Практическая работа №4

Тема: Электромагнитное реле и контакторы

Электромагнитные реле управления Реле - электрический аппарат, предназначенный для коммутации электрических цепей (скачкообразного изменения выходных величин) при заданных изменениях электрических или не электрических входных величин. Релейные элементы (реле) находят широкое применение в схемах управления и автоматики, так как с их помощью можно: управлять большими мощностями на выходе при малых по мощности входных сигналах; выполнять логические операции; создавать многофункциональные релейные устройства; осуществлять коммутацию электрических цепей; фиксировать отклонения контролируемого параметра от заданного уровня; выполнять функции запоминающего элемента и т. д. Классификация реле Реле классифицируются по различным признакам: по виду входных физических величин, на которые они реагируют; по функциям, которые они выполняют в системах управления; по конструкции и т. д. По виду физических величин различают электрические, механические, тепловые, оптические, магнитные, акустические и т.д. реле. При этом следует отметить, что реле может реагировать не только на значение конкретной величины, но и на разность значений д(ифференциальные реле), на изменение знака величины (поляризованные реле) или на скорость изменения входной величины. Устройство реле Реле обычно состоит из трех основных функциональных элементов: воспринимающего, промежуточного и исполнительного. Воспринимающий (первичный) элемент воспринимает контролируемую величину и преобразует её в другую физическую величину. Промежуточный элемент сравнивает значение этой величины с заданным значением и при его превышении передает первичное воздействие на исполнительный элемент. Исполнительный элемент осуществляет передачу воздействия от реле в управляемые цепи. Все эти элементы могут быть явно выраженными или объединёнными друг с другом. Воспринимающий элемент в зависимости от назначения реле и рода физической величины, на которую он реагирует, может иметь различные исполнения, как по принципу действия, так и по устройству. Например, в реле максимального тока или реле напряжения воспринимающий элемент выполнен в виде электромагнита, в реле давления – в виде мембраны или сильфона, в реле уровня – в вице поплавка и т.д. По устройству исполнительного элемента реле подразделяются на контактные и бесконтактные. Контактные реле воздействуют на управляемую цепь с помощью электрических контактов, замкнутое или разомкнутое состояние которых позволяет обеспечить или полное замыкание или полный механический разрыв выходной цепи. Бесконтактные реле воздействуют на управляемую цепь путём резкого (скачкообразного) изменения параметров выходных электрических цепей (сопротивления, индуктивности, емкости) или изменения уровня напряжения (тока). Основные характеристики реле определяются зависимостями между параметрами выходной и входной величины. Различают следующие основные характеристики реле. 1. Величина срабатывания Хср реле – значение параметра входной величины, при которой реле включается. При Х < Хср выходная величина равна Уmin, при Х > Хср величина У скачком изменяется от Уmin до Уmax и реле включается. Величина срабатывания, на которую отрегулировано реле, называется уставкой. 2. Мощность срабатывания Рср реле – минимальная мощность, которую необходимо подвести к воспринимающему органу для перевода его из состояния покоя в рабочее состояние. 3. Управляемая мощность Рупр – мощность, которой управляют коммутирующие органы реле в процессе переключении. По мощности управления различают реле цепей малой мощности (до 25 Вт), реле цепей средней мощности (до 100 Вт) и реле цепей повышенной мощности (свыше 100 Вт), которые относятся к силовым реле и называются контакторами. 4. Время срабатывания tср реле – промежуток времени от подачи на вход реле сигнала Хср до начала воздействия на управляемую цепь. По времени срабатывания различают нормальные, быстродействующие, замедленные реле и реле времени. Обычно для нормальных реле сtр = 50…150 мс, для быстродействующих реле tср 1 с. Принцип действия и устройство электромагнитных реле Электромагнитные реле, благодаря простому принципу действия и высокой надежности, получили самое широкое применение в системах автоматики и в схемах защиты электроустановок. Электромагнитные реле делятся на реле постоянного и переменного тока. Реле постоянного тока делятся на нейтральные и поляризованные. Нейтральные реле одинаково реагируют на постоянный ток обоих направлений, протекающий по его обмотке, а поляризованные реле реагируют на полярность управляющего сигнала. Работа электромагнитных реле основана на использовании электромагнитных сил, возникающих в металлическом сердечнике при прохождении тока по виткам его катушки. Детали реле монтируются на основании и закрываются крышкой. Над сердечником электромагнита установлен подвижный якорь (пластина) с одним или несколькими контактами. Напротив них находятся соответствующие парные неподвижные контакты. В исходном положении якорь удерживается пружиной. При подаче напряжения электромагнит притягивает якорь, преодолевая её усилие, и замыкает или размыкает контакты в зависимости от конструкции реле. После отключения напряжения пружина возвращает якорь в исходное положение. В некоторые модели, могут быть встроены электронные элементы. Это резистор, подключенный к обмотке катушки для более чёткого срабатывания реле, или (и) конденсатор, параллельный контактам для снижения искрения и помех. Управляемая цепь электрически никак не связана с управляющей, более того в управляемой цепи величина тока может быть намного больше чем в управляющей. То есть реле по сути выполняют роль усилителя тока, напряжения и мощности в электрической цепи. Реле переменного тока срабатывают при подаче на их обмотки тока определенной частоты, то есть основным источником энергии является сеть переменного тока. Конструкция реле переменного тока напоминает конструкцию реле постоянного тока, только сердечник и якорь изготавливаются из листов электротехнической стали, чтобы уменьшить потери на гистерезис и вихревые токи. Достоинства и недостатки электромагнитных реле Электромагнитное реле обладает рядом преимуществ, отсутствующих у полупроводниковых конкурентов: способность коммутации нагрузок мощностью до 4 кВт при объеме реле менее 10 см3; устойчивость к импульсным перенапряжениям и разрушающим помехам, появляющимся при разрядах молний и в результате коммутационных процессов в высоковольтной электротехнике; исключительная электрическая изоляция между управляющей цепью (катушкой) и контактной группой — последний стандарт 5 кВ является недоступной мечтой для подавляющего большинства полупроводниковых ключей; малое падение напряжения на замкнутых контактах, и, как следствие, малое выделение тепла: при коммутации тока 10 А малогабаритное реле суммарно рассеивает на катушке и контактах менее 0, 5 Вт, в то время как симисторное реле отдает в атмосферу более 15 Вт, что, во-первых, требует интенсивного охлаждения, а во-вторых, усугубляет парниковый эффект на планете; экстремально низкая цена электромагнитных реле по сравнению с полупроводниковыми ключами. Отмечая достоинства электромеханики, отметим и недостатки реле: малая скорость работы, ограниченный (хотя и очень большой) электрический и механический ресурс, создание радиопомех при замыкании и размыкании контактов и, наконец, последнее и самое неприятное свойство — проблемы при коммутации индуктивных нагрузок и высоковольтных нагрузок на постоянном токе. Чем отличаются электромагнитные реле переменного и постоянного тока Электромагнитные реле постоянного и переменного тока можно различить, прежде всего, по виду магнитопровода. Магнитная система реле и контакторов постоянного и переменного тока различная. Магнитопровод электромагнитного реле или контактора переменного тока выполняется шихтованным из электротехнической стали. Это позволяет значительно снизить потери в магнитопроводе при переменном токе. При этом толщина листов тем меньше, чем больше частота напряжения питания и индукция в магнитопроводе. В отличие от этого магнитопровод реле постоянного тока может быть цельным (выполнен из сплошного цельного куска электротехнической стали).

В электромагнитном реле постоянного тока усилие, притягивающее якорь к сердечнику, создается постоянным магнитным потоком, в контакторах переменного тока необходимое усилие создается за счет суммы усилий, создаваемых двумя переменными потоками, сдвинутыми друг относительно друга по фазе. Необходимый сдвиг обеспечивается с помощью короткозамкнугого витка, охватывающего часть полюса сердечника. Наличие короткозамкнутого витка в контакторе переменного тока необходимо, так как без него якорь будет вибрировать с частотой сети. Вибрация же приводит к износу магнитной системы и сопровождается сильным и довольно неприятным гудением.
Сила притяжения электромагнитного механизма при наличии короткозамкнутого витка (обычно выполняется из проводниковых материалов - медь, латунь, охватывающими часть полюса якоря или сердечника) складывается из двух пульсирующих, но сдвинутых во времени сил.
Благодаря сдвигу их во времени общая сила пульсирует много меньше и минимальное значение ее остается выше силы противодействующей пружины, которая при переменном напряжении пытается оторвать якорь реле от сердечника, чем, собственно, и исключается вибрация якоря.
У реле и контакторов постоянного и переменного тока различен характер изменения тока катушки в момент включения. У электромагнитных аппаратов постоянного тока ток в обмотке катушки не зависит от положения подвижной части магнитопровода. При включении ток нарастает постепенно до установившегося значения, соответствующего питающему напряжению и сопротивлению катушки.
В электромагнитных аппаратах переменного тока ток в обмотке сильно зависит от положения якоря. У электромагнитных реле и контакторов переменного тока, индуктивность катушки в момент включения очень мала (из-за большого магнитного сопротивления разомкнутого магнитопровода) и ток оканчивается только омическим сопротивлением катушки. Поэтому при включении скачок тока может достигать 10-кратного значения тока установившегося режима. По мере втягивания якоря индуктивность катушки возрастает и ток постепенно снижается до установившегося значения.
Катушка электромагнитных механизмов постоянного тока выполняется достаточно высокой и тонкой, для улучшения условий охлаждения (потери мощности на постоянном токе только на чисто активном сопротивлении проводника). Катушка электромагнита переменного тока выполняется более низкой, т.к. кроме потерь мощности в активном и индуктивном сопротивлении катушки имеются потери мощности на перемагничивание сердечника.
К недостаткам электромагнитных механизмов переменного тока можно также отнести то, что при заданной площади полюсов средняя сила тяги в два раза меньше чем у электромагнитов постоянного тока, для работы им требуется реактивная мощность, их электромагнитная сила зависит от частоты, при работе
В целом, электромагнитные механизмы переменного тока при одинаковых совершенных механических работах потребляют электроэнергии больше, чем электромагниты постоянного тока. Поэтому в практике часто используют различные электромагнитные реле постоянного тока работающие на выпрямленном токе. Особенно полезны реле постоянного тока в случае, когда они должны длительное время находится во включенном состоянии с притянутым якорем.

Данная страница нарушает авторские права?

© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.