Конструкция измерительных реле тока и напряжения

Реле, классификация, характеристики

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ АВТОМАТИКИ

Электромеханические аппараты автоматики

ЛЕКЦИЯ №13

2.1 Реле классификация, характеристики.

2.2 Конструкция измерительных реле тока и напряжения.

2.3 Поляризованные электромагнитные реле.

2.4 Реле электротепловые: назначение, применение, выбор.

Определение

Реле это такой электрический аппарат, в котором, при плавном изменении управляющего (входного) параметра и достижении этим параметром определённой наперёд заданной величины, происходит ступенчатое (скачкообразное) изменение управляемого (выходного) параметра. Один из этих параметров электрический. Входными параметрами могут быть: физическая величина (ток, напряжение, давление и др), разность значений, изменение знака или скорости и др.

Входной параметр может изменяться и ступенчато.

Классификация

По области применения реле для: схем автоматики, защиты элементов энергосистем и электроприводов, радиоэлектроники, летательных аппаратов, морских и речных судов, железнодорожного транспорта и др. У реле, например, летательных аппаратов имеется по две или три дублирующих обмотки.

По физической природе управляющего сигнала реле: электрические – тока, напряжения, мощности, частоты, электротепловые, механические – давления, оптические и др.

В зависимости от выполняемых функций реле: измерительные и логические. Приведённое определение больше относится к измерительным реле.

По принципу действия реле: электрические – электромагнитные, индукционные, поляризованные, магнитоэлектрические, электротепловые, дифференциальные.

По принципу воздействия на управляемую цепь реле: контактные (электромеханические) и бесконтактные (статические).

По роду тока реле: постоянного тока и переменного тока управляющего сигнала.

По способу включения реле: первичные и вторичные.

Характеристики

Характеристика управления реле – это графическое изображение зависимости выходного параметра от входного. Рассмотрим характеристику электромагнитного реле, у которого входным параметром является напряжение на катушке U _ВХ, а выходным параметром U _ВЫХ является напряжение на сопротивлении R _Н, которое будет при замыкании контактов реле (рис. 44).

При плавном увеличении U _ВХ и достижении напряжения срабатывания U _СР, реле срабатывает (якорь притягивается к сердечнику и замыкаются контакты) и на выходе ступенчато (скачком) появляется максимальное напряжение равное напряжению сети U _ВЫХ = U _С. Если после срабатывания уменьшить U _ВХ, то при достижении U _ОТП реле возвращается ступенчато (отключается) в исходное состояние, когда U _ВЫХ = 0 – отпускание реле.

Для других типов реле могут быть другие характеристики, например, двухпозиционное поляризованное реле имеет характеристику, которая располагается в четырёх квадрантах в виде симметричной

петли.

Коэффициент возврата реле является важным параметром характеризующим реле

(74)

Для реле защиты энергосистем, электроприводов, схем автоматики, контролирующих значения тока или напряжения коэффициент возврата должен быть близким к единице.

На величину коэффициента возврата влияют различные факторы: величина рабочего зазора, силы трения, свойства возвратной и контактной пружин, эффект прилипания, остаточное намагничивание, масса якоря и др.

Реле минимального напряжения серии типа РН – 51

Реле минимального напряжения предназначено для измерения и контроля напряжения в электрической сети. При понижении напряжения до заданного значения реле отключает свои контакты и тем самым подает сигнал обслуживающему персоналу. Конструктивная схема реле минимального напряжения приведена на рис. 45.

Две одинаковые катушки 2, намотанные тонким обмоточным проводом расположены на сердечнике 1. Катушки соединены между собой последовательно и подключаются к сети переменного тока через выпрямительный мост 9 и либо через два резистора R 1, R 2, либо через один резистор R 1.

Под действием электромагнитного поля в сердечнике созданного постоянным током, протекающим по катушкам якорь 3 устанавливается в вертикальное положение, при напряжении в сети выше заданного (установленного),

его ось в подшипниках 6 поворачивается по часовой стрелке, затягивая спиральную пружину 7.В результате размыкаются электрические контакты 10 и замыкаются контакты 5 с помощью металлической пластины 4.

При понижении напряжения в сети ниже заданной величины уменьшается электромагнитное поле и сила притяжения якоря к сердечнику.

Под воздействием энергии сжатой спиральной пружины 7 якорь 3 наклоняется против хода часовой стрелки, электрические контакты 5 размыкаются, а контакты 10 замыкаются.

Замыкание и размыкание контактов 5 и 10 используется в схемах релейной защиты, например для подключения резервного источника питания или переключения отпаек силового трансформатора предприятия.

Поворотом стрелки – указателя 8 можно изменять натяжение спиральной пружины 7 и тем самым изменять настройку реле на другое заданное напряжение. На шкале нанесены значения напряжения «уставки» реле U _У.

При понижении напряжения и размыкании контактов 5 регистрируется напряжение «срабатывания» U _СР – это наибольшее значение при котором реле отключает контакты 5. При восстановлении напряжения в сети реле должно замкнуть контакты 5 и разомкнуть контакты 10. Наименьшее напряжение, при котором контакты 5 замыкаются принято считать напряжением «возврата» реле U _ВЗ. Если реле подключено через оба резистора R 1 и R 2, то величина напряжения «срабатывания» и «возврата» примерно в два раза больше по сравнению с тем, когда реле подключено только через резистор R 1. Этим дополнительно можно изменять пределы контролируемого напряжения в зависимости от напряжения в сети.

Реле минимального напряжения изготавливается с легким поворотным якорем, сердечник из магнитомягкой электротехнической стали, воздушный зазор при срабатывании реле изменяется незначительно, реле имеет качественную спиральную пружину, отсутствует прилипание. Благодаря этому коэффициент возврата близок к единице.

Реле максимального тока серии РТ – 80

Оно представляет собой устройство, в котором объединены два токовых реле, которые могли бы работать независимо. Однако совместная работа индукционной и электромагнитной систем позволяет получить наилучшие защитные характеристики. Индукционная система позволяет получить зависимую от тока время–токовую характеристику: чем больше сила тока, тем меньше время срабатывания. Электромагнитная система позволяет получить мгновенное срабатывание (отсечку).

Конструктивная схема реле максимального тока показана на рис. 46. Общими для обеих систем являются: токовая обмотка реле 5 с отпайками, выведенными на контактную колодку 4 с двумя контактными винтами 3, электрические контакты реле 16 и механический указатель срабатывания – блинкер (который на рис. 45 не показан). По обмотке 5 проходит ток потребителя или кратный ему.

Индукционная система состоит из следующих частей: электромагнита 7 с двумя короткозамкнутыми витками 8 на его полюсах сверху и снизу, охватывающими часть магнитопровода, подвижной рамки 9, которая может поворачиваться вокруг

своей оси 0 – 0 на небольшой угол, алюминиевого диска 11, укрепленного вместе с червяком на оси 0′ – 0′, вращающейся в подпятниках, расположенных в теле рамки 9, зубчатого сектора 14, свободно лежащего на движке в форме площадки 10, перемещающегося вертикально по винту 17 вдоль шкалы устройства регулировки выдержки времени (на рис. 46 не показана), и пружины 15, удерживающей рамку в начальном положении.

Электромагнитная система состоит из стального якоря 2, имеющего на левом конце коромысло 13 для замыкания электрических контактов 16, стального стержня 6, который вместе с

якорем образует магнитопровод, и регулировочного винта 1, изменяющего величину воздушного зазора между якорем 2 и сердечником и тем самым величину тока срабатывания системы (кратность отсечки).

Работа индукционной системы. При протекании по обмотке реле тока создается магнитный поток, который, замыкаясь по магнитопроводу 7 и зазору между полюсами, пронизывает находящийся в зазоре диск. В короткозамкнутых витках 8 возникает ЭДС, ток и свой магнитный поток, который стремится препятствовать изменению основного потока. В результате такого действия короткозамкнутых витков магнитный поток появляется вначале в той части зазора, где короткозамкнутых витков нет, а затем в части, охватываемой этими витками. Таким образом, в зазоре создается движущееся («бегущее») магнитное поле, которое, взаимодействуя с вихревыми токами в диске, увлекает его за собой. Последний начинает вращаться в направлении движения бегущего магнитного поля при токе 20...30% от тока срабатывания и вращать укрепленный с ним на одной оси червяк. Но, так как рамка 9 оттянута пружиной 15 в крайнее положение, то сцепления червяка с зубчатым сектором 14 не происходит. Постоянный магнит 12 за счет своего постоянного магнитного поля несколько подтормаживает диск. Сила торможения пропорциональна частоте вращения диска.

При определенной величине тока в обмотке реле суммарный момент, воздействующий на диск, превысит силу пружины 15, рамка, с диском повернется, и червяк войдет в зацепление с зубчатым сектором. Наименьший ток, при котором происходит зацепление червяка с зубчатым сектором, принято считать током «срабатывания» индукционной системы реле.

С момента зацепления зубчатый сектор начинает подниматься и по истечении некоторого времени, упираясь своим рычагом в коромысло 13, поворачивает его вверх (вместе с ним поднимается и левый конец якоря 2 электромагнитной системы). При этом правый конец якоря опускается, зазор между якорем и сердечником уменьшается, вследствие чего правый конец якоря притягивается к сердечнику, а коромысло 13 замыкает (или размыкает) электрические контакты реле 16.

Время t, через которое происходит замыкание контактов реле, зависит от начального положения зубчатого сектора 14 (т. е. от места положения движка 10 по вертикали) и от частоты вращения диска 11 (т.е. от степени перегрузки по току).

Начальное положение зубчатого сектора 14 можно изменять перемещением движка 10 за счет винта 17, таким путем изменяется уставка времени – t _У.

Работа электромагнитной системы. При большой кратности перегрузки по току якорь 2 может притянуться к сердечнику правым концом практически без выдержки времени,замыкая контакты реле 16. Ток отсечки регулируется винтом 1 изменяющим воздушный зазор электромагнита. Кроме того величина тока отсечки зависит от положения винта 3 изменяющего ток «уставки» индукционной системы.

Времятоковая характеристика реле (рис. 47) должна соответствовать времятоковой характеристике защищаемого объекта. Напротив отверстий контактной колодки 4 имеется ряд цифр (4…10), которые соответствуют значениям кратностей токов «уставки» индукционного элемента .

Для каждого положения штифта (винта) 3 и соответствующих экспериментально определяются токи срабатывания и возврата индукционного элемента. После определения требуемого значениярегулировкой винта 1 настраивается экспериментально ток срабатывания (отсечки) электромагнитного элемента .

Выдержка времени срабатывания индукционного элемента при заданном токе нагрузки настраивается изменением начального положения зубчатого сектора 14, где отмечено время (0,5…4 с). Если в сети ток превышает реле срабатывает практически мгновенно. Если в сети ток превышает, а затем снизится до значения меньшего пока реле не замкнуло свои контакты, то реле будет находиться в исходном состоянии.

8.3 Статическое реле тока РСТ–11

Реле питается (рис. 48) напряжением 220 В, которое через резистор R 21 поступает на выпрямительный мост V 2. За счёт протекания тока по варисторам RV 1 и RV 2, падению напряжения на R 21 величина напряжения на фильтрующем конденсаторе C 8 снижается и составляет ≈60 В. С помощью резисторов R 19, R 20, стабилитронов VD 4, VD 5 и конденсаторов С 5, С 6 создаётся двухполярный источник питания для операционных усилителей ± 15 В.

Входной измеряемый ток I _ВХ от трансформатора тока поступает на промежуточный трансформатор тока TA 1, вторичная обмотка которого через выпрямительный мост V 1 подключается на нагрузочное сопротивление R 1. На этом сопротивлении будет двухполупериодное выпрямленное напряжение пропорциональное току, его величина устанавливается в зависимости от ожидаемой величины тока нагрузки контролируемой цепи.

Напряжение с R 1 поступает на узел сравнения выполненый на времяимпульсном принципе. В состав узла сравнения входят: пороговое устройство DА 1 (однопороговый компаратор) на ОУ с постоянным регулируемым опорным напряжением положительного знака на не инвертирующем входе усилителя. Регулирование величины опорного напряжения производится кнопками SB 1 – SB 5 ступенчато в зависимости от тока уставки срабатывания реле.

Времясравнивающая цепочка, образуется резисторами R 7, R 8, диодом VD 2, конденсатором С 2 и двуханодным стабилитроном VD 3. За счёт диода VD 2 время заряда конденсатора С 2 меньше, чем время разряда.

Второе пороговое устройство выполнено на операционном усилителе DА 2 по схеме триггера с положительной обратной связью поступающей на вход по резистору R 16. Работа триггера определяется значением и знаком напряжения на инвертирующем входе, поступающем с конденсатора C 2.

Если амплитуда тока и, следовательно, напряжение на R 1 превысит величину порогового напряжения с делителя R 4, R 5 и R 8 – R 13, то на выходе DА 1 появятся разнополярные прямоугольные импульсы. Если соотношение длительностей положительных и отрицательных импульсов достигает значения, при котором конденсатор С 2 зарядится до величины порога срабатывания триггера DA 2, то открывается транзистор VT 1 и срабатывает реле K 1, подавая своими контактами команду на сигнал или отключение выключателя.

Замечание. Кроме реле, приведённых в этом параграфе, в настоящее время выпускаются промышленностью статические реле тока и напряжения на основе микроэлектронной техники, которые являются альтернативной заменой электромеханических реле. Технические данные статических и электромеханических реле тока и напряжения приведены в приложении П4.

Особого внимания заслуживают статические реле тока типов РС40М и РС80М, не требующие дополнительных источников питания. Там же приводятся данные реле максимального и минимального постоянного тока и реле максимального и минимального напряжения переменного и постоянного токов.

Дата добавления: 2014-01-20