Электромагнитные реле

О сновные части электромагнитного реле: электромагнит, якорь и переключатель. Электромагнит представляет собой электрический провод, намотанный на катушку с сердечником из магнитного материала. Якорь — пластина из магнитного материала, через толкатель управляющая контактами.

Принцип действия: При пропускании электрического тока через обмотку электромагнита возникающее магнитное поле притягивает к сердечнику якорь, который через толкатель смещает, и тем самым переключает контакты. Переключатели могут быть замыкающими, размыкающими, переключающими. (((9(ре

(

В зависимости от физической величины реле можно разделить на:

- реле тока- максимальные, минимальные,

-реле напряжения максимальные, минимальные,

- промежуточные, сигнальные…

ВОЛ.а) Согласование тяговых и противодействующих харак­теристик. Электромагнитные реле обладают сравнительно большими тяговыми усилиями, приводятся в действие с помощью электромагнитов постоянного или переменного тока.

Противодействующие усилия создаются возвратной и контактными пружинами. Усилие контактных пружин создаёт предварительное нажатие в момент соприкосновения контактов. В результате уменьшается вибрация контактов при срабатывании и обеспечивается необходимое контактное нажатие. Противодействующее усилие пружин меняется линейно с изменением зазора.

Для надёжного включения в обмотку реле подаётся ток Iраб>Iтр. Коэффициент запаса при этом k з = Iраб/ Iср и обыч­но составляет k з =1,4.

С ростом k з уве­личивается тяговое электромагнитное усилие, действующее на якорь, увеличивается ускорение якоря, сокращается пол­ное время включения. Однако при этом возрастают удары в механизме и вибрация контактов.

Для того чтобы устранить залипание якоря, в магнит­ной системе всегда создается конечный зазор бк. При этом зазоре тяговое усилие значительно превышает противодей­ствующее.

Для отключения реле усилие, развиваемое противодействующими пружина­ми, должно быть больше электромагнитного усилия и якорь возвратится в начальное положение.

Допустим, требуется реле, которое срабатывает при токе 100 А и отпускает при токе 99 А, т.е.

k в = 0,99. В элект­ромагнитных реле такой k в. получить трудно, и в этих слу­чаях применяются электронные реле. Если реле применя­ется для защит установки от чрезмерного понижения на­пряжения сети, то оно также должно иметь высокий k в. Например, если установка должна отключаться от сети при напряжении, равном 70 % Uном, то необходимо при­менить реле с

k в = 0,7. Такой k в можно легко получить и электромагнитном реле переменного тока.

Рассмотренное реле срабатывает при любом направле­нии тока в обмотке. Такие реле называются нейтральными.

б) Влияние различных факторов на коэффициент воз­врата.

k в максимального реле <1.Для увеличения k в необходимо максимально сблизить тяговую и противодействующую характеристики. Добиться этого удаётся ценой сложных конструктивных решений, снижающих надёжность реле (противодействующее усилие создаётся несколькими пружинами).

1- Если выбрать достаточно большое значение зазора в магните бк и малый рабочий ход якоря, то характеристика про­тиводействующей пружины достаточно близко подойдет к тяговой и k в может быть получен примерно 0,7—0,8 .

Большими возможностями согласования характеристик обладает электромагнитная система с поворотным движе­нием якоря. Якорь Г- образной формы выполнен из тонкой электротехнической стали, при малом рабочем зазоре он насыщается, благодаря чему зна­чение Ризб уменьшается и k в воз­растает.

2- Изменяя форму якоря и полю­сов, можно получить практически любую тяговую характеристику.

3-На k в реле оказывают влияние трение перемещающихся деталей электромагнита и гистерезис материала магнитопровода. Трение является дополнительным усилием сопротивления и вызывает увели­чение тока трогания. Трение препятствует и отпусканию. Усилие возвратной пружины уменьшается, что вызывает уменьшение тока отпускания. В результате k в уменьшается. Для того чтобы трение меньше ска­зывалось на k в, усилие противодействующей пружины должно значительно превышать силу трения.

В ряде случаев необходимо контролировать уменьше­ние входного параметра. Эта задача решается с помощью минимальных реле. Так, например, контакты минимально­го реле напряжения отключают установку при снижении напряжения сети ниже допустимого. Напряжением сраба­тывания таких реле называется напряжение, при ко­тором происходит отпускание якоря, напряжением возвра­та — напряжение, при котором якорь притягивается к полюсам электромагнита. Тогда k в = Uв/Uср>1. Анало­гично для реле минимального тока

k в = Uв/Uср>1.

4-Коэффициент k в может легко меняться за счёт изменения конечного рабочего зазора, чем больше бк, тем выше k в.

5-С увеличением начального натяжения возвратной пру­жины k в уменьшается.

В ряде случаев ток или напряжение отпускания реле в схемах автоматики должны быть значительно меньше тока или напряжения срабатывания. В этих схемах приме­няются реле с низким k в.

Высокий k в в реле переменного тока достигается легче, чем в реле постоянного тока.

а) Реле защиты энергосистем. В схемах защиты энергосистем и крупных силовых установок (мощных электродвигателей, трансфор­маторов) широко применяются реле серии РТ-40. Оно относится ко вторичным реле косвенного действия. Обмотка ре­ле разбита на две секции, которые при необходимости могут быть сое­динены параллельно или последовательно. Магнитная система состоит из П или Г-образного шихтованного сердечника и поворотного якоря. С осью якоря связаны два мостиковых контакта (замыкающий и размыкающий) с се­ребряными накладками. Ток срабатывания регулируется изменением натяга спиральной противодействующей пружиной. Натяг пружины и значение тока срабатывания (уставка) фиксируются указателем по шкале. За счет изменения натяга пружины уставка по току срабатывания изменяется в 4 раза. При переключении последовательного соединения секций на параллельное ток срабатывания увеличивается в 2 раза.

С осью якоря связан демпфер в виде тороида, заполненного квар­цевым песком. С помощью демпфера уменьшаются вибрации как всей подвижной системы, так и контактов при их включении.

Реле выпускаются на токи от 0,2 до 200А. Время срабатывания составляет 0,03 с. k в =0,7 и умень­шается по мере увеличения силы противодействующей пружины.

б)Реле тока и напряжения для управления и защиты электропри­вода. применяются реле постоянного тока серии РЭВ-300 с высоким k в. Реле этой серии выпускаются и как реле напряжения, и как реле тока.

С увеличением напряжения трогания Uтр изменяется k в.

Увеличение быстродействия реле напряжения достигается низким номинальным напряжением обмотки (24, 48 В) и последовательным включением добавочного резистора из константана.

Включение добавочного резистора из константана уменьшает зави­симость напряжения срабатывания от температуры.

в) Реле защиты электропривода реле мак­симального тока- токовое реле серии РЭВ, предназначенное для работы на переменном токе. Эти реле используются для защиты от токов КЗ, а в совокупности с реле времени — для защиты от токовых перегрузок. Реле могут использоваться как промежуточные.

Реле напряжения реагируют на исчезновение напряжения питания. Для устранения вибрации якоря на полюсный наконечник устанавливается короткозамкнутый виток.

ИНДУКЦИОННОЕ РЕЛЕ

Индукционные реле основаны на взаимодействии между индуцированным в каком-то проводнике током и переменным магнитным потоком. Поэтому они применяются только на переменном токе как реле защиты. Как правило, это вторичные реле косвенного действия

Существующие типы индукционных реле можно разделить на три группы:

1) реле с рамкой;

2) реле с диском;

3) реле со стаканом.

1.В индукционных реле с рамкой (рис. 6.5, а) один из потоков (F2) индуцирует ток в короткозамкнутой обмотке, помещенной в виде рамки в поле второго потока (Ф1), сдвинутого по фазе. Реле имеют высокую чувствительность и наибольшее быстродействие по сравнению с другими индукционными реле. Недостатком их является малый вращающий момент.

2.Индукционные реле с диском (рис. 6.5, б). Реле имеют сравнительно простую конструкцию и достаточно большой вращающий момент. В индукционных реле подвижной частью служит алюминиевый диск или барабанчик, укрепленный на оси и поворачивающийся под действием вращающего момента. Вращающий момент является результатом взаимодействия магнитных потоков с наведенными ими в диске или барабанчике вихревыми токами.

Недостатком является замедленное действие вследствие большой инерции подвижной части.

3.Индукционные реле со стаканом (рис. 6.5, в) имеют подвижную часть в виде стакана, вращающегося в магнитном поле двух потоков четырехполюсной магнитной системы. Потоки Ф1, и Ф2 расположены в пространстве под углом 90°, а по времени сдвинуты на угол g.

Внутри стакана 5 проходит стальной цилиндр 1 для уменьшения магнитного сопротивления. Реле со стаканом сложнее реле с диском, но позволяет получить время срабатывания до 0,02 с. Это существенное достоинство обеспечило им широкое применение. (реле мощности, реле частоты – при повышении или понижении частоты происходит поворот стакана и замыкание или размыкание контактов)

ТЕПЛОВОЕ РЕЛЕ

Тепловое реле в магнитных пускателях устанавливают для защиты, электродвигателя от перегрузок.

Действие биметаллических тепловых реле основано на разности линейного удлинения двух пластин из металлов с различными коэффициентами линейного расширения ( преобразование тепловых воздействий в механические перемещения, которые и используются для приведения в действие исполнительных элементов;)

Материалы для пластинок выбирают так, чтобы они имели возможно большую разность коэффициентов расширения, например медь — сталь, сталь — никель, инвар — латунь. Если пластины из 2-х разных металлов жёстко соединить друг с другом и нагреть. То пластина изогнётся в сторону с меньшим температурным коэффициентом.

Тепловое реле состоит из четырех основных элементов: нагревателя 1, включаемого последовательно в защищаемую от перегрузки цепь; биметаллической пластинки 2 из двух спрессованных металлических пластинок с различными коэффициентами линейного расширения; системы 3—7 рычагов и пружин; контактов 8 и 9.

Схема теплового реле. 1 — нагреватель; 2 — биметаллическая пластинка; 3 — регулировочный винт; 4 — защелка; 5 — рычаг; 6 — пружина; 7 — кнопка возврата; 8 — подвижный контакт; 9 — неподвижный контакт; 10 — вывод нагревателя

Когда через нагревательный элемент 1 проходит ток, превышающий номинальный ток электродвигателя, выделяется такое количество тепла, что незакрепленный (на рисунке левый) конец биметаллической пластинки 2 изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения (то есть опускается), нажимает на регулировочный винт 3 и выводит защелку 4 из зацепления. В этот момент под действием пружины 6 верхний конец рычага 5 поднимется, разомкнет контакты 8 и 9 и разорвет цепь управления магнитного пускателя. Кнопка 7 служит для ручного возврата рычага 5 в исходное положение после срабатывания реле.

Из вышесказанного следует, что работа теплового реле основана на изгибании биметаллической пластинки под действием тепла выделяемого в нагревательном элементе.

Но эта же пластинка будет изгибаться и под действием тепла окружающего воздуха. Таким образом, в жаркие дни реле будет срабатывать быстрее, чем в холодные. Для устранения этого явления в реле применена температурная компенсация, сущность которой заключается в том, что изгибанию биметаллической пластинки от изменения температуры окружающего воздуха соответствует противоположное по направлению изгибание пластинки компенсатора. Пластинка компенсатора тоже представляет собой биметаллическую пластинку, но с обратным по отношению к основной биметаллической пластинке прогибом.

Недостатки:

- зависимость от температуры окруж среды

РИС: Время-токовые характеристики теплового реле и защищаемого объекта: зав=ть времени срабатыванияот тока.

В магнитные пускатели типа ПМЕ-100, ПМЕ-200 и в магнитные пускатели ПАЕ-300 встраивают тепловые реле ТРН. Эти реле двухфазные, с температурной компенсацией, с ручным возвратом. Нагрев биметалла косвенный, нагреватели сменные с номинальным током до 40 А.

УСТНО: Температурный компенсатор выполнен из биметалла с обратным прогибом по отношению к основному термоэлементу. При установившейся температуре между компенсатором и защелкой устанавливается определенный зазор. Изменение величины этого зазора путем поворота эксцентрика (регулятора уставки), т.е. удаление или приближение защелки, изменяет уставку реле. Каждое деление регулятора уставки соответствует 5% величины номинального тока нагревателя. При уставке регулятора в положение «О» ток уставки реле равен номинальному току нагревателя. При уставке регулятора в положение «-5» ток уставки уменьшается на 25%, в положение «+5» — увеличивается на 25% по отношению к величине номинального тока нагревателя.

Время ручного возврата реле в пределах температуры окружающего воздуха от -40 до +60°С должно быть не более 2 мин, должно срабатывать в течение не более 20 мин при токе, равном 1,2 номинального тока уставки.

Однофазные тепловые реле ТРП-60 и ТРП-150 , встраиваемые в пускатели ПАЕ четвертой, пятой и шестой величин, имеют комбинированный нагрев биметаллической пластинки (одна часть тока проходит через нагревательный элемент, другая — через биметаллическую пластинку). При одном нагревателе имеется возможность регулировать ток уставки в пределах ±25%. Реле имеет шкалу, на которой нанесены по пять делений по обе стороны от нуля. Цена деления 5% для открытого исполнения и 5,5% для защищенного. Предусмотрены два исполнения по возврату: ручной возврат с гарантированным отсутствием самовозврата контактной группы и самовозврат с ускорением возврата вручную. Реле срабатывает в течение 20 мин после увеличения тока по сравнению с током уставки на 20%.

ВОЛ,Термомагнитное реле - реле выполнено на принципе изменения магнитной проницаемости в зависимости от температуры. Реле содержит постоянный магнит, проводник из термомагнитного материала, магнитопровод и геркон. Когда ток в контролируемой цепи увеличивается настолько, что температура проводника достигает точки Кюри, магнитная проницаемость проводника резко снижается, уменьшается поток в магнитной цепи, и контакты геркона размыкаются. Эти реле допускают встройку в ЭД, обеспечивая тем лучшую защиту.

ВОЛ ПОЗИСТОРНАЯ ЗАЩИТА ДВИГАТЕЛЕЙ

Сложность конструкции тепловых реле, трудности при согласовании характеристик реле и защищаемого объекта, недостаточно высокая надежность систем защиты на их основе привели к созданию тепловой защиты, реагирую­щей непосредственно на температуру защищаемого объек­та. При этом датчики температуры устанавливаются на обмотке двигателя. В качестве датчиков температуры по­лучили применение термисторы и позисторы. Термисторы представляют собой резисторы с довольно большим отри­цательным ТКС. При увеличении температуры сопротив­ление термистора уменьшается, что используется для схе­мы отключения двигателя. Для увеличения крутизны зависимости сопротивления от температуры термисторы, наклеенные на три фазы, включаются параллельно (рис.9.17, а).

Позисторы являются нелинейными резисторами с по­ложительным ТКС. При достижении определенной темпе­ратуры сопротивление позистора скачкообразно увели­чивается на несколько порядков. Для усиления этого аффекта позисторы разных фаз соединяются последова­тельно. Характеристика позисторов показана на рис. 9.17,6.

Рис, 9.17

Защита с помощью позисторов является более совер­шенной. В зависимости от класса изоляции обмоток двигателя позисторы берутся на температуру срабатывания 105, 115, 130, 145 и 160 °С. Эта температура называет­ся классификационной. Позистор резко меняет сопротив­ление при температуре 0 + 20 °С за время не более 12с. Гарантийный срок службы позисторов 20 000 ч.

Выбор реле.

а) максимально – токовые реле

Уставка реле по току срабатывания I уст ≥ (1,3…1,5)I пуск дв

Для защиты ЭД с фазным ротором I уст ≥ (2,25…2,5)I ном дв

Если реле защищает несколько двигателей с фазным ротором

I уст ≥ (1,25…1,5)I ' ном дв ₂₅ + ∑ I ном дв ₂₅ ,

где I ' ном дв ₂₅ -ток ЭД наибольшей мощности, режим ПВ=25%; ∑ I ном дв ₂₅ –сумма токов всех ЭД. Если ЭД включаются на длительный режим, то I ном дв= I' ном дв ₂₅

Если токи цепи ЭД достаточно велики, то реле защиты включается в цепь с помощью ТТ.

Для того, чтобы защитить ЭД при затянувшемся пуске или кратковременной перегрузке, то токовое реле может воздействовать на контактор через реле времени, которое запускается с помощью второго токового реле, ток уставки: I уст ≤0,75I пуск

б) тепловое реле I уст = 1,25I ном дв

в)защита ЭД от снижения напряжения:

напряжение срабатывания для контактора переменного тока Uср≤ 0,85Uном

для контактора переменного тока Uср≤ 0,65Uном. с

РЕЛЕ ВРЕМЕНИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬНОЕ

Моторные (электродвигательные) реле

Реле представляет собой электромеханическое устройство с приводом от специального микродвигателя (синхронного двигателя или электродвигателя постоянного тока). Вал этого двигателя соединяется с редуктором, передающим вращение главному валику. От момента включения электродвигателя до момента срабатывания контактов проходило определенное время, т. е. имеет место выдержка времени.

основные узлы:

-электродвигателя синхронного трехфазного переменного тока или постоянного тока с насаженным на его вал червяком;

-редуктора, замедление (передаточное число) которого соответствует максимальной выдержке времени, создаваемой реле;

-контактного устройства, в которое входит контактный набор — соответствующее данному исполнению реле число замыкающих, размыкающих или переключающих контактов и соответствующее ему число переключающих кулачков с устройствами их установки и регулирования;

- электромагнитов (электромагнитных реле) с соответствующими устройствами для управления двигателем и муфтами для сцепления и расцепления двигателя с редуктором и редуктора с контактным устройством;

-возвратных пружин.

Рабочий цикл реле при включенном электродвигателе начинается с подачи сигнала на сцепление двигателя с редуктором. Вращение двигателя через редуктор передается на рабочее зубчатое колесо и далее на привод кулачков (через общий вал или другое устройство). Кулачки производят переключение контактов в установленной последовательности и с заданной выдержкой времени: Одновременно взводится возвратная пружина.

После полного оборота рабочего зубчатого колеса (вала с кулачками) соответствующие контакты отключают двигатель или муфту сцепления двигателя с редуктором. Кулачки остаются в достигнутом положении. Затем, после снятия команды на работу реле, рабочее зубчатое колесо расцепляется с редуктором и возвратная пружина возвращает кулачки и контакты в исходное положение. Реле готово к новому циклу работы.

Реле собирается на металлическом основании и закрывается кожухом (в соответствии с исполнением по защите). В кожухе имеются окна для наблюдения шкал выдержек времени.

Недостатками

-сложность конструкции и малая износостойкость.

Достоинства — большие выдержки времени и высокая точность последовательности переключения контактов, что не достигается другими способами.

УСТНО:Реле времени электромагнитное, создающее выдержку при помощи часового механизма. При замыкании цепи катушки 9 электромагнита 10 втягивается якорь .5, пускается в ход заторможенный часовой механизм б, начинают перемещаться подвижные контакты 4 и переключаются контакты мгновенного действия 8, По истечении установленных выдержек времени под действием заводной пружины часового механизма сначала замыкается скользящий контакт 2, а затем замыкающий

Время с момента подачи напряжения на катушку до замыкания контактов 2 и 1 регулируется изменением их положения и указывается стрелками на шкале 3.

С прекращением возбуждения катушки якорь и часовой механизм мгновенно возвращаются в исходное положение под действием пружины электромагнита. Одновременно с этим происходит завод часового механизма.

Реле монтируется в пылезащищенном пластмассовом корпусе, состоящем из основания 11 и кожуха 7 из прозрачного материала.

Реле времени с электромагнитным замедлением (демпфером) выполняются только на постоянном токе. Замедление спадания потока (главным образом при отключении катушки) создается короткозамкнутым медным кольцом (см. гл. 1С). Подобные реле отличаются моноблочной конструкцией, полностью собираемой и регулируемой до установки в комплектное устройство. В ранее выпускавшихся реле неподвижная часть магнитопровода выполнялась из двух деталей - скобы и сердечника. На стыке между деталями всегда оставался воздушный зазор. В современной конструкции неподвижная часть магнитопровода (сердечник) представляет собой одну деталь, изогнутую в виде буквы II. Реле строятся на выдержку времени до 10 с.

Пневматическое реле времени

Пневматическое реле времени РВП позволяет регулировать выдержку времени в пределах 0,4-180 с. Реле состоит из электромагнита, пневматического демпфера и микропереключателя. При включении реле якорь электромагнита, двигаясь по направляющим, втягивается внутрь катушки и освобождает хвостовик, связанный с резиновой диафрагмой.

Переключение контактов микропереключателя происходит в тот момент, когда хвостовик опустится в свое крайнее нижнее положение и рычагом нажмет кнопку микропереключателя.

Электронное реле времени ЭРВ может быть выполнено на тиратроне или электронной лампе . Электронные реле времени применяют там, где необходимы высокая точность выдержки времени, малые габаритные размеры, высокая износоустойчивость. Схема реле ВЛ-68 выполнена на полупроводниковых элементах с применением микросхем и содержат генератор импульсов высокой частоты, счетчик с переключаемым коэффициентом пересчета, узел установки исходного состояния, усилитель с релейным выходом и блок питания .

Регулировка выдержки времени в реле ВЛ-68 производится путем изменения частоты генераторов с помощью переменных резисторов, выдержка времени от 10 секунд до 900 секунд с числом управляемых цепей до 16