Герконы

 

1)   Преимущества геркона по сравнению с обычным контактом.

2)   С какой целью в реле ИВГ применен геркон (рис. 4.33)?

3)   Недостаток реле ИВГ.

4)   Принадлежность герконовых реле к I классу надежности.

4.12. Реле пл3

 

Поляризованные электромагнитные реле ПЛ3 имеют поляри­зующую и рабочую обмотки. Поляризующая обмотка непосредст­венно подключена к источнику питания постоянного тока и вы­полняет роль постоянного магнита; рабочая обмотка для воз­буждения реле подключается к источнику питания определенной полярности (рис. 4.35, а). За счет замкнутой системы проис­ходит взаимодействие двух магнитных потоков. Если направле­ние тока в обеих обмотках и создаваемые им магнитные потоки совпадают по направлению, они замыкаются внутри сердечника, якорь реле не притягивается. При противоположном включении тока в рабочей обмотке и достаточном его значении магнитные силовые линии «выталкиваются» и замыкаются через воздушный зазор и якорь 2 (рис. 4.35, б), последний притягивается, за­мыкая фронтовые контакты 1. Таким образом, при сохранении принципов работы нейтральных реле I класса надежности (от­пускание якоря за счет собственного веса) это реле приоб­ретает свойства полярночувствительного.

Рис. 4.35. Реле типа ПЛ3

В зависимости от по­лярности тока в поляризующей обмотке, постоянно подключен­ной к источнику питания, реле ПЛ3 реагирует на ток опреде­ленной (одной) полярности в рабочей обмотке. Это реле может применяться вместо поляризованного или комбинированного ре­ле в ответственных схемах, отвечающих требованиям I класса надежности. Комбинированные реле в части надежности ра­боты поляризованного якоря этим требованиям не отвечают. Вместо одного комбинированного реле устанавливают два реле ПЛ3, одно из которых возбуждается от тока прямой полярности, а другое — от тока обратной полярности в цепи управления.

Медленнодействующие на отпускание якоря реле имеют в обо­значении букву М. Например, ПЛ3М-600/1300 обозначает поляри­зованное реле с замедлением на отпускание якоря; сопротивле­ние рабочей обмотки равно 600 Ом, поляризирующей —1300 Ом.

Конструктивно реле размещены в унифицированном корпусе размером 55х87х105 мм, масса реле не более 1,1 кг. Реле имеет плату избирательности, исключающую возможность непра­вильного подключения.

 

Вопросы для самоконтроля по пункту:

 

Реле плз

 

43. 1)   Назначение реле ПЛ3.

44. 2)   Конструкция реле ПЛ3 (рис. 4.35).

45. 3)   Преимущество реле ПЛ3 по сравнению с обычными нейтральными реле.

4.13. Реле переменного тока дсш

Двухэлементные штепсельные реле переменного тока ДСШ и нештепсельные ДСР широко применяют как путевые реле в рельсовых цепях переменного тока 50 и 25 Гц. В метрополитенах применяют реле ДСШ-2 в качестве путевых и линейных реле. Реле ДСШ и ДСР I класса надежности являются индукционными, работающими только от переменного тока.

Принцип действия двухэлементного реле основан на взаимо­действии переменного магнитного потока одного элемента с током, индуцируемым в секторе переменным магнитным потоком другого элемента. В соответствии с законом электромагнитной индукции на проводник с током (сектор), помещенный в магнит­ное поле, действует сила, приводящая его в движение. Сектор реле поворачивается и переключает контакты. Сила, действующая на сектор, пропорциональна произведению токов местного и путевого элементов и зависит от угла сдвига фаз между ними.

Электромагнитная система реле ДСШ (рис. 4.36, а) имеет два элемента — местный и путевой. Местный элемент состоит из сердечника 1 и катушки 2. На сердечнике путевого элемента 3 помещена катушка 4. Между полюсами сердечников расположен алюминиевый сектор 5. Ток, проходящий по местной обмотке, об­разует совпадающий с ним по фазе магнитный поток Фм, который индуцирует в секторе токи i_m, отстающие по фазе от потока Фм на угол 90° (рис. 4.36, б). Под действием тока путевого элемента возникает магнитный поток Фп, индуцирующий в секторе токи i_п.

Рис. 4.36. Принципиальная схема реле ДСШ

 

Взаимодействие индуцированных токов i_м с магнитным потоком Фп создает вращающий момент M1, а токов i_п с магнитным потоком Фм — вращающий момент М2. Под действием суммарного вращаю­щего момента М=М2+М1 сектор перемещается вверх и замыкает фронтовые контакты. При выключении тока в путевой или местной обмотке сектор возвращается в исходное положение (вниз) под дей­ствием собственного веса. Поворот сектора ограничивается сверху и снизу роликами, которые для смягчения ударов могут перемещаться в направляющих их держателях.

Положительный вращающий момент и движение сектора вверх возможны только при определенном соотношении фаз между то­ками (напряжениями) путевого и местного элементов. Так как магнитные потоки Фп и Фм и индуцируемые ими в секторе токи i_п и i_м пропорциональны токам путевого и местного элементов, вращающий момент пропорционален произведению токов путевого и местного элементов и зависит от угла сдвига фаз между ними:

,

где φ — угол сдвига фаз Iп и Iм.

Наибольший вращающий момент реализуется при угле сдвига фаз между токами путевого и местного элементов, равном 90°. Таким образом, токи и совпадающие с ними потоки путевого и местного элементов должны быть сдвинуты на угол 90°. Если бы катушки и сердечники путевого и мест­ного элементов были одинаковы, то и опе­режающие ток напряжения Un и Uм также были бы сдвинуты между собой на угол 90°. Однако из-за некоторого отличия характеристик катушек и сердечников пу­тевого и местного элементов Uм опережает по фазе Iм на 72°, а Un опережает по фазе Iп на 65°. Поэтому напряжения Uм и Un сдвинуты по фазе не на 90°, а на 97°.

Практически для индукционных реле ДСШ и ДСР обычно задается такой угол сдвига фаз между напряжением местного элемента и током путевого элемента, при котором реализуется максимальный вращаю­щий момент.

Для реле ДСШ и ДСР при частотах сигнального тока 50 и 25 Гц для реализации максимального вращающего момента необходимо, чтобы напряжение местной обмотки опережало ток путевой обмотки на угол (162 ± 5)°. Этот угол называется идеальным углом сдвига фаз. Напомним, что угол сдвига фаз между токами и магнитными по­токами путевого и местного элементов составляет при этом 90°.

Идеальные фазовые соотношения характеризуются следующими углами сдвига фаз (рис.4.37): 90° между токами и магнитными пото­ками путевого и местного элементов; 162° между током путевого и напряжением местного элементов; 97° между напряжениями путево­го и местного элементов.

Рис. 4.37. Векторная диаграмма реле ДСШ

 

Если фазовые соотношения отличаются от идеальных, то для обес­печения работы реле и получения необходимого вращающего момен­та требуется увеличить напряжение Un на обмотке путевого элемента до величины:

,

где φ_и и φ_д — идеальный и действительный фазовые углы.

Приведенная формула верна при φ_и > φ_д и φ_и < φ_д , так как функ­ция cosφ одинакова при положительном и отрицательном углах.

Практически в условиях эксплуатации угол расстройки не должен превышать 25—30°. При отклонении угла расстройки на ±30° вра­щающий момент изменяется незначительно. Так как cos 30°=0,867, то требуется увеличение напряжения на путевой обмотке на 13—14% по сравнению со случаем идеальных фазовых соотношений. При дальнейшей расстройке функции соs(φ_и–φ_д) изменяется более рез­ко, рельсовая цепь работает неустойчиво, так как дальнейшие незначительные возрастания расстройки приводят к заметному сни­жению вращающего момента и силы подъема сектора. При расстрой­ке 60° требуется увеличить напряжение на путевой обмотке в два раза. При угле расстройки более 90° функция cos(φ_и-φ_д) изме­няет свой знак, поэтому вращающий момент становится отрицатель­ным (сектор стремится переместиться вниз). При изменении фазы на 180° (в случае перестановки проводов на обмотках путевого или местного элемента) вращающий момент, сохраняясь по значе­нию, изменяет направление (усилие на сектор будет направлено вниз). Если будет изменена фаза на обеих обмотках, то сохранится положительный момент.

Для нормальной работы реле ДСШ и ДСР необходимо питание путевой и местной обмоток осуществлять от одной и той же фазы. Сдвиг фазы напряжения на путевой обмотке на 90—97° по отношению к напряжению на местной обмотке достигается в рельсо­вых цепях 50 Гц схемой питающего или релейного конца (включе­нием фазосдвигающего конденсатора), а в рельсовых цепях 25 Гц— путем начального жесткого смещения фаз напряжения на 90° преоб­разователей, питающих путевые и местные обмотки фазочувствительных рельсовых цепей с реле ДСШ и ДСР.

К местным обмоткам реле (кроме реле ДСШ-2) при частоте 50 Гц подводится напряжение 220 В, а при частоте 25 Гц—110 В. К местной обмотке реле ДСШ-2 подводится напряжение 110 В перемен­ного тока частотой 50 Гц.

Фазочувствительные индукционные реле ДСШ и ДСР могут работать и при более высоких частотах сигнального тока. С увели­чением частоты сигнального тока индуктивное сопротивление обмо­ток возрастает примерно пропорционально частоте. Для сохранения мощности срабатывания S_cp=U²/Z необходимо при увеличении частоты повышать напряжения на обмотках реле примерно пропор­ционально корню квадратному из значения частоты. Если же напря­жение на местной обмотке сохранять неизменным (220 В), то с ростом частоты напряжение на путевой обмотке необходимо повышать пропорционально частоте.

На графике зависимости напряжения путевой обмотки реле ДСШ-12 от частоты сигнального тока и неизменном напряжении (220 В) на местной обмотке (рис. 4.38) изменение частоты тока от 0 до 275 Гц вызывает возрастание напряжения на путевой обмотке примерно пропорционально частоте. При дальнейшем увеличении частоты нап­ряжение на путевой обмотке, необходимое для срабатывания реле, изменяется более резко. Это связано с более резким возрастанием потерь в сердечниках путевого и местного элементов. Учитывая, что напряжение на путевом элементе в нормальных условиях эксплу­атации по условиям техники безопасности и допустимым напряжени­ям на приборах не должно превышать 250 В, можно считать, что реле ДСШ-12 может работать при частотах сигнального тока до 375 Гц. Если изменить параметры обмоток и магнитопровода, то фазочувствительные реле могут работать и при более высоких частотах.

Рис. 4.38 График напряжения на путевой обмотке реле ДСШ-12

 

Контактная система ДСШ-2— 4 фт, 2 ф, 2 т (четыре тройника, два фронтовых и два тыловых контакта) (рис. 4.39). С целью повыше­ния чувствительности (снижения мощности срабатывания) у реле ДСШ-12, ДСШ-13 и ДСШ-13А уменьшено число контактных групп. Эти реле имеют только два фронтовых 2 ф и два тыловых 2 т контакта. Фронтовые и тыловые контакты выполнены из графита с серебряным наполнением, общие (подвижные) — из серебра. Каждый контакт рассчитан на 100000 переключений электрических цепей переменно­го тока 1 А при напряжении 110 В с индуктивной нагрузкой. Масса реле без штепсельной розетки—6,14 кг (реле ДСШ-2) и 6,05 кг (реле ДСШ-12 и ДСШ-13).

Рис. 4.39. Контактная система реле ДСШ

 

Двухэлементное секторное реле ДСР-12 с контактно-болтовым соединением является устаревшим, однако его применяют в условиях эксплуатации. При модернизации устройств это реле заменяют реле ДСШ.

Реле ДСР-12 имеет четыре полных тройника (4 фт) (рис. 4.40). Местный элемент имеет две катушки, обмотки которых при напряже­нии 220 В, 50 Гц включают последовательно, а при напряжении 110 В—параллельно. При частоте тока 25 Гц обмотки включают последовательно и на них подается напряжение 110 В; масса реле ДСР-12— 15 кг.

Рис. 4.40. Схема соединения обмоток и нумерация контактов реле типа ДСР-12

 

Значения напряжения и тока отпускания сектора у всех типов реле ДСШ и ДСР должны быть не менее 50% фактически изме­ренных значений полного подъема, т. е. kв 0,5.

Основным достоинством реле ДСШ и ДСР является надежная фазовая селективность (избирательность), поэтому эти реле, а также рельсовые цепи, в которых они использованы, называют фазочувствительными. Это свойство позволяет надежно исключить ложное срабатывание фазочувствительного путевого реле от источника тока смежной рельсовой цепи при замыкании изолирующих стыков. Для этого в смежных рельсовых цепях переменного тока делают чередо­вание фаз (мгновенных полярностей) тока, а путевые обмотки реле включают так, что положительный вращающий момент и подъем сектора вверх происходят от тока своей рельсовой цепи. При замы­кании изолирующих стыков и попадании в путевой элемент тока смежной цепи сектор будет стремиться повернуться вниз. В процессе эксплуатации не допускается менять местами провода, подходящие к обмотке местного элемента, так как в этом случае путевое реле от тока собственной цепи работать не будет, а при замыкании изолирующих стыков может ложно возбудиться от тока смежной, рельсовой цепи, чем создается угроза безопасности движения поездов.

При всех переключениях, связанных с отсоединением кабельных жил, проводов от обмоток путевых трансформаторов, при замене реле ДСР (при замене реле ДСШ провода не отсоединяют) следует обязательно после окончания работы проверить правильность чередо­вания фаз в смежных рельсовых цепях.

Достоинством фазочувствительных реле является также их на­дежная защита от влияния помех тягового тока, отличающихся по частоте от тока сигнальной частоты всего на несколько герц. Реле срабатывает от тока такой частоты, что и частота тока в обмотке местного элемента при определенных фазовых соотношениях между ними.

Рис. 4.41. Векторная диаграмма напряжения реле ДСШ при различных частотах тока в обмотках путевого и местного элементов

 

При питании местной обмотки током частотой _м, а путевой— _п, причем _м > _п, вектор тока местной обмотки Iм будет как бы вра­щаться вокруг вектора Iп с разностной частотой (частотой биений) _м– _п (рис. 4.41). В течение одного полупериода, когда угол между векторами Iм и Iп изменяется от 0 до 180°, будет создаваться положи­тельный вращающий момент М ==IпIм sin( _м– _п), а в течение другого полупериода, когда угол между векторами Iм и Iп изменяется от 180 до 360°, будет создаваться отрицательный вращающий момент; при этих значениях аргумента функция sin( _м– _п) становится отрицательной. Суммарный вращающий момент в течение периода равен нулю, и подъема сектора не произойдет. Однако если разностная частота незначительна и составляет не более 2 Гц, то сектор реле начинает реагировать не на суммарный вращающий момент, а на его мгновенные значения. В этом случае в течение положительного полупериода при достаточном напряжении сектор поднимается вверх и замыкаются фронтовые контакты, а в течение отрицательного полупериода сектор опускается вниз и замыкаются тыловые контак­ты, т. е. сектор реле будет периодически подниматься и опускаться. При разностной частоте выше 2 Гц инерционность сектора не позво­ляет ему совершать частые колебания, и он начинает дребезжать. Положение сектора при различных значениях разностной частоты _м— _п будет следующим.

 

Разность частот тока путе­вой и местной обмоток	Положение сектора
Частота тока в обмот­ках совпадает, сдвиг фаз на реле соответству­ет нормативному	Верхнее
Разность частот тока, Гц:
0,3	Движется, занимая ниж­нее и верхнее положения (в верхнем положении находится не более 2—3 с)
1	Быстро движется (в верх­нем положении находится менее 0,5 с)
3	То среднее, то нижнее не доходя до верхнего ролика
4—30	Вибрирует в нижнем по­ложении
Более 30	Нижнее

 

При разностной частоте 5 Гц и более наблюдается значительное дребезжание сектора, однако фронтовые контакты при этом не замы­каются. Поэтому нужно считать, что реле надежно защищено от токов помех, если последние отличаются по частоте от сигнального тока на +5 Гц и более независимо от абсолютных значений частот сигнала и помехи. Такая относительно высокая частотная селективность реле наряду с его фазовой селективностью придает ему преимущества, благодаря которым реле ДСШ и ДСР получили широкое распространение, несмотря на их громоздкость и большое потребление энергии по сравнению с реле других типов.

При применении рельсовых цепей с фазочувствительными реле предъявляют более жесткие требования к источникам питания. Для обеспечения определенных фазовых соотношений и выполнения чередования мгновенных полярностей в смежных рельсовых цепях (сдвига фазы на 180°) путевые и местные обмотки реле всех рельсо­вых цепей на станции должны быть включены в одну фазу от одного и того же центрального источника питания. Эти же требования предъявляют и к резервному источнику питания. Если рельсовые цепи получают питание от автономных источников, то должна применяться специальная схема фазирования источников питания.

 

Вопросы для самоконтроля по пункту: