Лекция №11. Контролирующие электрические аппараты

реле - электрический аппарат, в котором при плавном изменении управляющей (входной) величины происходит скачкообразное изменение управляемой (выходной) величины. Из двух величин хотя бы одна должна быть электрической.

Общие сведения.

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

По принципу действия реле делятся на электромагнитные, поляризованные, индукционные, магнитоэлектрические, полупроводниковые и другие.

В зависимости от входного параметра реле можно разделить на реле тока, напряжения, мощности, частоты и других величин. Следует отметить, что реле может реагировать не только на значение величины, но и на разность значений (дифференциальные), на изменение знака или на скорость изменения входной величины. Иногда реле, имеющие только одну входную величину, должно воздействовать на несколько независимых цепей. В этом случае реле воздействует на другое промежуточ­ное реле, которое имеет необходимое число управляемых цепей. Промежуточное реле используется и тогда, когда мощность, которой может управлять основное реле, недостаточна.

По принципу воздействия на управляемую цепь реле делятся на контактные и бесконтактные. Первые воздействуют на выходной параметр путем замыкания или размыкания контактов в управляемой цепи; во-вторых, при срабатывании реле резко меняется сопротивление, включенное в управляемую цепь. Разомкнутому состоянию контактной системы со­ответствует большое сопротивление в управляемой цепи бесконтактного реле. Это состояние бесконтактного реле носит название закрытого состояния. Замкну­тому состоянию контактного исполнительного ор­гана соответствует малое сопротивление между выход­ными зажимами бесконтактного реле. При этом говорят об открытом состоянии бесконтактного реле.

Помимо указанных признаков, реле различаются спо­собом включения. Первичные реле включаются в контролируемую цепь непосредственно, а вторичные — через измерительные трансформаторы.

Значение величины срабатывания Х_ср – значение воздействующей величины, при котором реле включается (якорь притягивается).

Значение величины отпуска Х_отп – значение воздействующей величины, при котором реле выключается (якорь отпадает).

Коэффициент возврата k_В – отношение величины отпуска к величине срабатывания:

k_В=Х_отп/Х_ср< 1. (54)

Рабочее значение воздействующей величины Х_р – максимальное значение этой величины, под воздействием которой воспринимающий элемент может длительно находиться, не перегреваясь (не разрушаясь) свыше допустимой температуры.

Коэффициент запаса по срабатыванию k_З – отношение рабочего значения воздействующей величины к величине срабатывания:

k_З=Х_р/Х_ср >1. (55)

Электромагнитные реле для энергосистем, используемых для защитыкрупных и ответственных установок (мощных двигателей, трансформаторов) рассмотрим на примере широко применяемых реле тока серии ЭТ и реле напряжения серии ЭН.

Эскиз реле тока серии ЭТ представлен на рис.50.

Рис.50. Электромагнитное реле тока серии ЭТ

Магнитопровод (1) шихтуется из листов электротехнической стали. Обмотка реле (2) разбита на две части и позволяет соединять секции параллельно и последовательно. Якорь (3) выполнен из тонкого листа электротехнической стали и имеет Z-образную форму. При повороте якоря происходит увеличение потока и насыщение якоря даже при токах, близких к току трогания. Это ограничивает момент, развиваемый реле в конце хода якоря.

Применение поворотной системы и легконасыщающегося якоря позволяет приблизить тяговый момент к противодействующему и получить высокий коэффициент возврата (0,85). Подвижный контакт 5 мостикового типа шарнирно укреплен на рычаге, связанном с валом. Это дает возможность контакту самоустанавливаться. Для устранения вибраций контактов служит масляный демпфер, связан­ный с валом реле. Противодействующая сила создается спиральной пружиной (4). Начальная деформация пружины меняется рычагом (6). Начальное и конечное положения якоря определяются специальными упорами. Грубое регулирование тока срабатывания производится за счет изменения схемы соединения обмоток, а плавное — изменением начального натяжения пружины. При переходе с последовательного соединения на параллельное ток срабатывания увеличивается в 2 раза. В 2 раза ток срабатывания можно поднять и за счет увеличения натяга пружины. Таким образом, реле позволяет регули­ровать ток срабатывания в пределах 1—4. Реле выпускаются на ми­нимальные токи срабатывания от 0,05 до 200 А.

Время срабатывания при k_З³2 составляет 0,02 с.

Реле серии ЭТ имеют малое собственное потребление, порядка 0,1 В*А, высокий коэффициент возврата (до 0,85), малое время срабатывания (0,02 с) и высокую точность работы ±5%.

К недостаткам реле следует отнести малую мощность контакт­ной системы, необходимость тщательной регулировки реле во избе­жание вибрации контактов. Мощность контактов на размыкание составляет всего 50 Вт постоянного тока при напряжении 220 В.

Аналогичную конструкцию имеют реле напряжения серии ЭН. Отличие этих реле от реле серии ЭТ заключается в том, что обмотки выполнены с большими числами витков и сопротивлениями и рассчитаны на подключение к источнику напряжения. Потребляе­мая мощность при этом возрастает до 1 В*А. Все остальные параметры такие же, как у реле серии ЭТ. Реле серии ЭН могут работать и как максимальные, реагируя на повышение напряжения выше напряжения уставки, и как минимальные, реагируя на понижение напряжения ниже напряжения уставки.

Большим преимуществом реле серии ЭН является относительно небольшое изменение магнитной проводимости, в результате чего ток в обмотках мало меняется при повороте якоря. Это дает возможность иметь малые габариты обмоток.

Реле тока и напряжения для управления электроприводом рассмотрим на примере реле серии РЭВ-300.

Реле этой серии выпускаются и как реле напряжения и как реле тока в зависимости от обмоточных данных. На рис. 51 изображено реле тока.

Рис.51 Электромагнитное реле тока серии РЭВ-300

Магнитопровод (1) имеет U-образную форму и выполнен из прутка круглого сечения. Плоский якорь (2) вращается на призме, что обеспечивает высокую механическую износостойкость реле. Обмотка (3) выполняется из меди в соответствии с номинальным током реле. Регулирование силы пружины 5 осуществляется гайкой (6). Якорь (2) связан с подвижным контактом 5 с помощью изоляционной пластины (7). Реле имеет два неподвижных контакта (9) и (10). Подвижный контакт (8) соединяется с зажимом (11) с помощью гибкой связи (12). Реле выполняется в виде единого блока, который с помощью шпилек (4) может устанавливаться на металлических рейках сборной панели.

Высокий коэффициент возврата достигается благодаря тому, что конечный зазор может быть достаточно большим (до 5*10^-3), а ход якоря может составлять доли миллиметра. В реле тока уставка тока срабатыва­ния регулируется в пределах 30—65% номинального значения путем изменения начального усилия сжатия пружины (5).

В реле напряжения уставка срабатывания меняется в пределах 30—50% Uн. Коэффициент возврата регулируется путем изменения конечно­го зазора. Регулировка конечного зазора dк и хода якоря осуществляется с помощью неподвижных контактов (10) и (9). При подъеме контакта (10) зазор dк увеличивается. При опускании контакта (9) уменьшается ход якоря. Минимальное значение раствора контактов d2 равно 1,5 мм.

Датчик – электрический аппарат, предназначенный для преобразования непрерывной контролируемой или регулируемой величины (электрической или неэлектрической) в непрерывный выходной, как правило, электрический сигнал, более удобный для обработки.

Существует весьма большое число, как принципов датчиков, так и их конструктивных оформлений. В качестве примера рассмотрим простейший индуктивный датчик (рис.52), применяемый для преобразования в электрический сигнал небольших линейных и угловых перемещений.

Рис. 52. Индуктивный датчик, применяемый для преобразования в электрический сигнал небольших линейных и угловых перемещений

Датчик представляет собой катушку индуктивности (1) с железным сердечником (2) и подвижным якорем (3), отделенным от сердечника воздушным зазором.

Катушка индуктивности с сердечником, называемая статором датчика, закрепляется неподвижно, а якорь соединяется механически с подвижной частью объекта, перемещение которой нужно преобразовывать в электрический сигнал. При перемещении якоря изменяется индуктивность катушки L датчика вследствие изменения воздушного зазора d между статором и якорем (при вертикальном движении якоря) или площади воздушного зазора S_в (при горизонтальном движении якоря).

, (56)

где - число витков обмотки; m_о - магнитная проницаемость воздуха

У индуктивных датчиков с изменяющимся воздушным зазором статическая характеристика L=f(d) нелинейная (рис.53 кривая 1) и при больших зазорах (d > 1 мм) чувствительность датчика уменьшается.

Рис. 53. Статические характеристики индуктивных датчиков: 1 - с изменяющимся зазором δ; 2 - c изменяющейся площадью зазора S_в

Такие датчики используют при ограниченном диапазоне перемещения якоря - до 1 мм, а начальная рабочая точка выбирается в области характеристики, где она имеет наибольшую крутизну и приближается к линейной чувствительность датчиков с изменяющимся воздушным зазором высокая – до 0,2 мкм.

У индуктивных датчиков с изменяющейся площадью воздушного зазора статическая характеристика L=f(S_в) линейная(рис.7 кривая 2), диапазон перемещения якоря шире — до 8 мм, но чувствительность меньше - до 0,3 мкм..

Ток I, протекающий в катушке датчика под действием приложенного переменного напряжения U, также изменяется при перемещении якоря и может служить выходным сигналом датчика (выходной характеристикой).

Вопросы для самопроверки:

· Реле – общее определение.

· Электромагнитные реле для энергосистем.

· Реле тока и напряжения для управления электроприводом.

· Датчики.

Дата добавления: 2014-01-20