Файл: Автоматизация_Staroverov.doc

Основной характеристикой реле является статическая харак­теристика управления, показывающая зависимость выходной вели­чины X от входной К и имеющая для большинства реле гистере- зисную форму. Вид характеристики зависит от типа реле (рис. 21, а—д).

Реле различных типов характеризуются также параметрами срабатывания и возврата, временами срабатывания и возврата и др.

Параметр срабатывания — минимальное значение »входного сигнала, при котором реле срабатывает, т. е, происходит пере­ключение его контактов. Этот параметр характеризует чувстви­тельность реле.

Рис. 20. Разновидности

контактов: I

а — поворотные; б — мо­стовые

Параметр возврата — максимальное значение входного сиг­нала, при котором происходит возврат реле в исходное положение и размыкание контактов.

Рис. 21. Виды статических характеристик реле:

а и б — двухпозициониого неполяриэованного реле; в — двухпозициоиного с двумя устойчивыми состояниями; гид — трехпозиционного

Время срабатывания т_ср — это интервал времени от момента подачи управляющего сигнала до момента появления сигнала в управляющей цепи. По времени срабатывания реле подразде­ляют на безынерционные (т_ср < 0,001 с), быстродействующие (т_ср < 0,05 с), нормальные (т_ср — 0,05 ... 0,25 с), замедленного действия 1т_ср < (0,25 ... 1,0 с) І, выдержки времени (т_ср > 1,0 с). Последние обычно называют реле времени.

Время возврата т_отп — интервал времени от момента снятия входного сигнала до момента прекращения воздействия исполни­тельного элемента на управляющую цепь.

Рабочий параметр — это установившееся значение входного параметра, при котором реле длительно находится во включен­ном состоянии и работает нормально, не перегреваясь.

Срок службы — допустимое число срабатываний реле (для различных реле число срабатываний может составлять от не­скольких тысяч до десятков миллионов).

По назначению электрические реле делят на реле защиты, управления, автоматики, связи и т. п.

В реле защиты реализуются два способа воздействия на от­ключение выключателя: прямой и косвенный. В реле прямого действия исполнительный элемент воздействует непосредственно на отключающий механизм привода выключателя. Эти реле, как правило, монтируют в привод выключателя. К ним относятся встроенные реле типов РТМ (максимальное реле тока мгновенного действия), РТВ (максимальное реле тока с выдержкой времени) и РНВ (минимальное реле напряжения с выдержкой времени).

---

При срабатывании реле косвенного действия его контакты замыкают цепь оперативного тока, к которой подключена обмотка управления привода. Наиболее распространенными реле косвен­ного действия являются реле тока РТ-40 и реле напряжения РН'50.

Реле управления применяют для управления электроприво­дами (двигателями, электромагнитными тормозами и т. п.).

Реле автоматики используют в схемах автоматического управ­ления. Это обычно электромагнитные реле постоянного тока, которые в зависимости от исполнения могут выполнять функции реле тока, напряжения, времени или промежуточных реле. Пос­ледние выполняют одну из трех функций: усилителя мощности, размножителя контактов или блокировки памяти.

По принципу работы электрические реле делят на электро­механические, статические и электротепловые.

Электромеханические реле подразделяют на электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические и индукционные.

Электромагнитными реле называют реле, работа которых основана на воздействии магнитного ноля неподвижной обмотки на подвижный ферромагнитный элемент (якорь или мапштопровод с контактами). Эти реле бывают постоянного или переменного тока. Различают два вида реле постоянного тока: неполяризован- ные или поляризованные. Неполяризованиые реле работают независимо от полярности тока в обмотке. Поляризованные реле действуют только при определенной полярности.

Электромагнитные неполяризованиые реле по конструкции могут быть трех типов: с поворотным якорем, втяжным якорем и герметизированным магнитоуправляемым контактом (герконом).

Рассмотрим более подробно работу электромагнитного реле с поворотным якорем (рис. 22). Средний контакт / смонтирован на якоре 2, шарнирно соединенном с магнигонроводом 5. При отсутствии питания (входного сигнала) в катушке 6 средний кон­такт 1 под действием пружины 3 прижат к верхнему контакту реле. При подаче питания (входного сигнала) на катушку 6 якорь 2 притягивается к стержню 4 и перебра­сывает средний контакт 1 от верхнего контакта к нижнему. Этот этап работы называется срабатыванием. Реле можно использовать не только как переклю­чающее, но и как размыкающее (средний контакт с верхним) и замыкающее (средний контакт с нижним) устройство.

---

ческое реле

Герконовое реле имеет самую простую конструкцию (рис. 23). Геркон 1 (или герконы) размещается внутри катушки 2 (обмотки) реле. Геркон представляет собой стеклянный баллон, внутри кото­рого впаяны контактные пружины 3 из магнитомягкого мате­риала. Контактные пружины одновременно выполняют функ­ции якоря, магнитопровода, контактов и возвратной пружины. Внутри баллона геркона создается либо вакуум, либо он запол­няется азотом или аргоном. При подаче тока в обмотку реле

возникает магнитный поток, который намагничивает контактные пружины. Между ними возникает электромагнитная сила, и кон­такты замыкаются. Реле с герконом отличается повышенной надежностью и бблыним быстродействием, чем реле с поворотным или втяжным якорем. Недостатками этих реле являются неболь­шая мощность и подверженность влиянию внешних магнитных полей, способных вызвать ложное срабатывание геркона.

Поляризованные реле в отличие от неполяризованных реаги­руют не только на силу, но и на направление (полярность) тока в обмотке. Поляризованное реле значительно чувствительнее неполяризованного, имеет меньшее время срабатывания и выдает полярный сигнал. Такие реле являются незаменимыми элементами автоматики в электрических следящих системах, где направление вращения электродвигателя определяется полярностью сигнала.

У электромагнитных реле переменного тока магнитопровод набирается из трансформаторной листовой стали с целью умень­шения потерь на вихревые токи. Для устранения вибрации кон­тактов, вызываемой периодическим изменением силы и направле­ния переменного тока; а следовательно, и усилия, создаваемого его магнитным полем, на торец магнитопровода насажибается медный короткозамкнутый виток. В остальном конструкция реле переменного тока аналогична конструкции реле постоянного тока.

Принцип работы магнитоэлектрических реле основан на вза­имодействии магнитных полей неподвижного постоянного магнита и возбуждаемой током подвижной обмотки. Между полюсами постоянного магнита 1 (рис. 24) на оси расположен цилиндриче­ский магнитопровод 2 с алюминиевой рамкой 3. На рамку намо­тана обмотка из тонкой проволоки. При подаче тока на рамку 3 вследствие взаимодействия магнитных полей она поворачивается, и якорь 4 замыкает контакт 5 с контактом 6 при одной поляр­ности тока или с контактом 7 — при другой полярности. Вслед­ствие того, что контакты должны иметь малую контактную силу (0,3 ... 1,0 Н), их выполняют из платины или платино-иридиевого сплава.

---

Магнитоэлектрические реле менее распространены, чем элек­тромагнитные, вследствие большего времени срабатывания (т_ср = = 0,1 ... 0,2 с), но имеют очень большую чувствительность (Р_ор — = 10~¹⁰ Вт).

Электродинамические реле по принципу действия аналогичны магнитоэлектрическим, но магнитное поле в нем создается не постоянным магнитом, а специальной обмоткой возбуждения, размещенной на магнитопроводе.

Индукционные реле принадлежат к группе электромехани­ческих реле, работа которых основана на взаимодействии перемен­ных магнитных полей неподвижных обмоток с током, индуциро­ванным этими полями в подвижном элементе. Они фактически являются примитивными электродвигателями переменного тока с однофазным питанием.

Основной особенностью статических реле является отсутствие каких-либо подвижных элементов (контактов). В зависимости от типа управляющего элемента, используемого в схеме, их делят на ферромагнитные, электровакуумные, ионные и полупровод­никовые.

Ферромагнитное реле — статическое реле, работа которого основана на использовании нелинейной характеристики ферро­магнитных материалов. Ионные и полупроводниковые реле реаги­руют непосредственно на силу тока или напряжение, под дей­ствием которых происходит скачкообразное изменение проводи­мости электронных, ионных или полупроводниковых элементов. Схемы этих реле основаны на схемах триггеров.

Триггер представляет собой электронную схему с релейными характеристиками, имеющими два устойчивых состояния. Переход из одного состояния в другое происходит под воздействием внеш-- него сигнала. В настоящее время наибольшее распространение получили триггеры на транзисторах.

Практические схемы транзисторных реле выполняют так, чтобы всякий раз управляющее напряжение или ток, достигнув некоторого фиксированного уровня — порога срабатывания (возврата), имело один и тот же знак. Транзисторное реле зани­мает вполне определенные исходные состояния при отсутствии управляющего воздействия.

Наибольшее распространение получили два варианта реле: с параллельной обратной связью по выходному напряжению (рис. 25, о) и с последовательной обратной евязью по выходному току (рис. 25, б). В исходном состоянии схемы, показанной на рис. 25, о, транзистор VI насыщен от источника питания через резистор R₀₀ обратной связи и нагрузочный резистор R_B. Тран-

---

Рис. 25. Полупроводниковые реле (триггеры):

а — с параллельной обратной связью по выходному напряжению; 6 с последователь­ной обратной связью по току

зистор У2 заперт падением напряжения на диоде УЗ, входящем в состав делителя УЗ — Н2. Через резистор нагрузки Н_я ток практически не проходит. Схема, приведенная на рис. 25, б, имеет противоположное исходное состояние. Транзистор VI за­перт напряжением обратной связи, а транзистор У2 насыщен от источника питания через резистор /?/. Нагрузочный резистор соединен с источником питания.

При ІІ_ВХ > 1/ср состояние каждой схемы скачкообразно изме­няется на обратное. Так, в схеме на рис. 25, а транзистор VI запирается источником напряжения управления. Транзистор У2 насыщается, и нагрузочный резистор к_п соединяется с источником питания. В схеме, приведенной на рис. 25, б, транзистор VI открывается напряжением источника питания, а транзистор У2 закрывается, и ток в нагрузке Я_и прекращается. В новом устой­чивом положении он удерживается до тех пор, пока £/_вх £/_от, после чего скачкообразно возвращается в исходное состояние.

Рассмотренные реле подобны по своим свойствам электромагнит­ным с соответственно замыкающими и размыкающими контактами. Транзисторные реле имеют значительное усиление по мощности, поэтому их используют для управления работой импульсных регуляторов.

Работа электротепловых реле основана на выделении теплоты при прохождении электрического тока. Наибольшее распростра­нение получили тепловые реле с биметаллическим элементом. Биметаллический элемент состоит из двух соединенных сваркой пластин, одна из которых имеет большой температурный коэффи­циент расширения. Если нагреть такой элемент, то он изогнется в сторону материала с меньшим коэффициентом расширения. Биметаллический элемент может нагреваться за счет теплоты, выделяемой в пластине протекающим током или специальным нагревателем.

Тепловые реле предназначены для защиты трехфазных асин­хронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузки. Реле защищает двигатель при сравнительно небольших, но продолжи­тельных перегрузках. Наибольшее распро­странение получили реле серии ТРН, кото­рыми комплектуются магнитные пускатели.

---