Ім'я файлу: EPA_2010_6.doc
Розширення: doc
Розмір: 1413кб.
Дата: 20.02.2023
скачати
Пов'язані файли:
Курс лекцій ОТВГНГ Ч ІІ.doc
Кабельні лінії.doc
249275.docx
alexi,+Локазюк+В.М..pdf
file_470433.rtf
ФККПІ_2021_122_Кулачинська_А_О.docx
7AF0915D-F3D0-4643-A803-4469A0584A5C.doc
15 Форми в Ms Access.docx







  1. РЕЛЕ, КОНТАКТОРИ, КОМУТАТОРИ



    1. Електричні реле


6.1.1 Електромагнітні реле
У системах автоматики і телемеханіки одним з найбільш поширених елементів є реле. Реле - це пристрій, який автоматично здійснює стрибкоподібну зміну (перемикання) вихідного сигналу під впливом керуючого сигналу, що змінюється безперервно в певних межах.

Електричне реле є проміжним елементом, який приводить в дію одну або кілька керованих електричних ланцюгів при впливі на нього певних електричних сигналів керуючого ланцюга (рис. 6.1).



х - контрольована величина; Д - датчик, Р - реле;

ВП - виконавчій пристрій; К - контакт реле
Рисунок 6.1 – Структурна схема включення реле

в систему автоматичного управління
Основні параметри реле:

  • потужність спрацьовування Рспр - мінімальна електрична потужність, яка повинна бути підведена до реле від керуючого ланцюга для його надійного спрацювання, тобто приведення в дію керованого ланцюга; ця потужність визначається загальними електричними і конструктивними параметрами реле;

  • потужність управління Ру - максимальна електрична потужність у керованому ланцюзі, при якій контакти реле ще працюють надійно; потужність управління визначається параметрами контактів реле, перемикаючих керований ланцюг; вибір відповідного типу реле проводиться на підставі значень Рспр і Ру, так як ці параметри постійні для окремих конструкцій реле;

  • допустима розривна потужність Рр - потужність в ланцюзі, що розривається контактами при певному струмі або напрузі без утворення стійкої електричної дуги;

  • коефіцієнт управління Ку - величина, що характеризує відношення керованої потужності до потужності спрацювання реле:
    К = Ру / Рспр  1;

  • час спрацьовування tспр - інтервал часу від моменту надходження сигналу з керуючого ланцюга до моменту початку впливу реле на керований ланцюг; допустиме значення tcпp визначається необхідною швидкістю передачі сигналу в керований ланцюг.

Існуючі типи реле можна класифікувати за такими основними ознаками:

  • призначенням – для управління, захисту та сигналізації;

  • принципом дії - електромеханічні (електромагнітні нейтральні, електромагнітні поляризовані, магнітоелектричні, електродинамічні, індукційні, електротермічні), магнітні безконтактні, електронні,
    тригерні (безконтактно-електронні), фотоелектронні, іонні;

  • вимірюваною величиною - електричні (струму, напруги, потужності, опору, частоти, коефіцієнта потужності), механічні (сили, тиску, швидкості, переміщення, рівня, об'єму та ін.), теплові (температури, кількості теплоти), оптичні, сили звуку і інших фізичних величин (часу, в'язкості та ін.);

  • потужності керування - малопотужні з потужністю управління
    Ру < 1 Вт, середньої потужності з Ру = 1 ... 10 Вт, потужні з Ру > 10 Вт;

  • часу спрацювання - безінерційні (tcпp < 0,001 с), швидкодіючі
    (tcпp = 0,001 ... 0,050 с), уповільнені (tcпp = 0,15 ... 1,00 с), реле часу
    (tcпp > 1 с).

Найбільш поширені електромеханічні реле, в яких зміна вхідний електричної величини викликає механічне переміщення рухомої частини - якоря, що приводить до замикання або розмикання контактів.

Електромагнітні реле є найбільш поширеними з групи електромеханічних реле і отримали широке застосування в пристроях автоматики, телемеханіки та обчислювальної техніки. Якщо електромагнітні реле використовуються для перемикання потужних ланцюгів струму, вони називаються контакторами. Реле постійного струму поділяються на нейтральні і поляризовані. Нейтральне реле однаково реагує на постійний струм обох напрямків, що протікає по його обмотці, тобто положення якоря не залежить від напрямку струму в обмотці реле. Поляризовані реле реагують на полярність сигналу.

За характером руху якоря електромагнітні нейтральні реле поділяються на два типи: з кутовим рухом якоря і втяжним якорем.

На рисунку 6.2 показана схема найбільш поширеного електромагнітного реле клапанного типу. Для зменшення магнітного опору робочого повітряного зазору сердечник електромагнітного реле зазвичай забезпечується полюсним наконечником.



а - клапанного типу з замикаючими та розмикаючими контактами;
б - клапанного типу з замикаючими контактами;

1 - каркас з обмоткою, 2 - ярмо, 3 - виводи обмотки; 4 - колодка;
5 - контактні пружини; 6 - замикаючій контакт; 7 - рухливі контакти,
8 - розмикаючій контакт; 9 - поворотна пружина, 10 - якір;
11 - штифт підлипання; 12 - сердечник, 13 - провідний шар; 14 - ізолятори
Рисунок 6.2 – Схеми електромагнітних реле
При відсутності керуючого сигналу якір віддалений від сердечника на максимальну відстань за рахунок поворотної пружини 9. У цьому випадку одна пара контактів замкнута (розмикаючи контакти - РК), а інша пара розімкнута (замикаючи контакти - ЗК).

Принцип дії таких реле укладений в наступному: при подачі струму в обмотку (котушку) створюється магнітний потік, який, проходячи через сердечник, ярмо, якір і повітряний зазор δн(0), створює магнітне зусилля, яке притягує якір до сердечника. При цьому якір, впливаючи на колодку, переміщує її таким чином, що контакти ЗК замикаються, а РК розмикаються. У деяких конструкціях реле якір при виключенні струму під дією власної ваги повертається у вихідне положення.

Електромагнітне тягове зусилля (сила тяжіння якоря до котушки реле) прямо пропорційна квадрату струму в котушці, обернено пропорційна квадрату довжини δ повітряного зазору і не залежить від напрямку струму в керуючій обмотці.

У процесі спрацьовування реле змінюється довжина повітряного зазору, а отже, змінюється електромагнітне зусилля на якорі. Залежність електромагнітного зусилля від величини повітряного зазору між якорем і сердечником FЕ= f(δ) називається тяговою характеристикою електромагнітного реле (рис. 6.3).





Рисунок 6.3 – Тягова характеристика електромагнітного реле
При досить великих значеннях величини повітряного зазору δ електромагнітне зусилля досягає мінімального значення FЕMIN, а магнітне опір повітряного зазору стає значно більше магнітного опору сталевих елементів магнітопроводу (RM.δ » RM.CT); однак при малих значеннях зазору δ опір RM.δ різко зменшується і стає порівнянним з RM.CT, тобто електромагнітне зусилля не може бути нескінченно великою. Практично воно досягає деякого значення FЕMAX.

Так як після відключення обмотки реле частини магнітопровода зберігають деяку намагніченість, обумовлену коерцитивною силою, то
при δ0 можливо «залипання» притягнутого якоря під дією залишкової намагніченості сталі. Для зменшення цього тяжіння, тобто виключення «залипання», застосовують немагнітний штифт (наклепкі або прокладки), який закріплюється на вертикальній частині якоря проти осі сердечника (див. рис. 6.2, а, б). За допомогою штифта, товщина якого δ0 = 0,1 мм, при притягнутому якорі забезпечується певний мінімальний повітряний зазор
δ  δ0, що полегшує відхід якоря при виключенні струму. При цьому створюється достатній магнітний опір, який зменшує залишковий магнітний потік до мінімального значення. Робота електромагнітного реле зводиться до замикання і розмикання контактних пружин, число яких у різних конструкціях реле коливається в межах 2 ... 16.

Переміщенню якоря у напрямку до сердечника в процесі тяжіння протидіють сили пружних елементів реле - поворотної пружини і контактних пружин. При різних положеннях якоря ці сили різні, тобто протидіючі сили залежать від величини повітряного зазору δ. Залежність механічних (протидіючих) сил від величини зазору між якорем і сердечником називається механічною характеристикою реле FM = f (δ). Сили, подоланні якорем реле при його переміщенні, зображуються, як правило, у вигляді ламаних ліній.


Як приклад розглянемо побудову механічної характеристики реле з контактною групою, що діє на замикання (рис. 6.4). У процесі роботи реле якір 3 спочатку долає натяг спіральної пружини П, а потім його місток т після підйому на відстань δ1 виробляє підйом контактних пружин 1, 2.

1, 2 - контактні пружини; 3 - якір; 4 - колодка
Рисунок 6.4 – Схема реле (а)

та побудова її механічної характеристики (б)
На горизонтальній осі механічної характеристики у вигляді відрізка 0а відкладемо відстань δН(0) - між торцем сердечника і якорем в неробочому стані реле, яке дорівнює сумі холостого ходу якоря δ1 його робочого ходу
δ2 + δ3, відрізків еf і cd і довжині штіфта відлипання δ0. На осі ординат відкладемо силу, яку долає якір при переміщенні. У відпущеному положенні якір відчуває лише натяг поворотної спіральної пружини (точка b), а контактні пружини утримуються колодкою 4 і притискаються до нього силою попереднього натягу, що усуває вібрацію контактів при зворотному ході якоря. Ордината ab характеризує зусилля F0, що діє на якір у його вихідному положенні (для того щоб зрушити якір з початкового положення).

Протягом холостого ходу якоря (ділянка δ1) відбувається розтягування пружини П, причому навантаження якоря рівномірно зростає по ординаті bc. Кут нахилу 1 характеризується пружними властивостями пружини П. При зіткненні упору, наявного на містку т, з нижньою контактної пружиною 2 якір долає первинне натягнення цієї пружини, кілька згинаючи її (ділянку cd). У точці d нижня контактна пружина відходить від колодки і якір на ділянці de долає спільний опір двох пружин (поворотної спіральної та нижньої контактної). Кут нахилу ділянки de дорівнює сумі кутів 1 + 2, де кут 2 залежить від пружних властивостей нижньої контактної пружини. Переміщення якоря на цій ділянці характеризується абсцисою δ2.

З моменту зняття нижньої пружини з колодки відбувається її підйом до замикання контакту між пружинами 1 і 2. Після замикання контакту (точка е) якір починає долати попередній натяг верхньої контактної пружини - ділянка ef. У точці f верхня пружина знімається з колодки і на ділянці fg якір долає протидія трьох пружин (двох контактних і однієї спіральної). Кут нахилу ділянки fg визначається сумою трьох кутів 1 + 2 + 3, де кут 3 характеризується пружними властивостями верхньої контактної пружини. Для надійності замикання контактів, яке теоретично відбудеться вже в точці f, якір повинен додатково переміститися на відстань δ3 (щоб забезпечити відповідний контакт зусилля 2,6 ... 5,1 Н). Від останньої побудованої точки g проведемо горизонтальну пряму gh, яка визначить довжину штифта відлипання δ0.

З побудови неважко зрозуміти, що відрізки ламаної лінії характеризують окремі етапи роботи пружин. Для тяжіння якоря реле необхідно, щоб електромагнітне зусилля FЕ на всьому шляху руху якоря було більше сил, які протидіють його руху. Для забезпечення цієї умови тягова характеристика реле (крива 1) повинна розташовуватися вище його механічної характеристики. Проте дуже велике перевищення електромагнітного зусилля над протидією небажано, тому що це може призвести до сильних ударів якоря об сердечник і вібрації контактів. Крім того, в цьому випадку струм в обмотці реле був би надмірно великим, що призвело б до неприпустимого збільшення перерізу проводів. Тому при розрахунку приймають розташування тягової характеристики над механічної з торканням її хоча б в одній точці f (крива 2). Координати точки f (FK і δК) називаються критичними. Електромагнітне зусилля FЕ, що забезпечує вказане розташування характеристики і пропорційне току спрацьовування, розраховується за значеннями критичного зусилля FK і критичного зазору δК.



Рисунок 6.5 – Удачное (а) и неудачное (б) согласования

тягової и механі­ччної характеристик реле
На рисунку 6.5 зображено узгодження тягової і механічної характеристик реле. Для правильного узгодження необхідно, щоб тягові характеристики при струмах спрацювання Іспр і відпускання Івідп, проходячи відповідно через точки механічної характеристики 1 і 2, не перетиналися з нею в зоні зазорів (δ0 < δ < δн (0)), інакше якір може зупинитися в проміжних точках 3 і 4 характеристик, як це показано
на рис. 6.5, б.

Струм спрацьовування Іспр - струм в обмотці реле, при якому електромагнітне зусилля стає більше механічного і якір реле притягається до сердечника при зазорі δн (0). Струм відпускання Івідп - струм при зазорі δ0, коли якір повертається у вихідне положення (тобто струм не в змозі створити електромагнітне зусилля, що утримує якір).


У тих випадках, коли основним джерелом енергії є мережа змінного струму, бажано застосовувати реле, обмотки яких живляться змінним струмом. Як було вказано при побудові тягової характеристики, електромагнітне тягове зусилля прямо пропорційна квадрату струму в котушці. Якщо струм І змінюється за гармонічним законом з частотою ω, і періодом 2/ω то тягове зусилля буле мати постійну складову і гармоніку подвійної частоти 2ω, оскільки sin2 ωt = (1 – cos 2ωt)/2,

(див. рисунок 6.6).


Рисунок 6.6 – Графіки струму та електромагнітного зусилля

в обмотці реле змінного струму
Якір буде притягатися до сердечника під дією середнього значення електромагнітного зусилля, тобто його постійної складової FЕ.СР.

Можливо включення реле постійного струму в мережу змінного струму через випрямні пристрої. На рис. 6.7 зображені схеми подібних пристроїв.





Рисунок 6.7 – Схеми включення реле постійного струму в мережу змінного струму з однонапівперіодним (а) і з двонапівперіодним (б) випрямленням
Оскільки при застосуванні змінного струму електромагнітне зусилля змінюється (пульсує) з певною частотою, неодноразово звертаючись в нуль за період живильної (вхідної) напруги, якір реле може вібрувати, періодично відтягуватися від сердечника поворотної пружиною, що викликає знос його осі, обгорання контактів, переривання електричного ланцюга і інші небажані явища.

Хоча змінний струм є більш поширеним, ніж постійний, реле змінного струму знайшли менше застосування, так як вони вимагають використання шихтованого магнітопроводу (набраного з окремих листів), а також спеціальних заходів для усунення вібрації якоря.


      1. Поляризовані електромагнітні реле


На відміну від розглянутих раніше нейтральних електромагнітних реле, у поляризованого реле напрямок електромагнітного зусилля залежить від полярності сигналу постійного струму в обмотці. Поляризація цих реле здійснюється за допомогою постійного магніту.

Існує багато конструктивних різновидів поляризованих реле, які класифікуються за рядом ознак. За конструктивною схемою магнітного ланцюга розрізняють реле з послідовної, паралельної (диференціальної) і мостовий магнітними ланцюгами, за кількістю обмоток управління – з одною й багатьма обмотками, за способом налаштування контактів (числу стійких положень якоря) – дво- і трипозиційні.

Поляризовані реле можуть бути використані також як віброперетворювачі, але найбільше поширення вони одержали в малопотужній автоматиці, особливо в слідкуючих системах при управлінні реверсивними двигунами.

До достоїнств поляризованих реле відносяться:

  • висока чутливість, яка характеризується малою потужністю спрацьовування (біля 10-5 Вт);

  • великий коефіцієнт управління;

  • малий час спрацьовування (одиниці мілісекунд).

Недоліки в порівнянні з нейтральними електромагнітними реле наступні:

  • трохи складніше конструкція;

  • великі габаритні розміри, вага і вартість.

У поляризованих реле використовують диференціальні і мостові схеми магнітних кіл, які мають багато різновидів (назва ланцюгів визначається типом електричної схеми заміщення електромагнітної системи). На рисунку 6.8 зображено поляризоване реле з диференціальною схемою магнітного ланцюга.На якір реле діє два незалежних один від одного потоку: потік
поляризації Ф0(П), створюваний постійним магнітом 3 і незалежний від робочого стану схеми, в яку включено реле, і робочий (керуючий) потік
ФЕ(Р), створюваний котушками намагнічування 1 і 1', який залежить від с
труму, що протікає по їх обмотках.
1, 1' – котушки намагнічування; 2 - ярмо,
3 - постійний магніт, 4 - якір; 5, 5'- контакти
Рисунок 6.8 – Поляризоване реле з диференціальною схемою

магнітного ланцюга:

Електромагнітне зусилля, що діє на якір 4, залежить, таким чином, від сумарної дії потоків ФЕ(Р) і Ф0(П). Зміна напрямку електромагнітного зусилля при зміні полярності струму в робочій обмотці відбувається внаслідок того, що змінюється напрямок робочого потоку щодо потоку поляризації.
Рисунок 6.9 – Поляризоване реле з мостовою схемою

магнітного ланцюга

Потік поляризації Ф0(П) проходить по якорю і розгалужується на дві частини - Ф01 і Ф02 відповідно до провідностей повітряних зазорів зліва δЛ і праворуч δПР від якоря. У залежності від полярності керуючого сигналу робочий потік ФЕ(Р) віднімається з потоку Ф01 в зазорі ліворуч від якоря і додається до потоку Ф02 праворуч від якоря (як показано на рис. 6.8), або навпаки.

У випадку, показаному на рисунку, якір перекинеться з лівого положення в праве. При виключеному сигналі якір буде знаходитися в тому положенні, яке він займав до вимикання сигналу. Таким чином, результуюче електромагнітне зусилля, що діє на якір, буде спрямовано в бік того зазору, де магнітні потоки сумуються.

У поляризованому реле з мостовою схемою магнітного ланцюга
(рис. 6.9) сили тяжіння якоря, включеного в одну з діагоналей цієї схеми, діють так само, як і в диференціальній схемі, тобто в повітряному зазорі з одного боку якоря робочий потік ФЕ(Р) спрямований згідно з потоком поляризації Ф0(П), а з іншого - зустрічно. Мостові схеми поляризованих реле мають більш високу стабільність параметрів і стійкість до зовнішніх механічних впливів.


Поляризовані реле випускаються трьох видів налаштування. Реле, зображене на рис. 6.8, є двохпозиційним. Якщо нерухомі контакти 5 і 5' симетрично розташовані відносно нейтральної лінії (якір відрегульований симетрично), то при виключенні керуючого сигналу якір реле залишається в тому ж положенні, яке він займав при наявності цього сигналу. Повторне включення керуючого сигналу колишньої полярності не викличе зміни положення якоря. Якщо змінити полярність керуючого сигналу, то якір перекинеться в інше положення і залишиться в ньому після зняття сигналу. Така настройка називається нейтральною або двохпозиційної.
а - двохпозиційного з підтисканням до одного з контактів;
б - трьохпозіційного; 1, 2 - контакти
Рисунок 6.10 – Способи налаштування контактів
поляризованого реле
Якщо (рис. 6.10, а) один з контактів 1 або 2 висунутий за нейтральну лінію, то реле є двохпозиційним з переважанням до одного з контактів. У цьому випадку при вимкненому реле якір завжди притиснутий до лівого контакту 1 (до правого контакту 2, якщо за нейтральну лінію висунутий лівий контакт) і перекидається вправо лише на час протікання в керуючій обмотці струму відповідної полярності.

Трьохпозиційний реле має симетрично розташовані від нейтральної лінії нерухомі контакти (рис. 6.10, б). Якір при відсутності керуючого сигналу утримується в середньому положенні за допомогою спеціальних пружин, розташованих з двох сторін, або закріплюється на плоскій пружині, пружність якої створює стійке положення рівноваги в середньому положенні. При подачі сигналу в керуючу обмотку контакт на якорі замикається з лівим чи правим контактом (в залежності від полярності сигналу) і повертається в нейтральне положення після зняття сигналу.

Поляризовані реле знаходять широке застосування в схемах автоматики завдяки своїм характерним особливостям. Наявність декількох обмоток дозволяє використовувати їх як логічні елементи, невелика потужність спрацьовування - як елементи контролю невеликих електричних сигналів, малий час спрацьовування і чутливість до полярності вхідних сигналів - як амплітудні модулятори і демодулятори. Завдяки високій чутливості поляризовані реле часто використовують в малопотужних ланцюгах змінного струму з включенням через випрямляч.


      1. Контакти реле. Засоби дуго-і іскрогашення


Контакти, будучи найважливішим елементом реле, визначають надійність і термін їх служби. За характером роботи контакти поділяються на замикаючі (при відсутності сигналу в обмотці реле вони розімкнуті, а за наявності струму в керуючій обмотці вони замикаються) і замкнуті (при відсутності сигналу вони замкнуті і розмикаються при наявності сигналу в обмотці реле). У процесі роботи реле контакти можуть бути у таких станах: замкнутому, в процесі розмикання, розімкнутому і в процесі замикання.

До важких умов роботи контактів, при яких відбувається найбільший знос, належать їх замкнутий стан, коли через контакти тече весь струм навантаження, і процес розмикання, коли між контактами виникає дуга.

У міру збільшення зусилля FK, що діє на контакти, збільшується площа їхнього зіткнення, а перехідний опір зменшується. При наявності на поверхні контактів окисної плівки необхідно, щоб механічний тиск в точках контакту був достатнім для її руйнування.

Залежність перехідного опору від контактного тиску має вигляд:

RK = a / (0,1FK)b,

де а - коефіцієнт, що залежить від властивостей контактного матеріалу і шорсткості контактної поверхні; FK - контактне зусилля; b - коефіцієнт, що характеризує форму контактів.


Контакти за формою контактуючих поверхонь і в залежності від струму, на який вони розраховані, ділять на три основні групи (рис. 6.11):

а - точкові; б - площинні; в - лінійні
Рисунок 6.11 – Типи контактів реле


  • точкові - конус і площину або півсфера і площину (теоретично із зіткненням в одній точці), розраховані на невеликі струми;

  • площинні - площину і площину, розраховані на середні струми;

  • лінійні - із зіткненням по лінії, розраховані на великі струми.

У реле малої та середньої потужностей найбільше поширення має точковий контакт, який забезпечує надійне електричне з'єднання при невеликому контактному тиску. Контакти при цьому закріплюються на пружних плоских пружинах. Існують контакти спеціальних типів: вакуумні та ртутні.

До матеріалів, з яких виготовляються контакти, пред'являються особливі вимоги: вони повинні бути механічно міцними, твердими, мати високі значення температури плавлення, мати гарну тепло- і електропровідність, легко оброблятися, бути стійкими проти корозії і ерозії, а також відносно дешевими.

На практиці при виборі матеріалу контактів користуються такими міркуваннями:

  • малі тиски 0,01 ... 0,03 Н (високочутливі реле) - платина;

  • тиски від 0,05 до 1 Н (при малій частоті спрацьовування) - срібло;

  • тиски від 0,3 до 1 Н (при більшій частоті спрацьовування) - металокерамічні матеріали;

  • тиск понад 1 Н (велика частота спрацьовування) - вольфрам.

Основною причиною руйнування контактів, що визначає термін їх служби, є дуговий розряд, який виникає при розмиканні. Причиною інтенсивного розряду є наявність у керованій ланцюга реактивного опору. Якщо він має ємнісний характер, то інтенсивне іскріння спостерігається при замиканні контактів. Якщо ж керований ланцюг містить значну індуктивність, то особливо сильний і затяжний розряд виникає при розриві цього ланцюга через утворення перенапруги на контактах. У більшості випадків керований ланцюг містить індуктивність.

Застосовуються два основні методи іскро- і дугогашення: шунтування індуктивності ланцюга, що розривається, і шунтування контактів. В обох випадках, поки контакти замкнені, в магнітному полі індуктивності накопичується енергія, яка при розмиканні контактів витрачається не в дузі, а в шунтувальному пристрою. Методи іскрогашення зводяться до створенняуповільненого зникнення струму.


а - шунтування навантаження ємністю і опором;
б - шунтування навантаження діодом; в - шунтування контактів
Рисунок 6.12 – Схеми іскрогашення в контактах
На рисунку 6.12 зображені основні схеми іскрогашення. У схемі, представленої рисунку 6.12, а, застосовується метод шунтування індуктивного навантаження послідовним включенням ємності з опором RШ. У момент розмикання контактів в контурі, утвореному навантаженням і шунтом, під дією енергії, запасеної в магнітному полі, виникає струм перехідного процесу, який протікає ще деякий час після розмикання контактів, запобігаючи тим самим наведення високих значень ЕРС самоіндукції.

Енергія магнітного поля перетворюється в теплоту, яка виділяється на опорі шунта RШ. Наявність конденсатора у схемі виключає проходження струму навантаження при замкнутих контактах, і, отже, виключаються втрати енергії в опорі шунта.

Для того щоб в контурі LН - RH - С - RШ не виникли автоколивання струму, ємність вибирають з умови RH + RШ  2 .

У схемі на рис. 6.12, б діод виробляє аналогічну дію, тобто шунтуэ індуктивне навантаження і пропускає струм перехідного процесу І, який створює ЕРС самоіндукції в момент розриву керованого ланцюга. При замкнутих контактах діод замкнений напругою мережі і не пропускає струм навантаження.

На рис. 6.12, в зображена схема шунтування контактів ємністю з опором. Тут ємність виключає протікання струму навантаження у ланцюзі шунтування при розімкнутих контактах. Крім того, усувається витрата енергії як в ланцюзі навантаження, так і в шунтувальному опорі, оскільки конденсатор не пропускає постійний струм.

Ланцюжок RШ - С створює шлях повз контактів для убутного після їх розриву струму навантаження і для розсіювання енергії, запасеної в магнітному полі ланцюга навантаження. Після розмикання контактів струм у міру заряду конденсатора від нуля до напруги живлення U поступово зменшується до нуля (тобто різкого збільшення напруги на контактах не виникає). Напруга на контактах, як і на ємності, поступово збільшується до значення U. Струм в цьому випадку проходить повз контактів через ланцюжок RШ - С і дугового розряду не виникає. Так як на практиці ємність конденсатора вибирають в межах 0,5 ... 2 мкФ, то зарядка конденсатора буде відбуватися повільно і, отже, напруга на контактах буде також наростати досить повільно.


6.1.4. Реле часу

Реле часу створює регульовану витримку часу від моменту подачі сигналу на спрацьовування до моменту замикання (або розмикання) контактів. Програмне реле - це різновид реле часу з кількома контактами, котрі мають різні регульовані, як правило, незалежні один від одного витримки часу. Наприклад, існують реле рахунку імпульсів, контакти яких замикаються після відліку заздалегідь заданого числа імпульсів, що подаються на котушку управління. Пристрій таких реле має багато спільного з кроковими шукачами.


Для створення витримки часу застосовуються електричний розрядний RС-контур, електромагнітні реле з короткозамкненими гільзами, механічні пристрої (анкерний і планетарний), пневматичні та ін.
Рисунок 6.13 – Схема реле часу з п’єзокерамічним елементом
На рисунку 6.13 дана схема реле часу з п'єзокерамічним елементом. П'єзокерамічні матеріали, отримані, наприклад, на основі титанату барію, мають властивість змінювати свої лінійні розміри в електричному полі. Пьезокерамический бі-морфний елемент (БЕ) складається з двох міцно склеєних платівок, на зовнішніх поверхнях яких, а також в місці їх з'єднання розміщені металеві обкладки. Верхній шар елемента в електричному полі подовжується, нижній - коротшає. У результаті цей елемент, консольно закріплений на одному кінці, згинається, що призводить до замикання контакту К1. При знятті електричного поля з обкладок деформація біморфного елемента зникає, контакт К1 розмикається, а контакт К2 замикається.

При замкнутій кнопці управління (КУ) конденсатор С і обкладки БЕ заряджені до напруги U0 і сам БЕ деформований. При відключенні КУ починається розряд конденсатора С на резистор R. Напруга на обкладинках БЕ поступово знижується, і його механічна деформація також поступово зникає.

Процес розряду конденсатора описується рівнянням



Рішення цього рівняння при початковій умови t = 0 і І = І0 має вигляд



Зміна напруги на конденсаторі (між обкладками БЕ) описується аналогічною залежністю



Припустимо, що реле спрацьовує і його контакт К2 замикається, коли напруга знизиться до значення UСПР. Тоді час спрацьовування:

tCПР = RC ln(U0/UCПР).

Реле часу з електромагнітним сповільненням (електромагнітне реле



1 – електромагнітний привод;

2 – пружина; 3 – зубчатий диск; 4 – анкер;

5 – вантажик; 6 – храпове коллесе;

1 – магнітопровід; 2 – котушка; 7 – собачка; 8 – ричав; 9 - контакт

3 - гільза

Рисунок 6.14 – Електромагнітне Рисунок 6.15 – Реле часу з анкерним

реле часу механізмом

часу) ґрунтується на використанні вихрових струмів для уповільнення спрацювання електромагнітної системи. На магнітопровід 1 (рис. 11.17)
надіта металева (зазвичай мідна) гільза (або шайба) 3, рівнозначна короткозамкненою обмотці з одним витком. Коли змінюється основний потік Ф0, створений струмом котушки 2, в гільзі 3 наводяться вихрові струми, потік Фвх від яких має напрямок, що перешкоджає зміни основного потоку відповідно до принципу інерції Ленца. Коли потік Ф0 наростає, потік Фвх має протилежний напрямок, а коли Ф0 знижується - напрямок Фвх збігається з напрямком Ф0.

Широко поширені реле часу з механічним уповільненням, зокрема з годинниковим механізмом. У таких реле (рис. 6.15) при подачі напруги на електромагнітний привод 1 розтягується пружина 2 і годинниковий механізм приходить в дію. Анкер 4, повертаючись навколо осі О2, «перепускає» зубчасті диск 3, який обертається навколо осі О1 Важіль 8, що переміщується разом з ним, в кінці шляху впирається в пластинчастий контакт 9 і замикає його. Храповий механізм дає рухливій системі реле можливість повернутися у вихідне положення, коли буде знята напруга електромагнітного приводу 1. Повернення здійснюється спеціальною пружиною (на рисунку не показана). Змінюючи відстань від грузика 5 до осі О2 і масу грузика, можна регулювати момент інерції анкера і через нього - витримку часу реле.

Витримка часу, створювана реле з годинниковим механізмом, визначается наступним виразом

,
де  - кут повороту рухомої системи від початку руху до замикання контактів; п - передатне число зубчастого механізму; z - число зубів ходового колеса; Та - період коливань анкера,



тут J - момент інерції анкера;  - кут повороту анкера при коливаннях; Мдв - момент, створювані рухомими силами; Мпрд - момент, створювані протидіючими силами.

У деяких реле застосовується пневматичне або гідравлічне уповільнення. Зміною перетину отвору, через який проникає повітря (або рідина) з одного об'єму в іншій, досягається регулювання витримки часу. Найбільш високі витримки часу (до кілька годин) досягаються в реле з планетарними механізмами.
6.1.5. Теплові реле
Вимірювальним органом теплового реле є біметалічний елемент, який при нагріванні вигинається і переводить контактну систему у відключений або включений стан. Біметалічний елемент являє собою двошарову пластинку з металів з різними температурними коефіцієнтами лінійного розширення (ТКЛР). При нагріванні шар термоактивного металу істотно розширюється, в той час як шар термоінертного металу майже не деформується. Якщо один кінець біметалічної платівки жорстко закріпити, то інший вільний кінець її буде згинатися.


Платівки біметалічного елемента, міцно сполучені між собою, повинні мати якомога більшу різницю ТКЛР, що буде збільшувати чутливість теплового реле. Межі пружності компонентів біметалу повинні бути високими. У цьому випадку для них допустима найвища температура нагріву, що не викликає залишкових деформацій.

В якості матеріалу з низьким ТКЛР (термоінертного компонента) часто застосовується сплав нікелю з залізом, званий інваром. Інвар 36Н містить 36% нікелю, інвар 39Н - 39%. Як термоактивні компоненти з високим ТКЛР використовуються різні сталі, латунь, константан та інші матеріали.

1 - біметалева пластина; 2 - кнопка ручного повернення; 3, 8 - упори;

4 - пластмасова колодка; 5 - рухомий контакт; 6 - нерухомий контакт;

7 - пружина
Рисунок 6.16 – Схема теплового реле
На рисунку 6.16 зображена конструктивна схема теплового реле. Біметалева пластина 1 такого реле впирається у верхній кінець пружини 7. Нижній кінець пружини тисне на виступ пластмасовою колодки 4, яка може повертатися навколо осі О1.

У положенні, зображеному на рисунку 6.16, рух пластини 1 і верхнього кінця пружини 7 вліво обмежено упором 8. Сила пружини 7 впливає на виступ пластмасовою колодки 4 так, що вона виявляється поверненою за годинниковою стрілкою, а укріплений на ній рухливий контакт 5 - замкненим з нерухомим контактом 6.

При протіканні підвищеного струму через нагрівальний елемент НЕ (або безпосередньо по пластині 1) - біметалева пластина 1 нагрівається і її нижній кінець переміщується в напрямку стрілки А. У результаті верхній кінець пружини 7 переходить вправо і створювана нею сила впливає на колодку 4 так, що вона повертається на деякий кут проти годинникової стрілки, а контакти 5 і 6 розмикаються. Упори 3 та 8 обмежують переміщення нижнього кінця пластини 1. Повернення реле в початкове положення відбувається спонтанно, коли біметалічна платівка охолоне. В інших конструкціях переклад реле в початкове положення здійснюється кнопкою ручного повернення 2.


    1. Елементи контакторного керування і захисту



      1. Електромагнітні контактори


Основним апаратом, який виконує замикання і розмикання головних ланцюгів двигуна при автоматичному управлінні, є електромагнітний контактор, що представляє собою вимикач, що включається і виключається за допомогою електромагніту. Контактори зазвичай застосовують одночасно з різними реле, наприклад реле струму, напруги та ін. Контакти реле включають у ланцюг електромагнітів, що дає можливість проводити включення і виключення силових ланцюгів зі струмом від 10 до кількох сотень ампер і напругою до декількох сотень вольт. Контактори виконують як для постійного, так і для змінного струму, і вони можуть бути одно- і багатополюсними. Контактори постійного струму живляться постійним струмом напругою 110 або 220 В і споживають потужність 20 ... 30 Вт. Обмотки контакторів змінного струму живляться змінною напругою 127, 220 або 380 В і служать для комутації ланцюгів змінного струму.

На рис. 6.17 схематично зображено однополюсний контактор; він складається з сталевого сердечника 7, на який надіта котушка 2. При включенні струму в котушці якір 6 притягується до сердечника і замикає головні лінійні притерті контакти: 3 - нерухомий і 4 - рухомий. Пружина 5 забезпечує надійність дотику контактів. Допоміжні блок-контакти 7 і 8 використовуються для ланцюгів обмоток інших контакторів, реле і ланцюгів сигналізації. Число допоміжних контактів може бути різним, причому вони можуть бути розмикаючими або замикаючими.

При виключенні котушки якір під дією власної ваги (при вертикальному розташуванні контактора) відпадає і розриває ланцюг струму;





1 - сердечник; 2 - котушка, 3, 4 - контакти відповідно нерухомий і рухомий,

5 - пружина, 6 - якір; 7, 8 - блок-контакти; 9 - ізолююча основа
Рисунок 6.17 – Схема однополюсного контактора
одночасно розмикаються контакти 7 і 8. Включення контакторів може здійснюватися спеціальними замикачами. Всі деталі контактора монтуються на ізолюючої основі 9. Вибір контакторів проводиться виходячи з напруги в ланцюзі головних контактів і блок-контактів, а також значення і тривалості протікання струму навантаження. Ці дані наводяться в каталогах і довідниках.

6.2.2 Схеми блокування і взаємного блокування реле
На рисунку 6.18 зображені типові релейні схеми, що найбільш часто зустрічаються в пристроях автоматики.

Схема економічного включення реле подана на рисунку 6.18, а. При спрацьовуванні реле Р його власні блок-контакти Р(БК) розмикаються і в ланцюг обмотки включається додатковий опір RД, який до спрацьовування реле був замкнутий на коротко розмикальним контактом. При цьому струм в ланцюзі різко зменшується, що робить схему економічною, тому що в цьому разі зменшуються втрати енергії в ланцюзі обмотки, а отже, і її нагрівання. Зменшення струму пояснюється тим, що для утримання якоря в притягнутому положенні потрібно значно менший струм в обмотці реле, ніж струм спрацьовування. Тому якщо реле повинно перебувати довго в притягнутому стані, то вигідно після його спрацьовування зменшити значення струму в обмотці до мінімального, необхідного для утримання якоря.

Схема самоблокування реле подана на рисунку 6.18, б. При натисканні кнопки К1 реле Р спрацьовує і своїм замикаючим контактом Р(БК) шунтує кнопку К1; тому при відпусканні кнопки ланцюг обмотки реле залишається з
амкнутим.
Рисунок 6.18 – Схеми економічного включення реле (а),

самоблокування реле (б) і взаємного блокування двох реле (в)
Для підвищення економічності схеми можна послідовно з контактором реле включити додатковий опір. Для відключення реле досить натиснути кнопку К2, при цьому обмотка реле знеструмиться і його контакти Р(БК), що шунтують кнопку К1, розімкнуться. Ця схема знайшла застосування при кнопковому управлінні будь-яким пристроєм.

Схема взаємного блокування двох реле подана на рисунку 6.18, в. Ця схема не допускає одночасного включення двох реле, наприклад, одне реле призначено для включення обертання двигуна в одному напрямку, а інше реле - в іншому напрямку. Це досягається введенням в ланцюг обмотки одного з них розмикаючих контактів іншого, причому реле повинні мати різний час спрацьовування. Позначення кожного контакту показує, якому реле цей контакт належить. Наприклад, якщо час спрацювання реле Р1 менше, ніж час спрацьовування реле Р2, то при одночасному натисканні двох кнопок К11 і К21 спрацьовує лише реле Р1 і своїми контактами розмикає ланцюг обмотки реле Р2. При замиканні тільки кнопки К21спрацьовує лише реле Р2. Реле Р1 і Р2 не можуть спрацьовувати одночасно, оскільки це призводить до виходу системи з ладу. Кнопки К12 і К22, як і раніше, дозволяють привести схему в початковий стан.



      1. Магнітні пускачі


Існує багато видів автоматичних схем керування електричними двигунами, пуск і зупинка яких здійснюються за допомогою кнопок. Такі схеми виконуються у вигляді окремих пристроїв, званих магнітними пускачами. Магнітний пускач - це один з видів контакторів, призначений для пуску трифазних асинхронних двигунів.

а
- нереверсивна; б - реверсивна
Рисунок 6.19 – Схеми магнітних пускачів

для управління електродвигунами
На рисунку 6.19, а зображена схема керування електричним двигуном змінного струму з коротко замкнутим ротором за допомогою нереверсивного магнітного пускача. Ця схема містить контактора з трьома головними лінійними контактами Л1 і одним блок-контактом БК, що служить для його самоблокування після спрацьовування при натисненні кнопки К1 (Пуск), а також двох біметалічних теплових реле РТ1 і РТ2 для захисту двигуна від перевантаження. Ланцюг управління приєднується до ланцюга головного струму перед головними контактами пускача (точки А і Б), в іншому випадку при відключеному контакторі ланцюг управління залишилася б без напруги.

Схема працює таким чином. При натисканні кнопки К1 (Пуск) утворюється ланцюг: фаза А - нормально закритий контакт теплового реле КРТ1 - котушка контактора Р –контакт теплового реле КРТ2 - натиснута кнопка К1 - замкнута кнопка К2 (Стоп) - фаза Б. Оскільки через котушку контактора проходить струм, то вона замикає головні контакти і замикає блок-контакт БК. У результаті електродвигун Д, приєднаний до мережі, починає обертатися. При замиканні блок-контакту БК пускова кнопка К1 шунтується і може бути відпущена, тому що струм в котушку Р проходить тепер через блок-контакт БК.

При натисканні кнопки К2 (Стоп) ланцюг котушки знеструмлюється, тому розмикаються головні лінійні контакти Л1 і блок-контакт БК, а електродвигун зупиняється. Той же ефект досягається при відключенні напруги в ланцюзі головного струму або при зниженні його до 65% від номінального. Повторна подача напруги в ланцюг головного струму не викликає включення електродвигуна до тих пір, поки не буде знову натиснута кнопка К1 (Пуск). Таким чином, забезпечується так званий «нульовий захист».

Теплові реле РТ1 і РТ2 включені в ланцюг головного струму, і через них проходить весь струм електродвигуна. Ці реле мають розмикаючи контакти КРТ1 і КРТ2, що включені послідовно з котушкою Р. При нормальному навантаженні двигуна контакти реле КРТ1 і КРТ2 замкнуті. При перевантаженні двигуна одне або два реле (РТ1, РТ2) розмикають свої контакти КРТ1 і КРТ2, що викликає знеструмлення ланцюга котушки Р. Контакти Л1 і БК розмикаються, і електродвигун зупиняється. Подальший принцип роботи теплового реле описаний раніше. Оскільки теплові реле мають велику теплову інерцію, то вони не можуть захистити електродвигун при коротких замиканнях. Тому включення плавких запобіжників ПП необхідно навіть при наявності теплових реле.

При частому реверсуванні двигуна застосовується реверсивний магнітний пускач (рис. 6.19, б). Реверсивна схема збирається за принципом схеми самоблокування (див. рис. 6.18, б).

При включенні першого магнітного пускача електродвигун Д обертається в одному напрямку, а при вимиканні першого пускача та включення другого - у зворотному.

Одночасне включення обох пускачів неприпустимо, оскільки це може призвести до короткого замикання в ланцюзі головного струму. Щоб запобігти ввімкнення другого пускача, коли вже включений перший, в ланцюг котушки Р2 другого пускача включають розмикаючий контакт 2К1 першого пускача, і навпаки, в ланцюг котушки Р1 першого пускача включають розмикаючий контакт 2К2 другого пускача. Тому при включенні першого пускача його контакт 2К1 розмикається і натискання кнопки К2 не призводить до включення другого пускача. Аналогічно, натискання кнопки К1 при працюючому пускачі Р2 не може призвести до включення пускача Р1.

Для реверсування двигуна необхідно спочатку відключити працюючий двигун, а потім пустити його в зворотному напрямку. У схемі передбачається тільки одна спільна кнопка «Стоп» - КСП, що включена у нерозгалужену частину ланцюга, куди включені також контакти теплових реле КРТ1 і КРТ2.


скачати

© Усі права захищені
написати до нас