Файл: Фабрикант, В. Л. Элементы устройств релейной защиты и автоматики энергосистем и их проектирование учеб. пособие.pdf

пары, форма контакта, гибкость контактных пружин, насыщение якоря и др.). Применяются также специальные антивибрационные устройства. Ряд антивибрационных мероприятий разработан в Но­ вочеркасском политехническом институте.

§ 7.19, Время действия реле

Временем действия реле (Л. 17,39] называется время от включения катушки до замыкания замыкающих контактов. В ряде случаев желательно иметь это время по возможности малым. В других случаях, напротив, желательно замедленное срабатыва­ ние реле.

Время срабатывания t0р состоит из двух частей: времени tHот

включения катушки до начала движения подвижной части и вре­ мени /д движения подвижной части до замыкания контактов. Вре­ мя UI — это время нарастания магнитного потока в реле до значе­

ния, необходимого для срабатывания. В реле переменного тока при включении индуктивной обмотки на заданное синусоидальное напряжение магнитный поток, как известно, достигает своего наи­ большего (ударного) значения очень быстро — за время, не пре­ вышающее полупериод (0,01 сек). Это время обычно (если не

рассматривать сверхбыстродействующие реле) мало по сравнению с временем tA. Поэтому в реле переменного тока как для увели­

чения быстродействия, так и для замедления стремятся уменьшить или увеличить время ^д. Мало время tn и для реле, включаемых

на источник постоянного тока, если они не имеют специальных демпферных контуров. При этом ток в обмотке задан и опреде­ ляется внешними условиями. Нарастание магнитного потока за­ держивается только наличием короткозамкнутых контуров, в кото­ рых по закону Ленца наводятся токи, препятствующие нарастанию потока. Если эти контуры создаются только сталью магнитной системы, то наведенные токи быстро затухают из-за низкой доб­ ротности этих контуров (большое электрическое сопротивление стали).

Наибольшее значение имеет время tn при включении обмотки

на заданное постоянное напряжение. При этом ток в обмотке на­ растает по экспоненциальному закону:

354

Определить время ia легко и по осциллограмме тока в обмот­

ке при ее включении (рис. 7.19). В момент начала перемещения ток резко уменьшается вследствие возрастания индуктивности об­ мотки [появляется слагающая напряжения i(dL/dt)].

Время движения tR определяется вращающим моментом Мвр,

действующим на подвижную часть, силами торможения, пропор­ циональными скорости движения, и инерцией подвижной части:

ряде случаев имеет значение время возврата tB. Аналогично вре­

мени срабатывания время возврата складывается из времени tH от

момента отключения обмотки до начала движения подвижной час­ ти и времени tA движения подвижной части до ее возврата в ис­

ходное положение. Время tH и время /д определяются соответст­

венно уравнением магнитного потока и уравнением возвратного движения подвижной части.

Для получения необходимых времени срабатывания и времени возврата реле могут быть приняты определенные меры, которые зависят от того, желательно ли ускорить действие реле или его замедлить.

1. Ме ры по у в е л и ч е н и ю б ы с т р о д е й с т в и я . Часто во­ просы быстродействия являются весьма существенными. В реле переменного тока, как уже указывалось, время действия опреде­ ляется в основном временем движения.

В уравнении движения (7.99) для быстродействующих реле можно пренебречь вторым членом. Действительно, так как угол поворота в этих случаях мал, подвижная часть реле не успевает приобрести значительную скорость. Специальные устройства тор­ можения в этом случае также, естественно, отсутствуют. Кроме того, вследствие того же ограниченного угла поворота вращающий

момент мало изменяется и для качественных выводов может быть принят постоянным.

При этих упрощающих предположениях решение уравнения (7.99) имеет вид

где ак—ан— разность конечного и начального углов поворота по­

Однако при этом уменьшается контактное нажатие при том же вращающем моменте и увеличиваются момент инерции подвижной части Ja и габариты реле.

Увеличение вращающего момента требует при том же коэффи­ циенте добротности большего потребления. Уменьшение инерции подвижной части требует уменьшения ее размеров (особенно рас­ стояния от оси вращения) и применения более легких материалов. Часто удовлетворение этих требований приводит к уменьшению вращающего момента. Так, применение алюминия вместо меди для ротора индукционного реле уменьшает момент инерции (удельный вес алюминия меньше), но одновременно уменьшает и проводи­ мость ротора (проводимость алюминия тоже меньше), а тем самым и вращающий момент. Выигрыш во времени за счет момента инер­ ции в данном случае больше, чем проигрыш за счет вращающего момента. Поэтому для быстродействующих реле ротор выполняет­ ся алюминиевым. К одновременному уменьшению момента инер­ ции и вращающего момента ведет и уменьшение толщины ротора. В данном случае существует целесообразный оптимум.

Для уменьшения времени действия существенно также отсут­ ствие вибрации контактов, о чем говорилось в предыдущем пара­ графе.

Для реле постоянного тока важно уменьшение составляющей tB. Для этого прежде всего следует по возможности устранить ко­

роткозамкнутые контуры или ускорить затухание токов в этих

356

контурах. Для этой цели магнитопровод быстродействующих реле желательно делать состоящим из тонких листков (шихтованным).

Для реле, обмотка которых включается на постоянное напря­ жение, желательно уменьшение постоянной времени цепи Т [см.

(7.98)]. Если потребление обмотки при полном напряжении огра­ ничено термической устойчивостью обмотки, то иногда целесооб­ разно включение добавочного активного сопротивления для умень­ шения Т. Однако при этом при той же кратности установившегося тока к току 1н {(U/Шн) = const] возрастает общее потребление (ре­

ле и добавочного сопротивления) от источника питания. При неиз­ менном общем потреблении добавочное сопротивление, уменьшая Т, одновременно уменьшает U/(RiH). В результате увеличивается время действия, и применение добавочного сопротивления нецеле­ сообразно.

Перечисленные мероприятия приводят и к уменьшению време­ ни возврата реле. Для уменьшения времени возврата следует из­ бегать элементов, включенных параллельно обмотке реле, так как после отключения эти элементы совместно с обмоткой создают замкнутый контур, в котором некоторое время циркулирует зату­ хающий ток. Иногда параллельные элементы необходимы для сни­ жения напряжения на контактах или других элементах, отключаю­ щих реле (см. § 7.18). В этих случаях для уменьшения времени возврата параллельные элементы следует выполнять с возможно большим активным сопротивлением для ускорения затухания.

нитного потока t-ц. Для реле переменного тока заметное замедле­

ние может быть получено практически только увеличением времени движения. Для этого обычно создаются специальные тормозные (демпфирующие) устройства — механические или магнитные. По­ следние осуществляются, как правило, применением постоянного магнита, между полюсами которого проходит подвижная часть (диск) реле, имеющая высокую электропроводность. В диске при движении в поле магнита наводятся токи (токи резания), пропор­ циональные скорости диска. Взаимодействие этих токов с магнит­ ным полем создает тормозной момент, выражаемый вторым членом

Время, необходимое для достижения скорости, близкой к установившейся, обычно мало по сравнению с общим временем. При этом третьим членом уравнения (7.99) можно пренебречь; тогда время движения*

357

При этом время ta получается зависящим от Мвр, а следовательно,

от значений электрических величин, подведенных к реле. Для уве­ личения времени действия желательно увеличение хода подвижной части ак—ан, а также коэффициента кт. Последний зависит от

силы поля постоянного магнита, а также от массы и электропро­ водности диска.

м

■\

L

Рис. 7.21. Реле постоянного тока с замедлением

Для реле постоянного тока замедление достигается обычно увеличением времени tB. Для реле, включаемых на постоянное на­ пряжение, увеличение времени tn может быть достигнуто вклю­

чением последовательно с обмоткой реле добротного дросселя (рис. 7.21,а), благодаря чему увеличивается постоянная времени цепи Т (см. (7.97)]. Аналогичный результат достигается включени­

ем емкости параллельно обмотке реле при наличии последователь­ ного активного сопротивления (рис. 7.21,6).

Как для реле, включаемых на постоянное напряжение, так и для реле, включаемого на постоянный ток, замедление может быть достигнуто созданием замкнутых контуров, связанных с обмоткой взаимной индуктивностью М (рис. 7.21,в). В этих контурах наво­

дятся токи, препятствующие нарастанию магнитного потока. При этом замедление получается тем больше, чем более добротны эти контуры, т. е. чем медленнее затухают наведенные токи. Контуры выполняются обычно в виде короткозамкнутой обмотки или в виде сплошной гильзы (сплошного витка) из проводящего материала.

Для замедления спадания потока при отключении необходимо создание контуров, в которых ток мог бы циркулировать после от­ ключения тока. Такие контуры могут быть или связаны с обмоткой взаимной индуктивностью (см. рис. 7.21, в) или включать саму обмотку (см. рис. 7.21,г,5, е). Преимуществом схем д и е по срав­ нению с г является меньшее потребление при включенном реле. Недостатком схемы д по сравнению с е является возможность ко­

лебательного переходного процесса. При этом реле может возвра­ титься при проходе тока через нуль. Естественно, что в схеме е

358