Электромеханические реле времени

В схемах защиты и автоматики часто требуется выдержка времени между срабатыванием двух или нескольких аппаратов. При автоматизации технологических процессов также может возникнуть необходимость в определенной временной последовательности операций. Реле времени применяется в случаях, когда необходимо автоматически выполнить какое-то действие не сразу после появления управляющего сигнала, а через установленный промежуток времени.

Реле времени различаются по способу замедления:

· с электромагнитным замедлением;

· с механическим замедлением (с пневматическим замедлением, с часовым или анкерным механизмом и моторные реле).

Реле времени с электромагнитным замедлением применяются только при постоянном токе. Помимо основной обмотки реле этой серии имеют дополнительную короткозамкнутую обмотку, состоящую из медной гильзы. При нарастании основного магнитного потока, он создает магнитный поток в дополнительной обмотке, который препятствует нарастанию основного магнитного потока. В итоге, результирующий магнитный поток увеличивается медленнее, время «трогания» якоря уменьшается, чем обеспечивается выдержка времени.

Этот вид реле времени обеспечивает выдержку времени при срабатывании от 0,07 с до 0,11 с, при отключении от 0,5 с до 7 с.

Реле времени с пневматическим замедлением имеет специальное замедляющее устройство — пневматический демпфер, катаракт. Регулировка выдержки осуществляется изменением сечения отверстия для забора воздуха.

 

Этот тип реле времени обеспечивает выдержку времени от 0,4 до 180 с, с точностью срабатывания 10 % от уставки.

Реле времени с анкерным или часовым механизмом работает за счёт пружины, которая заводится под действием электромагнита и контакты реле срабатывают только после того, как анкерный механизм отсчитает время, выставленное на шкале.

Этот тип реле времени обеспечивает выдержку времени от 0,1 до 20 с, с точностью срабатывания 10 % от уставки.

Моторные реле времени предназначены для отсчета времени от 10 с до нескольких часов. Оно состоит из синхронного двигателя, редуктора, электромагнит для сцепления и расцепления двигателя с редуктором, контактов.

Герконовые реле

Электрическая дуга или искра, образующиеся при размыкаии и замыкании контактов, приводят к их быстрому разрушению. Этому также способствуют окислительные процессы и покрытие контактных поверхностей слоем пыли, влаги и грязи. Недостатком электромагнитных реле является наличие трущихся механических деталей, износ которых сказывается на их работоспособности. Другим недостатком этих реле является их инерционность, обусловленная значительной массой подвижных деталей.

Эти недостатки электромагнитных реле привели к созданию реле с герметичными магнитоуправляемыми контактами (герконами).

Контактные сердечники 1 и 2 выполнены из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью (пермаллоя) и ввариваются в стеклянный герметичный баллон 3. Баллон заполнен инертным газом – чистым азотом или азотом с небольшой (около 3 %) добавкой водорода. Инертная среда предотвращает окисление контактных сердечников. Баллон устанавливается в обмотке управления 4. При подаче тока в обмотку возникает магнитный поток Ф, который проходит по контактным сердечникам 1 и 2 через рабочий зазор δ между ними и замыкается по воздуху вокруг обмотки 4. Поток Ф при прохождении через рабочий зазор создает тяговую электромагнитную силу, которая, преодолевая упругость контактных сердечников, соединяет их между собой. При отключении обмотки магнитный поток и электромагнитная сила спадают и под действием сил упругости контактные сердечники размыкаются.

Существуют герметичные реле с размыкающими и переключающими контактами.

Управление герконом можно осуществлять и с помощью постоянного магнита. Если постоянный магнит установлен вблизи геркона, его магнитный поток замыкается через контактные сердечники, которые в результате этого находятся в замкнутом состоянии.

Упругость контактных сердечников обуславливает возможность их вибрации. Одним из способов устранения влияния вибрации является использование жидкометаллических контактов.

Рисунок слева. Внутри подвижного контактного сердечника 1 имеется капиллярный канал, по которому из нижней части баллона 4 поднимается ртуть 5. Ртуть смачивает поверхности касания контактных сердечников 1, 2 и 3. В момент удара контактов при срабатывании возникает их вибрация. Из-за ртутной пленки на контактной поверхности вибрация не приводит к разрыву цепи.

Рисунок справа. Между контактными сердечниками 2 и 3 и ртутью 5 находится ферромагнитная изоляционная жидкость 6. При возникновении магнитного поля ферромагнитная жидкость 6 перемещается, в положение, при котором поток будет наибольшим. Ртуть вытесняется вверх и замыкает контактные сердечники 2 и 3.

Наличие ртути уменьшает переходное сопротивление и увеличивает коммутируемый ток, однако удлиняет процесс разрыва контактов.

Для устранения влияния внешних магнитных полей, а также уменьшения влияния магнитного поля катушки на внешние устройства герконовое реле может быть заключено в кожух из магнитомягкого материала.

Ферридами называются герконовые реле с магнитной памятью. У таких реле имеется две обмотки.

Существуют герметичные силовые контакты (герсиконы), в конструкцию которых внесены дугогасительные контакты. Номинальный ток герсиконов достигает 6,3 А, включаемый ток до 180 А, отключаемый ток до 63 А.

Фотоэлектрические реле

Фотоэлектрическое реле (ФЭР) представляет собой устройство автоматического контроля или управления, чувствительным органом которого является фотоэлектронный прибор (фотоэлемент), реагирующий на изменение параметров электромагнитного излучения.

В ФЭР могут быть применены все известные типы фотоэлектронных приборов: вакуумные и газонаполненные фотоэлементы с внешним фотоэффектом, фото умножители, вентильные фотоэлементы, фотодиоды (в диодном и вентильном режимах), фототранзисторы (униполярные и биполярные), фото тиристоры, координатные фотоэлементы (фото потенциометры, фотодиоды на основе продольного и поперечного фотоэффектов и др.).

При этом возможно выполнение ФЭР, реагирующих на: лучистый поток и, в частности, на появление или исчезновение луча от источника; облученную чувствительную поверхность фотоэлемента; количество облучения; координату облученного участка чувствительной поверхности фотоэлемента; спектральный состав излучения; частоту или фазу импульсов лучистой энергии.

Полупроводниковые реле

Полупроводниковые реле в отношении быстродействия, чувствительности, селективности и надежности превосходят электромагнитные. В ряде случаев полупроводниковые реле обладают характеристиками, которые невозможно получить с помощью электромагнитных реле.

Полупроводниковые реле содержат измерительный орган и логическую часть. В измерительном органе входные величины преобразуются в дискретный выходной сигнал. Дискретный выходной сигнал поступает на вход логической части, выдающей управляющий сигнал чаще всего на электромагнитное реле.

В измерительных органах используются следующие три принципа:

· сравнение однородных физических величин, например напряжений. В момент равенства измеряемого и опорного напряжений на выходе появляется нулевой сигнал, который приводит к срабатыванию нуль-органа. На выходе появляется дискретный сигнал. Регулируя опорное напряжение, можно менять уставку срабатывания.

· проявление физического эффекта, возникающего, при определенном значении измеряемого напряжения, — скачок в нелинейной характеристике туннельного диода, релейная характеристика триггера Шмидта и др.

· преобразование непрерывного входного сигнала и опорного напряжения в цифровую форму. После этого производится сравнение входного сигнала с опорным напряжением.

Микропроцессорные реле

Микропроцессорное реле – это самый настоящий компьютер, содержащий дополнительно плату с входными трансформаторами тока и напряжения, согласованными по параметрам с внешними трансформаторами тока и напряжения, а также плату с набором миниатюрных выходных электромагнитных реле.

Записанная в специальный чип программа позволяет обрабатывать входные сигналы таким образом, чтобы смоделировать действие того или иного вида защитного реле.

Программирование такого реле сводится в основном к записи в его память требуемых порогов срабатывания, временных интервалов, выбора того или иного типа рабочей характеристики из некоторых возможных.

Из этого набора виртуальных элементов с помощью компьютерной программы, рисуют на экране сложнейшие системы автоматики, которые затем загружают в контроллер. Включив опцию «симуляция», можно увидеть на экране компьютера, как будет работать вся эта система автоматики в режиме реального времени или в специально смоделированных аварийных режимах.

Основными узлами МР являются: блок аналоговых входов (трансформаторы тока и напряжения), входные фильтры (антиалиазинговые фильтры; цепи выборки и запоминания), мультиплексор, аналогово-цифровой преобразователь, микропроцессор, различные виды памяти, блок логических (цифровых) входов, блок релейных выходов.

Конструктивно МР представляют собой набор плоских модулей (печатных плат) представляющих собой различные функциональные узлы МР, размещенных в корпусах различных типов и размеров.