Электромагнитные реле времени с магнитным демпфированием



 

    Для притяжения или отпускания якоря электромагнитного реле необходимо наличие определенного магнитного потока,значение которого достигается не сразу в момент включения или выключения, а через определенное время. Замедляя нарастание или спад магнитного потока (осуществляется магнитное демпфирование), можно регулировать время срабатывания или отпускания реле.

     Замедление нарастания или спада магнитного потока может быть осуществлено не только схемными, но и конструктивными методами. Чаще всего для этого применяют исполнение магнитной системы с двумя обмотками: рабочей и короткозамкнутой. Короткозамкнутая обмотка, иногда называется демпфирующей, нередко исполняется в виде медно гильзы или медных колец, которые насаживаются на сердечник вместе с рабочей катушкой. Кроме того, иногда используются добавочные обмотки, создающие магнитный поток, противоположный магнитному потоку основной катушки.

    Магнитное демпфирование удобно применять для замедления отпускания реле. Спад магнитного потока происходит при малом рабочем зазоре, т.е. при большой индуктивности системы, что определяет ее большую инертность.

    а) Замедление срабатывания реле.

    Замедление нарастания магнитного потока реле из-за наличия короткозамкнутой обмотки происходит следующим образом. При появлении тока в рабочей обмотке реле начинает зарастать магнитный поток в сердечнике. Изменение магнитного потока влечет за собой появление в короткозамкнутой обмотке (витке) э. д. с., под действием которой образуется ток. Последний создает магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку рабочей обмотки, замедляя при этом скорость увеличения результирующего магнитного потока в рабочем зазоре.Конструктивно короткозамкнутая обмотка нередко выполняется в виде медной втулки, насаживаемой на сердечник концентрически с основной рабочей обмоткой (рисунок 6,а). Иногда короткозамкнутая обмотка (виток) выполняется в виде медного кольца, расположенного у рабочего зазора (рисунок 6,б).Такое расположение короткозамкнутого витка применяют для дополнительного влияния на распределение магнитного потока при переходном процессе. При срабатывании реле магнитный поток, образуемый токами в кольце, направлен навстречу основному потоку, создаваемому током в рабочей обмотке, и как бы отталкивает последний от рабочего зазора. Из-за этого возрастают потоки рассеяния в середине, у корня сердечника и сильно ослабляется поток в рабочем зазоре. В результате усиливается влияние короткозамкнутого витка на время срабатывания реле (одновременно увеличивается время отпускания).

Б) Замедление отпускания реле.

        После отключения рабочей обмотки реле от источника питания убывает магнитный поток в сердечнике. Если имеется короткозамкнутая обмотка (виток), то в ней при изменениимагнитного потока наводится э. д. с. и возникает ток, который создает магнитный поток, препятствующий изменению основного магнитного потока. В результате реле отпускает со значительным замедлением.

    Магнитное демпфирование более удобно применять для замедления отпускания реле, чем для замедления обрабатывания.

Рисунок 6 - Электромагнитные реле с магнитным демпфированием

    а - с медной втулкой; б - с медным кольцом у рабочего зазора

        

    Спад магнитного потока происходит при малом рабочем зазоре, т. е. при большой индуктивности системы, что определяет ее большую инерционность.

    Замедление отпускания реле с помощью короткозамкнутых витков широко применяется на практике. В них получают выдержку времени, от 0,2 до 10 сек.

    Для получения больших выдержек времени необходимо, чтобы в системе был накоплен запас энергии и система была достаточно инерционной. Поэтому рассматриваемые реле времени стараются исполнять с большойм.д.с. так, чтобы,при притянутом якоре имело место насыщение магнитопровода. Кроме того, при насыщении матнитопровода обеспечивается стабильность выдержки времени при колебаниях напряжения питания. Обычно применяют материал с большим значением индукции насыщения, напримерармко-железо. Магнитопровод и катушки имеют большие габариты. Вес реле достигает 5 кг.

    Регулирование выдержки времени осуществляется изменением величины воздушного зазора между якорем и сердечником, изменением натяжения пружины, отрывающей якорь от сердечника, и регулировкой тока в так называемой ссаживающей катушке.

    Воздушный зазор между притянутым якорем и сердечником обычно изменяют в условиях мастерской. Этот зазор осуществляется

путем применения немагнитных прокладок толщиной от 0,05 до 0,5 мм. При уменьшении толщины прокладки увеличивается значение самоиндукции системы, т.е. ее инерционность, и кривая спада магнитного потока становится более пологой. Поэтому для получения больших выдержек времени нужны тонкие прокладки. Однако при очень малой толщине прокладки она может быть повреждена при эксплуатации, а без прокладки якорь будет прилипать к сердечнику. Регулировка выдержки времени путем изменения толщины немагнитной прокладки является грубой.

    Плавную регулировку выдержки времени осуществляютв эксплуатации изменением натяжения пружины якоря. При изменении натяжения пружины меняется значение магнитного поля тока, при котором якорь отрывается от сердечника. Например, если пружина была отрегулирована так, что отрыв якоря реле от сердечника происходил при магнитном потоке Ф1(рисунок 7), то при уменьшении натяжения пружины якорь будет начинать движение при меньшем значении магнитного потока Ф2 (рисунок 7), т. е. выдержка времени увеличится (t2>t1)

Рисунок 7 - Влияние натяжения пружины якоря на выдержку времени реле с магнитным демпфированием

 

    Однако магнитный поток в системе спадает с течением времени не до нуля, а до некоторого значения Фост. Значение Фост зависит от остаточной индукции и коэрцитивной силы материала магнитопровода. Величина Фост ограничивает возможность увеличения выдержки времени путем уменьшения натяжения пружины якоря. Действительно, предельная выдержка времени соответствует такому натяжению оттягивающей якорь пружины, при котором отпускание якоря происходит при минимальном значении магнитного потока Фмин, причем Фминост (рисунок 7). Если пружина натянута так слабо, что отпускание якоря происходит при Фмин = Фост, то возможны случаи залипания якоря.

    Для того чтобы уменьшить значение Фост и увеличить возможную выдержку времени, часто применяют третью обмотку. Эта небольшая катушка, обычно называемая ссаживающей, включается так, что создаваемый ею магнитный поток уменьшает магнитный поток рабочей обмотки, снижая, таким образом, кривую спада магнитного потока (рисунок 8). Так как при наличии ссаживающей катушки кривая спадания потока идет ниже, то можно увеличить выдержку времени дальнейшим ослаблением пружины якоря, не опасаясь при этом залипания якоря.

Рисунок 8  - Кривые спадания магнитного потока

1 - без ссаживающей катушки;

2 - с ссаживающей катушкой.

 

    Так как м.д.с. ссаживающей катушки мала, то она оказывает малое влияние на магнитный поток системыпри насыщении магнитопровода. Влияние ссаживающей катушки на магнитный поток системы увеличивается по мере спадания этого потока.

    Путем изменения тока в ссаживающей катушке можно регулировать выдержку времени на расстоянии.

    Перед отпусканием якоря реле должно накопить полный запас магнитной энергии. Поэтому перед отключением рабочей катушки реле она должна некоторое время (иногда до 0,8 сек) находиться под напряжением, с тем чтобы магнитный поток системы, медленно нарастающий при притянутом якоре, успел достичь своего максимального значения. Реле с магнитным демпфированием стараются включать так, чтобы время «зарядки» было не менее половины времени «отпускания».

    Если время зарядки реле будет недостаточным, то время отпускания якоря уменьшается, что иллюстрируют кривые (рисунок 9), где приведены зависимости выдержки времени при отпускании реле от длительности импульса напряжения. Кривые 1 и 2 показывают, что выдержка времени реле с магнитным демпфированием сильно зависит от механической нагрузки якоря.

    Реле времени с магнитным демпфированием предназначены для использования в цепях постоянного тока. Для использования реле в схемах на переменном токерабочую обмотку присоединяют к источнику тока через выпрямители. Обычно применяют полупроводниковые выпрямители. При применении двухполупериодного выпрямления выдержка времени получается примерно такой же, как и при включении в сеть постоянного тока. Добавочный нагрев катушки за счет пульсации тока невелик. При применении однополупериодного выпрямителя выдержка времени уменьшается.

Рисунок 9- Зависимость выдержки времени при отпускании реле от длительности импульса напряжения питания.

 

    в) Реле с быстрым срабатыванием и выдержкой времени при отпускании.

    В реле с магнитным демпфированием, предназначенных для получения значительных выдержек при отпускании якоря, время срабатывания может быть также довольно значительным. Кроме того, после включения реле под напряжение оно должно некоторое время перед применением «заряжаться».

    Время, в течение которого реле приводится в рабочее состояние, часто стремятся уменьшить. С этой целью .применяют либо схемные методы ускорения переходного процесса при включении реле, или несколько изменяют конструкцию реле.

    На рисунке 10, приведены примеры схемного решения вопроса. В схеме рисунок 10(а), в первый момент после включения, напряжение на емкости равно нулю и на обмотку реле приходится все напряжение источника питания, которое подбирается значительно большим номинального для данного реле напряжения. Поэтому магнитный поток растет быстрее и время срабатывания уменьшается. По мере заряда конденсатора напряжение на обмотке реле уменьшается, однако за это время реле успевает сработать.

    В схеме рисунке 10(б), последовательно с обмоткой реле включена лампа накаливания с металлической нитью.

    В холодном состоянии сопротивление нити лампы мало и при замыкании контактов К почти все напряжение U будет приложено к обмотке реле, в результате чего ток в ней быстро растет. При нагреве лампы сопротивление ее нити увеличивается, и через некоторое время на обмотке реле будет нормальное рабочее напряжение.

    На рисунке 10(в,г), приведены конструктивные способы уменьшения влияния короткозамкнутого витка на время срабатывания реле с выдержкой времени при отпускании.

Рисунок 10 - Способы ускорения срабатывания реле с выдержкой времени при отпускании.

 

    Согласно рисунку 10,вместо медной втулки или колец в реле выполняется дополнительная обмотка 1, концы которой выведены наружу и присоединены к полупроводниковому выпрямителю 2. Выпрямитель подсоединен так, что -пропускает токи, возникающие в обмотке 1 только при отпускании реле. При срабатывании реле дополнительная обмотка благодаря большому обратному сопротивлению выпрямителя не оказывает влияния на нарастание магнитного потока в системе. Поэтому реле имеет нормальное время срабатывания и дает выдержку времени при отпускании. Дополнительная обмотка рассчитывается на максимальное напряжение на ее зажимах.

                        (1)

    где w1- число витков дополнительной обмотки;

       wo- число витков основной обмотки;

       U -напряжение питания

    В целях более полного использования полезного окна магнитопровода рабочую и вспомогательную обмотки можно соединить последовательно.

    На рисунке 10(г), показано расположение короткозамкнутого витка, выполненного в виде медного кольца 3 у корня сердечника. При срабатывании реле магнитный поток, образуемый током в кольце, смещает результирующий магнитный поток системы к рабочему зазору. Поэтому медное кольцо меньше влияет на время срабатывания реле. При отпускании реле медное кольцо оказывает обычное действие и существенно увеличивает время отпускания реле. (Напомним, что при расположении медного кольца у рабочего зазора замедляется как срабатывание, так и отпускание реле.)

    Реле времени с магнитным демпфированием обычно исполняют так, что магнитопровод насыщается при напряжении, значительно меньшем номинального (при 0,5Uн).Поэтому возможные колебания напряжения от 0,85 Uн до 1,1 Uн не влияют на выдержку времени. Существенное влияние на стабильность выдержки времени оказывает температура, ибо при изменении температуры обмоток происходит изменение их сопротивления. В рабочем диапазоне температур реле обеспечивает выдержку времени с точностью 5-10%.

    Реле времени с магнитным демпфированием предназначены для использования в цепях постоянного тока. Для использования реле в схемах на переменном токе рабочую обмотку присоединяют к источнику тока через выпрямители. При применении двухполупериодного выпрямления выдержка времени получается примерно такой же, как и при включении в сеть постоянного тока.

    Реле времени с магнитным демпфированием применяются в основном в стационарных условиях. В импульсных схемах эти реле стараются не применять.

 

Электронные реле времени

 

        В конденсаторных (электронных) реле времени замедляющая часть представляет собой релаксационный контур, состоящий из сопротивления R и конденсатора С. Иногда эти реле называют релаксационными реле времени.

    В качестве исполнительного органа конденсаторного реле времени обычно используют электромагнитные реле времени. Ввиду малого сопротивления обмоток этих реле они подключаются к релаксационному контуру через промежуточные цепи, собранные либо на газоразрядных приборах (неоновые лампы, накальные тиратроны,тиратроны с холодным катодом), либо на электронных лампах, либо на полупроводниковых триодах.

    Так как в промежуточных цепях конденсаторных реле времени обычно имеются электронные приборы, эти реле еще называют электронными реле времени. Благодаря простате изготовления, дешевизне, возможности получения большой частоты включения и высокой износоустойчивости электронные реле времени получили очень широкое распространение. 

    Количество различных схем конденсаторных реле времени очень велико. Однако во всех этих схемах применяются два варианта контуров. В первом случае незаряженный конденсатор С заряжается от источника питания напряжением U через сопротивление R. При этом напряжение на конденсаторе С изменяется по закону :

                                   (2)

    Через время t1 после начала заряда конденсатора напряжение на нем становится равным напряжению регулирования Uр1, т.е. напряжению на выходе схемы, при котором срабатывает или отпускает имеющееся в схеме исполнительное реле. При Uc=Uр1 выдержка времени заканчивается.

    Время выдержки в соответствии с (2) определяется выражением:                                           (3)

    Во втором случае конденсатор С, предварительно заряженный до напряжения Uс, разряжается через сопротивление R. При этом напряжение на конденсаторе изменяется по закону:

                                            (4)

    Выдержка времени с момента начала разряда до момента Uc=Up2 будет:

                                     (5)

    Согласно формулам (4 и 5) выдержка времени зависит от четырех величин Up,U,C,R.

    Напряжение регулирования Uр для каждой схемы либо бывает постоянным (для схем с газоразрядными приборами), либо находится в функциональной зависимости от напряжения источника питания (для схемс электронными лампами).

    Регулирование выдержки времени, обычно осуществляется изменениемпостоянной времени контура,RC или изменением напряжения питания.Наиболее удобно производить плавное регулирование выдержки времениизменением сопротивления R.Подключения различных емкостей применяется лишь в некоторых конструкциях для изменения диапазоноввыдержки времени.

    Конденсаторное реле на полупроводниковых триодах.

     При практическом осуществлении схем на кристаллических триодахприходится сталкиваться с двумя основными недостатками :

1. Значительная зависимость параметров от температуры и режима;

2. Значительный разброс параметров от образца к образцу.

 

 

Рисунок 11 - Схема конденсаторного реле времени с использованием релейного усилителя на полупроводниковых триодах

 

    На рисунке 11 изображена схема конденсаторного реле времени с использованием релейного усилителя на полупроводниковых триодах. Это реле времени работает на принципе заряда конденсатора. Оно состоит из контура RC, включенного в мостовую схему с диодом До . В выходной диагонали моста и релейного полупроводникового усилителя РУ с коллекторной обратной связью имеется стабилизированный делитель напряжения (Uo,Uн) на кремниевых стабилитронах ДС1 и ДС2. Выходной величиной является ток iн в сопротивлении Rн .

    Схема управления ключом К. При замкнутом ключе К диод До открыт конденсатор С разряжен, триод Т1 заперт, триод Т 2 открыт, ток iн имеет максимальное значение.

    Выдержка времени начинается с момента размыкания ключа К. После размыкания диод До оказывается под обратным напряжением:

Uд= - (Uo – Uс)             (6)

    где Uc – напряжение на конденсаторе С.

    В момент переключения Uс=0 и диод До запирается. Конденсатор начинает заряжаться через сопротивление R. Когда напряжение Ucстановится больше Uо, диод До открывается, ток iр изменяет направление и начинает увеличиваться по абсолютной величине. Когда ток Ip достигнет определенной величины, релейный усилитель РУ переключается в новое состояние: триод Т1 открыт, триод Т2 закрыт. При этом ток Iн принимает минимальное значение, выдержка времени заканчивается.

    Для возвращения системы в исходное положение, необходимо замкнуть ключ К.

    Выдержку времени реле можно определить по приближенной формуле:

                                            (7)

    Получение больших выдержек времени связано с увеличением сопротивления R. Чтобы обеспечить при этом точную и устойчивую работу реле, можно последовательно с конденсатором С включить источник импульсного (коммутирующего) напряжения, амплитуда которого 0,5 ¸ 1 В, что существенно меньше Uо

    Для получения очень больших выдержек времени можно последовательно включить несколько каскадов реле времени, в каждом имеется цепочка RC.

    Для проведения опытов необходимо включить автомат АВ. При этом загорается сигнальное табло ТС. На испытуемом реле устанавливается заданная установка времени. Затем включается тумблер Вn (n2 и n2;n3 и n3, и т.д. – является одним тумблером), который располагается под данным реле.

    Испытуемое реле готово к работе. Для снятия характеристик теперь необходимо нажать кнопку пуск Кс. При этом подается напряжение на катушку магнитного пускателя К, который при срабатывании замыкает свои контакты. О срабатывании магнитного пускателя сигнализирует лампа ЛС. При замыкании контактов РП, катушка испытываемого реле,запитывается током. Одновременно с запиткой катушки ЭС начинает отсчитывать выдержку времени. Испытуемое замкнет свои контакты через установленную выдержку времени. При этом произойдет запитка катушки промежуточного реле, которое мгновенно сработает. Оно зашунтирует своими контактами катушку ЭС и разорвет цепь питания, о чем будет свидетельствовать потухание лампы ЛС. Электросекундомер будет показывать время срабатывания испытуемого реле. Записав отсчет времени, ЭС следует вернуть в исходное положение.

     На одной и той же установке времени следует проводить 5 опытов, чтобы определить среднее значение времени срабатывания реле. После снятия характеристик данного реле следует выключить тумблер Вn .Испытания других реле проводят аналогично.

 

Содержание отчета:

1.Цель работы.

2.Программа работы.

3.Перечень основных реле времени.

4.Обшие сведения о моторном реле ВС -10

5. Общие сведения о пневматическом реле времени

6. Общие сведения о реле времени с часовым механизмом

7. Общие сведения о электромагнитном реле времени с магнитным демпфированием

8. Общие сведения о электронном реле времени

9. Характеристики испытуемых реле.

 

Контрольные вопросы:

1.Назовите основные виды реле времени.

2.Конструкциямоторного реле времени.

3.Конструкция пневматического реле времени.

4. Конструкция реле времени с часовым механизмом.

5. Конструкция электромагнитного реле времени с магнитным демпфированием.

6. Конструкция электронном реле времени

7. Принцип работы моторного реле времени.

8. Принцип работы пневматического реле времени.

9. Принцип работы реле времени с часовым механизмом.

10. Принцип работы электромагнитного реле времени с магнитным демпфированием.

11. Принцип работы электронном реле времени

 

Лабораторная работа №2


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 621; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ