Реле времени Электромагнитное постоянного тока

Выдержка времени создается при отпускании якоря после исчезновения тока в катушке электромагнита постоянного тока.

Замедление при отпускании якоря обеспечивает демпфер, размещенный на магнитопроводе – массивная медная и алюминиевая гильза (к.з. виток).

Когда катушка реле отключается от сети, то следующий магнитный поток наводит в гильзе вихревые токи. По правилу Ленца потоки, созданные этими токами, совпадают по направлению с основным потоком. Поэтому результирующий магнитный поток, начальное значение которого равно Ф₀, будет спадать замедленно.

Плавное регулирование С увеличением затяжки пружины выдержка времени уменьшается. Чем меньше затянута пружина, тем выдержка времени больше. Грубое регулирование

Это ступенчатое регулирование выдержки времени путем изменения толщины немагнитной прокладки между якорем и сердечником реле.

С уменьшением толщины прокладки увеличивается выдержка времени.

Пневматическое реле времени

Реле имеет электромагнитный привод с воздушным (пневматическим) замедлителем. Обеспечивает выдержку времени от 0,4 до 180 сек.

Пневматический замедлитель состоит из двух камер, разделенных диафрагмой, сжимающей пружину. При включении электромагнита якорь притягивается, растягивая пружину и освобождая колодку. Последняя под действием пружины опускается вместе с диафрагмой. При этом в верхнюю камеру через дроссельное отверстие засасывается воздух. Скорость перемещения диафрагмы, определяющей выдержку времени реле, регулируется иглой, изменяющей величину дроссельного отверстия.

В конце перемещения вниз колодка воздействует на микропереключатель, контакты которого переключаются. Реле снабжено также другим микропереключателем, воздействие на которое производится без выдержки времени. Якорь электромагнита может быть установлен в перевернутом на 180⁰ положении. Тогда выдержка времени реле будет иметь место при отключении электромагнита.

Реле времени для получения замедления используют различные принципы и средства; постепенность изменения тока в индуктивной цепи; постепенность заряда или разряда конденсатора; часовые механизмы; воздушные демпферы и др.

1. Электромагнитное реле времени постоянного тока. В нем используют принцип замедления изменения магнитного потока. Выдержка времени создается либо при закорачивании катушки при ее отключении от сети постоянного тока, либо при размещении на магнитопроводе медной или иной гильзы с хорошей электропроводностью. При размыкании катушки ток, поддерживающий магнитный поток, протекает в медной гильзе, которая теперь играет роль замкнутого накоротко контура катушки при включении ее по схеме на закорачивание. В новых конструкциях реле алюминиевое основание выполняет роль демпфера.

Выдержка времени реле зависит от следующих факторов: от величины напряжения на катушке, натяжения противодействующей пружины, толщины зазора в магнитной системе реле при притянутом якоре; постоянной времени t, чем меньше t, тем быстрее спадает поток и тем меньше выдержка времени. Реле времени допускает 10000000 срабатываний. Реле могут иметь до двух контактов в любых комбинациях.

2. Пневматическое реле времени РПВ

– пример реле с катушкой переменного тока. Выдержка времени осуществляется при помощи пневматического замедлителя. Выдержка времени может плавно регулироваться в широких пределах от 0.4 до 180 с. Она может быть получена как при возбуждении катушки, так и при потере его. Катушка реле выполняется на напряжение 12, 24, 36, 127, 220, 380 В переменного тока 50 Гц.

В таких реле электромагнит постоянного или переменного тока воздействует на контактную систему через замедляющее устройство в виде пневматического демпфера. Выдержка времени меняется при регулировании сечения отверстия, через которое засасывается воздух в верхнюю полость замедлителя, с помощью иглы, меняющей сечение этого отверстия. Контактная система срабатывает без выдержки времени, длительный ток – 3 А, ток отключения 0,21 А при U_ = 380 В.

3. Моторное реле.

Служат для создания длительных выдержек времени 20-30 мин. В его состав входят: электродвигатель с заданной частотой вращения. Промышленность выпускает большие серии этих реле на выдержку времени от 1 сек. до 26 мин. с различным исполнением контактов.

Для пуска реле подается напряжение на электромагнит и электродвигатель. Электромагнит без выдержки времени включает муфту и замыкает выходной контакт. Через муфту и зубчатую передачу двигатель начинает вращаться диски с кулачками, воздействующими на промежуточные кулачки и выходные контакты.

Регулирование выдержки осуществляется путем изменения начального положения дисков. При снятии напряжения с реле диски поворачиваются в начальное положение с помощью спиральной возвратной пружины. Точность работы реле  5 сек.

Реле позволяет устанавливать различную выдержку времени в пяти независимых цепях.

Выходные контакты реле допускают длительный ток 10 А и при переменном токе могут отключать нагрузку мощностью 800 ВА при U_ = 220 В и 100 Вт при том же напряжении и индуктивной нагрузке постоянного тока. Время возврата не более 1 сек.

Допустимые колебания напряжения составляют (0,9-1,2) U_н. Износостойкость не менее 1000 циклов.

Серии ВС-33 (Время выдержки 0,2 с; 60 с; 0,2 мин; 60 мин; 0,2 час.

Серия ВЛ-63  ВЛ-69 – в схемах автоматики.

1.2 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, называемые реле времени.

Общими требованиями для реле времени являются:

а) стабильность выдержки времени при колебаниях напряжения, частоты питания, температуры окружающей среды и воздействии других факторов;

б) малые потребляемая мощность, масса и габариты.

Возврат реле в исходное положение происходит, как правило, при его обесточивании. Поэтому коэффициент возврата может быть очень низким.

В зависимости от назначения к реле времени предъявляются раз­личные специфические требования. Для схем автоматического управления электроприводом при большой частоте включений требуются реле с высо­кой механической износостойкостью — до (5-10)-10⁶ срабатываний. Требуемые выдержки времени находятся в пределах 0,25-10 с. К этим реле не предъявляются требования относительно высокой стабильности выдержки времени. Разброс времени срабатывания может достигать 10 %. Реле должны работать в производственных условиях при наличии интенсивных механических воздействий.

Реле для защиты энергосистем должны иметь большую точность выдержки времени. Эти реле работают относительно редко, поэтому к ним не предъявляются особые требования по износостойкости. Износостой­кость реле времени защиты порядка (5-10)-10³ срабатываний. Выдержки времени таких реле составляют 0,1-20 с.

Для автоматизации технологических процессов необходимы реле с большой выдержкой времени — от нескольких минут до нескольких часов. В этом случае, как правило, используются моторные реле времени. В настоящее время созданы также полупроводниковые реле с таким же большим диапазоном выдержки времени.

Увеличение времени срабатывания или отпускания можно достичь воздействием на время трогания и времени движения до момента замыкания или размыкания. Увеличение времени трогания возможно двумя способами: электрическим или магнитным. При электрическом методе реле включают в схемы (рис. 1.4), изменяющие скорость нарастания или спадания тока в его обмотке.

При магнитном методе замедление достигается с помощью различных медных втулок, коротко замкнутых витков и т. п., уменьшающих скорость нарастания или спадания тока в обмотке реле. Втулки или коротко-замкнутые витки насаживают непосредственно на сердечники под обмотку или рядом с ней, у конца пли начала сердечника.

Втулки, надетые на конце сердечника, увеличивают в основном время срабатывания, а надетые на основание — время отпускания.

Для увеличения второй составляющей (времени движения) обычно применяют воздушные и масляные демпферы или часовые механизмы.

Рассмотрим электрические методы замедления срабатывания и от­пускания реле.

а б в г

Рис. 1.4. Электрические методы образования реле времени

На рис. 1.4, а показана схема замедления срабатывания реле с ис­пользованием лампы накаливания, включенной параллельно обмотке реле и добавочного резистора R. В холодном состоянии лампа имеет небольшое сопротивление, поэтому при замыкании ключа К в цепи лампы будет протекать большой ток, на резисторе R будет большое падение напряжения и, следовательно, малое напряжение па обмотке реле.

По мере разогрева нити лампы током сопротивление ее уве­личивается, растет напряжение на обмотке реле, и оно срабатывает с за­медлением.

На рис. 1.4, б показана схема замедления срабатывания реле с помощью шунтирования его обмотки конденсатором С. В этом случае при замыкании ключа К заряд конденсатора происходит по времени. Напряжение заряда конденсатора постепенно возрастает, а время срабатывания реле увеличивается. Эта схема тоже увеличивает время отпускания реле, так как якорь некоторое время остается притянутым за счет энергии, накопленной в конденсаторе.

На рис. 3, в показана схема замедления отпускания реле. После размыкания ключа К через обмотку реле и диод VD некоторое время протекает ток, созданный за счет ЭДС самоиндукции обмотки реле. Этот ток постепенно уменьшается, и реле отключается с замедлением.

В схеме (рис.1,4,

г) время отпускания реле увеличивается за счет того что при размыкании ключа К в цепи, состоящей из обмотки реле, кон­денсатора С и резистора R некоторое время сохраняется ток разряда кон­денсатора. Чтобы переходной процесс в этой цепи имел апериодический характер, применяют достаточно большой емкости конденсатор и большой величины резистор R.

Работа реле времени с магнитными демпферами осуществляется следующим образом. При появлении тока в рабочей обмотке реле начинает нарастать магнитный поток в сердечнике. Изменение магнитного потока обусловливает появление в короткозамкнутой обмотке (втулке) ЭДС, под действием которой образуется ток, создающий, в свою очередь, магнитный поток. Новый магнитный поток направлен противоположно магнитному потоку рабочей обмотки и поэтому замедляет скорость увеличения резуль­тирующего потока в рабочем зазоре. Если короткозамкнутая обмотка (втулка) расположена на конце сердечника, то при подаче питания на реле магнитный поток, образуемый токами во втулке, направлен навстречу основному потоку рабочей обмотки и как бы отталкивает его из рабочего зазора. В результате возрастают потоки рассеяния в сердечнике и у основания, а поток в рабочем зазоре сильно ослабляется.

Таким образом, усиливается влияние короткозамкнутой обмотки на время срабатывания реле (одновременно увеличивался время отпускания).

С помощью магнитного демпфирования можно получить выдержку времени при срабатывании реле 0,1- 0,3 с.

Большие выдержки времени получить невозможно, так как нарастание магнитного потока происходит при большом зазоре между якорем и сердечником. Это определяет индуктивность системы, а следовательно, быстрый рост магнитного потока.

Магнитное демпфирование удобно применять для замедления от­пускания реле, так как спад магнитного потока происходит при малом ра­бочем зазоре, т. е. при большой индуктивности системы, что определяет ее большую инерционность и позволяет получить выдержку времени от 0,2 до 10 с.

Для увеличения времени отпускания реле короткозамкнутую обмотку (втулку) располагают у основания сердечника.

При подаче питания на обмотку реле магнитный поток, образуемый током во втулке, смещает результирующий магнитный поток системы к рабочему зазору, поэтому втулка меньше влияет на время срабатывания реле. включения реле. Время срабатывания реле с электромагнитным замедлением очень мало, так как постоянная времени мала из-за большого начального рабочего зазора, и трогание реле происходит при малом значении МДС обмотки. МДС трогания значительно меньше установившегося значения. Это время составляет 0,05-0,2с при наличии короткозамкнутого витка и 0,02-0,05с при его отсутствии. Таким образом, возможности электромагнитного замедления при срабатывании весьма ограничены. Поэтому используются специальные схемы включения электромагнитных реле (рис. 1.5).

Если необходима большая выдержка времени при замыкании конактов, то целесообразна схема с промежуточным реле К (рис. 1.5,а). Обмотка реле времени КТ все время подключена к напряжению через размыкающий контакт реле К. При подаче напряжения на обмотку К последнее размыкает свой контакт и обесточивает реле КТ. Якорь КТ отпадает, и его размыкающие контакты срабатывают с необходимой выдержкой времени, обусловленной временем срабатывания реле К и временем отпускания реле КТ. В схеме (рис. 1.5, б) роль короткозамкнутого витка играет сама намагничивающая обмотка, которая питается через резистор R_доб. Напряжение, приложенное к обмотке, должно быть достаточным для насыщения магнитной цепи при притянутом якоре. При замыкании управляющего контакта 5 обмотка реле закорачивается и обеспечивается медленный спад потока в магнитной цепи. Отсутствие специальной короткозамкнутой обмотки позволяет все окно магнитопровода занять намагничивающей обмоткой и создать большой запас по МДС. При этом выдержка времени неизменна при снижении питающего напряжения на обмотке до 0,5 U_hom. Такая схема широко применяется в электроприводе. Обмотка реле включается параллельно ступени пускового реостата в цепи якоря. При закорачивании этой ступени обмотка реле замыкается, а его контакты с выдержкой времени включают контактор, шунтирующий следующую ступень пускового реостата.

Применение полупроводникового вентиля также позволяет использовать реле без короткозамкнутого витка. При включении обмотки ток через вентиль практически равен нулю. При этом через вентиль протекает ток, определяемый этой ЭДС, активным сопротивлением обмотки и вентиля и индуктивностью обмотки.

Для того чтобы прямое сопротивление вентиля не приводило к уменьшению выдержки времени (растет активное сопротивление коротко-замкнутой цепи), оно должно быть на один-два порядка ниже сопротивления обмотки.

При любых схемах обмотки реле питаются от источника либо по­стоянного, либо переменного тока с мостовой схемой выпрямления.

Реле времени с электромагнитным замедлением.

Конструкция реле с таким замедлением типа РЭВ-800 (рис.1.6) содержит П-образный магнитопровод 1 и якорь 2 с немагнитной прокладкой 3. Маг-нитопровод 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 овальной гильзы 8. Усилие возвратной пружины 9 изменяется с помощью регулировочной гайки 10, которая фик­сируется шплинтом.

Д

Рис.1.6 Реле времени с электромагнитным замедлением

ля получения большой выдержки времени при отпускании необходима высокая магнитная проводимость рабочего и паразитного зазоров в замкнутом состоянии магнитной системы. С этой целью все соприкасающиеся детали магнитопровода и якоря тщательно шлифуются. Литой алюминиевый цоколь создает дополнительный коротко-замкнутый виток, увеличивающий выдержку времени. У реальных магнитных материалов после отключения намагничивающей обмотки поток спадает до Ф_ост, который определяется свойствами материала магнитопровода, геометрическими размерами магнитной цепи и магнитной проводимостью рабочего зазора. Чем меньше коэрцитивная сила магнитного материала при заданных размерах магнитной цепи и магнитной проводимости рабочего зазора, тем ниже остаточная индукция, а следовательно, и остаточный поток. При этом возрастает наибольшая выдержка времени, которая может быть получена от реле.

Применение стали с низким значением Н_с позволяет увеличить выдержку времени.

Для получения большой выдержки времени материал магнитопровода должен иметь высокую магнитную проницаемость на ненасыщенном участке кривой намагничивания.

Регулирование выдержки времени. Время срабатывания реле можно плавно регулировать с помощью возвратной пружины 9 (рис. 1.6.) С увеличением сжатия этой пружины увеличивается электромагнитное усилие, необходимое дня трогания якоря и определяемое потоком в магнитной цепи. При большем сжатии пружины поток трогания возрастает. Следовательно, возрастает время трогания.

При разомкнутой магнитной цепи постоянная времени обмотки мала и максимальная выдержка времени также незначительна (около 0,2 с). Выдержка времени значительно увеличивается, если поток трогания близок к установившемуся значению. Однако в этом случае реле работает на пологой части кривой O(t). что вызывает большие разбросы времени срабатывания.

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

Плавное регулирование выдержки времени производится изменением усилия пружины 11 (рис. 1.6). Эта пружина верхним концом упирается в шайбу 14, которая удерживается шпилькой 15, ввернутой в якорь реле. Нижний конец пружины посредством специальной пластины 16 передает силу через два латунных штифта 12, которые могут свободно перемещаться в отверстиях якоря. Оси латунных штифтов 12 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 Ф_отп. При этом время отпускания уменьшается (рис.1.7.). Чем меньше сила пружины, тем больше выдержка времени. Следует отметить, что при Ф_отп близком к Ф_ост якорь реле вообще может не отпадать от сердечника.

Возвратная пружина 9 регулируется так, чтобы обеспечить необхо­димое нажатие размыкающих контактов реле и четкий возврат якоря в по­ложение, показанное на рис. 1.6.(после того как якорь оторвется от сердеч­ника).

Грубое регулирование выдержки времени осуществляется изменением толщины немагнитной прокладки 8. Поскольку при притянутом якоре магнитная цепь насыщена, толщина немагнитной прокладки мало сказывается на установившемся потоке. С уменьшением толщины немагнитной прокладки <растет индуктивность катушки при ненасыщенном магнитопроводе и уменьшается скорость спадания магнитного потока. В результате при неизменном усилии пружины 11 (рис.1.6.) выдержка времени увеличивается (рис.1.8.).

Толщину немагнитной прокладки не рекомендуется брать менее 0,1мм. В противном случае при повторно-кратковременном режиме работы якорь расклепывает немагнитную прокладку и толщина ее уменьшается, что ведет к изменению выдержки времени. При толщине прокладки более 0,1мм этим явлением можно пренебречь.

Следует отметить, что электромеханические реле времени достаточно просты по конструкции и обладают большой ударо-, вибро- и изно­состойкостью. Допустимое число включений достигает 600 в час. Они могут использоваться в схемах автоматики и электропривода как реле тока, напряжения и промежуточные. Коэффициент возврата их низок и составляет 0,1-0,3. Короткозамкнутые витки создают электромагнитное замедление как при притяжении, так и при отпускании якоря. Поэтому токовые реле с короткозамкнутым витком не реагируют на кратковременные перегрузки. При кратковременных перегрузках МДС обмотки пропорциональна этим перегрузкам.

Поток в магнитопроводе нарастает с постоянной времени Т_к, опре­деляемой параметрами короткозамкнутого витка L_K /Rk.

Если перегрузка кратковременна и ее длительность t_ПEP<tсp, то поток к моменту t_ПEP не достигнет значения потока срабатывания и якорь останется неподвижным. Если t_ПEP>tсp, то реле сработает. Таким образом, предотвращается отключение нагрузки (двигателя) при больших, но кратковременных токовых перегрузках, не опасных для двигателя.

Промышленностью выпускаются многочисленные модификации реле с электромагнитным замедлением и выдержкой времени при отпускании 0,3-5 с. Современные реле имеют один или два унифицированных контактных узла. Каждый узел имеет один замыкающий и один размыкающий контакты с общей точкой. Постоянный ток включения контактов составляет 10 А при напряжении 110 В и 5 А при 220 В. Ток отключения для индуктивной нагрузки (катушки реле, контакторов) составляет 0,2, для активной 0,5 А.

Реле времени с механическим замедлением

Реле с пневматическим замедлением. В таких реле электромагнит постоянного или переменного тока воздействует на контактную систему через замедляющее устройство в виде пневматического демпфера. Выдержка времени меняется при регулировке этого устройства. Преимуществом такого реле является возможность питания как переменным, так и постоянным током и независимость от напряжения и частоты питания, температуры. Пневматическое реле РВП, применяемое в схемах электропривода станков и других механизмов, показано на рис. 1.9. При срабатывании электромагнита 1 колодка 2 под действием пружины опускается и воздействует на микропереключатель 4. Колонка 2 свя^: зана с резиновой диафрагмой 5 пневма­тического замедлителя. Скорость движения колодки определяется сечением отверстия, через которое засасывается воздух в верхнюю полость замедлите­ля. Выдержка времени регулируется иглой 6, меняющей сечение этого отверстия. Контактная система 7 срабатывает без выдержки времени.

Реле с пневматическим замедлением позволяет регулировать выдержку времени в диапазоне от 0,4 до 180с с точностью ±10 %. Контактная система микропереключателя допускает длительный ток ЗА, ток отключения 0,2 А при переменном напряжении 380 В

Рис. 1.9. Реле времени с пневматическим замедлением.

В замедлителях в виде анкерного механизма его пружина заводится под воздействием электромагнита. Контакты реле приходят в движение лишь после того, как связанный с ними анкерный механизм отсчитает определенное время уставки.

Выдержка времени у этих реле регулируется в пределах от 7 до 17с с точностью ±10% уставки. В реле имеются и нерегулируемые контакты, которые связаны с якорем электромагнита и используются в цепях, не требующих выдержки времени. Реле надежно работают при напряжении питания до 0,85 Uhom. Так как износостойкость анкерного механизма составляет всего 15000 срабатываний, такие реле не применяются при частых включениях. Моторные реле. Для создания выдержки времени 20-30 мин исполь­зуются так называемые моторные реле времени, в состав которых входит электродвигатель с заданной частотой вращения. Промышленностью выпус­каются большие серии этих реле на выдержки времени от 1 с до 26 мин и с различным исполнением контактов

.

Начальное положение кулачка

при обесточенном реле

Рис. 1.10. Моторное реле времени

Рис. 1.11. Кинематическая схема реле времени ЭВ-215

На рис. 1.10 показано устройство моторного реле. Для пуска реле подается напряжение на электромагнит 1 и двигатель 2. С помощью рычага 12 электромагнит без выдержки времени включает муфту 3, 4 и замыкает выходной контакт 5. Через муфту и зубчатую передачу 6 двигатель начинает вращать диски 7 с кулачками 8 и 9, воздействующими на промежуточные кулачки 10 и 11 и выходные контакты 16 и 13. При соприкосновении кулачков 8 и 10 последний поворачивается против часовой стрелки и дает возмож­ность контактной пластине 14 опуститься вниз под действием силы упругости. При этом контакт 16 размыкается. При соприкосновении кулачков 9 и 11 последний поворачивается и освобождает пластину 15, что вызывает замыкание контакта 13. Выдержка времени работы контактов 16 и 13 регулируется путем изменения начального положения дисков 7. При снятии напряжения с реле диски 7 поворачиваются в начальное положение с помощью спираль­ной возвратной пружины 17.

Точность работы реле ± 5 с. Реле позволяет устанавливать различую выдержку времени в пяти независимых цепях. Выходные контакты реле допускают длительный ток 10 А и при переменном токе могут отключать нагрузку мощностью 800 ВА при напряжении 220 В и 100 Вт при том же напряжении и индуктивной нагрузке постоянного тока. Допустимые колебания напряжения составляют (0,9-1,12) U_ном . Износостойкость не менее 1000 циклов. Время возврата не более 1 с.

Реле времени часового (анкерного) механизма. Реле времени предназначено для замедления действия МТЗ с целью обеспечения селективности или избирательности её действия, заключающегося в отключении к ближайшему месту повреждения сети выключателя. Устройство электромагнитного реле времени типа

ЭВ-215 с анкерным часовым механизмом показано на рис. 1.11.

При подаче напряжения на катушку 1 её сердечник втягивается, сжимает пружину 2 и освобождает рычаг 3. Под действием пружины 6 зубчатый сектор 5 поворачивается на оси 4 по часовой стрелке. Шестерня 7 и подвижный контакт 9 будут вращаться в противоположную сторону. Постоянная скорость вращения контакта обеспечивается часовым механизмом 8. Через некоторое время (временя выдержки) контакт 9 замкнет неподвижные контакты 10. Регулируют выдержку времени изменением длины прохождения пути контакта 9 за счет перемещения контактов 10 по шкале выдержек 12, к которой они крепятся винтом 11. Кроме контактов, замыкающихся с выдержкой времени, реле имеет вспомогательные контакты 13,14 мгновенного действия.

Изображение катушки реле времени КТ и его контактов (замыкающего с выдержкой времени при замыкании КТ. 1 размыкающего с выдержкой времени при размыкании КТ.2) показаны на рис. 1.11. В общем случае направление выдержки времени на изображаемом контакте совпадает с направлением «рожек» дуги («рожки» препятствуют движению контакта).

Испытание электромагнитного реле времени

Цель работы

1. Изучить конструкцию и принцип действия электромагнитных реле времени.

2. Освоить настройку реле типа РВ 235 на заданную выдержку времени.

3. Проверить шкалу уставок реле времени РВ 235.

Основные теоретические положения

Реле времени применяются в схемах релейной защиты и автоматики для создания независимой выдержки времени и обеспечения определенной последовательности работы элементов схемы.

Отечественная промышленность выпускает реле времени с электромагнитным замедлением, пневматическим замедлением, электромагнитные реле времени с часовым или анкерным механизмом, моторные и электронные реле времени.

Реле времени с электромагнитным замедлением применяются только на постоянном токе. Реле этой серии имеют, кроме основной, короткозамкнутую обмотку, которая может иметь всего один виток в виде медной гильзы, надеваемой на сердечник электромагнита. При подаче напряжения на основную обмотку возрастающий магнитный поток пересекает нитки короткозамкнутой обмотки и наводит в ней ЭДС. Магнитный поток, вызванный током короткозамкнутой обмотки, направлен навстречу потоку основной обмотки и снижает его. Скорость нарастания результирующего магнитного потока уменьшается, время трогания якоря увеличивается, чем достигается выдержка времени при включении. Аналогично получается выдержка времени при Отключении реле. Выпускаемые промышленностью реле этой серии имеют выдержку времени при срабатывании от 0,07 до 0,11 с, при отключении — от 0,5 до 1,4 с. Грубая регулировка выдержки времени осуществляется изменением толщины немагнитной прокладки, плавная регулировка натяжением возвратной пружины.

Реле времени с пневматическим замедлением имеет замедляющее устройство в виде пневматического демпфера. Выдержка времени регулируется иглой, изменяющей сечение отверстия, через которое засасывается воздух. Реле с пневматическим замедлением имеют выдержку времени от 0,4 до 180 с, точность срабатывания 10% значения уставки.

В реле с анкерным или часовым механизмом пружина заводится под воздействием электромагнита. Контакты реле приходят в движение лишь после того, как связанный с ними анкерный механизм отсчитает определённое время, установленное на шкале. Выдержка времени регулируется в пределах от 0,1 до 20 с. с точностью 10% уставки.

Реле времени моторные предназначены для создания выдержки времени от 10 с до нескольких часов с числом управляемых цепей до 16. Реле имеют синхронный электродвигатель, редуктор, электромагнит для сцепления и расцепления двигателя с редуктором, контактное устройство. На базе таких реле созданы программные реле времени, например, типа 2РВМ.

Работа электронных реле времени основана на использовании переходных процессов в разрядном контуре RС. Регулирование выдержки времени (от нескольких миллисекунд до десятков секунд) в этих реле достигается с помощью изменения параметров R и С разрядного контура.

В работе испытывается реле времени серии РВ 235. Промышленность выпускает реле времени серий РВ 100 и РВ 200 нескольких типоразмеров. Реле серии РВ 100 предназначены для работы в цепях постоянного тока при номинальном напряжении 24-220В и обеспечивают выдержку времени в диапазоне от 0,1 до 20 с.

Реле времени серии РВ 200 предназначены для работы в цепях переменного тока при номинальном напряжении от 100 до 380В и обеспечивают выдержку времени также в диапазоне 0,1-20 с. Они отличаются от реле времени серии РВ 100 только конструкцией электромагнита и передаточных звеньев, позволяющими создавать большие усилия нажатия контактов.

Реле РВ 235 имеет замыкающий и размыкающий контакты без выдержки времени, а также замыкающий и проскальзывающий контакты с выдержкой времени при возврате. При подаче напряжения на катушку якорь притягивается, срабатывают контакты без выдержки времени и взводится анкерный механизм. Контакты, работающие с выдержкой времени, связаны с анкерным механизмом и приходят в движение после того, как катушка реле потеряет питание. С этого момента начинается отсчет времени. Изменение уставок времени срабатывания производится перемещением неподвижных конечных и неподвижных проскальзывающих контактов по шкале часового механизма. Защита от вибрации контактов осуществляется с помощью короткозамкнутого витка на ярме магнитопровода.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться на стенде с приборами и аппаратами, необходимыми для испытания реле времени. В работе испытывается только реле времени серии РВ 235.

Рис.3.1 Схема испытания реле времени РВ 235

2. Изучить схему испытания реле РВ 235, приведенную в методических указаниях (рис.3.1).

3. Снять крышку реле времени, установить уставку времени t_y=1с. Установить рукоятку переключателя работ на стенде в положение 3, подать питание на стенд, включив автомат «сеть». Включить тумблер

S1 и установить ЛАТРом напряжение на катушке реле времени, равное номинальному значению, Uном=22О В. Реле при этом сработает. В течение всех опытов напряжение на катушке реле времени остается неизменным.

4. Включить тумблер S2, секундомер при этом не включается, так как его обмотка зашунтирована контактом 1КТ. 3атем отключить тумблер S1, катушка реле КТ теряет питание, замыкающий контакт 1КТ размыкается, и секундомер начинает отсчитывать выдержку времени. По истечении выдержки времени, равной уставке, замыкается контакт 2КТ и секундомер отключается.

Опыт проводится для трех уставок времени, заданных преподавателем, в трехкратной повторности. Результаты опытов занести в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Уставка времени по шкале, tуст,с	Выдержка времени				Относительная погрешность, %
	t1,с	t2,с	t3,с	tср,с
1
2
3

По результатам трех повторностей определить среднее значение времени срабатывания реле и подсчитать относительную погрешность измерений для каждого опыта

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назначение реле времени.

2. Назовите основные типы реле времени, их особенности.

3. Устройство и принцип действия реле серии РВ 100 и РВ 200.

4. Как устанавливается уставка выдержки времени на реле РВ 235?

5. Объясните принцип работы схемы, приведённой на рис. 3.1.

б. Как определяется погрешность изучаемого реле времени?

7. Каким образом устраняется вибрация контактов реле времени переменного тока?

Лабораторная работа №4

35. Реле времени с электромагнитным замедлением.

Конструкция реле с таким замедлением типа РЭВ-800 содержит П-образный магнитопровод 1 и якорь2 с немагнитной прокладкой 3. Магнито-провод 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 овальной гиль­зы 8. Усилие возвратной пру­жины 9 изменяется с помо­щью регулировочной гайки 10, которая фиксируется шплин­том.

Для получения большой выдержки времени при отпус­кании необходима высокая магнитная проводимость рабо­чего и паразитного зазоров в замкнутом состоянии магнит­ной системы. С этой целью все соприкасающиеся детали магнитопровода и яко­ря тщательно шлифуются. Ли­той алюминиевый цоколь соз­дает дополнительный коротко-замкнутый виток, увеличиваю­щий выдержку времени.

У реальных магнитных материалов после отключения намагничивающей обмотки поток спадает до Ф₀ст, кото­рый определяется свойствами материала магнитопровода, геометрическими размерами магнитной цепи и магнитной проводимостью рабочего зазора. Чем меньше коэрцитивная сила магнитного материала при заданных размерах магнитной цепи и магнитной проводимости ра­бочего зазора, тем ниже остаточная индукция, а следова­тельно, и остаточный поток. При этом возрастает наиболь­шая выдержка времени, которая может быть получена от реле.

Выдержка времени при отпускании для насыщенной системы с КЗ витком равна

Время срабатывания реле можно плавно 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. При разомкнутой магнитной цепи постоянная времени обмотки мала и максимальная выдержка времени также незначительна (около 0,2 с). Выдержка времени значи­тельно увеличивается, если поток трогания близок к уста­новившемуся значению.

Плавное регулирование выдержки времени производит­ся изменением усилия пружины 11. Эта пружи­на верхним концом упирается в шайбу 14, которая удер­живается шпилькой 15, ввернутой в якорь реле. Нижний конец пружины посредством специальной пластины 16 пе­редает силу через два латунных штифта 12, которые могут свободно перемещаться в отверстиях якоря. Оси латунных штифтов 12 смещены относительно оси пружины. В притя­нутом положении якоря 2 штифты 12 перемещаются вверх и пружина 11 дополнительно сжимается. Пружина // соз­дает основную силу, отрывающую якорь от сердечника. Начальное сжатие пружины изменяется с помощью гайки 13.

Промышленностью выпускаются многочисленные моди­фикации реле с электромагнитным замедлением и выдерж­кой времени при отпускании 0,3—5 с. Современные реле имеют один или два унифицированных контактных узла. Каждый узел имеет один замыкающий и один размыкаю­щий контакты с общей точкой. Постоянный ток включения контактов составляет 10 А при напряжении 110 В и 5 А при 220 В. Ток отключения для индуктивной нагрузки (ка­тушки реле, контакторов) составляет 0,2, для активной 0,5 А

7

Электромагнитные реле времени с магнитным демпфированием — Студопедия.Нет

 

    Для притяжения или отпускания якоря электромагнитного реле необходимо наличие определенного магнитного потока,значение которого достигается не сразу в момент включения или выключения, а через определенное время. Замедляя нарастание или спад магнитного потока (осуществляется магнитное демпфирование), можно регулировать время срабатывания или отпускания реле.

     Замедление нарастания или спада магнитного потока может быть осуществлено не только схемными, но и конструктивными методами. Чаще всего для этого применяют исполнение магнитной системы с двумя обмотками: рабочей и короткозамкнутой. Короткозамкнутая обмотка, иногда называется демпфирующей, нередко исполняется в виде медно гильзы или медных колец, которые насаживаются на сердечник вместе с рабочей катушкой. Кроме того, иногда используются добавочные обмотки, создающие магнитный поток, противоположный магнитному потоку основной катушки.

    Магнитное демпфирование удобно применять для замедления отпускания реле. Спад магнитного потока происходит при малом рабочем зазоре, т.е. при большой индуктивности системы, что определяет ее большую инертность.

    а) Замедление срабатывания реле.

    Замедление нарастания магнитного потока реле из-за наличия короткозамкнутой обмотки происходит следующим образом. При появлении тока в рабочей обмотке реле начинает зарастать магнитный поток в сердечнике. Изменение магнитного потока влечет за собой появление в короткозамкнутой обмотке (витке) э. д. с., под действием которой образуется ток. Последний создает магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку рабочей обмотки, замедляя при этом скорость увеличения результирующего магнитного потока в рабочем зазоре.Конструктивно короткозамкнутая обмотка нередко выполняется в виде медной втулки, насаживаемой на сердечник концентрически с основной рабочей обмоткой (рисунок 6,а). Иногда короткозамкнутая обмотка (виток) выполняется в виде медного кольца, расположенного у рабочего зазора (рисунок 6,б).Такое расположение короткозамкнутого витка применяют для дополнительного влияния на распределение магнитного потока при переходном процессе. При срабатывании реле магнитный поток, образуемый токами в кольце, направлен навстречу основному потоку, создаваемому током в рабочей обмотке, и как бы отталкивает последний от рабочего зазора. Из-за этого возрастают потоки рассеяния в середине, у корня сердечника и сильно ослабляется поток в рабочем зазоре. В результате усиливается влияние короткозамкнутого витка на время срабатывания реле (одновременно увеличивается время отпускания).

Б) Замедление отпускания реле.

        После отключения рабочей обмотки реле от источника питания убывает магнитный поток в сердечнике. Если имеется короткозамкнутая обмотка (виток), то в ней при изменениимагнитного потока наводится э. д. с. и возникает ток, который создает магнитный поток, препятствующий изменению основного магнитного потока. В результате реле отпускает со значительным замедлением.

    Магнитное демпфирование более удобно применять для замедления отпускания реле, чем для замедления обрабатывания.

Рисунок 6 — Электромагнитные реле с магнитным демпфированием

    а — с медной втулкой; б — с медным кольцом у рабочего зазора

        

    Спад магнитного потока происходит при малом рабочем зазоре, т. е. при большой индуктивности системы, что определяет ее большую инерционность.

    Замедление отпускания реле с помощью короткозамкнутых витков широко применяется на практике. В них получают выдержку времени, от 0,2 до 10 сек.

    Для получения больших выдержек времени необходимо, чтобы в системе был накоплен запас энергии и система была достаточно инерционной. Поэтому рассматриваемые реле времени стараются исполнять с большойм.д.с. так, чтобы,при притянутом якоре имело место насыщение магнитопровода. Кроме того, при насыщении матнитопровода обеспечивается стабильность выдержки времени при колебаниях напряжения питания. Обычно применяют материал с большим значением индукции насыщения, напримерармко-железо. Магнитопровод и катушки имеют большие габариты. Вес реле достигает 5 кг.

    Регулирование выдержки времени осуществляется изменением величины воздушного зазора между якорем и сердечником, изменением натяжения пружины, отрывающей якорь от сердечника, и регулировкой тока в так называемой ссаживающей катушке.

    Воздушный зазор между притянутым якорем и сердечником обычно изменяют в условиях мастерской. Этот зазор осуществляется

путем применения немагнитных прокладок толщиной от 0,05 до 0,5 мм. При уменьшении толщины прокладки увеличивается значение самоиндукции системы, т.е. ее инерционность, и кривая спада магнитного потока становится более пологой. Поэтому для получения больших выдержек времени нужны тонкие прокладки. Однако при очень малой толщине прокладки она может быть повреждена при эксплуатации, а без прокладки якорь будет прилипать к сердечнику. Регулировка выдержки времени путем изменения толщины немагнитной прокладки является грубой.

    Плавную регулировку выдержки времени осуществляютв эксплуатации изменением натяжения пружины якоря. При изменении натяжения пружины меняется значение магнитного поля тока, при котором якорь отрывается от сердечника. Например, если пружина была отрегулирована так, что отрыв якоря реле от сердечника происходил при магнитном потоке Ф₁(рисунок 7), то при уменьшении натяжения пружины якорь будет начинать движение при меньшем значении магнитного потока Ф₂ (рисунок 7), т. е. выдержка времени увеличится (t₂>t₁)

Рисунок 7 — Влияние натяжения пружины якоря на выдержку времени реле с магнитным демпфированием

 

    Однако магнитный поток в системе спадает с течением времени не до нуля, а до некоторого значения Ф_ост. Значение Ф_ост зависит от остаточной индукции и коэрцитивной силы материала магнитопровода. Величина Ф_ост ограничивает возможность увеличения выдержки времени путем уменьшения натяжения пружины якоря. Действительно, предельная выдержка времени соответствует такому натяжению оттягивающей якорь пружины, при котором отпускание якоря происходит при минимальном значении магнитного потока Ф_мин, причем Ф_мин>Ф_ост (рисунок 7). Если пружина натянута так слабо, что отпускание якоря происходит при Ф_мин = Ф_ост, то возможны случаи залипания якоря.

    Для того чтобы уменьшить значение Ф_ост и увеличить возможную выдержку времени, часто применяют третью обмотку. Эта небольшая катушка, обычно называемая ссаживающей, включается так, что создаваемый ею магнитный поток уменьшает магнитный поток рабочей обмотки, снижая, таким образом, кривую спада магнитного потока (рисунок 8). Так как при наличии ссаживающей катушки кривая спадания потока идет ниже, то можно увеличить выдержку времени дальнейшим ослаблением пружины якоря, не опасаясь при этом залипания якоря.

Рисунок 8  — Кривые спадания магнитного потока

1 — без ссаживающей катушки;

2 — с ссаживающей катушкой.

 

    Так как м.д.с. ссаживающей катушки мала, то она оказывает малое влияние на магнитный поток системыпри насыщении магнитопровода. Влияние ссаживающей катушки на магнитный поток системы увеличивается по мере спадания этого потока.

    Путем изменения тока в ссаживающей катушке можно регулировать выдержку времени на расстоянии.

    Перед отпусканием якоря реле должно накопить полный запас магнитной энергии. Поэтому перед отключением рабочей катушки реле она должна некоторое время (иногда до 0,8 сек) находиться под напряжением, с тем чтобы магнитный поток системы, медленно нарастающий при притянутом якоре, успел достичь своего максимального значения. Реле с магнитным демпфированием стараются включать так, чтобы время «зарядки» было не менее половины времени «отпускания».

    Если время зарядки реле будет недостаточным, то время отпускания якоря уменьшается, что иллюстрируют кривые (рисунок 9), где приведены зависимости выдержки времени при отпускании реле от длительности импульса напряжения. Кривые 1 и 2 показывают, что выдержка времени реле с магнитным демпфированием сильно зависит от механической нагрузки якоря.

    Реле времени с магнитным демпфированием предназначены для использования в цепях постоянного тока. Для использования реле в схемах на переменном токерабочую обмотку присоединяют к источнику тока через выпрямители. Обычно применяют полупроводниковые выпрямители. При применении двухполупериодного выпрямления выдержка времени получается примерно такой же, как и при включении в сеть постоянного тока. Добавочный нагрев катушки за счет пульсации тока невелик. При применении однополупериодного выпрямителя выдержка времени уменьшается.

Рисунок 9- Зависимость выдержки времени при отпускании реле от длительности импульса напряжения питания.

 

    в) Реле с быстрым срабатыванием и выдержкой времени при отпускании.

    В реле с магнитным демпфированием, предназначенных для получения значительных выдержек при отпускании якоря, время срабатывания может быть также довольно значительным. Кроме того, после включения реле под напряжение оно должно некоторое время перед применением «заряжаться».

    Время, в течение которого реле приводится в рабочее состояние, часто стремятся уменьшить. С этой целью .применяют либо схемные методы ускорения переходного процесса при включении реле, или несколько изменяют конструкцию реле.

    На рисунке 10, приведены примеры схемного решения вопроса. В схеме рисунок 10(а), в первый момент после включения, напряжение на емкости равно нулю и на обмотку реле приходится все напряжение источника питания, которое подбирается значительно большим номинального для данного реле напряжения. Поэтому магнитный поток растет быстрее и время срабатывания уменьшается. По мере заряда конденсатора напряжение на обмотке реле уменьшается, однако за это время реле успевает сработать.

    В схеме рисунке 10(б), последовательно с обмоткой реле включена лампа накаливания с металлической нитью.

    В холодном состоянии сопротивление нити лампы мало и при замыкании контактов К почти все напряжение U будет приложено к обмотке реле, в результате чего ток в ней быстро растет. При нагреве лампы сопротивление ее нити увеличивается, и через некоторое время на обмотке реле будет нормальное рабочее напряжение.

    На рисунке 10(в,г), приведены конструктивные способы уменьшения влияния короткозамкнутого витка на время срабатывания реле с выдержкой времени при отпускании.

Рисунок 10 — Способы ускорения срабатывания реле с выдержкой времени при отпускании.

 

    Согласно рисунку 10,вместо медной втулки или колец в реле выполняется дополнительная обмотка 1, концы которой выведены наружу и присоединены к полупроводниковому выпрямителю 2. Выпрямитель подсоединен так, что -пропускает токи, возникающие в обмотке 1 только при отпускании реле. При срабатывании реле дополнительная обмотка благодаря большому обратному сопротивлению выпрямителя не оказывает влияния на нарастание магнитного потока в системе. Поэтому реле имеет нормальное время срабатывания и дает выдержку времени при отпускании. Дополнительная обмотка рассчитывается на максимальное напряжение на ее зажимах.

                        (1)

    где w₁— число витков дополнительной обмотки;

       w_o— число витков основной обмотки;

       U -напряжение питания

    В целях более полного использования полезного окна магнитопровода рабочую и вспомогательную обмотки можно соединить последовательно.

    На рисунке 10(г), показано расположение короткозамкнутого витка, выполненного в виде медного кольца 3 у корня сердечника. При срабатывании реле магнитный поток, образуемый током в кольце, смещает результирующий магнитный поток системы к рабочему зазору. Поэтому медное кольцо меньше влияет на время срабатывания реле. При отпускании реле медное кольцо оказывает обычное действие и существенно увеличивает время отпускания реле. (Напомним, что при расположении медного кольца у рабочего зазора замедляется как срабатывание, так и отпускание реле.)

    Реле времени с магнитным демпфированием обычно исполняют так, что магнитопровод насыщается при напряжении, значительно меньшем номинального (при 0,5U_н).Поэтому возможные колебания напряжения от 0,85 U_н до 1,1 U_н не влияют на выдержку времени. Существенное влияние на стабильность выдержки времени оказывает температура, ибо при изменении температуры обмоток происходит изменение их сопротивления. В рабочем диапазоне температур реле обеспечивает выдержку времени с точностью 5-10%.

    Реле времени с магнитным демпфированием предназначены для использования в цепях постоянного тока. Для использования реле в схемах на переменном токе рабочую обмотку присоединяют к источнику тока через выпрямители. При применении двухполупериодного выпрямления выдержка времени получается примерно такой же, как и при включении в сеть постоянного тока.

    Реле времени с магнитным демпфированием применяются в основном в стационарных условиях. В импульсных схемах эти реле стараются не применять.

 

Электронные реле времени

 

        В конденсаторных (электронных) реле времени замедляющая часть представляет собой релаксационный контур, состоящий из сопротивления R и конденсатора С. Иногда эти реле называют релаксационными реле времени.

    В качестве исполнительного органа конденсаторного реле времени обычно используют электромагнитные реле времени. Ввиду малого сопротивления обмоток этих реле они подключаются к релаксационному контуру через промежуточные цепи, собранные либо на газоразрядных приборах (неоновые лампы, накальные тиратроны,тиратроны с холодным катодом), либо на электронных лампах, либо на полупроводниковых триодах.

    Так как в промежуточных цепях конденсаторных реле времени обычно имеются электронные приборы, эти реле еще называют электронными реле времени. Благодаря простате изготовления, дешевизне, возможности получения большой частоты включения и высокой износоустойчивости электронные реле времени получили очень широкое распространение. 

    Количество различных схем конденсаторных реле времени очень велико. Однако во всех этих схемах применяются два варианта контуров. В первом случае незаряженный конденсатор С заряжается от источника питания напряжением U через сопротивление R. При этом напряжение на конденсаторе С изменяется по закону :

                                   (2)

    Через время t₁ после начала заряда конденсатора напряжение на нем становится равным напряжению регулирования U_р1, т.е. напряжению на выходе схемы, при котором срабатывает или отпускает имеющееся в схеме исполнительное реле. При U_c=U_р1 выдержка времени заканчивается.

    Время выдержки в соответствии с (2) определяется выражением:                                           (3)

    Во втором случае конденсатор С, предварительно заряженный до напряжения U_с, разряжается через сопротивление R. При этом напряжение на конденсаторе изменяется по закону:

                                            (4)

    Выдержка времени с момента начала разряда до момента U_c=U_p2 будет:

                                     (5)

    Согласно формулам (4 и 5) выдержка времени зависит от четырех величин U_p,U,C,R.

    Напряжение регулирования U_р для каждой схемы либо бывает постоянным (для схем с газоразрядными приборами), либо находится в функциональной зависимости от напряжения источника питания (для схемс электронными лампами).

    Регулирование выдержки времени, обычно осуществляется изменениемпостоянной времени контура,RC или изменением напряжения питания.Наиболее удобно производить плавное регулирование выдержки времениизменением сопротивления R.Подключения различных емкостей применяется лишь в некоторых конструкциях для изменения диапазоноввыдержки времени.

    Конденсаторное реле на полупроводниковых триодах.

     При практическом осуществлении схем на кристаллических триодахприходится сталкиваться с двумя основными недостатками :

1. Значительная зависимость параметров от температуры и режима;

2. Значительный разброс параметров от образца к образцу.

 

 

Рисунок 11 — Схема конденсаторного реле времени с использованием релейного усилителя на полупроводниковых триодах

 

    На рисунке 11 изображена схема конденсаторного реле времени с использованием релейного усилителя на полупроводниковых триодах. Это реле времени работает на принципе заряда конденсатора. Оно состоит из контура RC, включенного в мостовую схему с диодом Д_о . В выходной диагонали моста и релейного полупроводникового усилителя РУ с коллекторной обратной связью имеется стабилизированный делитель напряжения (U_o,U_н) на кремниевых стабилитронах ДС₁ и ДС₂. Выходной величиной является ток i_н в сопротивлении R_н .

    Схема управления ключом К. При замкнутом ключе К диод Д_о открыт конденсатор С разряжен, триод Т₁ заперт, триод Т ₂ открыт, ток i_н имеет максимальное значение.

    Выдержка времени начинается с момента размыкания ключа К. После размыкания диод Д_о оказывается под обратным напряжением:

U_д= — (U_o – U_с)             (6)

    где U_c – напряжение на конденсаторе С.

    В момент переключения U_с=0 и диод Д_о запирается. Конденсатор начинает заряжаться через сопротивление R. Когда напряжение U_cстановится больше U_о, диод Д_о открывается, ток i_р изменяет направление и начинает увеличиваться по абсолютной величине. Когда ток I_p достигнет определенной величины, релейный усилитель РУ переключается в новое состояние: триод Т₁ открыт, триод Т₂ закрыт. При этом ток I_н принимает минимальное значение, выдержка времени заканчивается.

    Для возвращения системы в исходное положение, необходимо замкнуть ключ К.

    Выдержку времени реле можно определить по приближенной формуле:

                                            (7)

    Получение больших выдержек времени связано с увеличением сопротивления R. Чтобы обеспечить при этом точную и устойчивую работу реле, можно последовательно с конденсатором С включить источник импульсного (коммутирующего) напряжения, амплитуда которого 0,5 ¸ 1 В, что существенно меньше U_о

    Для получения очень больших выдержек времени можно последовательно включить несколько каскадов реле времени, в каждом имеется цепочка RC.

    Для проведения опытов необходимо включить автомат АВ. При этом загорается сигнальное табло ТС. На испытуемом реле устанавливается заданная установка времени. Затем включается тумблер В_n (n₂ и n₂;n₃ и n₃, и т.д. – является одним тумблером), который располагается под данным реле.

    Испытуемое реле готово к работе. Для снятия характеристик теперь необходимо нажать кнопку пуск К_с. При этом подается напряжение на катушку магнитного пускателя К, который при срабатывании замыкает свои контакты. О срабатывании магнитного пускателя сигнализирует лампа ЛС. При замыкании контактов РП, катушка испытываемого реле,запитывается током. Одновременно с запиткой катушки ЭС начинает отсчитывать выдержку времени. Испытуемое замкнет свои контакты через установленную выдержку времени. При этом произойдет запитка катушки промежуточного реле, которое мгновенно сработает. Оно зашунтирует своими контактами катушку ЭС и разорвет цепь питания, о чем будет свидетельствовать потухание лампы ЛС. Электросекундомер будет показывать время срабатывания испытуемого реле. Записав отсчет времени, ЭС следует вернуть в исходное положение.

     На одной и той же установке времени следует проводить 5 опытов, чтобы определить среднее значение времени срабатывания реле. После снятия характеристик данного реле следует выключить тумблер В_n .Испытания других реле проводят аналогично.

 

Содержание отчета:

1.Цель работы.

2.Программа работы.

3.Перечень основных реле времени.

4.Обшие сведения о моторном реле ВС -10

5. Общие сведения о пневматическом реле времени

6. Общие сведения о реле времени с часовым механизмом

7. Общие сведения о электромагнитном реле времени с магнитным демпфированием

8. Общие сведения о электронном реле времени

9. Характеристики испытуемых реле.

 

Контрольные вопросы:

1.Назовите основные виды реле времени.

2.Конструкциямоторного реле времени.

3.Конструкция пневматического реле времени.

4. Конструкция реле времени с часовым механизмом.

5. Конструкция электромагнитного реле времени с магнитным демпфированием.

6. Конструкция электронном реле времени

7. Принцип работы моторного реле времени.

8. Принцип работы пневматического реле времени.

9. Принцип работы реле времени с часовым механизмом.

10. Принцип работы электромагнитного реле времени с магнитным демпфированием.

11. Принцип работы электронном реле времени

 

Лабораторная работа №2

Реле времени, работа реле времени, схема реле времени

      Здравствуйте! Реле времени — это устройство, формирующее выходной сигнал с определенной регулируемой задержкой после получения команды на входе. Применяются эти устройства повсеместно, начиная с таймеров бытовых и кухонных приборов, и заканчивая элементами систем управления космических летательных аппаратов. По этой причине неуместно вести разговор о сфере их применения.

Разновидности реле времени

     Общепринятая классификация реле основывается на принципе формирования временной задержки, или времени срабатывания реле. По этому признаку можно определить следующие типы реле времени:

• Электромагнитные. В них временная задержка обеспечивается конструктивными особенностями электромагнитной системы самого реле.

• Пневматические. Здесь задержка определена временем заполнения специальной воздушной камеры.

• С часовым механизмом. Время задержки отсчитывается анкерным часовым устройством.

• Моторные. Время определяется поворотом диска, вращаемого электродвигателем с редуктором.

• Электронные. Времязадающим устройством служит электронная схема.

     Остановимся подробнее на конструкции, принципе работы и особенностях применения различных типов реле.

Электромагнитные реле времени.

     Конструктивно это обыкновенные электромагнитные реле, состоящие из стального сердечника с катушкой и якоря, который перемещает траверсу с закрепленными на ней пластинами подвижных контактов. Отличает их наличие медных демпфирующих шайб, установленных на сердечник вместе с катушкой и представляющих собой дополнительные короткозамкнутые обмотки. Питаются такие реле только от сети постоянного тока.

     Рассмотрим порядок работы реле. При включении катушки в цепь питания, в сердечнике начинает нарастать магнитный поток, наводящий ЭДС в короткозамкнутой обмотке. В результате, по демпфирующей шайбе начинает протекать ток, который, создает в сердечнике противоположный по направлению магнитный поток, замедляющий процесс его намагничивания. Благодаря этому, полное намагничивание сердечника и притягивание якоря происходят с некоторой задержкой по времени. Величина задержки регулируется путем установки дополнительных шайб. Выше описан процесс задержки при срабатывании. При отпускании идет обратный процесс, вызывающий задержку возврата реле.

     Если необходимо срабатывание с выдержкой времени, демпфирующие шайбы устанавливаются на сердечник со стороны цоколя, перед катушкой. В реле возврата с выдержкой времени, вначале ставится катушка, затем шайбы, ближе к рабочему зазору.

     Применение реле такого типа всегда было ограниченным, ввиду следующих особенностей:

• Маленький диапазон регулирования задержки. На срабатывание — от 0,07 до 0,14 секунды. На возврат — от 0,5 до 1,4 секунды.

• Возможна только дискретная регулировка путем установки шайб.

• Оперативное регулирование исключается.

     Реле использовались в схемах управления высоковольтных выключателей на постоянном оперативном токе и обеспечивали требуемую последовательность работы коммутационных аппаратов.

Пневматические реле времени.

     Конструкция содержит электромагнитный привод. На неподвижной части стального магнитопровода расположена катушка. Якорь в обесточенном состоянии реле образует воздушный зазор за счет усилия пружины. Орган реле, обеспечивающий задержку, выполнен в виде съемной приставки. Реле комплектуется одной или двумя приставками. Сама приставка представляет собой воздушную камеру, разделенную на две части эластичной диафрагмой. Верхняя часть камеры является рабочей, она соединена с атмосферой небольшим отверстием, размер которого регулируется винтом. Также имеется обратный клапан, работающий только на выпуск и обеспечивающий взвод диафрагмы. Диафрагма соединена с подпружиненным штоком, который контактирует с якорем электромагнита.

     Порядок работы реле следующий. При отключенном питании катушки, якорь под воздействием пружины прижимает шток приставки, обеспечивая взведенное положение диафрагмы, т.е. перемещает ее к верхней стенке камеры, выдавливая из нее воздух. При срабатывании реле, якорь подтягивается к неподвижному сердечнику, при этом освобождая шток мембраны. Шток, под воздействием возвратной пружины, стремится вернуть диафрагму в нейтральное положение, чему препятствует возникающее разрежение воздуха в камере. Происходит подсос воздуха из атмосферы через калиброванное отверстие.

     По заполнению камеры, диафрагма возвращается в нейтральную позицию, воздействуя при этом на микровыключатель посредством рычага на штоке. Таким образом, контакты переключаются с выдержкой времени после срабатывания реле. Время задержки регулируется винтом, изменяющим сечение отверстия рабочей камеры.

Реле времени с анкерным механизмом.

     В основе конструкции этого устройства — обычный часовой механизм с анкером, приводимый в действие ленточной пружиной. Основу самого реле составляет все та же электромагнитная система, подвижный якорь которой связан с механизмом взвода пружины. На лицевой стороне реле находится круглая шкала, проградуированная в секундах. По периметру шкалы расположены неподвижные контакты, фиксация которых в определенном месте шкалы обеспечивает требуемую выдержку времени. Одна пара неподвижных контактов является конечной, перед ней могут располагаться импульсные (или проскальзывающие) контакты. Поверх шкалы, на оси часового механизма закреплен подвижный контакт.

     Исходным является состояние, при котором катушка находится под напряжением, якорь поджат, пружина часов взведена. При разрыве цепи питания катушки происходит возврат якоря. Пружина часов освобождается, запускается анкерный механизм. Подвижный контакт, вращаясь вместе с осью механизма, сначала кратковременно замыкает находящиеся на его пути импульсные контакты, затем, упираясь в конечные контакты, замыкает их и останавливается.

     Различные варианты этого типа реле позволяют выставлять уставки от 0,1 до 20 секунд. Примечание. Уставкой называется выставляемое на реле пороговое значение параметра, при достижении которого происходит срабатывание.

     До наступления эры электронных реле времени, устройства с анкерным механизмом задержки имели наиболее широкое применение в силу ряда их преимуществ:

• Высокая точность отсчета времени

• Простота и наглядность настройки

• Возможность оперативно перестраивать реле, не выводя оборудование из работы.

Моторные реле времени.

     Реле состоит из электродвигателя (чаще всего синхронного), редуктора, который передает вращательный момент на главную ось. На оси расположен диск, являющийся частью кулачкового механизма.

     При включении реле запускается электродвигатель. Одновременно с этим, вспомогательный электромагнит, перемещая выходную шестерню редуктора, вводит ее в зацепление с шестерней главной оси. Ось с закрепленным на ней диском начинает вращение, которое продолжается, пока специальный выступ на боковой поверхности диска не встретится с неподвижным кулачком. Это вызывает срабатывание контактной группы, связанной с кулачком и возвращает реле в исходное состояние.

      В зависимости от типа реле, на оси могут располагаться несколько дисков, каждый из которых, имея свой кулачок, отрабатывает свою независимую выдержку времени. Очевидно, что максимальная выдержка времени определяется одним оборотом диска. Диапазон выдержек времени, доступных данному типу реле – от 0,2 секунд, до 60 часов.

     Реле широко используется в случаях, когда требуется большая выдержка времени.

Электронные реле времени.

     Первые образцы реле, построенные на электронных компонентах, содержали транзисторы, а времязадающими элементами служили RC – цепи. То есть, время выдержки определялось регулируемым временем заряда конденсатора. Такие схемы встречаются сейчас, только как радиолюбительские.

     Развитие цифровых технологий в корне изменило подходы к решению задачи. В качестве времязадающих узлов сегодня используются высокостабильные кварцевые генераторы, колебания которых управляют цифровыми устройствами, формирующими необходимые сигналы через заданные промежутки времени путем подсчета количества импульсов.

     Электронные реле времени, входящие в линейку продуктов ведущих электротехнических компаний построены на основе интегральных микроконтроллеров, способных реализовать практически любой заданный алгоритм работы. В качестве примера приведем технические характеристики изделия одного из ведущих производителей:

• Напряжение питания от 12 до 240 Вольт AC/DC

• Устанавливаемая выдержка времени от 0,05 секунд до 100 часов

• Погрешность измерения времени не превышает 0,05%

• Уставка оперативно выставляется на передней панели прибора.

      И все это вмещается в устройстве, которое крепится на DIN – рейку и по размеру не превышает обычный автоматический выключатель.

ИCCЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РЕЛЕ ВРЕМЕНИ

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒

 

3.1. Цель работы

 

1. Изучить конструкцию и принцип действия электромагнитного реле времени.

2. Освоить способы настройки реле времени на заданную выдержку времени.

3. Исследовать влияние напряжения на работу реле времени.

 

3.2. Основные теоретические сведения

 

Электромагнитное реле времени обеспечивает выдержку времени с момента подачи сигнала управления на реле времени и моментом замыкания или размыкания его контактов.

Временем срабатывания электромагнитного реле времени называют время, проходящее с момента замыкания цепи катушки до полного притяжения якоря или, наоборот, с момента отключения катушки от сети до полного отпадания якоря. В первом случае время срабатывания называют временем срабатывания на включение, а во втором случае — временем срабатывания на отключение.

Время срабатывания как при включении, так и при отключении состоит из двух составляющих:

 

t_ср. = t_тр. + t_дв.

 

Первая составляющая tтр., называемая временем трогания, определяет собой: при включении — время, протекающее с момента замыкания цепи катушки до начала трогания якоря; при отключении — время, с момента размыкания цепи катушки до начала отпускания якоря.

Вторая составляющая t_тр. — есть время движения якоря до полного его притяжения (при включении) или до полного отпадания (при

отключении).

Замедленное срабатывание электромагнита, как при включении, так и отключении от сети может быть осуществлено увеличением

или t_тр. или t_дв. В первом случае замедление достигается с помощью магнитного демпфирования, во втором — с помощью механического демпфирования.

Для притяжения или отпускания якоря электромагнитного реле

необходимо наличие в магнитной системе определенной величины магнитного потока. Необходимая величина потока достигается не сразу

после включения или отключения реле от сети, а через определенный

промежуток времени. Замедляя нарастание (при включении) или спад

(при отключении) магнитного потока, можно изменять время притяжения или отпускания якоря. Способы воздействия на скорость изменения магнитного потока в магнитопроводе при включении или отключении реле и носят название магнитного демпфирования.

Все способы магнитного демпфирования основаны на использовании магнитных потоков, создаваемых вихревыми токами, которые появляются в массивных деталях магнитной системы реле при изменении основного магнитного потока. При включении они будут уменьшать скорость возрастания потока в магнитопроводе, а при отключении — скорость спадания потока.

Очевидно, эффективность этого метода будет тем больше, чем больше абсолютная величина основного потока. Поэтому метод магнитного демпфирования дает заметное замедление при отключении электромагнита, когда воздушные зазоры малы и величина основного потока велика.

С целью усиления магнитного демпфирования электромагниты, предназначенные для получения выдержек времени, дополняются специальными, короткозамкнутыми катушками, охватывающими магнитопровод. Короткозамкнутая катушка, называемая демпфирующей, обычно исполняются в виде массивной гильзы (медной или алюминиевой) или отдельных коротких втулок, которые насаживаются на магнитопровод.

Применение коротких втулок позволяет получать различные выдержки времени при включении в зависимости от их места расположения на сердечнике. Так, при расположении демпфирующих втулок у торца сердечника (вблизи рабочего воздушного зазора) выдержка времени при включении будет больше, чем при их расположении у основания сердечника. Это объясняется тем, что в первом случае в первоначальные моменты времени после включения электромагнита втулки будут охватываться практически полным магнитным потоком и в них будут наводиться большие вихревые токи. Во втором же случае (расположение втулок у основания сердечника) вначале после включения магнитный поток будет замыкаться через якорь по воздуху от корпуса к сердечнику, минуя замедляющую втулку со всеми вытекающими из этого последствиями — малыми вихревыми токами и, следовательно, малыми выдержками времени. При отключении электромагнита месторасположение втулок не имеет большого значения, так как и в том и в другом случае втулки охватываются одинаковым магнитным потоком.

Грубое ступенчатое регулирование выдержки времени можно производить путем изменения толщины немагнитной прокладки, установленной на торце якоря. Толщина прокладки, не сказываясь практически на величине установившегося магнитного потока при замкнутом якоре, изменяет индуктивность системы и тем самым влияет на скорость изменения потока. С увеличением толщины прокладки скорость изменения потока возрастает и выдержка времени уменьшается и, наоборот, с уменьшением толщины прокладки скорость изменения потока уменьшается, а выдержка времени возрастает. Толщина прокладки берется от 0,1 мм и выше.

Плавный способ регулирования выдержки времени заключается в изменении натяжения отжимной пружины.

Оба способа позволяют изменять выдержку времени от нескольких десятых долей секунды до нескольких секунд с относительной погрешностью не более 10%.

Реле времени ВЛ выпускают:

 

Напряжение 36, 110, 127, 220, 240, 380, 400, 440, 500В (50Гц или 60Гц).

Ток, коммутируемый контактами, до 4А.

Диапазон регулирования выдержки времени от 0,4 до 180 с.

Разброс характеристик 15%.

Мощность, потребляемая катушкой 40 ВА.

Количество и исполнение контактов в зависимости от исполнения реле.

 

3.3. План работы

 

3.3.1. Изучить конструкцию и принцип действия реле времени ВЛ-69.

3.3.2. Для исследования свойств реле времени ВЛ-69 необходимо собрать схему согласно рис. 3.1. Тумблер SA4 служит для одновременного запуска электронного секундомера и самого реле времени.

После включения стенда схема готова к пуску. Произвести включение схемы тумблером SA4. Секундомер будет производить отсчет времени до момента срабатывания реле времени. Занести показания секундомера в табл. 3.1, выключить тумблер SA4, обнулить показания секундомера и повторить опыт при различных уставках времени (устанавливается переключателями на лицевой панели реле времени ВЛ-69).

 

 

Рисунок 3.1 – Схема исследования электронного реле времени

Таблица 3.1 – Результаты опыта

Уставка времени tуст., с
Время срабатывания tср., с
Погрешность срабатывания t, c
Относительная погрешность t, %

 

3.3.3. По результатам измерений произвести расчет погрешности срабатывания реле времени по формуле:

 

Dt = t_уст. — t_ср

 

Рассчитать относительную погрешность по формуле:

 

, %

 

Определить среднюю относительную погрешность по формуле:

где n — число измерений.

 

3.3.4. Произвести измерения и расчеты по п.п. 3.3.2 и 3.3.3

при пониженном напряжении питания катушки реле времени ВЛ. Данные измерений занести в табл. 3.2.

 

Таблица 3.2 – Результаты опыта

Уставка времени tуст., с
Время срабатывания tср., с
Погрешность срабатывания t, c
Относительная погрешность t, %

 

3.4. Контрольные вопросы

 

1. Что такое время трогания электромагнита?

2. В чем заключается принцип магнитного демпфирования?

3. С какой целью магнитопровод реле времени изготовлен цельным из материала с малым удельным сопротивлением и малой

коэрцитивной силой?

4. Каково назначение массивной гильзы?

5. Каким образом можно регулировать выдержку времени срабатывания реле времени?

Лабораторная работа 4