|
|
Элементы релейно-контакторного управления и защитыЭлектромагнитные реле. В системах автоматики и телемеханики одним из наиболее распространенных элементов является реле. Реле это устройство, которое автоматически осуществляет скачкообразное изменение (переключение) выходного сигнала под воздействием управляющего сигнала, изменяющегося непрерывно в определенных пределах. Электромагнитное реле является промежуточным элементом, который приводит в действие одну или несколько управляемых электрических цепей при воздействии на него электрических сигналов управляющей цепи рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема включения реле в систему автоматического управления. Х – контролируемая величина; Д – датчик; Р – реле; ИУ – исполнительное устройство; К – контакт реле. Основные параметры реле: мощность срабатывания Р ср – минимальная электрическая мощность, которая должна быть подведена к реле от управляющей цепи для его надежного срабатывания. Эта мощность зависит от общих электрических и конструктивных параметров реле; мощность управления Р у – максимальная электрическая мощность в управляемой цепи, которая необходима для надежного срабатывания реле; допустимая разрывная мощность Р р – мощность в цепи, разрываемой контактами при определенном токе или напряжении без образования устойчивой электрической дуги при данном напряжении; коэффициент управления К у – величина, характеризующая отношение мощностей управления к срабатыванию реле К у= Р у/ Р ср 1): Существующие реле можно классифицировать по следующим признакам: назначению – управления, защиты и сигнализации; принципу действия – электромеханические (электромагнитные), нейтральные, поляризованные, магнитоэлектрические, электродинамические, индукционные, электротермические, фотоэлектронные и т.д; измеряемой величине – электрические (тока, напряжения, мощности, сопротивления, частоты, косинуса φ), тепловые (температуры, количества теплоты), механические (сила, давление, скорость, перемещения, уровня, объема и др.); мощности управления – маломощные с мощностью управления Р у ≤ 1Вт, средней мощности с Р у=1÷10Вт, мощные с Р у>10Вт; время срабатывания – безынерционные t ср≤0,001 с, быстродействующие t ср=0,001÷0,050 с, замедленные t ср=0,15÷1,00 с, реле времени t ср>1 с.
Электромагнитные реле является наиболее распространёнными из группы электромеханических реле, и получили широкое применение в устройствах автоматики, телемеханики и вычислительной техники. Реле постоянного тока подразделяются на нейтральные и поляризованные. По характеру движения якоря нейтральные электромагнитные реле подразделяются на два типа: с угловым движением якоря и втяжным якорем. На рис. 2 показана схема электромагнитного реле клапанного типа. Принцип действия таких реле заключён в следующем: при подаче тока в обмотку (катушку) создается магнитный поток, который, проходя через сердечник, ярмо, якорь и воздушный зазор δ н(о),создает усилие, притягивающее якорь к сердечнику. При этом якорь, воздействуя на колодку, перемещает её таким образом, что одни контакты замыкаются, а другие размыкаются.
Рис. 2. Схема электромагнитного реле. 1- каркас с обмоткой; 2 – ярмо; 3 – изоляторы; 4 – контактные пружины; 5 – замыкающие контакты; 6 – якорь; 7 – штифт отлипания; 8 – сердечник. Процесс срабатывания и отпускания можно определить четыре этапа. Этап I – срабатывание реле. Этап II – работа реле. Этап III – отпускания реле. Этап IV – покой реле.
Примерная временная диаграмма работы реле. I уст. – установившийся ток в обмотки реле. I ср. – ток срабатывания. I тр. – ток начала движения. I от. – ток отпускания. T тр. – время, за которое ток достигает значения I тр. T дв. – время движения якоря при срабатывании. T раб. – время работы реле. T от. – время отпускания реле.
T ср.= t тр.+ t дв. 1). T от.= t тр.+ t дв. 2). Где: t тр. – время до начала движения якоря при отпускания t дв. – продолжительность перемещения якоря.
К зап.= I уст./ I ср.
Где: К зап. – коэффициент запаса, показывающий надёжность работы реле. Электромагнитное тяговое усилие, это сила притяжения якоря реле прямо пропорциональна квадрату тока в катушке, обратно пропорционально квадрату длины δ воздушного зазора и не зависит от направления тока в обмотке. Зависимость электромагнитного тягового усилия от величины воздушного зазора между якорем и сердечником F э=ƒ(δ) называется тяговой характеристикой электромагнитного реле рис. 3.
Рис. 3. Тяговая характеристикаэлектромагнитного реле. В тех случаях, когда основным источником энергии является сеть переменного тока, желательно применять реле, обмотки которых питаются переменным током. Если использовать реле постоянного тока в сети переменного тока то электромагнитное усилие меняется с удвоенной частотой и якорь реле вибрирует периодически оттягивается от сердечника возвратной пружиной. Возможно включение реле постоянного тока в сеть переменного тока через выпрямительные устройства. Чаще всего применяют короткозамкнутый виток (из меди), охватывающий часть конца сердечника (расщепленный сердечник). Сердечник маломощных реле изготовлен сплошном, а средней и большой мощности из шихтованного трансформаторного железа. Поляризованные электромагнитные реле. У поляризованных реле направление электромагнитного усилия зависит от полярности сигнала постоянного тока в обмотке. Поляризация этих реле осуществляется при помощи постоянного магнита. Существует много конструктивных разновидностей поляризованных реле. На рис. 4 представлено поляризованное реле с дифференциальной схемой магнитной цепи.
1, 1′ - намагничивающие катушки; 2 – ярмо; 3 – постоянный магнит; 4 – якорь; 5, 5′ - контакты. Рис. 4. Поляризованное реле с дифференциальной схемой магнитной цепи.
Поляризованное реле могут быть применены в качестве вибропреобразователей, но наибольшее распространение они получили в маломощной автоматике, особенно в следящих системах управления. Достоинство поляризованных реле, это высокая чувствительность (мощность срабатывания 10‾³), большой коэффициент управления, малое время срабатывания. Недостатки: сложная конструкция, большие габариты, вес и стоимость. На якорь реле действует два независимых друг от друга потока: поток Ф 0(п), создаваемый постоянным магнитом 3 и независящий от рабочего состояния схемы, в которую включено реле, и рабочий поток (управляющий) Ф э(р), создаваемый намагничивающими катушками 1 и 1′ и зависящий от тока, протекающий по их обмоткам. Электромагнитное усилие, действующее на якорь 4, зависит от суммарного действия потоков Ф э(р) и Ф 0(р). Поляризующий поток Ф 0(р) проходит по якорю и разветвляется на две части Ф 01 и Ф 02. В зависимости от полярности управляющего сигнала рабочий поток Ф э(р) вычитается из потока Ф 01 в зазоре слева от якоря и прибавляется к потоку Ф 02 справа от якоря или наоборот. Таким образом, результирующее усилие, действующее на якорь, будет направлено в сторону того зазора, где магнитные оттоки суммируются. Контакты реле и средства дуго- и искрогашения. Контакты, являются важнейшим элементом реле, от которых зависит их срок службы. Контакты делятся на замыкающие и размыкающие. В исходном состоянии, когда ток в обмотке реле отсутствует, принято контакты реле замкнутые называть нормально-замкнутые (НЗ), а разомкнутые нормально- разомкнутые (НР). К тяжелым условиям работы контактов, при которых происходит наибольший износ, относится их замкнутое состояние, когда через них проходит весь ток нагрузки, и процесс размыкания, когда между контактами возникает дуга. Контакты по форме контактирующей поверхности и в зависимости от силы тока, на который они рассчитаны, делятся на три основные группы рис. 5: точечные – конус и плоскость или полусфера и плоскость и они рассчитанные на небольшие токи; плоскостные – плоскость и плоскость и они рассчитаны на средние токи: линейные – с соприкосновением по линии и они рассчитаны на большие токи.
а), б) – точечные; б) – плоскостные; г) – линейные. Рис. 5. Типы контактов реле.
Основной причиной разрушение контактов, является дуговой разряд, возникающий в момент их размыкания. Причиной интенсивного разряда является наличие в управляемой цепи реактивного сопротивления чаще всего индуктивности. Применяют два основных метода искро-и дугогашения, шунтирования индуктивности разрываемой цепи и шунтирование контактов. Методы искрогашения сводится к созданию замедленного исчезновения тока. На рис. 6 изображены схемы искрогашения.
а) б) б) Рис. 6.Схема искрогашения на контактах.
Схема гашения рис. 6 а), б) можно применять, если нагрузка запитана от сети на постоянном или на переменном токе, а схема б) только от сети постоянного тока. Контакторы. Основным аппаратом, выполняющие переключение цепей двигателей при автоматическом управлении, являются электромагнитные контакторы. В основном контакторы применяются для переключения мощной нагрузки. Контакторы обычно работают одновременно с различными реле (тока, напряжения и др.). Втягивающий электромагнит контактора выполняют как для постоянного тока, так и для переменного тока, а также они могут быть однополюсные и многополюсные. Обмотки электромагнитов контакторов выполняют на 110В или 220В постоянного тока, а также на 127В, 220В или 380В переменного тока и в основном служат для коммутации цепей переменного тока. Электромагнитный контактор (однополюсный) схематически изображен на рис. 7; он состоит из стального сердечника 1, на который надета катушка 2.
1 – сердечник; 2 – катушка; 3, 4 – контакты соответственно неподвижные и подвижные; 5 – пружина; 6 – якорь; 7, 8 – блок- контакты; 9 – изолирующая основа. Рис. 7. Схема однополюсного контактора:
Рассмотрим работу контактора. При подачи напряжения на катушку якорь 6 притягивается к сердечнику 1 и замыкает главные линейные контакты 3 - неподвижный и 4 – подвижный. Пружина 5 обеспечивает надежное прикосновение контактов. Вспомогательные блок-контакты 7 и 8 служат для служебных цепей (сигнализации, блокировки обмотки контактора и т. д.). Для автоматического пуска и остановки двигателя в основном применяют магнитный пускатель. Магнитный пускатель – это один из видов контакторов, предназначенный для пуска трехфазных электродвигателей. Эти пускатели по конструкции практически не отличаются от контакторов. Существует много видов автоматических схем управления электродвигателя на магнитных пускателях, пуск и остановка осуществляется с помощью кнопок. Такие схемы выполняются в виде отдельных устройств, называемых магнитными пускателями. Автоматический выключатель (автомат) который предназначен для отключения поврежденного участка цепи при возникновении в ней аварийного режима (короткого замыкания, тока перегрузки, пониженного напряжения). Автомат в отличие от контактора имеет узел элементов защиты, автоматически обнаруживающий появление в управляемой цепи ненормальных условий и дающих сигнал на отключение. Автоматы условно можно разделить на следующие типы: - универсальные – работающие на переменном и постоянном токе; - установочные – они предназначены для установки в общедоступных помещениях и выполняются по типу установочных изделий; - быстродействующие – постоянного тока. На рис. 8 представлена условная схема универсального автомата. Автомат коммутирует электрическую цепь, подсоединяемую к выводам а и б. На схеме показано, что автомат отключен. Для включения автомата, необходимо повернуть по часовой стрелке рукоятку 3, которая перемещает рычаги 4 и 5 вправо. При помощи этих рычагов поворачивается основная деталь автомата вокруг неподвижной оси О по часовой стрелке. В результате чего включается цепь тока сначала дугогасительные 8 и 10, а затем главные 7 и 11 контакты автомата. Включенное состояние автомата фиксируется специальной защелкой.
1 – катушка расцепителя; 2 – пружина; 3 – рукоятка; 4, 5 - рычаги; 6 – несущая деталь; 7, 8, 10, 11 – контакты; 9 – дугогасительные камеры. Рис. 8. Схема автоматического выключателя:
Отключающая пружина 2 взводится при включении автомата. При токе короткого замыкания в управляющей цепи, который проходит по отлучающей катушке, в его якоре создается электромагнитная сила, переводящая рычаги 4 и 5 вверх за мертвую точку, в результате чего автомат пружиной 2 отключается автоматически. При этом контакты размыкаются и возникающая, на них дуга выдувается в дугогасительную камеру 9 и гасится в ней. При отключении автомата первыми размыкаются главные контакты 7 и 11 и весь ток переходит в параллельную цепь контактов 8 и 10 с накладками из дугостойкого материала.
  Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...  Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
