Дослідження релейної характеристики та електричних параметрів електромагнітного реле

Мета роботи. Зняти релейну характеристику і визначити електричні параметри електромагнітного реле.

Прилади й апаратура

1. Реле НМШ, КМШ.

2. Стенд для дослідження реле.

Короткі теоретичні відомості

Електромагнітні реле є до контактними реле з характеристикою (рис. 3.1). Стрибкоподібна зміна величини струму в вихідному колі відбувається у результаті фізичного розриву або з’єднання електричного кола за допомогою контактів. Ця характеристика відома, як релейна.

Релейна характеристика електромагнітних реле має наступні важливі точки (см. рис. 3.1):

- параметр спрацьовування - мінімальне значення вхідної величини I, U, при якому якір притягається до сердечника, перемикаючи загальні контакти з тилових на фронтові;

- робочий параметр - номінальне значення вхідної величини I, U, при якому забезпечується надійне замикання фронтових контактів з заданим контактним тиском;

- параметр відпадання - максимальне значення вхідної величини I, U, при якому відбувається відпускання якоря й замикання тилових контактів з загальними.

Рис. 3.1. Релейна характеристика контактного реле

За допомогою визначення характерних точок релейної характеристики знаходять коефіцієнти запасу та повернення [1; 2].

Коефіцієнт запасу визначається відношенням робочого параметра до параметра спрацьовування за формулою

Коєфіцієнт береться в межах 1,3…3 та характеризує надійність спрацьовування й утримання якоря реле в притягнутому стані.

Коефіцієнт повернення визначається відношенням параметра відпадання до параметра спрацьовування за формулою

Коефіцієнт повернення відбиває чутливість магнітної системи реле до зміни величини струму в обмотці і характеризує ширину релейної петлі (область роботи). Для колійних реле він отримав назву коефіцієнта безпеки.

Важливо відмітити, що параметри реле можуть мати одиниці виміру не тільки струму і напруги, а й потужності, ампер-витків. Вибір тієї чи іншої одиниці виміру параметрів може залежить від опору обмотки реле. Наприклад, у низькоомних реле параметри мають розмірність струму, а в високоомних – напруги.

Крім того, в паспортних даних реле вказані ще наступні електричні характеристики: R - опір обмотки реле; w - число витків обмотки реле.

Для електромагнітних реле типу КШ, КМШ параметри визначаються таким чином:

- напруга (струм) повного підйому (робочий параметр) для нейтрального якоря (НЯ) при нормальному та переведеному положенні поляризованого якоря (ПЯ);

- напруга (струм) відпадання якоря реле для НЯ при нормальному та переведеному положенні ПЯ;

- напруга (струм) перекинення ПЯ при різних полярностях постійного струму;

Іноді додатково визначаються напруга (струм) прямого підйому (аналог параметра спрацьовування ) для НЯ при нормальному та переведеному положенні ПЯ.

Для електромагнітних реле типу НШ, НМШ параметри визначаються звичайним чином для обох полярностей постійного струму: прямої й зустрічної. Причому, не рідко буває, що електричні параметри, виміряні для обох полярностей постійного струму, неоднакові за величинами.

Під час експлуатації електричні параметри реле можуть змінюватися, тому їх всіх періодично перевіряють. Перевірка проводиться в ремонтно-технологічних дільницях (РТД) дистанцій сигналізації та зв’язку. Після вимірювань електричні параметри записуються в паспорт реле, який вкладається в середину його корпусу.

Порядок виконання роботи

Робота виконується на типовому стенді для дослідження реле і полягає у вимірюванні електричних параметрів реле НМШ.

1. Зібрати схему, показану на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Схема вмикання: а - сприймальної (обмотки реле), б - виконавчої частин (контактна система)

2. Встановити ключ К1 в «+» (пряма полярність постійного струму).

3. Регулятором, плавно додаючи напругу, зафіксувати спрацьовування реле, при якому реле притягне якір й замкнуться загальний і фронтовий контакт. Результати занести до табл. 3.1.

4. Збільшити напругу до двохкратного значення напруги спрацьовування (моделювання реальних умов експлуатації реле), після чого, плавно зменшуючи регулятором значення напруги, зафіксувати відпадання якоря, при якому замкнуться загальний і тиловий контакт. Результати занести до табл. 3.1.

5. Наругу зменшити до нуля, після чого ключ К1 встановити в «-» (зворотна полярність постійного струму) та повторити пункти 3, 4.

6. Повторити пункти 1…5 шість раз.

7. Визначити коефіцієнти запасу й повернення за середнім значенням напруг спрацьовування і відпускання для обох полярностей постійного струму.

Таблиця 3.1

Номер за порядком	, В	, В	, мА	Середнє значення
«+»	«-»	«+»	«-»	«+»

8. За результатами вимірювань електричних параметрів реле побудувати релейну характеристику для прямої полярності (за середніми значеннями виміряних напруг) та скласти паспорт реле, де вказують:

1) Тип реле

2) Опір обмотки реле

3) Число витків

4) Робочу напругу

5) Напругу відпадання

6) Напругу спрацьовування

Зміст звіту

1. Назва і мета роботи.

2. Електрична схема вмикання сприймальної та виконавчої частин.

3. Таблиця результатів вимірювань.

4. Графік релейної характеристики.

5. Письмова відповідь на задане контрольне запитання.

3.4. Контрольні запитання

1. Що являє собою релейна характеристика?

2. Як визначається параметр відпадання та спрацьовування?

3. Чим відрізняються параметр спрацьовування від робочого параметра?

4. Як визначається і що характеризує коефіцієнт запасу?

5. Чому коефіцієнт запасу не може бути менший за 1,3 й більший за 3?

6. Як визначається і що характеризує коефіцієнт повернення?

7. Чи можливе значення коефіцієнта повернення більше одиниці?

8. Які одиніці вимірів можуть мати параметри реле і від чого це залежать?

9. Які параметри має реле КМШ?

10. Які з параметрів реле КМШ визначаються тільки для поляризованого якоря?

11. Для чого і де проводяться вимірювання електричних параметрів реле?

12. Що відносять до сприймальної та виконавчої частин реле?

13. Які електричні параметри реле вказуються в паспорті реле і чому?

14. Яку інформацію надає побудована релейна характеристика?

Лабораторна робота № 4

ДОСЛІДЖЕННЯ ТРАНСМІТЕРІВ

Мета роботи. Вивчити конструкцію маятникового МТ і кодового колійного трансмітерів КПТ. Дослідити часові параметри трансмітерів.

Прилади й апаратура

1. Маятникові трансмітери типів МТ – 1 та МТ – 2.

2. Кодовий колійний трансмітер типу КПТШ – 515 або КПТШ – 715.

1.1. Короткі теоретичні відомості

Трансмітери використовуються для перетворення безперервного постійного чи змінного струму у кодовий струм для живлення рейкових кіл та ламп світлофорів. Кодове живлення рейкових кіл забезпечує передачу кодових комбінацій імпульсів, що визначаються показаннями колійних світлофорів, а також підвищує чутливість до замикання колісними парами рейкових кіл. В залізничній автоматиці розрізняють трансмітери маятникові та кодові.

Основними часовими параметрами трансмітерів є (рис. 4.1):

- тривалість кодового циклу – визначається, як момент часу, з якого відбулося повторення кодової комбінації, для кодових трансмітерів або раніше обумовлена величина часу для маятникових трансмітерів;

	- тривалість імпульсу струму – визначається часом замикання контактів трансмітера; - тривалість інтервалу струму – визначається часом розмикання контактів трансмітера.
Рис. 4.1. Визначення часових параметрів трансмітерів

Маятникові трансмітери на залізничному транспорті використовуються з різною метою: в рейкових колах, на переїздах і станціях. Існують декілька різновидів трансмітерів маятникового типу: з подвісним маятником на плоскій пружині, з маятником у вигляді маховика та спіральною пружиною, з колихаючимся маятником. Найпоширенішими є трансмітерами останнього різновиду.

Трансмітер типу МТ – 1 (рис. 4.2) має механічну коливальну частину у вигляді маятника 2, закріпленого на осі 1 з якорем 6, що має кут нахилу до горизонтальної вісі . На осі також розтащовані кулачкові шайби 3, 4 – для керування контактною системою МТ – 1 та 5 – для керування керівним контактом КК. Обмотка електромагнітної частини 7 підключена на стенді до джерела постійного струму (батареї Б) через контакт кнопки К. Під дією магнітного поля якір разом з віссю і маятником повертається між полюсними наконечниками у напрямку проти годинникової стрілки. При відхиленні маятника на 15…20º контакт КК розмикається та розриває коло живлення обмотки електромагніта. За інерцією маятник продовжує рух вправо до

положення, яке визначається взаємодією якоря з магнітнім потоком системи. Із крайнього правого положення він починає рухатися зворотно (вліво). При цьому знову проходить струм, що створює магнітній поток для гальмування руху маятника. При русі маятника вліво від вертикальної лінії спокійного стану на якір діють дві гальмівні сили: тяжіння й магнітного поля електромагніта, які діють до моменту розмикання контакта КК. З крайнього лівого положення маятник починає рух вправо під дією сили тяжіння, а під час замикання контакта КК – під дією магнітного поля. При подальшому його русі контакт КК розмикається і коливання повторюються, доки обмотка електромагніта підключена до джерела живлення [4; 5].

Рис. 4.2. Маятниковий трансмітер типу МТ - 1 з колихаючимся маятником

При напрузі джерела живлення від 10 до 15 В маятник виконує 95…115 коливань у хвилину, забезпечуючи тривалість імпульсу в межах 0,24…0,3 с. Кількість коливань маятника зі зниженням величини напруги збільшується, а з її підвищенням зменшується.

Маятниковий трансмітер типу МТ – 1 використовується в імпульсних рейкових колах постійного струму для їх живлення.

Використовується також і інший трансмітер з колихаючимся маятником типу МТ – 2. Його основні елементи та принцип дії якого аналогічні розглянутому раніше МТ – 1, різниця тільки в кількості коливань у хвилину, що здійснюються маятником – 40. Зменшення кількості коливань у хвилину обумовлено збільшенням маси маятника. Він як і МТ – 1 має три контактних групи: одна – керуюча, дві інших – мають різну тривалість замикання та розмикання. Одна з двох має тривалість замикання 1 с, розмикання – 0,5 с, а друга – тривалість замикання і розмикання – 0,75 с.

Маятниковий трансмітер типу МТ – 2 використовується на переїздах для організації мигання ламп переїздних світлофорів, а також на станції для організації мигання ламп вхідних світлофорів [1; 5].

На трансмітери обох типів подається живлення 12 і 24 В постійного струму.

Таким чином МТ – 1 відрізняється від МТ – 2 сферою застосування, масою маятника, різними режимами роботи контактів, різною тривалістю кодового циклу: для МТ – 1 складає 0,57 с, для МТ – 2 – 1,5 с.

Існує багато типів кодових колійних трансмітерів, але за конструкцією вони практично однакові і використовуються для кодового живлення рейкових кіл. Кодовий колійний трансмітер КПТ або КПТШ, показаний на рис. 4.3,а), складається з: асинхронного однофазного двигуна змінного струму напругою живлення 220 В – 1; черв’ячного редуктора – 2, 3; вала – 4 з трьома кодовими шайбами – 5, 6, 7; контактів з роликами – 9, які при обертанні шайб замикаються або розмикаються з нерухомими контактами – 8. Форма поверхні шайб 5, 6, 7 різна і відповідає коду вогню світлофора (рис. 4.3,б)). Для зеленого вогню шайба 5 має три виступи – один довгий і два коротких (код З), для жовтого – шайба 6 має два довгих виступи (код Ж), для червоного – шайба 7 має два коротких виступи (код червоно-жовтий – КЖ).

Принцип роботи КПТ полягає в тому, що асинхронний двигун виконує обертальний рух і пов’язаний з ним черв’як-редуктор 2 в одній площині, а редуктор-шайба 3 насаджений на вал 4 виконує обертальний рух в іншій площині. В результаті обертання валу насаджені на нього шайби 5, 6, 7 починають обертальний рух, що призводить до замикання та розмикання контактів 9 й 8. Таким чином, КПТ виробляє одночасно три кодових комбінації – код З, Ж і КЖ (рис. 4.3,б)). Вибір кодової комбінації залежить від спеціальної схеми керування, яка враховує стан попередурозташованих дільниць, світлофорів та іншого.

Рис. 4.3. Кодовий колійний трансмітер: а - механічна схема часова, б - часова діаграма роботи

Різноманіття типів КПТ досягається за рахунок різних передатних відношень редуктора. Різне передатне відношення редуктора зумовлює різну тривалість кодового циклу, тривалість імпульсів струму й інтервалів струму. Крім того, використання редуктора в конструкції КПТ обумовлено зниженням кількісті обертів за хвилину на передатне відношення та збільшенням зусилля на передатне відношення, оскільки двигун має велику кількість обертів за хвилину, але мале зусилля.

Наприклад, трансмітер КПТ – 5 чи КПТШ – 515 має передатне число 26, а КПТ – 7 чи КПТШ – 715 має передатне число 30,7. Різне передатне число призводить до того, що тривалість кодового циклу для КПТ – 7 складає 1,86 с, а для КПТ – 5 – 1,6 с. Вказані трансмітери використовуються в кодових рейкових колах змінного струму, а також для накладення кодових сигналів на рейкові кола постійного струму [2; 5].

Порядок виконання роботи

1. Вивчити конструкцію маятникового трансмітера.

2. Підключити трансмітер МТ – 1 або МТ – 2 до джерела живлення і дослідити його роботу при напрузі живлення 10…14 В.

3. Визначити кількість коливань маятника за хвилину та нарисувати часову діаграму роботи МТ.

4. Вивчити конструкцію кодового колійного трансмітера.

5. Підключити трансмітер до джерела живлення і простежити за його роботу.

6. Нарисувати часову діаграму роботи трьох кодів КПТ.

Зміст звіту

1. Назва і мета роботи.

2. Ескіз маятникового і кодового колійного трансмітера.

3. Часові діаграми роботи маятникового і кодового колійного трансмітерів.

4. Письмова відповідьна задане контрольне запитання.

4.4. Контрольні запитання

1. Навіщо здійснюється кодове живлення рейкових кіл за допомогою трансмітерів?

2. Які основні часові параметри трансмітерів і як вони визначаються?

3. Які типи маятникових трансмітерів існують?

4. Яке призначення керуючого контакту в маятниковому трансмітері?

5. На якому принципі ґрунтується робота маятникового трансмітера?

6. Де застосовуються маятникові трансмітери типів МТ – 1 і МТ – 2 та для чого?

7. В чому полягає відмінність МТ – 1 від МТ – 2?

8. Яке призначення редуктора в конструкції кодового колійного трансмітера?

9. На якому принципі ґрунтується робота КПТ?

10. Що й як враховується, при виборі коду кодового колійного трансмітера?

11. В чому полягає відмінність кодових колійних трансмітерів типів КПТ – 7 й КПТ – 5?

12. Де та для чого застосовуються КПТ?

Лабораторна робота № 5