Электромеханические реле постоянного и переменного тока

Особенностью их конструкции является наличие подвижной системы, вызывающей замыкание или размыкание выходных контактов при воздействии входного сигнала.

Различают: электромагнитные (постоянного и переменного тока), магнитоэлектрические, индукционные, электродинамические.

Электромагнитные реле.

Принцип действия основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого током, протекающего по катушке релœе с подвижным якорем устройства.

Количество выходных блок-контактов от 2 до 16.

При подаче на вход напряжения в катушке появляется ток, приводящий к появлению магнитного поля и возникновению электромагнитной силы, действующей на якорь. При нарастании тока эта сила преодолевает силу упругости пружины, обеспечивая перемещение якоря. В результате происходит замыкание или размыкание контактов.

Электромагнитная сила:

- для постоянного тока ;

- для переменного тока ,

где m_о - магнитная проницаемость среды;

W - число витков катушки;

S - площадь воздушного зазора;

d - величина воздушного зазора.

В конструктивном исполнении релœе постоянного и переменного токов одинаковы. Несмотря на переменный характер тока у последних, направление электромагнитной силы, действующей на якорь, не меняется [(Iw)² ], обеспечивая этим перемещение якоря и срабатывание релœе.

- значение электромагнитной силы меньше, т.к. sinw t < 1;

- наличие вибрации в силу переменного характера токаи как следствие подгорание контактов (для устранения этого недостатка в обмотке релœе используют специальный короткозамкнутый виток).

Статические характеристики:

1 – расчетная зависимость;

2 – реальная зависимость;

3 – зависимость F_{max =} f(d);

(F_max – суммарные механические силы сопротивления возвратных и контактных пружин.)

Изменение на участке d_н обусловлено влиянием токов рассеивания, а на участке d_к влиянием магнитного сопротивления стального магнитопровода (d_к ¹ 0, т.к. на якоре устанавливают немагнитные прокладки или штифты). При подаче входного напряжения F_э < F _max и в начальный момент происходит нарастание тока (L= const) ,

где Т₁ = L₁ /R - постоянная релœе времени;

R - сопротивление обмотки релœе;

L₁ – индуктивность катушки при d_н

Затем при F_э ³ F _max срабатывает релœе. При снятии U_вх осуществляется падение тока в катушке по экспоненте ,

где Т₂ = L₂ /R - постоянная релœе времени;

L₂ – индуктивность катушки при d_к

Таким образом при F_э ³ F _max происходит отпускание релœе. Якорь возвращается в первоначальное положение.

Полупроводниковые реле.

Среди них различают контактные и бесконтактные устройства.

Контактные. Такие реле представляют собой сочетание электронного (полупроводникового) усилителя и выходного электромеханического реле.

Е_см – дополнительное напряжение смещения (используется для надежной работы транзисторов при широком изменении частоты)

На выходе полупроводникового усилителя подключена катушка электромагнитного релœе. Усиление входного сигнала повышает чувствительность релœе. Подобные схемы бывают реализованы на переменном токе.

Бесконтактные. Такими устройствами являются релœе, у которых и воспринимающая и исполнительная части не имеют механического контакта͵ а выходным сигналом является скачек напряжения.

Данные релœе можно реализовать на двухкаскадных транзисторных усилителях постоянного тока с положительной обратной связью. У обычного двухкаскадного усилителя статическая характеристика U_вых = f(U_вх) имеет линœейный характер, если напряжение на выходе при изменении сигнала на входе изменяется плавно без скачков. Размещено в открытой библиотеке http://oplib.ru При достаточно глубокой положительной ОС такой усилитель приобретает релœейную характеристику. Возможно введение ОС по току (эмиттерная ОС) и по напряжению (коллекторная ОС).

Рассмотрим усилитель с эмиттерной ОС, являющимся транзисторным релœе. ОС между VT2 и VT1 осуществляется через резистор R_э, включенный в эммитерную цепь. При этом падение напряжения на нем прикладывается к входу первого каскада. При отсутствии входного сигнала транзистор VT1 заперт, а VT2 открыт и находится в состоянии насыщения. Выходной сигнал имеет минимальное значение

,

где R_к, E_к - сопротивление и ЭДС в цепи коллектора.

При подаче входного сигнала отрицательной полярности и достижении им параметра срабатывания (а именно U_вх.ср) транзистор VT1 отпирается, а VT2 запирается. Транзисторное релœе скачкообразно переходит из одного устойчивого состояния в другое при котором напряжение на выходе равно напряжению источника - E_к. Увеличение входного сигнала не изменяет состояние схемы. При его уменьшении состояние схемы сначала не изменяется. При этом при U_вх = U_.возв. происходит скачкообразное изменение состояния устройства и схема возвращается в исходное состояние.

Рис.1. Реле времени РВМ-2

Реле (рис. 1) предназначено для автоматического управления двумя независимыми электрическими цепями путем замыкания i-i размыкания этих цепей посуточным программам. Две независимые программы задаются при помощи установки штифтов в соответствующие резьбовые отверстия программного диска. Программный диск приводит во вращение суточная ось часового механизма.

Рис.2. Кинематическая схема реле времени программного типа 2РВМ:

I- часовой механизм; 2, 9, 16, 17- зубчатые передачи; 3- индекс минут; 4- ось 1 об/ч; 5- шкала минут; 6-программный диск; 7-индекс часов; 8- ось 1 об/сут; 10- пружина часового механизма; 11, 12, 13, 14- винтовой дифференциальный механизм включения электродвигателя для подзавода пружины;./0, 15- микровыключатель; 18- микродвигатель; 19, 20- контактные пружины; 21, 22, 23, 24, 26- поворотный кулачковый механизм; 25- штифт для программирования.

Реле времени применяется для автоматизации непрерывных производственных процессов; управления технологическим оборудованием предприятий (вентиляторами, сушильньми и нагревательными печами и т.п.); включения гидравлических насосов, водооткачи-вающих помп по заранее заданной программе; зарядки аккумуляторных батарей различных транспортных машин; автоматического включения и выключения освещения дворов, площадок, витрин магазинов, реклам; автоматического регулирования периода работы лифтов.

Кинематическая схема реле приведена на рис. 2.

Технические характеристики

Суточный ход при температуре окружающего воздуха 20°С не более ± 2 мин. Температурный коэффициент изменения суточного хода на 1°С в сутки ± 2 с. Резерв хода при перерывах электропитания 48 ч. Характеристика I программы: количество отверстий на внешней окружности программного диска 96, цена деления 15 мин, минимальная продолжительность команд или пауз 30 мин. Характеристика II программы: количество отверстий на внутренней окружности программного диска 72, цена деления 20 мин, минимальная продолжительность команд или пауз 40 мин. Продолжительность

цикла программ 24 ч. Точность моментов переключения в обеих программах ± 5 мин.

Рис. 108. Габаритные и установочные размеры реле времени программного типа 2РВМ

Характеристика цепей управления: число контактных пар в каждой программе 1; контактное давление 0,3...0,5 Н; допустимая максимальная сила переменного тока частотой 50 Гц через одну контактную пару при напряжении 220 В 15 А; допустимая максимальная сила постоянного тока при напряжении 12..220 В 1,5 А.

Питание-от сети переменного тока: напряжение 220 В; частота 50 Гц. Масса не более 2 кг. Габаритные и установочные размеры приведены на рис. 108.

Вероятность безотказной работы в течение 10 000 ч не менее 0,9; в течение 5000 ч не менее 0,96.

 

Порядок работы:

1. Ознакомиться с руководством по выполнению практической работы,

получить задание у преподавателя.

2. Изучить материалы методических указаний и литературы.

3. Подготовить отчет.

Отчет по работе должен содержать:

1. Тему и цель работы.

2. Выполненное задание

Рекомендуемая литература:

Основная литература:

1. Афонин, А. М. Теоретические основы разработки и моделирования систем автоматизации: Учебное пособие для сред. проф. образования / А.М. Афонин, Ю.Н. Царегородцев, А.М. Петрова и др. - М.: Форум: ИНФРА-М, 2014. - 192 с.

2. Иванов, А.А. Автоматизация технологических процессов и производств: Учебное пособие для высш. учеб. заведений.- 2-e изд., испр. и доп. - М.: Форум: ИНФРА-М, 2015. - 224 с.

Дополнительная литература:

1. Шишмарев В.Ю. Автоматика: Учебник для сред. проф. образования.- М.: Автоматика, 2005.- 288 с.

Практическая работа №20