Индукционные реле тока и напряжения

а) Реле с короткозамкнутыми витками (экранами)

Реле (рис. 2-29) имеет электромагнит 1, охватывающий своими полюсами укрепленный на оси диск 2. На верхнем и нижнем полюсах электромагнита насажены короткозамкнутые медные витки 3, охватывающие часть сечения полюсов. Токи в обмотке реле I_р и короткозамкнутом витке I_к создают магнитные потоки Ф_р и Ф_к, положительные направления которых показаны на рис. 2-29. Из-под сечения полюса I, охваченного короткозамкнутым витком, выходит результирующий магнитный поток _I = _р1+ _k1. Из-под второй части полюса (сечение II) выходит Оба магнитных потока пронизывают диск, индуктируя в нем вихревые токи.

Векторная диаграмма потоков показана на рис. 2-29, в. Она строится так же, как и для электромагнитных реле с коротко-замкнутым витком (рис. 2-7).

Векторная диаграмма показывает, что магнитные потоки Ф₁ и Ф_II сдвинуты по фазе на угол ψ, причем Ф_II опережает Ф₁. Следовательно, конструкция с короткозамкнутым витком обеспе­чивает создание двух сдвинутых по фазе и смещенных в пространстве магнитных

потоков за счет расщепления на две состав­ляющие магнитного потока, создаваемого обмоткой реле. Взаимо­действие магнитных потоков Ф₁ и Ф_II с индуктированными в диске токами создает электромагнитную силу F_э и действующий на диск момент

Сила F_э направлена всегда в сторону короткозамкнутого витка (от опережающего потока Ф_II к отстающему Ф₁).

Поскольку оба магнитных потока пропорциональны току I_р и угол ψ при изменении тока I_р остается неизменным, выражение (2-24} можно представить в виде

При питании обмотки реле током сети I_с ток I_р пропорционален последнему. Поэтому момент реле М_э = kI²_c, и, следовательно, реле является токовым. Если же обмотку реле выполнить с боль­шим сопротивлением и питать напряжением сети U_С, то ток в об­мотке реле I_р = U_с/(n_нz_р), где n_н — коэффициент трансформатора напряжения; z_р — сопротивление обмотки реле.

Отсюда

Поведение реле определяется напряжением сети U_с; следо­вательно, такое реле является реле напряжения.

б) Время действия индукционных реле

Конструкция индукционных реле позволяет выполнять их с выдержкой времени без применения специальных часовых меха­низмов. Время действия индукционного реле зависит от угла a, на который должен повернуться диск для замыкания контактов К реле, и угловой скорости движения диска реле со_р (рис. 2-30, а). Если допустить, что скорость постоянная, то t_р = a/w_р.

Движение диска происходит под влиянием избыточного момента М_вр = М_э — М_с, представляющего собой разность элек­тромагнитного момента и противодействующего ему момента сопротивления М_с.

Составляющие момента сопротивления М_с показаны на рис. 2-30, а.

Момент вращения преодолевает момент инерции подвижной

Чем больше избыточный момент М_вр, тем больше угловая скорость диска w_р. С увеличением тока I_р в обмотке реле избы­точный момент возрастает за счет увеличения электромагнитного момента, который пропорционален I²_p. В результате этого воз­растает скорость w_р и соответственно уменьшается время дей­ствия реле t_р.

Таким образом, время действия индукционного реле является функцией тока: с увеличением тока время t_р уменьшается. Такая характеристика времени действия реле называется зависи­мой и изображена кривой 1 на рис. 2-30, б. На практике часто применяются токовые реле с ограниченно зависимой характерис­тикой выдержки времени, имеющей вид кривой 2 на рис. 2-30, б. Особенность этой характеристики состоит в том, что, начиная с некото рого значения тока в реле, время действия реле остается неизменным, т. е. не зависящим от тока. Эта часть характеристики называется независимой.

Для получения ограниченно зависимой характеристики пара­метры реле подбираются так, чтобы при токе I_н (токе насыщения), соответствующем началу независимой части характеристики, магнитопровод реле насыщался. При насыщении магнитопровода увеличение тока I_р > I_н не вызывает увеличения магнитных пото­ков Ф₁ и Ф_II, в результате чего избыточный момент и обусловлен­ные им угловая скорость диска и выдержка времени остаются неизменными.

Для повышения выдержки времени индукционных реле устанавливается постоянный магнит М, охватывающий своими полюсами диск (рис. 2-30, а). При вращении диск пересекает силовые линии магнитного потока Ф_м по­стоянного магнита, в результате чего в нем наводятся токи «резания». От их взаимодействия с магнитным потоком Ф_м возникает момент противодействующий движению диска.

Момент М_м уменьшает избыточный момент, за счет чего уменьшается скорость w_р и возрастает выдержка вре­мени t_р. Аналогичное влияние на вращение диска оказывают моменты М_Т.э1 и М_т,.э2 от тока «резания», наводимых в диске основными магнитными пото­ками Ф₁ и Ф_II. Суммарный момент

М_т._э = М_т._Э1 + М_т._э2 (2-29)

Моменты М_м и М_т,_э не влияют на условия срабатывания реле, так как в неподвижном диске токов «резания» не возникает, и поэтому моменты М_м и М_т.э отсутствуют.

Время действия индукционных реле обычно регулируется из­менением расстояния между подвижным и неподвижным кон­тактами К.

Индукционные реле мгновенного действия выполняются без постоянных магнитов и с минимальным ходом подвижной системы. Кроме того, для повышения быстродействия реле принимаются меры к увеличению скорости движения подвижной системы. Из уравнения М_вр = J следует, что чем меньше момент инерции J, тем быстрее будет вращаться подвижная система реле. Поэтому вместо систем с диском, имеющих большой момент инер­ции за счет значительного диаметра, используются системы с ци­линдрическим ротором, который имеет малый диаметр и поэтому его момент инерции значительно меньше момента инерции диска. Реле с цилиндрическим ротором могут действовать со временем около 0,02—0,04 с, а минимальное время действия реле с диском приближается к 0,1 с.

в) Характеристики моментов М_э и М_п

Зависимость моментов от угла поворота диска представлена на рис. 2-31. При повороте диска в сторону замыкания контактов пружина закручивается

и ее момент М_П нарастает; в то жо время электромагнитный момент М_э не зависит от угла поворота диска.

Это различие характеристик М_э и М_П является недостатком индукционных конструкций, вызывающим: 1) ухудшение коэффициента возврата реле; 2) ослабленный нажим подвижных контактов реле на неподвижные при срабатывании реле; 3) зависимость начального положения подвижной системы реле от величины проходящего в нем тока в нормальном режиме, что приводит к произвольному изменению выдержки временя реле. Поэтому во всех конструкциях индукционных реле с выдержкой време- ни (имеющих большой угол поворота a) предусматриваются специальные меры для устранения перечисленных выше дефектов. У реле мгновенного действия угол a. мал и в результате этого отмеченные дефекты не проявляются.

г) Инерционный выбег

Вращающийся диск индукционного реле после прекращения действия электромагнитной силы продолжает свое движение по инерции за счет накопленной кинетической энергии. Инерционный выбег диска может привести к замыканию по инерции контактов реле после отключения к. з. в сети. Для уменьшение выбега диска используется постоянный магнит М (рис. 2-30, а) Эта мера снижает, но не исключает полностью инерционных выбег реле. Поэтому во избежание ложного действия защиты с такими реле ступень селективности при выборе выдержки времени увеличивается на величину инерционной ошибки (см § 4-6, а).

Дата добавления: 2014-12-23