Лабораторная работа №1

ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ

На вход большого числа реле подается только одна электрическая величина-напряжение или ток

Эта величина сравнивается как правило с некоторым эталоном например механическим моментом пружины или стабилизированным напряжением для этого подводимая электрическая величина должна быть преобразована в величину, однородную эталону в данном случае – в механический момент или напряжение постоянного тока

Среди реле к которым подводится одна электрическая величина наибольшее распространение получили электромагнитные (реле тока напряжения промежуточное реле, реле времени)

1. Цель работы

Изучить конструктивное выполнение и характеристики некоторых электромагнитных реле

2. Принцип действия электромагнитных реле

Принцип действия электромагнитных реле основан на притяжении стального подвижного якоря 3 (рис. 1.1) к электромагниту 1, по обмотке которого протекает ток I_p. Контактная система реле состоит из подвижной 5 неподвижной 7 частей. Подвижная часть связана с якорем реле. По конструкции магнитной системе и характеру движения якоря электромагнитные реле делятся на реле с поворотным и реле с втяжным якорем. В свою очередь, реле с поворотным якорем делятся на реле с притягательным (рис.1.1) и вращающимся якорем (рис.1.2).

Ток в обмотке реле I_p создает намагничивающую силу I_p*w_p², под действием которой в магнитопроводе возникает магнитный ток. Это магнитный поток создает в зазоре δ между якорем и магнитопроводом электромагнитную силу F_э, которая стремится их притянуть; она пропорциональна квадрату магнитного потока в воздушном зазоре:

F_э=kФ² (1.1)

Поток Ф и создающий его ток I_pсвязаны соотношением:

(1.2)

где w_p-чяисоо витков обмотки реле;

R_м которой замыкаетсямагнитный поток.

При этом

(1.3)

Электромагнитное реле с притягательным якорем

Рис. 1.1.

При изменении положения якоря изменяется зазор δ, а, следовательно, и магнитное сопротивление Rм. Поэтому в процессе притяжения якоря электромагнитная сила Fэ увеличивается. Вращающий момент, действующий на подвижный якорь от электромагнитной силы:

Мэ=Fэ*l, (1.4)

где l- плечо силы Fэ.

Для срабатывания реле необходимо соблюдение условий:

М_э>М_τ или F,l ≥М_т,

где М_τ-тормозной момент от сил сопротивления пружины, трения в осях и веса якоря.

Электромагнитное реле с вращающимся якорем

Рис.1.2.

Представленные выше выражения позволяют установить, что сила притяжения, действующая на якорь электромагнитных реле, или ее момент пропорциональны квадрату тока Iр в обмотке реле и имеют постоянное направление, независящее от направления этого тока следовательно, электромагнитные конструкции пригодны для изготовления реле как постоянного, так и переменного тока электромагнитный принцип широко используется для выполнения реле тока, напряжения, промежуточных, сигнальных и реле времени.

Наименьший ток, при котором реле срабатывает, называется током срабатывания и обозначается:

(1.5)

где Fср=Fпр+Fтр

В некоторых конструкциях предусматривается возможность регулированияIср, которую можно осуществить путем изменения:

а) числа витков обмотки реле w_p

б)силы, противодействующей пружины F

в)воздушного зазора δ, вызывающего изменение Rм.

Регулирование пружиной позволяет изменить ток срабатывания плавно; при регулировании изменением числа витков ток срабатывания меняется дискретно. Возврат притянутого якоря в исходное положение происходит под действием 4 (рис.1.1). Для возврата необходимо, чтобы сила Fт преодолела сопротивление электромагнитной силы Fэ и трения якоря Fтр.

Наибольший ток в реле, при котором якорь реле возвращается в начальное положение, называется током возврата реле I_воз.

Отношение называется коэффициентом возврата k_воз.

У реле реагирующих на возрастание тока, I_ср>I_воз K_в<1/

Исходя из требований чувствительности, желательно иметь K_в близкий к единице у пусковых органов защит.

В связи с неодинаковым изменением электромагнитной и механической характеристик на подвижную систему в притянутом состоянии реле действует избыточная сила F_изб, поэтому для возврата реле в начальное положение необходимо снизить ток к обмотке реле от I_ср до I_воз. Значение k_в тем ниже, чем больше избыточная сила F_изб. С другой стороны, с ростом избыточной силы повышается надежность работы контактов реле. Следовательно, величина избыточной силы должна быть достаточной для надежной работы контактов. Но не слишком большой, чтобы не уменьшить излишне коэффициент возврата.

В работе реле переменного тока имеются некоторые особенности связанные с изменением тока во времени. Для синусоидального тока магнитный поток изменяется по закону:

Ф₁=Ф*sinwt (1.6)

Мгновенное значение электромагнитной силы натяжения якоря F_э пропорциональноквадрату магнитного потока:

F_ЭТ=k’(Ф*sinwt) (1.7)

заменим

sin²wt=0,5(1-cos²wt) (1.8)

при этом будем иметь

F_эт=0,5k’Ф²-0,5k’Ф²cos2wt (1.9)

Таким образом, мгновенное значение электромагнитной силы состоит из двух частей:

постоянной- 0,5 k’Ф²

и переменной -0,5 k’Ф²cos2wt, изменяющейся во времени с двойной частотой.

Результирующая электромагнитная сила F_этизменяется во времени с двойной частотой от нуля до величины k’Ф² . реле сработает и будет находиться в этом состоянии в том случае, если для любого момента времени выполняется условие F_эт>F_ср , по поскольку электромагнитная сила F_эт изменяется от нуля, то в некоторый момент времени она становится меньше противодействующей F_ср. При этом якорь будет стремиться принять начальное положение и снова отпускается. Колебания якоря будут ограничиваться его вибрацией. Вибрация контактов нежелательна, так как она приводит к их подгоранию; нечетное замыкание контактов может привести к отказу срабатывания защиты.

Для устранения вибрации якоря необходимо, чтобы результирующие силы F_1эт и F_2эт, смещенные друг относительно друга пространственно и во времени, были постоянными. Каждая из этих сил пульсирует с двойной частотой переменного тока F_эт, равная их сумме, изменяется во времени незначительно, оставаясь почти всегда больше противодействующей F_ср.

Для получения двух электромагнитных необходимо иметь два магнитных потока Ф₁ и Ф_2., смещенные пространственно и во времени. При наличии на магнитной системе реле одной обмотки это достигается разделением потока в воздушном зазоре на два с помощью короткозамкнутого витка, это позволяет устранить вибрацию якоря у электромагнитного реле переменного тока.