6.1.5. Теплові реле

Вимірювальним органом теплового реле є біметалічний елемент, який при нагріванні вигинається і переводить контактну систему у відключений або включений стан. Біметалічний елемент являє собою двошарову пластинку з металів з різними температурними коефіцієнтами лінійного розширення (ТКЛР). При нагріванні шар термоактивного металу істотно розширюється, в той час як шар термоінертного металу майже не деформується. Якщо один кінець біметалічної платівки жорстко закріпити, то інший вільний кінець її буде згинатися.

Платівки біметалічного елемента, міцно сполучені між собою, повинні мати якомога більшу різницю ТКЛР, що буде збільшувати чутливість теплового реле. Межі пружності компонентів біметалу повинні бути високими. У цьому випадку для них допустима найвища температура нагріву, що не викликає залишкових деформацій.

В якості матеріалу з низьким ТКЛР (термоінертного компонента) часто застосовується сплав нікелю з залізом, званий інваром. Інвар 36Н містить 36% нікелю, інвар 39Н - 39%. Як термоактивні компоненти з високим ТКЛР використовуються різні сталі, латунь, константан та інші матеріали.

1 - біметалева пластина; 2 - кнопка ручного повернення; 3, 8 - упори;

4 - пластмасова колодка; 5 - рухомий контакт; 6 - нерухомий контакт;

7 - пружина

Рисунок 6.16 – Схема теплового реле

На рисунку 6.16 зображена конструктивна схема теплового реле. Біметалева пластина 1 такого реле впирається у верхній кінець пружини 7. Нижній кінець пружини тисне на виступ пластмасовою колодки 4, яка може повертатися навколо осі О₁.

У положенні, зображеному на рисунку 6.16, рух пластини 1 і верхнього кінця пружини 7 вліво обмежено упором 8. Сила пружини 7 впливає на виступ пластмасовою колодки 4 так, що вона виявляється поверненою за годинниковою стрілкою, а укріплений на ній рухливий контакт 5 - замкненим з нерухомим контактом 6.

При протіканні підвищеного струму через нагрівальний елемент НЕ (або безпосередньо по пластині 1) - біметалева пластина 1 нагрівається і її нижній кінець переміщується в напрямку стрілки А. У результаті верхній кінець пружини 7 переходить вправо і створювана нею сила впливає на колодку 4 так, що вона повертається на деякий кут проти годинникової стрілки, а контакти 5 і 6 розмикаються. Упори 3 та 8 обмежують переміщення нижнього кінця пластини 1. Повернення реле в початкове положення відбувається спонтанно, коли біметалічна платівка охолоне. В інших конструкціях переклад реле в початкове положення здійснюється кнопкою ручного повернення 2.

1. Елементи контакторного керування і захисту

1. Електромагнітні контактори

Основним апаратом, який виконує замикання і розмикання головних ланцюгів двигуна при автоматичному управлінні, є електромагнітний контактор, що представляє собою вимикач, що включається і виключається за допомогою електромагніту. Контактори зазвичай застосовують одночасно з різними реле, наприклад реле струму, напруги та ін. Контакти реле включають у ланцюг електромагнітів, що дає можливість проводити включення і виключення силових ланцюгів зі струмом від 10 до кількох сотень ампер і напругою до декількох сотень вольт. Контактори виконують як для постійного, так і для змінного струму, і вони можуть бути одно- і багатополюсними. Контактори постійного струму живляться постійним струмом напругою 110 або 220 В і споживають потужність 20 ... 30 Вт. Обмотки контакторів змінного струму живляться змінною напругою 127, 220 або 380 В і служать для комутації ланцюгів змінного струму.

На рис. 6.17 схематично зображено однополюсний контактор; він складається з сталевого сердечника 7, на який надіта котушка 2. При включенні струму в котушці якір 6 притягується до сердечника і замикає головні лінійні притерті контакти: 3 - нерухомий і 4 - рухомий. Пружина 5 забезпечує надійність дотику контактів. Допоміжні блок-контакти 7 і 8 використовуються для ланцюгів обмоток інших контакторів, реле і ланцюгів сигналізації. Число допоміжних контактів може бути різним, причому вони можуть бути розмикаючими або замикаючими.

При виключенні котушки якір під дією власної ваги (при вертикальному розташуванні контактора) відпадає і розриває ланцюг струму;

1 - сердечник; 2 - котушка, 3, 4 - контакти відповідно нерухомий і рухомий,

5 - пружина, 6 - якір; 7, 8 - блок-контакти; 9 - ізолююча основа

Рисунок 6.17 – Схема однополюсного контактора

одночасно розмикаються контакти 7 і 8. Включення контакторів може здійснюватися спеціальними замикачами. Всі деталі контактора монтуються на ізолюючої основі 9. Вибір контакторів проводиться виходячи з напруги в ланцюзі головних контактів і блок-контактів, а також значення і тривалості протікання струму навантаження. Ці дані наводяться в каталогах і довідниках.

6.2.2 Схеми блокування і взаємного блокування реле

На рисунку 6.18 зображені типові релейні схеми, що найбільш часто зустрічаються в пристроях автоматики.

Схема економічного включення реле подана на рисунку 6.18, а. При спрацьовуванні реле Р його власні блок-контакти Р(БК) розмикаються і в ланцюг обмотки включається додатковий опір R_Д, який до спрацьовування реле був замкнутий на коротко розмикальним контактом. При цьому струм в ланцюзі різко зменшується, що робить схему економічною, тому що в цьому разі зменшуються втрати енергії в ланцюзі обмотки, а отже, і її нагрівання. Зменшення струму пояснюється тим, що для утримання якоря в притягнутому положенні потрібно значно менший струм в обмотці реле, ніж струм спрацьовування. Тому якщо реле повинно перебувати довго в притягнутому стані, то вигідно після його спрацьовування зменшити значення струму в обмотці до мінімального, необхідного для утримання якоря.

Схема самоблокування реле подана на рисунку 6.18, б. При натисканні кнопки К1 реле Р спрацьовує і своїм замикаючим контактом Р(БК) шунтує кнопку К1; тому при відпусканні кнопки ланцюг обмотки реле залишається з амкнутим.

Рисунок 6.18 – Схеми економічного включення реле (а),

самоблокування реле (б) і взаємного блокування двох реле (в)

Для підвищення економічності схеми можна послідовно з контактором реле включити додатковий опір. Для відключення реле досить натиснути кнопку К2, при цьому обмотка реле знеструмиться і його контакти Р(БК), що шунтують кнопку К1, розімкнуться. Ця схема знайшла застосування при кнопковому управлінні будь-яким пристроєм.

Схема взаємного блокування двох реле подана на рисунку 6.18, в. Ця схема не допускає одночасного включення двох реле, наприклад, одне реле призначено для включення обертання двигуна в одному напрямку, а інше реле - в іншому напрямку. Це досягається введенням в ланцюг обмотки одного з них розмикаючих контактів іншого, причому реле повинні мати різний час спрацьовування. Позначення кожного контакту показує, якому реле цей контакт належить. Наприклад, якщо час спрацювання реле Р1 менше, ніж час спрацьовування реле Р2, то при одночасному натисканні двох кнопок К11 і К21 спрацьовує лише реле Р1 і своїми контактами розмикає ланцюг обмотки реле Р2. При замиканні тільки кнопки К21 спрацьовує лише реле Р2. Реле Р1 і Р2 не можуть спрацьовувати одночасно, оскільки це призводить до виходу системи з ладу. Кнопки К12 і К22, як і раніше, дозволяють привести схему в початковий стан.