Электрические реле.

Электрические реле широко применяются в схемах электрических приводов и систем (устройств) автоматики.

По конструкции весьма разнообразны и подобны контакторам.

Наиболее часто встречаются реле:

1)Тока (максимального, минимального, обратного).

2)Напряжения (максимального, минимального).

3)Времени - различных типов.

4)Промежуточные - различных типов.

5)Обратной мощности.

6)Тепловые (т. ТРТ, ТТ).

7)Частоты (т. ИВЧ).

Реле тока - выполняют в основном защитные функции.

а) Реле максимального тока применяются для защиты электродвигателей от недопустимых перегрузок.

Наиболее часто в электроприводах постоянного тока применяются реле типа РЭМ-650. Катушка реле рассчитана на номинальные токи 2,5...600А. Ток уставки реле мгновенного действия (1,3...3,5) I .

В схемах электроприводов переменного тока довольно широко применяются реле максимального тока серии РЭВ-200. катушка реле рассчитана на номинальные токи 0,6...600А, кратность тока срабатывания (1,5...4,5) I .

На рис. 2.60 показано устройство реле максимального тока. Втягивающая катушка 10 включается последовательно в силовую цепь электродвигателя, а размыкающие контакты (6 - подвижные, 7 - не­подвижные), включаются в цепь катушки линейного контактора. Контакты реле рассчитаны на номинальный ток 10 А. При увеличении тока в силовой цепи свыше тока уставки, якорь 3 притягивается к сердечнику 2, преодолевая силу сопротивления пружины 8. Размыкание контактов 6-7 обесточивает цепь ка­тушки линейного контактора, который в свою очередь отключает электродви­гатель от питающей сети.

Рис.2.60. Реле максимального тока серии РЭВ-200

Уставку реле регулируют, изменяя силу натяжения пружины 8 при помощи гайки 5. Винт 4 служит для ограничения хода якоря. Магнитопровод 1 крепится к основанию 9.

б) Реле минимального тока (реле обрыва поля) применяются в электродвигателях постоянного тока, т.к. при обрыве цепи параллельной обмотки возбуждения двигатель может пойти "вразнос". Включается последовательно с параллельной обмоткой возбуждения.

в) Грузовые реле - разновидность токовых реле. Реле срабатывает при заданном значении тока двигателя с целью ограничения тока при стоянке. Вы­держка времени при срабатывании 0,3 - 0,4 с, что позволяет осуществить на­стройку грузовых реле от срабатывания при пиках тока. Необходимость "отстройки" обусловлена тем, что ток уставки грузовых реле (1,5 ÷ 2) I , в то время как пики тока при пуске двигателя составляют (2,5 ÷ 3) I . Выдержка времени обеспечивается медным демпфером.

г) Реле направления (обратного) тока - разновидность токовых реле. Реле срабатывает при изменении направления тока в цепи. Оно предназначено для автоматического отключения генератора (постоянного тока) от сети при переходе его в двигательный режим (опрокидывании).

Нa рис.2.61 приведена схема электродинамического реле серии ДТ. Основ­ными элементами являются: магнитопровод 1 с токовой катушкой 2, якорь 7 с катушкой напряжения 3, неподвижный 4 и подвижный 5 контакты, возвратная пружина 6. При прямом направлении тока якорь стремится повернутся по часо­вой стрелке, контакты реле разомкнутся. Изменение направления тока в цепи вызовет изменение направления тока и в токовой катушке реле, что вызовет поворот якоря в противоположную сторону. При значении обратного тока, рав­ного 15% номинального, якорь реле преодолевает сопротивление возвратной пружины и повернется против часовой стрелки.

Контакты реле замкнутся и включат независимьй расцепитель автоматического выключателя, что приведет к отключению источника постоянного тока от шин судовой электростанции. Реле направления тока выпускаются на номинальные токи от 6 до 1600А и напряжение 110 или 220В. В связи с тем что ка­тушка напряжения рассчитана на 55В, последовательно с ней включается доба­вочное сопротивление соответственно 800 или 2200 Ом.

Защита судовых синхронных генераторов переменного тока от перехода в двигательный режим осуществляется с помощью индукционных реле направ­ления мощности РНМ (А) типа ИМ-149, общий вид которого показан на рис.2.62,а.

Рис. 2.62. Реле направления мощности

Реле состоит из двух магнитных систем 3, между которыми на своей оси расположен алюминиевый диск 1. На оси диска расположена шестерня, приводящая в движение подвижный контакт 5. В верхнем магнитопроводе расположена токовая обмотка LA, которая включается в одну из фаз генератора через трансформатор тока ТА. В нижнем магнитопроводе находится катушка напряжения LV, разделенная на две части, которые соединены последовательно и включаются на линейное напряжение генератора (рис.2.62, б).

При нормальной работе генератора момент, приложенный к диску, вызывает размыкание подвижного и неподвижного 4 контактов. При изменении направления мощности изменяется и направление вращающего момента. При значении обратной мощности, на которое настроено реле, диск, преодолевая противодействующей пружины 6, поворачивается и с выдержкой времени за­мыкает контакты 4-5. Получит питание независимый расцепитель автомати­ческого выключателя генератора.

Ограничение инерционного выбега диска осуществляется с помощью двух тормозных постоянных магнитов 2. Регулирование уставки реле на мощность срабатывания производится изменением числа витков токовой катушки. Она имеет три вывода, что позволяет получить уставку по обратной мощности, равной 6,4; 9,6 и 12,8% номинальной мощности реле.

Выдержка времени срабатывания, необходимая для предотвращения ложных срабатываний реле при вводе генераторов в параллельную работу методом самосинхронизации, регулируется путем перемещения упора подвижного контакта.

Реле напряжения - принципиально устроено аналогично токовым реле, с той лишь разницей, что вместо токовой катушки установлена катушка напряжения. Срабатывание реле происходит тогда, когда напряжение на катушке достигает необходимой величины. Различают следующие разновидности реле напряжений: максимального, минимального, нулевого напряжения и обрыва фазы.

Реле времени обеспечивают выдержку времени срабатывания аппара­тов в электрических цепях управления. Для обеспечения выдержки времени ре­ле снабжаются замедлителями, которые в зависимости от принципа действия могут быть электромагнитными, механическими и пневматическими.

Электромагнитный замедлитель обычно представляет собой медную гиль­зу, надетую на магнитопровод реле постоянного тока. Медная гильза замедляет спадание (уменьшение) магнитного потока в магнитопроводе реле, реле отключается с выдержкой времени, т.к. направление м.д.с. (магнитодвижущей силы) в медной гильзе (демпфере) будет препятствовать спаданию магнитного потока (согласно принципу Ленца).

Пневматический замедлитель - это замедлитель, принцип действия которого основан на законах истечения газов (воздуха) через отверстия. На этом принципе осуществляется выдержка времени, например, в реле серии РВП-2. При подаче питания на катушку якорь реле притягивается к сердечнику и натя­гивает пружину. Под действием пружины перемещается диафрагма, во внут­ренней полости замедлителя создается разрежение. Внутреннее пространство замедлителя связано с окружающей средой через небольшое отверстие, пло­щадь поперечного сечения которого можно регулировать (регулирование вы­держки времени).

В судовых схемах электроприводов применяются реле времени:

а) Электромагнитные (работают на постоянном токе). Выпускаются двух габаритов в зависимости от выдержки времени.

0,25 - 1 с. - реле типов РЭВ-100; ЭР-100; РЭМ-20 и др.

1 - 5 с. - реле типов РЭВ-880; ЭРЭ-100 и др.

На рис.2.63 изображено электромагнитное реле времени типа ЭРЭ-100. Магнитная система реле состоит из магнитопровода 12, втягивающей катушки 11, сердечника 9 и якоря 7. Выдержка времени отпадания якоря реле после прекращения питания катушки создается демпфером, состоящим из медных шайб 10, надетых на сердечник. Немагнитная прокладка 8 препятствует залипанию якоря и позволяет производить ступенчатую регулировку выдержки времени, изменяя толщину прокладки от 0,05 до 0,5 мм.

Рис. 2.63. Реле времени серии ЭРЭ-100

Индуктивность катушки и выдержка времени находятся в обратной зависимости от толщины прокладки, а скорость исчезновения магнитного потока - в прямой.

Плавное регулирование выдержки времени достигается изменением натяжения отключающей пружины 13 посредством гайки 6. Регулировочным вин­том 5 изменяется зазор между якорем и сердечником (ход якоря). Контактная система состоит из неподвижных контактов 2, установленных на шпильках 1, и подвижных мостиковых контактов 3, соединенных с якорем скобой 4.

Выдержка времени регулируется в пределах 0,25 - 0,9 с. у реле ЭРЭ-100 и 1-5с. у релеЭРЭ-180.

б) Механические работают как на постоянном, так и на переменном токе, имеют простую регулировку. По конструкции выполняются нескольких типов. В судовом электрооборудовании чаще используются реле маятникового типа (рис.14), конструкция которого и описание работы приводится ниже.

Маятниковое реле приводится в действие поворотом вала контактора или специальным соленоидом. Принцип действия этого реле состоит в том, что скорость движения рейки, замыкающей или размыкающей контакты реле, ограничивается движением маятника, имеющего определенный период колебания. Выдержка времени достигается путем изменения длины маятника. Диапазон регулирования составляет от 1 до 10 мин.

Работу маятникового реле можно проследить по рис. 2.64. Здесь включение катушки 1 воздействует на рычаг 5. Дугообразная рейка 6 находится в зацеплении с шестеренкой 7 и через зубчатую передачу с анкерной шестеренкой 8. Скорость вращения шестеренки 8 устанавливается маятником 9 путем переме­щения груза 10. После того как рейка 6 пройдет весь путь зацепления, рычаг 5 повернется и переключит контактную систему 11. Кроме того, реле снабжается мгновенно действующими контактами 12. Когда катушка будет отключена от сети, реле мгновенно возвращается в исходное положение.

Рис. 2.64. Принцип работы маятникового реле времени.

Анализируя принцип действия маятникового реле, можно видеть, что выдержка времени зависит от величины силы натяжения пружины, длины зубча­той рейки и положения груза на маятнике. Грубую регулировку этого реле про­изводят путем изменения положения рычага 13 и, следовательно, числа сцеп­ленных зубцов. Более точное регулирование выдержки времени производится изменением положения груза на маятнике.

Промежуточные реле предназначены для коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока. Широко применяются в схемах автома­тизированного электропривода. Применяется в тех случаях, когда основные ре­ле имеют контакты, рассчитанные на слишком малую мощность, или когда контактов основных реле недостаточно.

В судовом электроприводе широко применяются реле ЭП - в цепях переменного тока с катушкой на напряжение 127, 220В. Имеют реле от 2 до 8 контактов на номинальный ток 5А. Типа МКУ-48 в цепях постоянного и перемен­ного тока с катушкой на напряжение до 220В.

Тепловые реле применяются для защиты электродвигателей от длительных перегрузок, приводящих к нагреву обмоток. Включается реле последовательно в цепь питания электродвигателя. При пуске двигателя тепловое реле не срабатывает, т.к. чувствительный элемент реле (биметаллическая пластина) не успевает нагреться до температуры уставки. При длительных токах перегрузки, превышающих 135% номинального, реле срабатывает, отключая двигатель.

В судовом электроприводе применяются реле типа ТТ-1 и ТРТ-100. Изготовляется 25 разновидностей на токи от 1,75А до 550А.

Устройство простейшего теплового реле типа ТТ показано на рис. 2.65

Рис. 2.65. Тепловое реле ТТ-1

Основным воспринимающим элементом реле является биметаллическая пластинка 2, которая сварена из двух металлических пластинок с различными температурными коэффициентами линейного расширения. При достижении определенной температуры биметаллическая пластина изгибается и освобожда­ет рычаг 3, который под действием пружины 7 поворачивается и размыкают контакты 5-6. Возврат подвижной системы реле в исходное положение произ­водится нажимом на кнопку возврата 4. По нагревательному элементу 1 прохо­дит ток нагрузки защищаемого электродвигателя.

На судах большое применение нашли электротепловые реле типа ТРТ (рис.2.66). Обычно нагревательные элементы электротепловых реле включаются последовательно в цепь питания защищаемого электродвигателя.

Рис. 2.66. Тепловое реле типа ТРТ

Биметаллическая пластинка 9 имеет U-образную форму. Под действием тока пластинка изгибается и через пружинку 8 поворачивает колодку 7 с контактами 6, в результате чего контакты размыкаются. Самовозврат реле проис­ходит через три минуты. Для ускорения возврата контактов в исходное поло­жение следует нажать кнопку 3. Промышленность изготовляет 36 разновидно­стей реле ТРТ, которые отличаются токами и видом исполнения (ТРТ-111, ..., ТРТ-142). Номинальный ток реле ТРТ-111 лежит в пределах 1,4 - 1,9А, а реле ТРТ-142-119-150А.

Конструкцией реле предусматривается регулировка уставки срабатывания с помощью рычага 2. Электротепловые реле обеспечивают защиту электродвигателей от длительных перегрузок свыше 1,25 I_ном и от работы на двух фазах с номинальными нагрузками на валу электродвигателя.

На рис. 2.66 также показаны и другие детали реле: корпус 1, ось 4, неподвижные контакты 5, ось 10 пластинки.

Реле частоты предназначено для защиты (отключения) валогенератора при снижении частоты ниже 45 Гц, согласно требованиям Регистра судоходства Украины. Реле ИВЧ является индукционным с двумя группами катушек, сдви­нутых в пространстве на 90° относительно друг друга. Катушки создают маг­нитные потоки, проходящие через ротор. При нормальной частоте 50 Гц маг­нитные потоки катушек совпадают по фазе и не создают вращающего момента на роторе. Снижение частоты вызовет сдвиг по фазе между магнитными пото­ками катушек. Реле срабатывает, отключая генератор.

Условные обозначения коммутационных аппаратов.