении установленных выдержек времени под действием заводной пружины механизма времени сначала замыкается проскальзывающий контакты 2, а затем замыкающий 1.

Время с момента подачи напряжения на катушку до замыкания контактов 2 и 1 регулируется изменением их положением и указывается стрелками на шкале 3.

С прекращением возбуждения катушки якорь и механизм времени мгновенно возвращаются в исходное положение под действием пружины электромагнита. Одновременно с этим происходит завод механизма.

Реле монтируется в пылезащищённом пластмассовом корпусе, состоящем из основания 11 и кожуха 7 из прозрачного материала.

Реле выпускается для работы на постоянном и переменном токе, различными модификациями обеспечивается различная выдержка времени в пределах от 0.1 до 20 секунд. Потребляемая мощность 15-30 Вт у реле постоянного тока, 10-20 В А у реле переменного тока. Соответственно коммутируя контактами мощностью 100 Вт (Т<0,005 сек, и<220 В) и 500 BA(U<220B,I<5A). Проскальзывающий контакт может только включать ток. Допустимое число срабатываний реле не менее 5000.

3. 3 Реле времени пневматическое

Рис. 3.3 - Реле времени пневматическое

1-ярмо, 2-якорь, 3-возвратная пружина, 4-пружина, 5-тяга, 6-пневматический замедлитель, 7-отверстие клапана, 8-коническое отверстие в верхней камере, 9-регулировочная игла, 10-винт, 11-диафрагма, 12-рычаг, 13-колодка, 14-контактная система с выдержкой времени, 15-контактная система без выдержки времени

Реле времени пневматическое состоит из приводного электромагнита (ярма 1 с катушкой и якоря 2), регулируемого пневматического замедлителя б срабатывания контактов и двух контактных систем: срабатывающих без выдержки времени 15 и с выдержкой времени 14.

Пневматический замедлитель состоит из двух камер: верхней и нижней, разделённых диафрагмой 11 из тонкой прорезиненной ткани. Диафрагма связана жёстко с тягой 5, снабжённой пластмассовой колодкой 13, которая сжимает пружину 4. Возвратная пружина 3, удерживая всю подвижную систему реле, не даёт колодке 13 опустится. При подаче напряжения на катушку якорь втянется и освободит колодку, которая под действием пружины начнет опускаться, растягивая диафрагму. Скорость перемещения диафрагмы зависит от количества воздуха, засасываемого в единицу времени через дроссельное коническое отверстие 8 в верхней камере. Меняет при помощи передвижения регулировочной иглы 9 (поворотом винта 10) сечение дроссельного отверстия можно получить различные выдержки времени. Когда колодка 13 дойдёт до крайнего положения, она рычагом 12 переключит контактную систему 14.

После обесточивания катушки возвратная пружина вернёт подвижные части в исходное положение. Возврат колодки происходит быстро, так как воздух из верхней камеры выталкивается через широкое отверстие клапана 7.

Пневматическое реле времени может регулироваться в очень широких пределах. Реле типа РВП, например, регулируется на выдержку времени от 0,4 до 180 с. Колебания выдержки времени при данной уставке тока срабатывания ±15%. Допустимый ток контактов 3 А, разрываемый 0,21 А при 380 В.

3. 4 Индукционное реле тока РТ-81

Рис. 3.4. Индукционное реле тока РТ-81

1-зубчатый сектор, 2-верхняя опора диска, 3- червяк, 4-фигурный рычаг, 5-контактная колодка, 6-неподвижный контакт, 7-подвижный контакт, 8-текстолитовая пластина,9-якорь отсечки, 10-регулировочный винт отсечки, 11-короткозамкнутый виток якоря, 12-катушка, 13-тепсельный мостик,14-штепсельный винт,15-шунт магнитопровода, 16-магнитопровод, 17-экраны, 18-диск, 19-скоба, 20-толкатель, 21-упор, 22-нижняя опора диска,23 -упорный винт,24-фасонный винт, 25-регулировочный винт пружины, 26-пружина, 27-постоянный магнит, 28-нижняя опора рамки, 29 –рамка, 30-полуось сектора

Индукционное реле тока РТ-81 применяется в цепях 6-35 кВ для защиты питающих и распределительных сетей, а также для защиты трансформаторов.

В верхней части цоколя в прямоугольном вырезе запрессована контактная колодка 5 с зажимами. Для крепления цоколь снабжён двумя отверстиями с резьбой.

Магнитопровод реле является общим для индукционного и электромагнитного элементов. Он имеет две ветви и делит магнитный поток на две составляющие. Основная ветвь 16 представляет собой прямоугольник с воздушным зазором, образованным полюсами. Полюсы разделены на две части так, что часть каждого полюса охвачена короткозамкнутым витком 11. Другая ветвь магнитопровода - это магнитный шунт 15, образующий магнитную цепь совместно с якорем отсечки и его правым воздушным зазором.

Катушка реле 12 - это измерительный орган, включаемый во вторичную обмотку трансформатора тока. Катушка насажена на правый стержень магнитопровода. Один её конец выведен на контактную колодку, а отпайки на семь гнёзд штепсельного мостика 13, который имеет вывод на контактную колодку. Гнёзда имеют обозначения токов срабатывания. В одно из них ввёрнут винт 14 с фасонной пластмассовой головкой. Винт снабжён

пружинящей шайбой. Восьмое гнездо является холостым, в него ввёрнут запасной винт.

Якорь отсечки 9 представляет собой неуравновешенное коромысло, ось которого укреплена на шунте магнитопровода. На левом плече укреплены фигурный рычаг и текстолитовая пластина 8. Посредством фигурного рычага осуществляется воздействие индукционного элемента на якорь и на сигнальный флажок. Пластина непосредственно включает контакт.

На правый конец якоря засажен короткозамюгутый виток, охватывающий часть его торцевой стороны. Магнитный поток расщепляется на две составляющие, сдвинутые по фазе, что приводит к сглаживанию пульсаций. Для предотвращения залипания якорь снабжён немагнитной заклёпкой.

Ток срабатывания электромагнитного элемента можно регулировать воздушным зазором. Для этой цели предназначен фасонный винт 10. На нём укреплено кольцо со шкалой, отоградуированное в кратностях тока срабатывания отсечки току срабатывания индукционного элемента. Кольцо со шкалой закреплено стопорным винтом. Ослабив винт, можно повернуть кольцо.

Постоянный магнит 27 является составной частью магнитной системы реле. Он создаёт тормозной момент, пропорциональный частоте вращения диска, что необходимо для получения стабильных характеристик реле.

РТ-81 рассчитан на номинальный ток 10 А, пределы шкалы уставок по току 4-10 А. Ступень шкалы по току 1 А. Пределы шкалы уставок по времени 0.5-4 с.

3.5 Реле времени маятниковое

Рис. 3.5. Реле времени маятниковое

1- якорь приводного электромагнитного механизма, 2-пружина, 3-храповой сегмент, 4-маятниковый регулируемый механизм, 5-шестерня,6-контактная система, срабатывающая без выдержки времени, 7-скоба, 8-контактная система, срабатывающая с выдержкой времени, 9-рычаг, 10-штифт

Реле времени маятниковое рис.5 состоит из якорного приводного электромагнитного механизма 1, маятникового регулируемого механизма 4 замедления срабатывания контактов и двух контактных систем - одной 6, срабатывающей без выдержки времени, другой 8, срабатывающей с выдержкой времени. Собирается реле на пластмассовом основании.

При подаче напряжения на катушку реле якорь 1 втягивается, увлекая за собой рычаги приводного механизма. При этом скоба 7 вызывает срабатывание контактной системы 6. При втягивании якоря заводится пружина 2, которая приводит к перемещению храпового сегмента 3, вращающего шестерню 5 замедляющего часового механизма. Когда все зубцы храпового сегмента пройдут по шестерне, сегмент расцепляется с шестерней и под действием той же заводной пружины наносит установленным на нём штифтом 10 резкий удар по плечу рычага 9. Другим своим плечом рычаг 9 переключает контактную систему 8. Система возвращается в исходное положение.

Пределы регулирования выдержки времени реле 2-10 секунд (грубая регулировка- числом зубцов сцепления сегмента с шестерней, точное - изменением длины маятника часового механизма). Отключаемый контактами ток 4-10 А, включаемый ток 20-50 А соответственно при напряжении 127-500 В. Длительно допустимый ток через контакты 12 А.

3.6 Реле напряжения РНВ

1. Обмотка

2. Контрполюс

3. Пружина

4. Боек

5. Часовой механизм

6. Система ломающихся рычагов

7. Промежуточные звенья

8. Рычаг

9. Отключающая пружина

10. Корпус

11. Гайка

12. Упор

13. Упор

14. Двухплечевой рычаг

15. Сердечник

16. Палец

17. Упор

18. Тяга

Рис. 3.6. Реле напряжения РНВ

Конструкция реле минимального напряжения с выдержкой времени типа РНВ приведено на рисунке7. Конструкция содержит обмотку реле 1, контрполюс 2, боёк 4, отключающую пружину 9, систему ломающихся рычагов 6. Пружина 3 помещена внутри полого сердечника 15. Палец 16 сердечника промежуточным звеном 7 связан с рычагом 8, укреплённым на валу часового механизма 5. Все детали реле собраны в литом корпусе 10.

Изменение выдержки времени выполняется передвижением молотка с гайкой 11. При включении привода рычажный механизм на валу привода нажимает на головку бойка, опускает его вниз и после захвата рычага 8 упора 17 проходит дальше. Пружина 9 остаётся в сжатом состоянии. Обмотка реле 1 в это время должна находится под напряжением, сердечник реле - втянут. При снижении напряжения ниже уставки срабатывания реле пружина 3 отталкивает сердечник реле от контрполюса. Под действием пружины и собственного веса сердечник движется вниз и ведёт часовой механизм. Если напряжение на обмотке реле восстановится раньше, чем доработает часовой механизм, то сердечник снова притянется к коптрполюсу и весь механизм реле вернётся в исходное положение. Если напряжение не восстановится, то часовой механизм расцепится, сердечник реле опустится до левого конца двухплечевого рычага 14 и упором 12 повернёт его.

Правый конец рычага переводит ломающиеся рычаги из мёртвого положения, чем освобождается отключающая пружина, которая и отключает выключатель.

Ход сердечника обеспечивающий поворот рычага 14, изменяется положение упора 13 и должен быть порядком 3-4 мм. Длина тяги 18 регулируется ввёртыванием и вывёртыванием её из сердечника так, чтобы промежуточное звено 7 при подтянутом сердечнике не доходило до левого конца рычага 14 примерно на 1 мм. Размер А должен быть около 45 мм.