Конспект лекций по дисциплине Электрические и электронные аппараты

Питание схемы осуществляется от сети постоянного тока (контакты 4, 1 при U=220 B и 4, 2 при U=110 B) или от сети переменного тока напряжением 100 В (контакты 4, 3). С помощью стабилитронов VD6 и VD7 получаются два симметричных напряжения -15 В и +15 В для питания операционного усилителя.

Порог срабатывания порогового элемента определяется резисторами R11 - R14. Настройка реле на минимальную уставку производится резистором R11.

В схеме трехфазного реле напряжения (рис. 11.2) напряжение срабатывания регулируется резистором R 1.

Реле может работать как максимальное (переключатель S в положении 1) и как минимальное (переключатель S в положении 2). Коэффициент возврата реле регулируется в широком диапазоне с помощью резистора R2, которым изменяется коэффициент положительной обратной связи в усилителях А1, А2, А3. Логический элемент И обеспечивает срабатывание реле в случае, когда напряжение хотя бы в одной фазе падает ниже допустимого (при S в положении 2).

Рис. 11.2. Трёхфазное реле напряжения

Структурная схема реле напряжения для защиты электродвигателей, тиристорных преобразователей и других трехфазных потребителей при недопустимом снижении симметричного напряжения, асимметрии междуфазных напряжений, обратном чередовании фаз приведена на рис. 11.3.

На входе реле включены пороговые элементы ПЭ1, ПЭ2, ПЭ3, образующие пороговый блок ПБ. С выхода ПБ система полученных в нем прямоугольных импульсов (рис. 11.4).поступает в логическую схему ЛС на триггеры Т1, Т2 и логический элемент И. Полученная в ЛС система прямоугольных импульсов через дифференцирующую цепочку RC подается на схему временной установки СВУ, которая с выдержкой времени открывает транзистор VT выходного усилителя ВУ. Если контролируе-

73

мое напряжение симметрично и близко к номинальному значению, то выходные импульсы ЛБ не приводят к срабатыванию СВУ и ВУ (см.

рис. 11.4).

Рис. 11.3. Структурная схема реле напряжения

Рис. 11.4. Диаграммы к работе схемы на рис. 11.3

Когда изменения трёхфазного напряжения или порядка чередования фаз выходят за пределы допустимых, на выходе ЛС исчезает показанная на рис. 11.4 последовательность импульсов. При этом по истечении выдержки времени в СВУ выдаётся сигнал на ВУ и выходное реле срабатывает. Например, при исчезновении напряжения в фазе А перестает работать триггер Т1 и на выходе логического элемента И появится логический 0. Триггер Т2 тоже перестает переключаться. На выходе RC

74

цепочки сигнал пропадает, на вход СВУ и ВУ не подается сигнал ЛС, и реле К отключает цепь. Реле срабатывает при снижении напряжения в одной из фаз до (55-65)% от номинального при номинальном напряжении в остальных фазах. При обрыве двух или трех фаз одновременно или при обратном чередовании фаз реле срабатывает при напряжении (70-75)% от номинального. Коэффициент возврата реле составляет не менее 0,9, время срабатывания не превышает 5 с. Реле не срабатывает при колебании симметричного напряжения в пределах (85-110)% от номинального.

Полупроводниковые реле времени служат для регулирования времени срабатывания основной коммутационной аппаратуры

В схеме простейшего полупроводникового реле времени (рис. 11.5.) при замыкании контакта 1 напряжение на конденсаторе Uс растёт по экспоненте с постоянной времени T=RC и подается на пороговый эле-

мент. При равенстве Uс пороговому напряжению Uп пороговый эле-

мент срабатывает с выдержкой времени tср и выдает сигнал на усилитель

мощности, который управляет выходным электромагнитным реле. Возможно использование процесса разряда конденсатора (при этом контакт замыкается в положение 2).

а	б
Рис. 11.5.	Полупроводниковое реле времени:

а– принципиальная схема;

б– процессы заряда 1 и разряда 2 конденсатора С

Процесс разряда конденсатора происходит по кривой 2 (рис. 11.5,б). Реле работает на начальных участках кривых 1 и 2. Выдержка времени регулируется за счёт изменения величин сопротивления R и ёмкости конденсатора С. Предельная выдержка времени достигает 10 с.

Для повышения точности работы реле заряд конденсатора производят через токостабилизирующее устройство (рис. 11.6).

75

Поскольку напряжение на базе транзистора стабилизировано, то коллекторный ток не зависит от напряжения на коллекторе (схема генератора тока). Ток заряда конденсатора устанавливается потенциометром R1. Чем больше ток заряда конденсатора, тем меньше выдержка времени tс. Стабилитрон VD стабилизирует напряжение на R1, что позволяет получить постоянное время срабатывания при данном положении движка потенциометра.

аб

Рис. 11.6. Полупроводниковое реле времени с зарядом конденсатора от источника тока (а) и процесс заряда конденсатора (б)

Для увеличения выдержки времени реле используется заряд конденсатора от источника импульсного напряжения (рис.11.7, а).

Рис. 11.7. Полупроводниковое реле времени (а) и диаграмма его работы (б)

76

На цепочку R2-С2 подаётся импульсное напряжение прямоугольной формы, вырабатываемое генератором G. При каждом импульсе напряжение на конденсаторе возрастает на небольшую величину, после

чего во время паузы остается неизменным. НапряжениеUc2 приложено к пороговому элементу. При равенстве напряжения порогового элемента и

напряжения на конденсаторе С2 (Uc2 Uп,

больше скважность импульса Q tп /(tп tр

) реле срабатывает. Чем

), тем большая выдержка

времени может быть получена. Грубая регулировка выдержки времени осуществляется изменением частоты импульсов с помощью резистора R1, а плавная – с помощью резистора R2.

Цифровые реле времени применяются для обеспечения высокой точности задания и отработки выдержек времени. Схема цифрового реле времени приведена на рис. 11.8.

Рис. 11.8. Цифровое реле времени

Управляющее устройство УУ запускает генератор G. Импульсы от генератора G подаются на вход несинхронизируемого двоичного счётчика СТ2. На входе дешифратора DC сравниваются сигналы заданной выдержки времени и выход счетчика, величина которого увеличивается на единицу после прихода счетного импульса с заданной частотой. В момент совпадения кода времени на выходе счетчика с заданной установкой сигнал дешифратора DC скачкообразноменяется и выходной импульс подается на усилители А1, А2, АЗ. После каждого цикла работы счётчик обнуляется. Возможны цифровые реле времени без дешифраторов.

Цифровые реле времени типов ВЛ могут использоваться как реле времени и как программные устройства. Диапазон выдержек времени реле от 0,1 с до 10 ч.

Для обеспечения гальванической развязки между цепью управления и нагрузкой применяются оптоэлектронные приборы (оптроны). В корпусе оптрона установлены излучающий элемент, обычно фотодиод, и воспринимающий элемент – фототранзистор, фототиристор или фоторезистор, образующие вместе оптопару.

При подаче сигнала на фотодиод он начинает излучать, и его излучение воздействует на воспринимающий элемент, открывая фототранзи-

77

стор или фототиристор в цепи нагрузки. Электрическое сопротивление между цепями управления и нагрузки составляет 1012 Ом, ёмкость меж-

ду ними менее 0,1 пФ. Эти свойства оптронов позволяют повысить по-

мехоустойчивость и надёжность аппарата, упростить его схему. Оптроны дают малую задержку в срабатывании (1 мкс).

На рис. 11.9 показан один из вариантов бесконтактного оптронного

реле.

Рис. 11.9. Оптронное реле

Нагрузка Rн включается тиристором VS , включенным в диаго-

наль моста. Управление тиристором производится с помощью оптопары и транзисторов VT1 и VT2. При отсутствии управляющего сигнала

Eу	транзистор	VTф	оптрона закрыт, VT1 открыт. Сигнал на управ-
ляющем электроде VS			равен нулю, и он закрыт. При подаче сигнала
Eу	транзистор	VTф открывается, а VT1 закрывается. На VS подаёт-

ся открывающий потенциал, он открывается и через нагрузку потечёт ток. Тиристор VS открывается каждый полупериод. При снятии сигнала

Eу	VS	закрывается. Если напряжение питания превысит заданный
уровень, то открывается VT2 и VS отключается.
	Оптронные реле могут быть выполнены на силовых оптронах (рис.
11.10).
	Силовые оптроны непосредственно управляют током в нагрузке
Rн.	Светоизлучающие диоды оптронов VD1,VD2 управляются тран-
зистором		VT. В настоящее время созданы опторезисторы на ток до

1500 А и напряжение до 4кВ.

78

Рис. 11.10. Реле на силовых оптронах

Лекция № 12

Контакторы и магнитные пускатели

Контактор – это электрический аппарат, предназначенный для коммутации силовых электрических цепей. Замыкание или размыкание контактов контактора осуществляется под воздействием электромагнитного привода.

Контакторы постоянного тока предназначены для коммутации цепей постоянного тока и, как привило, приводятся в действие электромагнитом постоянного тока.

Контакторы переменного тока предназначены для коммутации цепей переменного тока. Электромагниты этих контакторов могут быть как переменного, так и постоянного тока.

Категории применения современных контакторов и параметры коммутируемых ими цепей подразделяют:

Для контакторов переменного тока (табл.12.1):

АС-1 – активная или малоиндуктивная нагрузка.

АС-2 – пуск электродвигателей с фазным ротором, торможение противовключением.

АС-3 – пуск электродвигателей с КЗ ротором. Отключение вращающихся двигателей при номинальной нагрузке.

АС-4 – пуск электродвигателей с КЗ ротором, Отключение неподвижных или медленно вращающихся электродвигателей. Торможение противовключением.

79

Для контакторов постоянного тока (табл. 12.2):

ДС-1 – активная или малоиндуктивная нагрузка.

ДС-2 – пуск электродвигателей постоянного тока с параллельным возбуждением и их отключение при номинальной частоте вращения.

ДС-3 – пуск электродвигателей с параллельным возбуждением и их отключение при неподвижном состоянии или медленном вращении ротора.

ДС-4 – пуск электродвигателей с последовательным возбуждением и их отключение при номинальной частоте вращения.

ДС-5 – пуск электродвигателей с последовательным возбуждением и отключение неподвижных или медленно вращающихся двигателей, торможение противотоком.

Таблица 12.1

Контакторы переменного тока

Кате-			Режим нормальных коммутаций
гория		Включение				Отключение
при-	Коммути-		Напряжение,		Коммути-		Напряжение,
ме-	руемый			cos	руемый			cos
нения	ток, А		В		ток, А		В
АС-1	Iном,р		Uном,р	0,95	Iном,р		Uном,р	0,95
АС-2	2,5Iном,р		Uном,р	0,65	2,5Iном,р		Uном,р	0,65
АС-3	6Iном,р		Uном,р	0,35	Iном,р		0,17Uном,р	0,35
АС-4	6Iном,р		Uном,р	0,35	8Iном,р		Uном,р	0,35
Кате-			Режим редких коммутаций
гория		Включение				Отключение
при-	Коммути-		Напряжение,		Коммути-		Напряжение,
ме-	руемый		В	cos	руемый		В	cos
нения	ток, А				ток, А
АС-1	1,5Iном,р		1,1Uном,р	0,95	1,5Iном,р		1,1Uном,р	0,95
АС-2	4Iном,р		1,1Uном,р	0,65	4Iном,р		1,1Uном,р	0,65
АС-3	10Iном,р		1,1Uном,р	0,35	8Iном,р		1,1Uном,р	0,35
АС-4	10Iном,р		1,1Uном,р	0,35	8Iном,р		1,1Uном,р	0,35

80

Номинальный ток контактора Iном представляет собой ток, кото-

рый можно пропускать по замкнутым главным контактам в течение 8 ч без коммутации, причем превышение температуры различных частей контактора не должно быть больше допустимого. Номинальный рабочий

ток контактора Iном,р - это допустимый ток через его замкнутые главные

контакты в конкретных условиях применения.

Номинальным напряжением называется наибольшее напряжение коммутируемой цепи, для работы при котором предназначен контактор.

Таблица 12.2

Контакторы постоянного тока

Категория		Режим нормальных коммутаций
примене-	Включение			Отключение
ния	Комму-	Напряже-	Пост.	Комму-	Напряже-	Пост.
	тируемый	ние, В	време-	тируемый	ние, В	време-
	ток, А		ни, мс	ток, А		ни, мс
ДС – 1	Iном,р	Uном,р	1	Iном,р	Uном,р	1
ДС – 2	2,5Iном,р	Uном,р	2	2,5Iном,р	0,1Uном,р	7,5
ДС – 3	2,5Iном,р	Uном,р	2	2,5Iном,р	Uном,р	2
ДС - 4	2,5Iном,р	Uном,р	7,5	Iном,р	0,3Uном,р	10
ДС - 5	2,5Iном,р	Uном,р	7,5	2,5Iном,р	Uном,р	7,5
Категория		Режим редких коммутаций
	Включение			Отключение
приме-	Комму-	Напряже-	Пост.	Комму-	Напряже-	Пост.
нения	тируемый	ние, В	време-	тируемый	ние, В	време-
	ток, А		ни, мс	ток, А		ни, мс
ДС – 1	-	-	-	-	-	-
ДС – 2	4Iном,р	1,1Uном,р	2,5	4Iном,р	1,1Uном,р	2,5
ДС – 3	4Iном,р	1,1Uном,р	2,5	4Iном,р	1,1Uном,р	2,5
ДС - 4	4Iном,р	1,1Uном,р	15	4Iном,р	1,1Uном,р	15
ДС - 5	4Iном,р	1,1Uном,р	15	4Iном,р	1,1Uном,р	15

81

	Контакторы подразделяются :
по роду тока главной цепи: постоянного тока, переменного тока,
	постоянного и переменного токов;
	по роду тока цепи управления: с управлением постоянным то-
	ком, с управлением переменным током;
	по числу главных полюсов: от одного до пяти;
	по номинальному току главных цепей: на токи 4, 6,5, 10, 16, 25,
	40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000; (2500) А;
	по номинальному напряжению главной цепи: на постоянное на-
	пряжение 220, 440, 600 В; на переменное - 380(500) и 660 В;
	по номинальному напряжению включающих катушек; на посто-
	янное напряжение 24, 48, 60, 110 и 220 В, на переменное - 24, 36,
	110, 127, 220, 230, 240, 380, 400, 415, 500, 660 В частотой 50 Гц и
	110, 220,380, 440 В частотой 60 Гц;
по наличию и исполнению вспомогательных контактов;
по роду присоединения проводников;
	по классу, соответствующему частоте включений:
Класс			0.3		1		3	10	30
Допустимая частота включений в час			30		120		300	1200	3600
	по категории применения;
по воздействию климатических факторов;
	по степени защиты.

Контакторы допускают работу при напряжении главной цепи до

1,1 Uном и цепи управления (0,85-1,1) Uном . Контакторы предназначе-

ны для работы в одном, нескольких или во всех следующих режимах: в прерывисто-продолжительном с периодом нагрузки без отключения не

более tp = 8ч, продолжительном (tp > 8ч), повторно-кратковременном

и кратковременном. Контакторы с размыкающими главными контактами допускают нечастые коммутации двукратного номинального тока при

напряжении U 1.1Uном .

Контактор имеет следующие основные узлы: контактную систему; дугогасительное устройство, электромагнит и систему вспомогательных контактов.

На рис.12.1 показана конструкция контактора постоянного тока типа КПВ – 600.

Неподвижный контакт 1 механически и электрически соединен со скобой 2 – дугогасительным рогом (направляющей для дуги). К скобе 2

82