Конспект лекций по дисциплине Электрические и электронные аппараты

довательно, и di/dt начинают уменьшаться, так как U const. В точке в (см. рис. 7.1) уменьшение тока прекращается (зазор выбран). Далее (при поджиме якоря) ток меняется по закону

i I0e t /T1 Iy 1 e t /T , (7.15)

где T1 Lk электромагнитная постоянная времени при δ δk .

Rk

Начало движения якоря имеет место при iтр Iy . При движении

якоря ток вначале еще немного растет, а затем снижается до значения, меньшего тока трогания. Таким образом, при изменении зазора ток в обмотке значительно меньше установившегося значения, поэтому и сила тяги, развиваемая электромагнитом, в динамике меньше, чем в статике

при установившемся токе i Iy.

Лекция № 8

Электромеханические аппараты автоматики

Кэлектромеханическим аппаратам автоматики относятся электромеханические реле, датчики и различные исполнительные устройства.

Кэлектромеханическим реле относятся электромагнитные, магнитоэлектрические, индукционные, электротепловые, пьезоэлектрические, электро- и ферродинамические, магнитострикционные, вибрационные, электретные и др.

Особое место среди них занимают герконовые реле (реле с магнитоуправляемыми герметизированными контактами).

Для суждения о работе реле используется понятие характеристика управления. Она имеет релейный характер: скачкообразное увеличение выходной величины `У` при некотором значении входной электрической воздействующей величины `X` (ток, напряжение, частота) и такое же скачкообразное уменьшение выходной величины, но уже при другом значении входной величины. При всех остальных значениях воздействующей входной величины выходная величина не меняется или изменяется незначительно.

Реле – это автоматический аппарат релейного действия, в основном предназначенный для коммутации цепей управления более мощных ап-

43

паратов, сигнализации, связи и пр., а также для суммирования и размножения сигналов. Характеристики управления реле приведены на рис. 8.1, а устройство реле показано на рис. 8.2.

д – минимальных; а, г, д – работающих на замыкание; б - работающих на размыкание; хср параметр срабатывания; хв параметр возврата (отпускания); хр рабочий параметр; Ymax ,Ymin максимальное

иминимальное значение выходного параметра

Взависимости от выполняемой функции электромеханические ре-

ле подразделяются на логические и измерительные.

Электромеханическое логическое реле предназначено для сраба-

тывания и отпускания (возврата в исходное состояние) при изменении входной воздействующей величины, ненормируемой по точности.

44

Логическое реле предназначено для срабатывания и возврата при дискретном изменении входной воздействующей величины от нуля до логической единицы. Это означает – напряжение подано или не подано на вход реле.

В отличие от логического реле, на измерительное реле напряжение подается постоянно, т.е. входная величина измеряется постоянно. Напряжение для него не только входная величина, но и характеристическая величина.

Максимальное электромеханическое реле – это измерительное электрическое реле, срабатывающее при значениях характеристической величины, больших заданного значения.

Минимальное электромеханическое реле – это измерительное реле,

срабатывающее при значениях характеристической величины, меньших заданного значения.

Измерительные реле бывают следующих видов:

со шкалой уставок;

без шкалы, но с возможностью изменения уставки;

с фиксированной настройкой.

На вход измерительного реле (в отличие от логического) одновременно могут подаваться несколько входных воздействующих величин.

Срабатывание электромеханического реле – это выполнение реле функции, для которой оно предназначено.

Возврат электрического реле – переход в исходное состояние из состояния, в котором оно находилось после срабатывания.

Значение параметра срабатывания (возврата) электромеханическо-

го реле Xср определяется значением входной воздействующей или ха-

рактеристической величины, при которой реле соответственно срабатывает или возвращается при заданных условиях (см. рис. 8.1).

Отношение значения параметра возврата к значению параметра срабатывания называется коэффициентом возврата KB XB / Xср .

Для максимальных реле KB 1(см. рис. 8.1, а,б,г); для минималь-

ных KB 1(см. рис. 8.1, д). Чем ближе к единице значение коэффициен-

та возврата, тем в более узких пределах реле будет осуществлять контроль входного параметра.

Для надежного срабатывания логического реле рабочее значение

XP входной воздействующей величины выбирается с некоторым запа-

сом (см. рис. 8.1, а).

Коэффициент запаса по входной воздействующей величине опре-

деляется отношением KЗ Х р / Хср.

46

В зависимости от того, возвращается ли реле, изменившее своё состояние под воздействием входной воздействующей или характеристической величины в прежнее состояние после устранения этого воздействия, реле подразделяются на одностабильные (см. рис. 8.1, а, б, г,д) и двустабильные (см. рис. 8.1, в). Одностабильные реле возвращаются, а для возврата двустабильных реле необходимо приложить другое воздействие.

Существуют реле с нормируемым и ненормируемым временем. Заданное значение выдержки времени, при котором реле с норми-

руемым временем должно срабатывать при определенных условиях, на-

зывается уставкой выдержки времени.

Промежуточные и указательные логические реле имеют ненормируемое время, а реле времени – нормируемое.

Измерительное реле с нормируемым временем может быть: с неза-

висимой выдержкой времени, с зависимой выдержкой времени и с ограниченно зависимой выдержкой времени.

На рис. 8.3 приведены характеристики зависимости времени сраба-

тывания tср от тока I в максимальном реле тока.

аб

вг

Рис. 8.3. Характеристика зависимости tср f (I):

а– независимая; б – зависимая; в – ограниченно зависимая;

г– зависимая, с отсечкой выдержки времени

По роду управляющего тока реле подразделяют на реле постоянного и переменного токов. У некоторых электромагнитных реле изменение рода тока управления требует только замены катушки и изредка других деталей. Такие реле называются универсальными.

47

Электрические реле постоянного тока, функционирование которых зависит от полярности их воздействующей величины, называются поля-

ризованными.

Различают два режима работы реле: режим нормальных коммутаций, когда контакт коммутирует цепь многократно; режим предельных (редких) коммутаций, когда контакт коммутирует цепь несколько раз.

Кусловиям коммутации относятся:

продолжительность включения;

частота коммутаций и параметры коммутируемой цепи: род тока, частота переменного тока, напряжение источника;

ток цепи до размыкания;

соотношение замыкаемого и размыкаемого токов;

характер коммутируемой цепи.

На постоянном токе коммутируемую цепь определяют постоянной времени электрической цепи τ L/R, где L- индуктивность; R ак-

тивное сопротивление цепи нагрузки.

На переменном токе коммутируемую цепь характеризуют сдвигом фаз между током цепи и напряжением источника cos , собственной

частотой f0 и коэффициентом превышения амплитуды восстанавли-

вающего напряжения Ka.

К наиболее часто указываемым в технической документации ком-

мутационным характеристикам относятся:

коммутационная износостойкость – количество циклов включения или отключения, гарантированное изготовителем при работе реле в режиме нормальных коммутаций при заданных условиях (напряжение, постоянная времени, cosφ и т.д.);

коммутационная способность циклического действия – наибольшее значение тока, которое контактное реле может последовательно замыкать и размыкать в режиме редких коммутаций при заданных условиях (напряжение, число циклов, постоянная времени, cosφ и т.д.);

предельная отключающая способность – наибольшее значение тока, которое контактное реле способно размыкать в заданных условиях.

К характеристикам контактов реле также относятся:

предельный длительный ток цепи контакта – наибольшее значение тока, которое предварительно замкнутая цепь контакта способна выдержать длительно в заданных условиях;

предельно длительный ток цепи контакта – наибольшее значение тока, которое предварительно замкнутая цепь контакта

48

способна выдержать в заданных условиях в течение заданного короткого промежутка времени;

сопротивление;

электрическая прочность межконтактного промежутка;

отказ (различают временный отказ – сбой, самоустраняющийся

при последующей коммутации, и постоянный отказ, не устраняющийся сам по себе).

При разработке электромеханических реле проводится согласование их тяговых и механических характеристик.

Тяговая характеристика электромагнитного реле – это, например,

зависимость электромагнитной силы PЭМ или электромагнитного мо-

мента МЭМ , действующей (действующего) на якорь и приведенной

(приведенного) к рабочему зазору , от значения этого зазора (от углаповорота якоря).

Тяговая характеристика (РЭМ f или МЭМ f ) при

медленном перемещении якоря, если можно пренебречь изменением тока в обмотке, называется статической, а при быстром – динамической.

Под механической характеристикой (РМ f или

ММ f ) электромагнитного реле обычно понимают зависимость

суммарной силы (момента), действующей (действующего) на якорь и приведенной (приведенного) к рабочему зазору, от значения этого зазора (от угла поворота якоря).

Механическая характеристика при медленном перемещении, когда можно пренебречь силами инерции движущихся масс, называется статической механической характеристикой.

Для нормальной работы реле его динамические тяговые и механические характеристики при срабатывании и возврате должны быть согласованы.

На рис. 8.4 статическая характеристика 1 при МДС обмотки Fср ,

соответствующей срабатыванию реле, проходит выше, а статическая тя-

говая характеристика 2 при МДС обмотки FB , соответствующей возврату реле, ниже, чем статическая характеристика 3 при всех зазорах (от

max до min ).

Зазор 1 соответствует замыканию контактов, а 2 - отходу верхней пружины контакта от упора.

49

Примером промежуточных реле является реле РПЛ. Эти реле применяются для коммутации цепей постоянного тока с напряжением до 440 В и переменного тока с напряжением до 660 В. Допустимый ток в промышленном режиме – 10 А. Выпускают реле двух модификаций: РПЛ-1 – с питанием входной цепи на переменном токе и РПЛ-2 – с питанием на постоянном токе. Конструктивно они отличаются друг от друга только магнитной системой. На рис. 9.1 показано схематичное изображение реле РПЛ-1.

Рис. 9.1. Электромагнитное реле РПЛ – 1

При подаче напряжения на обмотку 5 в магнитопроводе возникает магнитный поток, создающий электромагнитную силу, которая, преодолевая противодействие возвратной пружины 3, перемещает якорь 4 от

упоров 9 таким образом, чтобы уменьшить рабочие зазоры и 1 маг-

нитной системы. С якорем через тягу 6 и контактную пружину 1, расположенную на направляющей 10, связан контактный мостик 8 с двумя контакт-деталями 2. При некотором положении якоря последние соприкасаются с неподвижными контакт-деталями 2`2``. При дальнейшем движении якоря, вплоть до его конечного положения, происходит увеличение контактного напряжения из-за сжатия контактной пружины 1. Од-

новременно контактный мостик 8 перемещается вверх на расстояние k ,

т.к. направляющая 10 не перпендикулярна мостику. В результате проскальзывания контакт-деталей происходит самозачистка их поверхностей во время работы реле. При конечном положении якоря его вибрация устраняется действием короткозамкнутых витков 7.

51

После снятия входного сигнала магнитный поток в магнитопроводе уменьшается до остаточного значения. При некотором значении потока, большем остаточного, сила, развиваемая деформированными при срабатывании пружинами 1 и 3, становится больше электромагнитной силы. Якорь возвращается в исходное положение, контакты размыкаются. Для уменьшения остаточного потока до значения, при котором исключается

“залипание” якоря, в рассматриваемой конструкции зазор принимает-

ся большим зазоров 1 . Поэтому при 1 0 зазор >0.

Электромагнитные реле. Эти реле преимущественно применяют в продолжительном режиме работы, поэтому предъявляемые к ним требования по механической и коммутационной износостойкости менее жесткие, чем к реле управления. Их коммутационная износостойкость состав-

ляет 103 2 104 циклов. Электромагнитные реле защиты выпускают различных серий. Одна из них - реле тока РТ-40 (рис. 9.2). На шихтованном магнитопроводе 6 П-образной формы размещены две обмотки 7, создающие поток Ф.

Поток замыкается по легкому (для увеличения быстродействия) Г- образному якорю 3. Под воздействием электромагнитного момента якорь стремится повернуться по часовой стрелке (рис. 9.2, б) от упора 2 к упору 1. Механический момент создается специальной пружиной 14. При токе срабатывания действующий электромагнитный момент при всех углах поворота якоря (от начального до конечного, определяется упорами 1 и 2) больше противодействующего механического. С якорем посредством изоляционного рычага 8 жестко связаны два подвижных контакта мостика 10. В начале поворота якоря при срабатывании правый мостик разомкнет контакт-детали 9, а левый в конце поворота якоря замкнет контактдетали 13. При токе возврата под действием механического момента якорь повернется против часовой стрелки.

Реле РТ-40, как реле защиты, должно иметь высокий коэффициент возврата. Этого можно достичь приближением тяговой характеристики реле к механической. Однако их чрезмерное сближение при конечном положении якоря приводит к недопустимому снижению контактного нажатия на замыкающих контактах. Согласование характеристик осуществляется изменением положения упоров 1 и 2.

Грубая регулировка тока срабатывания реле (в 2 раза) осуществляется путем различного (последовательного или параллельного) соединения обмоток 7. Плавное регулирование производится перемещением указателя уставки 11 по шкале уставок 12. Указатель уставки 11, соединенный с пружиной 14, при своем движении закручивает или раскручивает пружину, что соответственно приводит к подъему или опусканию механической характеристики реле. Реле РТ-40 может работать как на постоянном, так и на

52