Электромеханические элементы

Для снижения гармонических составляющих в напряжении и токе, подводимых к обмотке электродвигателя, и для снижения пиков напряжения, опасных для изоляции, параллельно вторичной обмотке каждого насыщающегося трансформатора присоединены конденсатор С и резистор R. Реле имеет три контакта, из них два импульсных. Максимальная выдержка времени составляет /сртах = 4 с у реле РВМ-12 и/ортах =Ю с у реле РВМ-13.

В зависимости от соединения секций первичной обмотки насыщающихся трансформаторов реле четко срабатывает при токах /ср = 2,5...5 А. Мощность, потребляемая реле при двукратном токе срабатывания, не превышает Рр -- 10 В-А.

Конструкция реле РВМ показана на рис. 12, б. При запуске реле обмотка электродвигателя / подключается к вторичной обмотке одного из насыщающихся трансформаторов, ротор 2 втягивается в межполюсное пространство статора и трибка 3 на оси ротора входит в зацепление с замедляющим трехступенчатым редуктором, через который вращение ротора передается рамке 4 с контактными цилиндрами. Контакты замыкаются с заданной выдержкой времени. При исчезновении тока вращение ротора прекращается и он выходит из межполюсного пространства, расцепляя трибку с редуктором.

Промежуточные реле. Для выполнения промежуточных реле обычно используют электромагнитную систему с поворотным якорем. Промежуточные реле выполняют с одной или несколькими обмотками, которые могут включаться на полное напряжение источника оперативного тока или последовательно с обмоткой какого-либо реле или аппарата. Промежуточные реле выполняются с минимальным потреблением мощности обмотками напряжения, чтобы облегчить условия работы контактов в их цепи, а также снизить мощность источника оперативного тока. Промежуточные реле с обмотками напряжения должны надежно срабатывать при напряжениях Up -- 0,8Ј/ном.

Потребляемая мощность обмотки тока промежуточного реле определяется из условия ограничения падения напряжения на ней не более 5--10% от номинального напряжения источника оперативного тока. Это необходимо для надежного действия реле или аппарата, последовательно с обмотками которых включена обмотка тока промежуточного реле.

Промежуточные реле имеют низкий коэффициент возврата кв = = 0,1...0,4. Однако для них, как и для реле времени, это не имеет значения, так как по условиям работы отпускание реле происходит после отключения от источника питания. К большей части промежуточных реле предъявляется требование быстродействия: их время срабатывания не должно превышать tQp < 0,01...0,03 с.

Промежуточное реле постоянного тока РП-23.

Под действием возвратной пружины 5 шток 4 с подвижными контактами 3 находится в крайнем верхнем положении. При этом замыкающие контакты разомкнуты, а размыкающий контакт 3 замкнут. Якорь 2, упирающийся в шток 4, оттянут вверх. При подключении обмотки реле к напряжению, превышающему напряжение его- срабатывания, якорь 2, притягиваясь к полюсу электромагнита /, воздействует на шток 4, перемещая его вниз и переключая контакты. После отключения обмотки реле возврат подвижной системы в начальное состояние происходит под действием возвратной пружины 5. Реле монтируется на цоколе 6.

Эти реле изготовляют на номинальные напряжения UHOU = 24, 48, 110, 220 В постоянного тока; они четко срабатывают при напряжении 0,8Ј/ном. Время замыкания контактов при номинальном напряжении /ср < 0,06 с, а потребляемая обмоткой реле мощность Рр ~ 6 Вт.

Промежуточное реле переменного тока выполняется с использованием шихтованного магнитопровода, состоящего из набора отдельных штампованных листов электротехнической стали. Такая конструкция магнитопровода необходима для уменьшения потерь на вихревые токи. Кроме того, полюс магнитной системы снабжается экраном для получения электромагнитной силы, незначительно изменяющейся во времени.

Одним из таких реле является реле РП-25, устройство и действие которого аналогичны реле постоянного тока. Оно предназначено для питания от измерительного трансформатора напряжения. Его недостатки: возможность отказа в действии при коротких замыканиях и снижении напряжения; значительная мощность, потребляемая при срабатывании. В этом отношении более совершенны промежуточные реле РП-321 и РП-341, подключаемые к измерительным трансформаторам тока.

На рис. 13, б показана схема внутренних соединений реле РП-341. В схеме используется электромагнитное реле постоянного тока, обмотка w которого подключается к двухполупериодному выпрямителю VS, благодаря чему снижается мощность, потребляемая реле при срабатывании, и улучшается работа контактов. Выпрямитель подключается к вторичной обмотке насыщающегося трансформатора TL, первичная обмотка которого имеет две секции, выведенные на зажимы 8--12 и 10--14. В зависимости от схемы соединения этих секций реле имеет два. номинальных тока срабатывания: /с р = 2,5 А при последовательном соединении и /ср = 5 А при параллельном. Секции могут соединяться и на разность токов. Насыщающийся трансформатор ограничивает ток и напряжение во вторичной цепи, при этом облегчаются условия работы контактов реле, управляющих работой РП-341, и условия работы диодов выпрямителя. Кроме того, ограничивается потребление мощности реле при больших кратностях тока. Параллельно выпрямителю к вторичной обмотке насыщающегося трансформатора подключается конденсатор С, который предназначен для сглаживания перенапряжений, обусловленных наличием высших гармонических в ЭДС насыщающегося трансформатора. Конденсатор снижает также потребление мощности реле.

Реле РП-341 имеет два переключающих контакта: KL.1 обычного исполнения и KL.2, переключающий без разрыва цепи. Для повышения коммутационной способности размыкающий контакт помещается внутри магнитопровода, представляющего собой рамку с воздушным зазором в боковой части. Таким образом осуществляется магнитное дутье и облегчаются условия гашения дуги. При этом контакты способны коммутировать ток до 150 А При токе /р = 2/с реле потребляет мощность Рр = 10 ВА, а время срабатывания /ср = 0,04 с.

Электромагнитные реле с герметизированными магнитоуправляемыми контактами. Значительными недостатками электромеханических реле, в том числе и промежуточных, являются наличие открытых ненадежных контактов, подверженных влиянию окружающей среды, а также относительно большое время срабатывания из-за значительной массы подвижного якоря. Попытка ослабить эти недостатки привела к созданию герконовых реле. Основной элемент этого реле -- герметизированный магнитоуправляемый контакт. Это заполненная инертным газом стеклянная колба 1 с впаянными в нее пружинящими пластинами из ферромагнитного материала 2 и обмоткой 3. Пластины одновременно являются магнитопроводом, подвижными частями реле и контактными пружинами.

В нормальном режиме пластины разомкнуты и цепь управления разорвана. Ток в обмотке вызывает магнитный поток Ф, проходящий по пластинам. Он создает электромагнитную силу, стремящуюся притянуть пластины друг к другу. Пластины смыкаются и замыкают управляемую цепь, если электромагнитная сила превышает механические силы упругости пластины. Геркон имеет малые размеры, его длина /= 30...50 мм, диаметр стеклянной колбы D~ 3...5 мм, а зазор между пластинами -- десятые доли миллиметра.

В связи с малой инерционностью пластин герконовое реле может следовать за изменением синусоидального напряжения и в течение периода срабатывать дважды, поэтому, как правило, реле выполняют для работы на выпрямленном или постоянном напряжении.

Создано множество различных конструкций герконовых реле и с одним, и с несколькими герметизироваными контактами. У многоконтактных реле внутри обмотки расположено несколько герконов. В логической части устройств релейной защиты применяются многоконтактные реле РПГ-2 и РПГ-5. Имеются предложения по использованию герконов в качестве измерительных органов, например токовой защиты. Конструктивные особенности герконового реле обеспечивают высокую надежность коммутации, малое время срабатывания, длительный срок службы.

Указательные реле. Для получения информации о срабатывании, возврате, действии или отпускании различных аппаратов в схемах защиты и автоматики служат указательные реле с последовательным и параллельным включением обмоток. Наиболее распространены реле с последовательным включением обмоток. Их обмотки включаются последовательно с обмотками реле или других аппаратов, действие которых контролируется. Промышленность выпускает электромагнитные указательные реле типа РУ-21 с поворотным якорем для включения в цепь постоянного тока. Они могут быть использованы и в схемах защиты и автоматики на переменном оперативном токе.

Конструкция указательного реле отличается от промежуточного наличием на якоре сигнального флажка, смотрового окна и конструкцией контактов. При появлении тока в обмотке реле якорь снимает упор с флажка, который выпадает в смотровом окне. Одновременно поворачивается изоляционный барабанчик с контактами, которые в зависимости от исполнения реле замыкают или размыкают сигнальную электрическую цепь. При исчезновении тока в обмотке реле якорь под действием пружины возвращается в начальное состояние, а флажок и контакты реле остаются в положении после срабатывания. Этим достигается длительная фиксация срабатывания защиты и автоматики. Возврат флажка и контактов производится вручную.

5. Принцип действия и выполнение индукционных реле

На индукционном принципе выполняют измерительные реле тока и реле направления мощности. В системах электроснабжения можно еще встретить реле сопротивления и реле частоты, уже снятые с производства.

Работа индукционных реле основана на взаимодействии переменных магнитных полей неподвижных обмоток, обтекаемых подведенными извне токами с токами, индуцированными этими полями в подвижном элементе. Поэтому на индукционном принципе могут выполняться лишь реле переменного тока.

Мгновенное значение силы взаимодействия между потоком Ф, и током I при расположении проводника с током длинойв плоскости, перпендикулярной оси потока,

При наличии только одного магнитного потока выполнить реле невозможно, так как известно, что силаот взаимодействия тока с потоком, благодаря которому ток возникает, равна нулю. Непременным условием получения вращающего момента на подвижном элементе индукционной системы является наличие не менее двух магнитных потоков, сдвинутых в пространстве. Возникающий при этом вращающий момент

Таким образом, для получения вращающего момента необходим также сдвиг по фазе между потоками на угол. Два магнитных потока, смещенных пространственно и по фазе, можно получить, в частности, с помощью короткозамкнутого витка /, надеваемого на часть магнитопровода. Потоки Ф1 и Ф2 обусловлены током /р в обмотке реле; в ненасыщенной магнитной системе они пропорциональны току. Так как уголпри изменении тока не изменяется, то вращающий момент

В неподвижном диске индуцируются только ЭДС трансформации Ј, и Е2, которые и обусловливают вращающий момент Мвр. Во вращающемся диске наряду с ЭДС трансформации появляются также ЭДС резания, вызванные пересечением магнитных потоков Ф, и Ф2 вращающимся диском. Эти ЭДС создают в диске токи, которые при взаимодействии с вызвавшими их потоками обусловливают появление тормозных моментов, где

а -- угол поворота подвижной части. Тормозные моменты пропорциональны частоте вращения диска и зависят от магнитных потоков. На подвижную часть реле действуют также тормозной момент пружины Ма и момент инерции

При этом движение диска без учета момента трения определяется условием

или

Анализ выражения показывает, что индукционные системы позволяют выполнить как быстродействующие, так и медленнодействующие реле. Подвижная часть быстродействующих реле за время срабатывания не успевает развить больших окружных скоростей, поэтому можно принять = 0; тогда , откуда

Из выражения следует, что для уменьшения времени срабатывания реле необходимо: угол поворота а принять минимальным; иметь минимальный момент инерции / подвижной части; получить максимальный избыточный момент.

Для реле замедленного действия влияние момента инерции А/ин на общее время срабатывания незначительно, поэтому можно принять Мин = 0; тогда откуда

Таким образом, для получения реле замедленного действия необходимо иметь максимальные значения а и ка. В существующих конструкциях реле это достигается тем, что их снабжают постоянными магнитами, а подвижную часть выполняют в виде диска. При вращении диск пересекает поле постоянного магнита, в результате чего возникает дополнительный тормозной момент. Такие реле имеют ограниченно зависимую от тока характеристику выдержки времени. В ее независимой части удается получить выдержки времени /ср > 10 с.

6. Индукционные измерительные реле

Реле тока серии РТ-80 и РТ-90. Эти реле являются комбинированными и состоят из двух элементов: индукционного с диском, создающего ограниченно зависимую выдержку времени, и электромагнитного мгновенного действия, срабатывающего при больших кратно-стях тока в обмотке реле. Оба элемента используют одну общую магнитную систему. Реле предназначены для защиты электрических машин, трансформаторов и линий электропередачи при перегрузке и коротких замыканиях.

Индукционный элемент реле состоит из электромагнита / с короткозамкнутыми витками 2 на полюсах. Обмотка 3 электромагнита имеет ответвления для изменения тока срабатывания. Ответвления подведены к гнездам штепсельного мостика 4 и переключаются винтами 5. Между полюсами электромагнита расположен алюминиевый диск 16, ось которого укреплена на подвижной рамке 13, которая имеет неподвижную ось вращения 14. При токах в обмотках реле, меньших тока срабатывания индукционного элемента, рамка 13 оттянута пружиной 18 в крайнее положение, при этом червяк //, насаженный на ось диска, не сцеплен с зубчатым сегментом 12, имеющим неподвижную ось вращения и способным свободно перемещаться вверх и вниз. Нижнее положение сегмента фиксируется устройством, с помощью которого устанавливается выдержка времени. Это устройство состоит из регулировочного винта 8 и движка 19. При перемещении вверх сегмент 12 рычагом поднимает коромысло 10.

Диск вращается при токе /р = /ср срабатывания индукционного элемента. При этом вращение диска не приводит к замыканию контактов. На вращающийся диск действуют сила FK, вызывающая вращение диска, и противодействующая F^, препятствующая его вращению. Противодействующая сила возникает в связи с пересечением вращающимся диском магнитного потока постоянного магнита 75 и пропорциональна частоте вращения диска. Поэтому при увеличении тока в обмотке реле наряду с ростом силы F„ возрастает сила F^. Установившаяся частота вращения диска определяется равновесием этих сил. Их равнодействующая сила F' стремится повернуть диск вместе с рамкой 13 вокруг оси рамки. Этому препятствует сила пружины F„.

Током срабатывания индукционного элемента называется такой минимальный ток, при котором сила F' преодолеет силу пружины F„ и рамка 13 вместе с диском поворачивается, произведя сцепление червяка 11 с зубчатым сегментом 12. При этом благодаря вращению диска червяк /] поднимает зубчатый сегмент 12. Его рычаг в конце пути соприкасается с коромыслом 10 якоря 6, поднимая его вверх, и якорь 6 поворачивается на оси так, что воздушный зазор между электромагнитом 1 и правым концом якоря 6 уменьшается. Якорь быстро притягивается к электромагниту, замыкая контакты 9 с помощью «оромысла 10. Реле позволяет установить ток срабатывания не более 10 А.

Страницы: 1, 2, 3, 4