ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Работа 17. Электромагнитные реле переменного тока и напряжения

Содержание работы

1. Изучить принцип действия и конструкцию электромагнитных реле тока типа РТ-40 и реле напряжения типа РН-50. Выяснить принципиальные отличия реле тока и напряжения, способы регулирования уставок.

2. Ознакомиться со схемами внутренних соединений и основными техническими данными реле.

3. Измерить токи и напряжения срабатывания и возврата реле на разных уставках на шкале. Оценить погрешность срабатывания. Определить коэффициенты возврата.

Общие сведения

Реле – автоматически действующий аппарат. Он предназначен при заданном значении воздействующей величины, характеризующей определенное внешнее явление, производить скачкообразные изменения в управляемых системах (как правило, в электрических цепях управления и сигнализации).

Реле защиты, т.е. реле, применяемые в схемах защиты элементов электроустановок, за исключением нескольких типов, реагируют на электрические воздействующие величины и называются электрическими. В качестве электрических воздействующих величин могут быть ток, напряжение, их симметричные составляющие, угол сдвига фаз между током и напряжением, мощность, сопротивление, частота.

Реле, срабатывающие с определенной точностью при заранее установленном значении воздействующей величины в пределах непрерывного диапазона ее изменения, называются измерительными реле. В соответствии, с перечисленными видами воздействующих величин измерительные реле подразделяются на реле тока, реле напряжения, реле мощности и т. п.

Измерительные реле, срабатывающие при возрастании контролируемой величины, называются максимальными, а реле, срабатывающие при снижении контролируемого параметра – минимальными.

Кроме измерительных реле, в схемах защиты широко применяют логические реле, предназначенные для расширения функций измерительных реле, для размножения контактов, создания выдержек времени, воздействия на выключатели и сигнальные устройства и т.д.

По способу включения реле защиты делятся на первичные, включаемые непосредственно в цепь защищаемого элемента (на ток или напряжение), и вторичные, которые включаются через измерительные трансформа­торы тока и напряжения.

По способу воздействия на выключатель защищаемого элемента электроустановки реле защиты подразделяются на реле прямого действия, действующие непосредственно на привод выключателя, после чего последний отключается, и реле косвенного действия, которые своими легкими контактами подключают электромагнит отключения выключателя к источнику оперативного тока.

Все реле характеризуются следующими основными параметрами.

Параметр срабатывания – пороговое (граничное) значение воздействующей величины, при котором реле срабатывает (замыкает свои разомкнутые контакты, действует непосредственно на привод).

Например, для максимального реле тока за ток срабатывания принимается наименьшее значение тока, при котором реле срабатывает, а для минимального реле – наибольшее значение.

Заданное пороговое значение воздействующей величины, при котором реле должно сработать, называется уставкой, а положение указателя на шкале реле, соответствующее этому значению, называется уставкой по шкале.

Параметр возврата – граничное значение воздействующей величины, при котором происходит возврат реле в начальное состояние. Для максимальных реле параметр возврата соответствует максимальному значению воздействующей величины, при котором реле возвращается в начальное состояние, а для минимальных реле – минимальному значению воздействующей величины.

Коэффициент возврата k_в – отношение параметра возврата к параметру срабатывания. Для максимальных реле k_в < l, для минимальных – k_в > 1.

Погрешность срабатывания – отклонение параметра срабатывания реле от уставки, выраженное в процентах, например,

где I_с.р – ток срабатывания реле при данной уставке; I_у – уставка тока срабатывания.

По принципу действия реле защиты подразделяются на электромагнитные, индукционные, магнитоэлектрические, поляризованные, полупроводниковые.

Принцип действия электромагнитных реле основан на взаимодействии магнитного поля обмотки, обтекаемой током, с ферромагнитным якорем.

Схема реле типа РТ-40 показана на рис. 7.6. Магнитная система реле состоит из П-образного шихтованного сердечника 1 и Г-образного якоря 2. Якорь реле удерживается в начальном положении при помощи противодействующей спиральной пружины 8, один конец которой связан с якорем, а другой – с указателем уставки 7. На сердечнике 1 расположены две катушки, концы которых выведены на зажимы цоколя реле. Перестановкой перемычек на этих зажимах можно осуществлять параллельное и последовательное соединение катушек реле и соответственно изменять значение уставок в 2 раза. Цифры, нанесенные на шкале реле, соответствуют последовательному соединению обмоток.

Рис. 7.6. Электромагнитное токовое реле РТ-40:
1 – электромагнит; 2 –вращающийся якорь; 3 –гаситель колебаний; 4 –неподвижный контакт; 5 – подвижный контактный мостик; 6 – шкала уставок тока срабатывания; 7 – поводок для регулирования тока срабатывания; 8 –противодействующая пружина; 9 –ось якоря

При прохождении тока по обмотке реле магнитный поток, создаваемый этим током, намагничивает подвижный якорь и он притягивается к сердечнику. При перемещении якорь поворачивает подвижную часть контактов 5 (контактный мостик), которая, соприкасаясь с неподвижной частью контактов 4 (контактные пружины), замыкает цепь. Изменением натяжения (закручивания) пружины можно плавно изменять ток срабатывания реле. У реле РТ-40 при перемещении указателя 7 из одного крайнего положения в другое ток срабатывания изменяется в 2 раза.

Погрешность тока срабатывания не превышает ±5 %, коэффициент возврата не ниже 0,85 на первой уставке и не ниже 0,8 на остальных.

Для уменьшения вибрации контактов в конструкции реле РТ-40 предусмотрен гаситель вибрации, представляющий собой полый барабанчик с радиальными перегородками, заполненный кварцевым песком.

Схема внутренних соединений реле показана на рис. 7.7а.

Рис. 17.7. Реле:
а – схема внутренних соединений реле РТ-40/10; б – реле РН-54/320

Реле РТ-40 является максимальным реле. Его применяют в схемах релейной защиты и в схемах противоаварийной автоматики в качестве органа, реагирующего на повышение тока в контролируемой цепи. Реле выпускают девяти исполнений с различными диапазонами уставок: от 0,05 до 200 А. Потребляемая мощность составляет от 0,2 до 8 В∙А.

Конструкция реле напряжения РН-50 аналогична конструкции реле тока РТ-40. У реле напряжения гасителя вибрации нет. Для снижения потребляемой мощности и вибрации подвижной системы обмотка реле напряжения, состоящая из двух последовательно соединенных катушек с большим числом витков, подключается к контролируемой цепи через выпрямительный мост и добавочные резисторы R1 и R2 (рис. 7.7б). У реле два диапазона уставок. В диапазоне меньших уставок обмотка реле к контролируемой цепи подключается через резистор R1, в диапазоне больших уставок – через последовательно соединенные резисторы R1 и R2. У реле на номинальное напряжение 400 В обмотка реле шунтируется конденсатором для устранения опасности пробоя диодов.

В схемах релейной защиты и автоматики широко применяют как максимальные реле напряжения (РН-53, РН-58), так и минимальные реле напряжения (РН-54). Напряжением срабатывания минимального реле называется напряжение, при котором происходит отпускание реле и замыкание размыкающих контактов; напряжением возврата – напряжение, при котором якорь реле притягивается к сердечнику и замыкающие контакты замыкаются.

Коэффициент возврата минимального реле не более 1,25. Потребляемая мощность не превышает 5 В∙А для первого диапазона и 10 В∙А для второго диапазона уставок.

Указания к выполнению работы. 1. Изучить устройство электромагнитных реле переменного тока типа РТ-40 и реле напряжения типа РН-50. Записать паспортные данные реле и зарисовать схемы их внутренних соединений.

Собрать схему для испытаний реле тока РТ-40/10 (рис. 7.8а).

Измерить токи срабатывания и токи возврата реле при разных уставках на шкале.

Для этого плавно увеличить ток в обмотке реле до загорания сигнальной лампы (ток срабатывания реле), а затем снизить ток до погасания лампы (ток возврата реле). Срабатывание и возврат реле контролировать также по замыканию и размыканию контактов. Записать результаты трехкратных измерений в таблицу для максимальной, минимальной и промежуточной уставок. Определить средние значения тока срабатывания и возврата, по ним найти коэффициенты возврата и оценить погрешность срабатывания реле.

а б

Рис. 7.8. Схема испытаний:
а – реле тока; б – напряжения

Собрать схему для испытаний минимального реле напряжения РН-54/320 (рис. 7.8б).

Измерить напряжения срабатывания и возврата реле при разных уставках на шкале. Плавно увеличивая напряжение до погасания сигнальной лампы (напряжение возврата реле), а затем, снижая до загорания лампы (напряжение срабатывания реле), записать результаты измерений для трех уставок реле в таблицу. Определить погрешности срабатывания и коэффициенты возврата реле.

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое реле? Их назначение в схемах релейной защиты и автоматики.

2. Что называется током срабатывания, током возврата и коэффициентом возврата реле максимального тока?

3. Что такое напряжение срабатывания и напряжение возврата реле минимального напряжения?

4. Причины, вызывающие вибрацию контактов электромагнитных реле переменного тока. Какие способы применяют для уменьшения вибрации в реле типа РТ-40 и типа РН-50?

5. Что такое максимальное реле и минимальное реле? Имеются ли конструктивные отличия между ними? Можно ли использовать максимальное реле тока типа РТ-40 в качестве минимального реле тока?

6. Почему у реле тока типа РТ-40 при параллельном соединении секций (катушек) обмотки ток срабатывания увеличивается в 2 раза?

7. Как регулируется напряжение срабатывания у реле РН-50 (ступенчато и плавно)?

8. Что такое уставка тока (напряжения)? Как регулируется уставка у реле типа РТ-40 и типа РН-50?

9. Можно ли применять реле типа РТ-40 и типа РН-50 для контроля цепей постоянного тока? Сохраняется ли при этом уставка реле, отрегулированная для цепи переменного тока?