Конспект лекций по дисциплине Электрические и электронные аппараты

переходит в крайнее пpaвоe положение и контакты 2 размыкаются с большой скоростью, обеспечивая надёжное гашение дуги.

Рис. 10.2. Прыгающий контакт теплового реле

Современные контакторы и магнитные пускатели комплектуются с однофазными (серии ТРП) или двухфазными (серии ТРН) тепловыми реле. Реле серии ТРП (рис. 10.1, б) имеет комбинированную систему нагрева.

Биметаллическая пластина 1 нагревается как за счёт прохождения через неё тока, так и за счет нагревателя 5. При прогибе конец биметаллической пластины воздействует на прыгающий контактный мостик 2, который размыкает контакты 3-4. Реле допускает плавную ручную ре-

гулировку тока срабатывания в пределах 2500 от номинального тока

уставки. Эта регулировка осуществляется ручкой 6, меняющей первоначальную деформацию биметаллической пластины. Возврат реле в исходное положение после срабатывания производится кнопкой 7. Высокая

температура срабатывания (выше 200 0С ) уменьшает зависимость работы реле от температуры окружающей среды.

Уставка меняется на 5% при изменении температуры окружающей

среды на 100С . Реле обладает высокой ударо- и вибростойкостью.

В тепловых реле используется непосредственный способ нагрева биметаллической пластины 1 и 2 протекающим по ней током косвенный посредством нагревателя 3 (рис. 10.3, б) и комбинированный.

Основной характеристикой реле является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки (времятоковая характеристика). До нача-

ла перегрузки через биметаллическую пластину протекал ток I0 , кото-

рый нагревает ее до температуры θ0 . Зависимость времени срабатывания от тока для такого случая имеет вид:

63

I2 I 2

где Т постоянная времени нагрева реле;

I ток, при котором реле срабатывает за время tср;

I0 ток предварительной нагрузки, протекающий через элемент;

I ток, при котором реле срабатывает за время t>>T.

а

б

Рис. 10.3. Биметаллическая пластина и способы ее нагрева

Выразив токи в относительных единицах:

64

Рис. 10.4. Характеристика теплового реле:

Из-за инерционности теплового процесса тепловые реле с таким биметаллическим элементом непригодны для защиты цепей от КЗ.

Для оценки эффективности защиты строятся времятоковые характеристики защищаемого объекта и биметаллического элемента теплового реле. Для построения этих так называемых защитных характеристик используют паспортные или расчётные данные. Защитные характеристики биметаллического элемента строятся для 0 и 1.

При правильном выборе реле времятоковая характеристика при0 должна проходить вблизи и ниже характеристики защищаемого объекта.

Для быстродействующей защиты объекта в реле целесообразно биметаллический элемент объединять с электромагнитным, имеющим большой ток срабатывания при малом времени срабатывания.

Номинальный ток реле выбирается равным номинальному току защищаемого объекта. Срабатывание реле происходит при (1,2 – 1,3)Iном при времени срабатывания около 20 мин.

Для номинальной температуры ном окружающей среды (обыч-

но 40 0С ) можно записать:

65

Iср2 .ном α ср ном , (10.8)

где Iср.ном ток срабатывания реле при ном ;

конструктивный параметр, зависящий от размеров материала и коэффициента теплоотдачи биметаллического элемента;

ср температура биметаллического элемента, при которой сра-

батывает реле.

Тогда можно получить:

При температуре окружающей среды , сильно отличающейся от номинальной, необходимы либо дополнительная (плавная) регулировка реле, либо подбор нагревательного элемента с учетом этой температуры.

Промышленностью выпускаются реле серий ТРТП, ТРН, РТЛ и др., в которых номинальный ток уставки регулируется в пределах

0,75 1,25 Iном.нагр . Реле не срабатывают при пуске двигателя и кратковременной перегрузке. В основном реле срабатывает в течение 20 мин при 20% перегрузке.

Чем хуже условия охлаждения теплового реле, тем ниже ток сра-

батывания реле. Температура окружающей среды учитывается по формуле:

где коэффициент изменения номинального тока нагревателя на каждые 100С разности ном.окр , %, берется из паспорта реле;

ном.окр номинальная температура окружающей среды.

Принимая Iном.нагр. Iном.дв , получим:

100 10

Тепловые реле не защищают цепь от КЗ и требуют для защиты установки предохранителей или защиты с помощью электромагнитных реле или автоматов.

66

Электромеханические реле времени

В схемах защиты и автоматики часто требуется выдержка времени между срабатыванием двух или нескольких аппаратов. При автоматизации технологических процессов также может возникнуть необходимость в определенной временной последовательности операций. Для создания выдержки времени служат электрические аппараты, называемыереле времени.

Конструкция реле времени с электромагнитным замедлением типа РЭВ – 800 показана на рис. 10.5.

Рис. 10.5. Реле времени с электромагнитным замедлением

Реле содержит П-образный магнитопровод 1 и якорь 2 с немагнитной прокладкой 3. Магнитопровод укрепляется на плите 4 с помощью литого алюминиевого цоколя 5, на котором устанавливается контактная система 6.

На магнитопроводе установлена намагничивающая обмотка 7 и короткозамкнутая обмотка в виде гильзы 8. Усилие возвратной пружины 9 регулируется с помощью регулировочной гайки 10, которая фиксируется шплинтом.

Выдержка времени при отпускании для насыщенной магнитной системы с короткозамкнутым витком или обмоткой может быть определена по формуле:

67

где w – число витков короткозамкнутой обмотки; R – ее сопротивление;

ФОТП – значение магнитного потока, при котором происходит отпускание якоря;

ФО – установившееся значение магнитного потока в магнитопроводе при включенной намагничивающей обмотке;

i1w1 – МДС первичной обмотки.

Время срабатывания реле можно регулировать с помощью возвратной пружины 9. С увеличением сжатия этой пружины увеличивается электромагнитное усилие, необходимое для трогания якоря и определяемое потоком в магнитной цепи. При большем сжатии пружины поток трогания возрастает. Следовательно, возрастает время трогания.

Для получения выдержки времени более 1 с необходимо использовать отпускание якоря. Регулировка выдержки реле при отпускании может производиться плавно и ступенчато (грубо).

Плавное регулирование выдержки времени производится изменением усилия пружины 11, которая верхним концом упирается в шайбу 14, удерживаемую шпилькой 15, ввернутой в якорь реле. Нижний конец пружины посредством специальной пластины 16 предает силу через два латунных штифта 12, которые могут свободно перемещаться в отверстиях якоря. Оси латунных штифтов смещены относительно оси пружины. В притянутом положении якоря 2 штифты 12 перемещаются вверх и пружина 11 дополнительно сжимается. Пружина 11 создает основную силу, отрывающую якорь от сердечника. Начальное сжатие пружины изменяется с помощью гайки 13. С увеличением силы пружины 11 электромагнитное усилие, при котором происходит отрыв якоря, увеличивается и возрастает поток отпускания ФОТП. При этом время отпускания уменьшается (рис. 10.6). Чем меньше сила пружины, тем больше выдержка времени.

а б Рис. 10.6. Регулирование времени отпускания с помощью пружины (а)

и изменением немагнитного зазора (б)

68

Возвратная пружина 9 регулируется так, чтобы обеспечить необходимое нажатие размыкающих контактов реле и четкий возврат якоря в положение, показанное на рис. 10.5, после того как он оторвется от сердечника.

Грубое регулирование выдержки времени осуществляется изменением толщины немагнитной прокладки δ. Поскольку при притянутом якоре магнитная цепь насыщена, то толщина немагнитной прокладки мало сказывается на установившемся потоке. С уменьшением толщины немагнитной прокладки (δ2 < δ1) растет индуктивность катушки при ненасыщенном магнитопроводе и уменьшается скорость спадания магнитного потока. В результате при неизменном усилии пружины 11 (рис. 10.6,б) выдержка времени реле увеличивается. Толщину немагнитной прокладки не рекомендуется брать менее 0,1 мм, т.к. в этом случае якорь расклепывает прокладку и ее толщина уменьшается.

Промышленностью выпускаются многочисленные реле с электромагнитным замедлением и выдержкой времени при отпускании 0,3 – 5 с.

Реле с электромагнитным замедлением работают только при питании катушки постоянным напряжением.

Поэтому в цепях переменного тока применяют реле с пневматическим замедлением или с анкерным механизмом (рис. 10.7).

В таких реле электромагнит постоянного или переменного тока воздействует на контактную систему, связанную с замедляющим устройством в виде пневматического демпфера или в виде часового (анкерного) механизма. Выдержка времени меняется путем регулирования замедляющего устройства. Работа реле практически не зависит от величины питающего напряжения, частоты питания, температуры.

Электромагнит переменного тока 1 имеет втяжной якорь 2, двигающийся поступательно. С якорем связана возвратная пружина 3. Пневматическое устройство 4 имеет две полости, разделенных диафрагмой 12, изготовленной из тонкой прорезиненной ткани. Нижняя полость свободно сообщается с атмосферой. Верхняя полость сообщается с атмосферой через регулируемое отверстие – дроссель 9 и выпускной клапан 10. Диафрагма 12 связана с пластмассовой колодкой 5, которая удерживается в верхнем положении упором, который, в свою очередь, связан с якорем электромагнита. Чем меньше сечение отверстия, тем медленнее движется диафрагма, а следовательно, и колодка 5. Когда колодка опустится до своего крайнего нижнего положения, она начинает воздействовать с помощью рычагов на штифт микропереключателя 7, который производит нужные переключения. Регулирование выдержки времени производится иглой 11, которая меняет сечение всасывающего отверстия. Контактная система микропереключателя имеет длительный ток 3 А, ток отключения 0,21 А при напряжении 380 В переменного тока.

69

Лекция № 11

Полупроводниковые реле

Полупроводниковые реле в отношении быстродействия, селективности и надежности превосходят электромагнитные. В ряде случаев полупроводниковые реле обладают характеристиками, которые невозможно получить с помощью электромагнитных реле.

Рассмотрим некоторые полупроводниковые реле, например реле защиты от замыкания на землю, трёхфазное реле напряжения, полупроводниковые реле времени.

Реле защиты от замыкания на землю применяется в схемах защиты при замыкании на землю генераторов, двигателей, линий с малыми токами замыкания на землю. Основные параметры реле: ток срабатывания регулируется в пределах 0,02-0,12 А; коэффициент возврата не менее 0,93; коммутируемое напряжение не более 250 В; механическая износостойкость 104 циклов; электрическая износостойкость не менее 103 циклов.

Схема реле представлена на рис. 11.1.

Измерительный орган реле содержит промежуточный трансформатор ТА и резисторы R2-R7, которые вместе с выключателями SB1-SB5 служат для дискретной регулировки тока срабатывания. При отключенных выключателях ток срабатывания реле минимален. По мере включения R2-R 7 уменьшается напряжение на выходе операционного усилителя А1 и ток срабатывания увеличивается. Диоды VD1VD4 служат для ограничения сигнала на входе А1. При большом входном сигнале трансформатор ТА насыщается и его входное сопротивление падает. R1 ограничивает ток в цепи трансформатора ТА.

Операционный усилитель А1 работает как активный фильтр. Многоконтурная отрицательная обратная связь с помощью резисторов R8, R9, R10 и конденсаторов С1, С2 позволяет отфильтровать высшие гармоники в сигнале и оставить основную частоту 50 Гц.

Сравнивающая часть реле состоит из порогового элемента на операционные усилители А2, времяизмерительной цепи VD5, R15, R16, С8 и триггера Шмидта на операционном усилителе А3. Конденсаторы С3С10 служат для стабилизации работы усилителя, исключая его самовозбуждение. Резистор R17 создает положительную обратную связь. Выходной каскад реле выполнен на транзисторе VT1, в цепь коллектора которого включено быстродействующее электромагнитное реле К.

71

72

Рис. 11.1. Реле защиты от замыканий на землю