2. Описание конструкций реле времени

2.1. Реле времени с электромагнитным замедлением

Для притяжения или отпускания якоря электромагнитного реле необходимо наличие в магнитной системе определенного значения магнитного потока. Необходимое значение потока достигается не сразу, после включения или отключения реле от сети, а через определенный промежуток времени. Замедляя нарастание (при включении) или спад (при отключении) магнитного потока, можно изменять время притяжения или отпускания якоря.

Замедление нарастания потока может быть получено либо за счет применения короткозамкнутых обмоток, либо с помощью специальных схем. В первом случае, кроме основной обмотки на сердечнике магнитной системы имеется короткозамкнутая обмотка в виде медной или алюминиевой гильзы. При включении питающей обмотки в магнитной цепи нарастает поток. Этот поток наводит в короткозамкнутой обмотке противоэлектродвижущую силу. Последняя вызывает ток такого направления, при котором поток короткозамкнутой обмотки направлен встречно основному магнитному потоку. Следовательно, процесс нарастания результирующего магнитного потока будет замедляться.

Для увеличения времени отпускания реле воздействуют на время спадания потока тем же методом. Обычно выдержки времени, получаемые при спадании, во много раз больше, чем при срабатывании, поэтому, как правило, эти реле работают на отпускание.

Время нарастания или спада потока можно изменить и без короткозамкнутой обмотки, для этого обмотку электромагнитного реле нужно зашунтировать емкостью и последовательно с ней включить добавочный резистор. В этом случае при замыкании цепи ток переходного режима вначале устремляется через емкость, поэтому нарастание тока через обмотку реле замедляется и, следовательно, время срабатывания реле увеличится. Продолжительность выдержки времени можно изменять подбором емкости и резистора.

В электромагнитных реле переменного тока замедление можно получить только увеличением времени движения якоря с помощью механического замедления.

В данной лабораторной работе рассматривается реле времени с электромагнитным замедлением типа РЭВ-812 (рис.10.1).

Рис.10.1. Конструкция реле типа РЭВ-812

Оно применяется в основном в схемах автоматизированного электропривода и только на постоянном токе. Выдержка времени создается путем замедления времени нарастания магнитного потока при срабатывании реле и времени спадания потока при отпускании. Реле имеет магнитную систему клапанного типа с короткозамкнутой втулкой. Эти реле используются для получения выдержки времени при отпускании. Собственное время притяжения якоря реле при наличии короткозамкнутой втулки примерно в три раза больше, чем без нее.

Реле выполняется с большим значением намагничивающей силы и с насыщенной магнитной системой. В силу этого оно имеет небольшое напряжение притягивания якоря: при минимальном натяжении пружины порядка , а максимальное . За счет насыщения магнитный поток незначительно изменяется при уменьшении напряжения до , благодаря чему выдержка времени реле мало зависит от напряжения питания.

Магнитопровод реле изготовлен из стали АРМКО и крепится на щите с помощью охватывающего основание ярма литого алюминиевого цоколя 1 (см.рис.10.1), который одновременно служит для крепления контактной системы. Алюминиевый цоколь создает дополнительный контур для вихревых токов, что приводит к увеличению выдержек времени. Катушка реле 17 крепится на сердечнике с помощью алюминиевого кольца 16. Короткозамкнутая обмотка в виде гильзы 10 установлена на стойке ярма.

Конструкция реле обеспечивает поворот якоря на призме, что повышает его механическую износоустойчивость. Противодействующее усилие создается пружиной 7. Значение усилия пружины выбирается из условия обеспечения необходимого нажатия в размыкающих контактах реле и возврата якоря в исходное положение после того, как якорь оторвется от сердечника.

Регулирование сжатия пружины производится корончатой гайкой 8, которая затем фиксируется с помощью шплинта.

Первоначальный отрыв якоря от сердечника, в основном, производится пружиной 13, установленной на якоре.

Путем изменения усилия, развиваемого этой пружиной, осуществляется плавное регулирование выдержки времени реле.

Пружина верхним концом упирается в шайбу 12, которая удерживается гайками, навернутыми на шпильку 11. Шпилька 11 ввернута в якорь реле. Нижний конец пружины передает усилие на два латунных штифта 14, свободно перемещающихся в отверстиях якоря. При включении реле штифты 14 упираются в сердечник магнитопровода и пружина 13 дополнительно сжимается, стремясь оторвать якорь 9 от сердечника. Чем сильнее затянуты гайки, навернутые на шпильку 11, тем больше сила пружины, отрывающая якорь от сердечника и тем больше требуется магнитный поток в магнитной системе, чтобы удержать якорь в притянутом состоянии. Выдержка времени при этом, следовательно, будет уменьшаться.

Грубое ступенчатое регулирование выдержки времени можно производить путем изменения толщины немагнитной прокладки 15, установленной на якоре в рабочем воздушном зазоре. Поскольку магнитная цепь в замкнутом положении насыщена, то толщина немагнитной прокладки мало сказывается на величине установившегося потока. При уменьшении толщины немагнитной прокладки возрастает индуктивность катушки в ненасыщенном состоянии сердечника и уменьшается скорость спада потока.

В результате при неизменной силе возвратной пружины выдержка времени увеличивается.

Магнитный поток при отключении катушки реле от сети уменьшается не до нуля, а до значения остаточного потока , которое зависит от значения магнитного потока в системе до отключения катушки и от ширины петли гистерезиса материала магнитопровода. Значение ограничивает возможность увеличения выдержки времени.

Устройство замыкающего контакта состоит из двух шпилек 4, закрепленных в основании 2 из изоляционного материала. В нижней части шпилек находятся зажимы 3, с помощью которых контакты реле подключаются в цепь. В верхней части шпилек укреплены неподвижные контакты 5. Подвижным контактом, жестко соединенным с якорем реле, является контактный мостик 6.

Рис.10.2. Конструкция реле типа ЭВ-143

2.2. Реле с механическим замедлением.

К этой группе реле времени относятся реле с пневматическим замедлением, с анкерным механизмом и моторное реле времени.

2.2.1. Реле с пневматическим замедлением и анкерным механизмом

В таких реле электромагнит постоянного или переменного тока воздействует на контактную систему, связанную с замедляющим устройством в виде пневматического демпфера или в виде часового (анкерного) механизма. Выдержка времени меняется путем регулировки замедляющего устройства.

Большим преимуществом реле этого типа является возможность создания реле как на переменном, так и на постоянном токе. Работа реле практически не зависит от значения питающего напряжения, частоты питания, температуры.

В лабораторной работе исследуются реле времени с анкерным замедлением ЭВ-181 и ЭВ-143 и реле времени с пневматическим замедлением РВП-2.

Реле времени типа ЭВ-181 и ЭВ-143 имеют аналогичные конструкции и одинаковый принцип действия. Конструкция реле ЭВ-143 представлена на рис.10.2.

При замыкании цепи катушки электромагнита 3 втягивается якорь 7, пускается в ход заторможенный часовой механизм 11, перемещаются подвижные контакты 6 и переключаются мгновенные контакты 10 (замыкающие и размыкающие с общей точкой).

По истечении установленных выдержек времени под действием заводной пружины часового механизма сначала замыкается проскальзывающий контакт 6, а затем замыкающий контакт 12 с выдержкой времени. Время с момента подачи напряжения на катушку 5 электромагнита до срабатывания замыкающих контактов с выдержкой времени регулируется изменением положения неподвижных контактов и указывается стрелками на шкале 4. При прекращении возбуждения катушки якорь и часовой механизм мгновенно возвращаются в исходное положение под действием пружины электромагнита, одновременно с этим происходит завод часового механизма. Реле этих типов могут длительно находиться под напряжением. Это обеспечивается включением добавочного сопротивления 13 последовательно с катушкой, которое нормально шунтируется мгновенным размыкающим контактом. При втягивании якоря размыкающий контакт размыкается; это ограничивает ток в катушке до длительно допустимой величины, но достаточной для удержания якоря во втянутом состоянии.

Механизм реле смонтирован в пылезащищенном прямоугольном пластмассовом корпусе, состоящем из основания 2 и кожуха 1; передняя стенка кожуха застеклена.

Конструкция реле ЭВ-181 показана на рис.10.3. При включении обмотки соленоид 1 втягивает якорь и, преодолевая действия пружин 4 и 5, посредством зубчатой передачи поворачивает поводок 3.

При этом поводок 3 заводит пружину 4 часового механизма 7. Через определенный промежуток времени (установленную выдержку времени) подвижный контакт 2, перемещаясь вдоль направляющей, дойдет до неподвижного контакта 6 и они замкнут цепь.

Конструкция реле времени с пневматическим замедлением РВП-2 приведена на рис.10.4. Реле этого типа применяется в схемах управления электроприводов металлорежущих станков, машин и механизмов с напряжением до 500 В переменного тока частотой 50 Гц.

Реле состоит из электромагнита переменного тока 1, пневматической камеры 6, установленных на общей металлической скобе 2. В качестве исполнительных контактов с выдержкой и без выдержки времени используются микропереключатели 11 и 12 типа МП-4 с одним замыкающим и одним размыкающим контактами без общей точки, изготовленными из серебра.

Рис.10.3. Конструкция реле типа ЭВ-181

В реле использован принцип получения выдержки времени за счет изменения скорости движения воздуха, проходящего через входное отверстие воздушной камеры реле. Выдержка времени регулируется изменением положения иглы 8, регулирующей величину входного отверстия воздушной камеры. Регулирование положения иглы осуществляется вращением регулирующего маховичка 9.

В реле первого и второго исполнения в начальный момент (при обесточенной катушке электромагнита) якорь под действием возвратной пружины 14 устанавливает пластмассовую колодку 3, жестко связанную с диафрагмой реле 5, в крайнее верхнее положение. При этом воздух из нижней половины воздушной камеры проталкивается через клапан в верхнюю половину, отделенную суконным фильтром 7. При подаче напряжения на катушку происходит втягивание якоря электромагнита и освобождение хода пластмассовой колодки, которая под действием пружины 4 перемещается вниз. Выдержка времени начинает отсчитываться после прекращения воздействия якоря на колодку. Скорость перемещения колодки обусловлена скоростью поступления воздуха в камеру, регульруемой маховичком 9.

Скоба 10, перемещающаяся одновременно с колодкой, освобождает штифт микропереключателя 11, который находился в положении «включено», в результате чего происходит переключение контактов микропереключателя с выдержкой времени.

Контакты мгновенного действия срабатывают при воздействии рычага 13 на штифт микропереключателя 12, который находился в положении «отключено» перед срабатыванием контактов с выдержкой времени.

Рис.10.4. Конструкция реле типа РВП-2

2.2.2. Моторные реле

Для создания выдержки времени в 20 … 30 мин используются моторные реле времени. Промышленность выпускает большую серию реле этого типа, обеспечивающих различные выдержки времени и имеющих различное использование контактов выходных цепей.

Рассмотрим в работе принцип действия таких реле на примере реле типа PВT-1200. Реле времени этого типа предназначено для применения в различных схемах автоматического управления рабочими циклами или для контроля технологических процессов с продолжительностью до 20 мин и с числом независимых контролируемых элементов до пяти.

Конструктивная схема реле времени РВТ-1200 приведена на рис.10.5. Механизм реле приводится в действие синхронным электродвигателем 1 типа СД-2. Выдержка времени создается за счет замедления, получаемого в редукторах двигателя и реле. Несмотря на малую скорость движения толкающих упоров, особое устройство обеспечивает практически мгновенное замыкание контактов. Редуктор двигателя 2 через шестерню 3 может приводить во вращение шестерню 4, расположенную на оси 6. На торцевой части шестерни имеются зубья для сцепления.

Начальное положение кулачка

при обесточенном реле

Рис.10.5. Конструктивная схема реле времени РВТ-1200

После поступления в реле сигнала на срабатывание якорь электромагнита сцепления 8 притягивается к сердечнику и своим рычагом перемещает вдоль оси 6 втулку 5, являющуюся второй половиной муфты сцепления. Одновременно происходит замыкание контакта 9 (без выдержки времени). Втулка 5 имеет квадратное отверстие, ось в месте посадки втулки также квадратная, таким образом, втулка может перемещаться только вдоль оси. C вступлением втулки 5 в зацепление с зубьями шестерни 4 вращение от последней будет передаваться и на ось 6. Через шестерню 10 и шестерню 11 приводится во вращение ось 15. Шестерня 11, в свою очередь, через шестерню 12 вращает ось тормоза 13. Все контакты реле, изменяющие свое состояние с выдержкой времени, имеют свои диски 16, расположенные на оси 15 и поворачивающиеся вместе с последней (при работе реле). При рабочем ходе (поворачивании по часовой стрелке) диска 16 правый выступ его кулачка 17 касается левого выступа промежуточного кулачка 18 и поворачивает последний против часовой стрелки. При дальнейшем движении, после перехода верхним выступом промежуточного кулачка 18 через нейтральное положение, контактная пружина 19 своим давлением, создаваемым за счет сил упругости, поворачивает промежуточный кулачок 18 дальше, выводя его из соприкосновения с кулачком 17. При этом происходит мгновенное замыкание контакта 20 (наступившее после истечения установленной для данного контакта выдержки времени). После замыкания всех замыкающихся с выдержкой времени контактов (аналогично контакту 20) происходит размыкание размыкающего контакта 21, включенного последовательно с обмоткой двигателя 1. Размыкание контакта 21 производится аналогично замыканию контакта 20 с помощью своего диска 16, на котором расположен кулачок 17, воздействующий на промежуточный кулачок 18. Размыкание контакта 21 вызывает остановку двигателя, прекращение движения кулачков 17. В таком заведенном состоянии реле будет находиться до снятия сигнала. Время между замыканием контакта, имеющего максимальную уставку, и размыканием Н.3. контакта в цепи двигателя должно быть не менее 15 с. Размыкание контакта 19 может и не происходить, если по условиям работы схемы реле включается сразу же после срабатывания контактной группы с максимальной выдержкой времени. С прекращением сигнала контактная пружина контакта 9 отводит якорь электромагнита сцепления 8 и контакт 9 размыкается. Одновременно рычаг якоря выводит из зацепления втулку 5 и происходит возврат реле, производимый спиральной возвратной пружиной 14, которая поворачивает ось 15 вместе с укрепленными на ней дисками 16. При этом диски 16 поворачиваются по направлению «возврат» (против движения часовой стрелки), перемещающиеся кулачки 17, касаясь своим левым краем правого края промежуточных кулачков 18, поворачивают последние по направлению движения часовой стрелки и тем самым, поднимая контактные пластины 19, размыкают все контакты 20. Контакт 21 в цепи обмотки двигателя при этом замыкается и реле снова готово к действию. Выдержка времени замыкания контактов 20 реле регулируется изменением начального положения дисков 16 путем поварачивания их на оси 15 с последующей фиксацией их положения.