Резисторы и реостаты

Резистором называется часть аппарата или самостоятельный аппарат,

предназначенный для ограничения тока в цепи. Выполняются резисторы из материалов с высоким удельным сопротивлением и представляют практически чисто омическое сопротивление.

Реостат – аппарат, состоящий из элементов, имеющих омическое сопротивление, и устройства для их переключения или регулирования.

По назначению резисторы можно разделить следующим образом:

1) Пусковые – для ограничения тока в момент подключения неподвижного двигателя к сети и для поддержания допустимого тока во время его разгона.

2) Тормозные – для ограничения тока при торможении.

3) Регулировочные – для регулирования тока и напряжения в электрических цепях.

4) Добавочные – включаются последовательно с электрическими устройствами для снижения тока или напряжения.

5) Разрядные – включаются параллельно индуктивностям для ограничения перенапряжения или емкостям для их разряда.

6) Балластные – для поглощения части энергии при последовательном или параллельном подключении.

7) Нагрузочные – для создания искусственной нагрузки источников питания.

Пусковые, тормозные и разрядные резисторы работают в основном в

кратковременном режиме и должны иметь возможно большую постоянную времени нагрева. Остальные резисторы работают преимущественно в длительном режиме и нуждаются в надежном охлаждении.

Для изготовления резисторов используют материалы, имеющие высокое удельное сопротивление, высокую температуру плавления, высокую механическую прочность, стойкость против коррозии, легкообрабатываемые и дешевые. В большинстве случаев желательно, чтобы их удельное сопротивление возможно меньше зависело от температуры, однако для изготовления температурных компенсаторов применяют сплавы, у которых

Таблица 7.3

Основные материалы для изготовления резисторов

удельное сопротивление сильно зависит от температуры.

Наибольшее распространение в электроприводе находят металлические резисторы. В табл. 7.3 приведены характеристики основных материалов для них. Все резисторы можно разделить по конструкции на ряд групп: бескаркасные (проволочные и ленточные), литые, штампованные, с жестким каркасом (проволочные и ленточные).

Бескаркасные резисторы изготовляются в виде спиралей из лент и проволоки или в виде зигзагообразных элементов. Для их изготовления используется проволока диаметром более 0,8 мм или лента толщиной более 0,2 мм. Элементы укрепляются на металлическом, керамическом или другом основании (рамке). Эти резисторы имеют ограниченное применение. Их температура не должна превышать 100⁰С, так как они сильно деформируются. Весьма чувствительны они к вибрациям и ударам. Однако дешевы, просты в изготовлении, имеют небольшую постоянную времени нагрева и хорошо

Рис. 7.9. Литой чугунный элемент сопротивления

охлаждаются. Наиболее целесо-образно использовать их в длительном режиме. Чугунные и стальные элементы выполняются в виде зигзагообразных пластин, литых и штампованных. Плас-

тины имеют ушки для крепления (рис. 7.9). Эти элементы могут применяться для всех режимов работы. Их недостатком является низкая механическая прочность и сравнительно малое сопротивление.

Резисторы с жестким каркасом выполняются из проволоки или ленты, намотанных на жесткий жароупорный каркас. Каркас может быть фарфоровым, шамотным или металлическим с изоляторами. Имеется несколько вариантов конструкций:

1. Проволочные и ленточные элементы на цилиндрическом каркасе с углублениями. Каркас сделан из фарфора (рис. 7.10, а). Намотка размещается в винтовых канавках. Проволока диаметром 0,3 – 2,0 мм. Элемент имеет большую теплоемкость и рассчитан на высокую температуру. Целесообразно применять в кратковременном или повторно-кратковременном режимах. Проволочный элемент на цилиндрическом каркасе с защитным покрытием.

а б   Рис. 7.10. Резисторы на керамическом каркасе.

Для проволоки тоньше 0,3 мм каркас канавок не имеет. Для защиты от внешних воздействий снаружи резистор покрывают

слоем эмали и стекла (рис. 7.10, б). Элемент обладает большой теплоем -костью и применяется для кратковременных режимов. Эти резисторы имеют сопротивление от 1,0 Ом до 50 кОм, рассчитаны на мощность 5–150 Вт. Применяются в цепях сигнализации и вспомогательных цепях.

а

б

Рис. 7.11. Резисторы на рамочном каркасе

2. Проволочные или ленточные элементы на пластинчатом или рамочном кар-

касе (рис. 7.11, а). Каркас выполнен из стальной штампованной пластины. По его ребрам укреплены фарфоровые изоляторы в виде полуцилиндров с желобками, в которые укладывается намотка. У этих резисторов теплоемкость невелика, их можно использовать в длительном режиме.

3. Ленточный элемент с металлическим каркасом и намоткой ленты на ребро (рис. 7.11, б). Элементы состоят из стального остова держателя 1, на котором укреплены фарфоровые сегменты 2. На сегменты на ребро намотана фехралевая лента. Лента имеет выводы по концам и в середине. Достоинством элементов является то, что они выдерживают высокие температуры и имеют малый температурный коэффициент. Однако они дороже других.

Элементы набираются в комплекты – ящики сопротивлений. Принцип построения всех ящиков одинаков: две стойки скреплены шпильками, на

Рис. 7.12. Ящик сопротивлений

которые изолированно друг от друга и от корпуса установлены элементы рис. 7.12). Элементы соединяются по определенной схеме в зависимости от типа и назначения ящика. Ящики с чугунными

резисторами ЯС-1, ЯС-2 рассчитаны на токи от 25 до 200 А. Сопротивление ящиков от 1,0 до 8,0 Ом. Ящики с фехралевыми резисторами типа НФ имеют те же характеристики. Сопротивление ящиков с плоскими элементами из константановой проволоки или ленты серии НК от 2 до 2600 Ом . Рассчитаны на токи от 1,2 до 42 А.

Реостаты используются металлические, жидкостные и угольные. По назначению они могут быть пусковыми, тормозными, регулировочными, добавочными, экономическими и разрядными, В зависимости от вида охлаждающей среды реостаты выполняются

1. С воздушным охлаждением – элементы сопротивлений отдают тепло воздуху, который их окружает.

2. С масляным охлаждением – элементы сопротивлений погружены в масло.

3. С водяным охлаждением – элементы сопротивлений погружены в воду

Металлические реостаты. Наибольшее распространение получили металлические реостаты с воздушным охлаждением. Они могут выполняться с непрерывным (плавным) или ступенчатым изменением сопротивления. В первом случае на каркас из жаропрочного материала намотана проволока сопротивления (рис. 7.12, а, б). По сопротивлению и направляющему токоподводу скользит подвижной контакт. Реостат может включаться в схему как добавочное сопротивление или как потенциометр.

Реостаты с плавным изменением сопротивления находят применение в схемах автоматического управления. Наличие скользящего контакта является недостатком.

Реостаты со ступенчатым изменением сопротивления состоят из набора элементов сопротивления и переключающего устройства. Элементы сопротивления используются бескаркасные и каркасные разных типов. Переключающее устройство может быть плоским, цилиндрическим или барабанным. Наибольшее распространение имеют реостаты с плоским переключающим устройством РЗП, РМ, РЗВ и др. Они используются как пусковые, пускорегулировочные, реостаты возбуждения.

а б   Рис. 7.12. Металлические реостаты с непрерывным изменением сопротивления

Жидкостные реостаты представляют собой бак с раствором соли, в который опущены металлические электроды, изолированные друг от друга. Изменение сопротивления осуществляется изменением степени погружения электродов в электролит. Жидкостные реостаты применяют для плавного регулирования сопротивления в цепях двигателей.

Выбор формы и тип сопротивления определяются его назначением. Пусковые сопротивления рассчитаны на кратковременную работу. Они должны выдерживать не перегреваясь три пуска подряд, причем пауза между пусками должна быть равна двойному времени пуска. Учитывая, что длительность пуска не более 10–15 с, ясно, что пусковые сопротивления не успевают отдавать тепло в окружающую среду, а основное значение имеет их теплоемкость. Отсюда ясно, что для пусковых сопротивлений и реостатов надо брать при небольших мощностях проволочные и ленточные сопротивления на фарфоровом каркасе, а при больших мощностях – чугунные и фехралевые сопротивления. Для регулировочных сопротивлений режим работы обычно длительный, основное значение имеет теплоотдача. Поэтому целесообразно выбирать бескаркасные сопротивления или сопротивления на рамочном каркасе.

Выбор параметров сопротивлений производится на основе электрического и теплового расчета. В ходе электрического расчета определяется величина сопротивления. Этот расчет проводится по законам теории электропривода. В ходе теплового расчета проверяется, в состоянии ли сопротивление выдержать заданные режимы не перегреваясь, то есть выбирают сопротивление или реостат по току. Проверка проводится обычно косвенным методом, поскольку расчет температуры весьма сложен. Достаточную точность дает метод эквивалентного тока. В этом случае по известной токовой диаграмме нагрузки определяется эквивалентное его значение, которое при

длительном протекании обеспечило бы такой же нагрев, как и реальный ток. Расчет эквивалентного тока определяется режимом работы.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РЕЛЕ

Электрическое реле – аппарат автоматического управления, воспринимающий воздействие входного параметра и при определенной его величине обеспечивающий скачкообразное изменение выходного параметра. Работает по циклу «включено – выключено», то есть является аппаратом триггерного управления. Все реле состоят из трех частей:

1. Чувствительный орган – воспринимает входной параметр и преобразует его в физическую величину, необходимую для работы реле.

2. Промежуточный орган – обеспечивает сравнение преобразованной величины с эталоном и при определенном их соотношении передает воз-

действие исполнительному органу.

3. Исполнительный орган – воздействует на выходную цепь.

Конструкций реле очень много и их классификация весьма разнообразна. По характеру восприятия входной величины различают реле логические и измерительные. Логические информируют о наличии или отсутствии входного сигнала вне зависимости от точности его восприятия. Измерительные реле реагируют с заданной точностью на конкретную величину входного сигнала.

По принципу действия воспринимающих органов различают реле электромагнитные, магнитоэлектрические, поляризованные, электро-динамические, индукционные, электротермические, электромеханические, электронные. По способу подсоединения воспринимающего органа реле могут быть первичными, включаемыми непосредственно в контролируемую цепь, вторичными, включаемыми через трансформатор, и промежуточными, которые работают от исполнительных органов других аппаратов и предназначены для усиления или размножения сигналов. По характеру входных сигналов различают: реле тока, напряжения, мощности, частоты, скорости, времени и т.д. Реле могут реагировать на максимальные и минимальные значения, на разность величин, их знак. По принципу действия исполнительных органов реле бывают контактными и бесконтактными. По способу воздействия на управляемый объект реле могут быть прямого действия, когда они непосредственно воздействуют на контролируемую цепь, и косвенного действия, когда они воздействуют на контролируемую цепь через другие аппараты. По назначению реле делятся на реле управления, защиты, автоматики и связи.

Реле являются весьма ответственным элементом систем управления и к ним предъявляются высокие требования:

1) Высокая точность и чувствительность при работе в условиях возможных колебаний входных сигналов и изменений окружающих условий;

2) Минимальная мощность срабатывания при максимальной мощности управления;

3) Максимальная частота срабатывания;

4) Возможность регулировки уставок;

5) Максимальный срок службы;

6) Простая для изготовления и обслуживания конструкция;

7) Малые габариты и вес.

Большое значение имеет надежность реле, определяемая термической и динамической устойчивостью, механической и электрической износоустойчивостью. Исходя из этих требований и особенно по требованию надежности в последнее время наибольший интерес представляют собой бесконтактные реле.

Особенностью реле является скачкообразное изменение выходного параметра. Характеристики «вход-выход» реле приведены на рис. 8.1. При

плавном изменении входного параметра от 0 до величины включения выходной параметр равен некоторой минимальной величине (в частности нулю). При

значении входного параметра, равном величине включения, выходная величина скачком меняется до максимального значения и после этого не изменяется. При уменьшении входного параметра до величины отключения выходная величина сохраняет максимальное значение. В точке отпускания выходная величина меняется скачком от максимального до минимального значения. Характерными являются параметр включения (втягивания) X_вкл, параметр

Рис. 8.1. Релейная характеристика

отключения (отпускания) Xоткл, коэффициент возврата Кв = Xоткл,/ Xвкл, время включения tвкл, время отключения tоткл. Эти параметры подробно рассмотрены в главе 3. По времени срабатывания различают реле безинерционные (tср < 0,001 с), быстродействующие (tср < 0,05 c), нор-

мальные (t_ср = 0,05 – 0,15 с), замедленно действующие (t_ср = 0,15 – 1,0 с), реле времени (t_ср > 1,0 c).

Реле управления

Реле управления предназначены для контроля за величиной определенного параметра и выработки сигналов управления в функции контролируемого параметра. В схемах электропривода управление производится в функции напряжения, тока, времени, скорости.

Электромагнитные реле напряжения и тока. Эти аппараты предназначены для контроля за величиной напряжения и тока в цепи и управления схемами в

функции этих параметров. Электромагниты этих реле выполняются чаще всего П-образными, клапанного типа. У реле напряжения катушка намотана тонким

проводом и имеет большое число витков. У реле тока катушка выполнена толстым проводом или шиной, намотанной на ребро, и имеет малое число витков. У реле постоянного тока магнитная система выполнена из сплошного металла, якорь поворачивается на призме. Величина параметров включения и отключения (уставка реле) может быть отрегулирована. Конструкция реле постоянного тока показана на рис. 8.2. Регулировка уставки производится

тремя способами: 1. Изменение затяга возвратной пружины 1. При его увеличении растет величина тока и напряжения втягивания и отпускания. При его уменьшении. наоборот, эти величины уменьшаются. 4. Изменение начального зазора регулировочным винтом 2. При его уменьшении параметр втягивания уменьшается, а параметр отпускания

Рис. 8.2. Реле напряжения постоянного тока.

остается без изменения.

5. Изменение конечного зазора за счет применения немагнитной про-

кладки 1 между якорем и сердечником 3. При этом увеличивается параметр отпускания, а параметр втягивания остается без изменения.

На постоянном токе применяются реле РЭ-100, ЭРЭ-100. Эти реле имеют от 1–2 замыкающих, 1–3 размыкающих контакта (в сумме от 1 до 3). Катушка этих реле рассчитана на напряжение 220 В. Мощность порядка 10 Вт. Катушки токовых реле рассчитаны на ток 1,5 – 600 А. Магнитная система клапанного типа, с установкой контактов вверху или внизу. По специальному заказу могут снабжаться противовесом, что удобно при работе в условиях вибрации.

Реле РЭ-500 имеют П-образный сердечник из круглого прутка. Средняя часть заливается алюминием, который служит основанием. Реле напряжения снабжаются катушками, рассчитанными на номинальное напряжение 12, 24, 48, 110, 220 В. Они могут быть отрегулированы на U_вкл = 30–50% U_ном, U_откл = 7–20% U_ном. Мощность катушки 16 Вт. Число срабатываний – 10 миллионов. Реле тока рассчитаны на токи 1,5; 2,5; 10, 25, 100, 150, 300, 600 А. I_вкл = 30–

65% Iном, Iоткл= 10–20% Iном. Реле РЭ-500 имеют несколько повышенное время срабатывания за счет демпфирующего влияния алюминиевого основания. Реле снабжаются стандартными блок-контактами УБК-1, имеющими 2 контакта любой комбинации, рассчитанные на ток до 10 А.Токи отключения ниже, от 0,8 до 5 А.

Рис. 8.3. Реле напряжения переменного тока

Реле переменного тока имеют обычно клапанное исполнение. Якорь поворачивается на оси. Уставка регулируется изменением затяга возвратной пружины и изменением начального зазора. Основное распространение имеют реле РЭ-2100, показанное на рис. 8.3. Катушка реле напряжения выполняется на напряжения до U_ном = 500 В, U_вкл = 60–85% U_ном, U_откл = 25–30%U_ном. Время срабатывания около 0,07 с. Катушки реле тока рассчитана на I_ном = 5–

600 А, I_вкл= 1,1 – 3,5I_ном, коэффициент возврата 0,1–0,3. Эти реле имеют как правило не более двух контактов.

Реле времени. В эту группу входят реле разного исполнения, обеспечивающие выдержку времени между моментом подачи команды на срабатывание и моментом переключения контактов. Эти выдержки могут быть от долей секунды до десятков секунд и более.

По способу получения выдержки времени различают реле электромагнитные, электромеханические, моторные, электронные.

1. Электромагнитные реле времени. Строятся на базе реле напряжения посто-

янного тока. Выдержка времени создается за счет применения демпфера или без него, за счет закорачивания цепи основной катушки. Регулирование времени можно производить, меняя затяг пружины: при увеличении затяга

а б в

Рис. 8.4. Зависимость выдержки времени от затяга пружины (а); величины зазора (б); начального магнитного потока (в)

возвратной пружины выдержка уменьшается. Можно менять толщину немагнитной прокладки между якорем и сердечником. Чем толще прокладка,

тем меньше выдержка. Влияние затяга пружины, толщины немагнитной про-кладки и начального магнитного потока реле иллюстрируются кривыми,

приведенными на рис. 8.4. Время выдержки зависит и от степени зарядки реле: чем меньше ток протекает по катушке к моменту отключения, тем меньше выдержка. По этой причине магнитные системы реле времени делают насыщенными. Основное распространение имеют реле РЭВ-100, РЭВ-500, РЭВ-800. Выполнены они так же, как реле напряжения соответствующего типа, только могут быть снабжены магнитным демпфером (гильзой). Реле позволяют получить выдержки порядка 3–6 с. Получение больших выдержек затруднено, так как при ослабленной возвратной пружине реле работает нестабильно.

2. Электромеханические реле времени. На переменном токе используются

реле времени, в которых замедление осуществляется механическими средствами. В реле времени с часовым замедлителем к электромагнитному механизму, используемому как источник механической энергии, пристраивается маятниковый или часовой механизм. Принцип действия маятникового замедлителя пояснен на рис. 8.5. Он состоит в том, что усилие электромагнитного механизма передается зубчатому сектору 1 через тяги и

Рис. 8.5. Реле времени с часовым механизмом

пружину. С сектором связаны контакты 8. От сектора движение через шес-терни 2–4 передается анкерному колесу 5. Его движение ограничивается анкером 6, который качается вокруг своей оси с периодом, определяемым

длиной маятника 7.Чем короче маятник, тем чаще его колебания и меньше выдержка времени. Реле РЭ-218 позволяет получать выдержки от 7 до 17 с. Замедление осуществляется с помощью часового механизма, установленного в отдель- ной коробке. Реле допускает до 15000 включений. Находят применение реле времени с пневматическим замедлителем (рис. 8.6). Реле РВП имеет электромагнит переменного тока, прямоходовой. С якорем связана пружина 8, которая через колодку 4 крепится к диафрагме 3. С колодкой связаны контакты 5. При включении электромагнита 7 пружина 8 тянет колодку 4 и диафрагму 3. Скорость движения колодки определяется сечением отверстия, регулируемым иглой 6, через которое воздух из полости 1 попадает

в полость 10. Полость 2 свободно сообщается с атмосферой. По окончании выдержки времени контакты 5 замкнутся. При отключении электромагнита 7 реле быстро размыкает контакты. Воздух из полости 10 выбрасывается через выхлопной клапан 9. Возврат происходит под действием сильной пружины 11. Реле РВП обеспечивает выдержку от 0,4 до 180 с. Моторные реле времени. В этих реле используется механический способ замедления. Схема реле

Рис. 8.6. Реле времени с пневматическим механизмом

приведена на рис. 8.7. Микродвигатель ЭД, обычно переменного тока, через редуктор с переменным передаточным числом, вращает барабан, на котором укреплены пальцы, служащие для включения и отключения контактов. На каждый контакт есть включающий и отключающий пальцы. Их можно переставлять по окружности барабана в любое положение, задавая тем самым

Рис. 8.7. Моторное реле времени

программу переключений. За счет наличия разности скоростей двигателя и барабана получается выдержка времени. Моторные реле используются в качестве программных аппаратов. Известно несколько исполнений моторных реле. МРВ-26, МРВ-27 дают выдержку до 120 минут. получается выдержка времени. Моторные реле используются в качестве программных аппаратов.

Известно несколько исполнений моторных реле. МРВ-26, МРВ-27 дают выдержку до 120 минут. Разрывная мощность контактов 250 ВА. Реле ПРВ-02 имеют продолжительность цикла 60 с. Минимальный интервал – 1с. Имеют 9 контактов мощностью 250ВА. Аппараты КЭП-3, КЭП-6, КЭП-12 имеют соответственно 3, 6, 12 контактов, длительность цикла можно регулировать до 120 часов. Контакты рассчитаны на ток 3–5 А при напряжении 220 В. Реле ВС имеют контакты на токи 4А, выдержка времени от 0,2 с до125 часов (в зависимости от типа).

3. Электронные реле времени. Принцип действия этих реле основан на использовании переходного процесса в емкостной цепи или на использовании цифровых устройств. Эти реле будут рассмотрены более подробно в главе 10.

Реле скорости. Эти реле предназначены для контроля скорости вращения электроприводов. Наиболее известны реле, строящиеся на использовании центробежных сил или на индукционном принципе.

1. Центробежные реле скорости. Схема реле приведена на рис. 8.8. Это

механическое реле, построенное на принципе использования центробежной

силы. Реле применяется при малом диапазоне скорости и имеет сравнительно не-высокую точность. На валу 1 установлен балансир 2, соединенный шарнирно с втулкой 3, удерживаемой пружиной в крайнем правом положении. При вращении вала 1 за счет действия центробеж-

Рис. 8.8. Центробежное реле скорости

ной силы балансир поворачивается вокруг своей оси, перемещая втулку 3 и

сжимая пружину. При этом при заданной скорости рычаг 4 переключит контакты 5. Реле РЦ рассчитаны на скорость 865–900 об/мин, РЦС – на скорость 1000–1500 об/мин. Пределы регулирования уставок –110–115% номинальной скорости. 2. Индукционные реле скорости Схема реле приведена на рис. 8.9.

Рис. 8.9. Индукционное реле скорости

На валу 1 установлен постоянный магнит 2. На индукторе 3 размещена коротко- замкнутая обмотка. При работе реле вращается постоянный магнит и в короткозамкнутой обмотке индуктируется ЭДС и протекает ток, который, взаимодействуя с полем постоянного магнита, создает момент. Индуктор реле поворачивается на угол, определяемый скоростью вращения вала 1. При достижении заданной скорости контакты 5 замыкаются. В нейтральном положении индуктор реле удерживается пружинами 4. Реле допускают широкий диапазон регулирования уставок и имеют достаточно высокую точность (реле РКС).

Лекция 11

Промежуточные реле

Промежуточные реле служат для усиления и размножения сигналов. Строятся они на базе реле напряжения и имеют напряжение отключения 0,85 от номинального. Работают обычно в длительном режиме при постоянном напряжении питания обмотки. В качестве промежуточных могут использоваться все реле напряжения: РЭ-100,

РЭ-500 на постоянном токе, РЭ-2100 и специальные реле ЭП-41Б на переменном токе. Эти реле имеют соленоидную магнитную систему. С якорем связан рычаг, приводящий в действие вертикально расположенную контактную планку, несущую подвижные мостики. Реле имеет до 6 контактов разного типа. Катушка рассчитана на напряжения 127, 220, 380 В, мощность около 25 Вт.

Реле защиты

В схемах электропривода в основном применяются реле максимального тока, защищающие от коротких замыканий и чрезмерных бросков тока, реле минимального напряжения, защищающие схему от недопустимых снижений напряжения, тепловые реле, защищающие электропривод переменного тока от длительных перегрузок.

Реле минимального напряжения и максимального тока. В основном применяются электромагнитные реле. В этом качестве могут использоваться все типы реле напряжения и тока, но, кроме того, есть несколько специальных. Реле максимального тока РЭ-70 выполняются с катушкой на ток от 5 до 1200 А. Имеют электромагнит постоянного тока, с ручным или электромагнитным возвратом. Время срабатывания 0,05 с. Возможна регулировка реле по току срабатывания, для чего стоит шкала с делениями 110, 220, 350% номинального тока. В цепях постоянного тока используются реле РЭ-570, катушки которых рассчитаны на токи 1,5–1200 А. Регулировка уставок 70–300%. На переменном токе используются реле РЭ-570 Т. Защитные реле напряжения специальных исполнений не имеют. В этом качестве могут использоваться реле РЭ-100,

РЭ-500, РЭ-2100.

Тепловые реле. Эти реле построены на принципе использования изменения механических свойств тел, нагреваемых электрическим током. В качестве чувствительного элемента в тепловых реле наибольшее применение нашли биметаллические пластины. При нагревании от постороннего источника тепла или током, протекающим по самому элементу, биметаллический элемент изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом теплового линейного расширения. Материалом для биметаллического элемента служат сплав инвар (сталь с никелем) и сталь, латунь, константан. В случае нагрева от постороннего источника реле называется с косвенным подогревом. При нагревании током, протекающим непосредственно по элементу, реле называется с прямым подогревом. Могут быть реле с комбинированным подогревом. Принцип действия и устройство теплового реле пояснен на

рис. 8.10. Исполнительным органом является контакт 3, связанный с контактным рычагом 2, который при нагреве биметаллического элемента 1 поворачивается пружиной 4 в положение размыкания контактов. Тепловые реле служат для защиты контролируемых цепей от длительных перегрузок. От коротких замыканий и кратковременных пиков тока эти реле не защищают в силу своей инерционности. Основной характеристикой тепловых реле является времятоковая, показывающая зависимость времени срабатывания от степени перегрузки. Перегрузка определяется по кратности тока перегрузки к номинальному: t = f (I /I_ном). Номинальным называется такой ток, который не вызывает срабатывания реле при сколь угодно долгом протекании. Тепловые

Рис.8.10. Тепловое реле

реле должны иметь характеристики, удовлетворяющие следующим требованиям: 1. Время отключения при перегрузках должно таким, чтобы перегрев не превышал нормы. 1. 2. Время срабатывания не должно быть очень малым, чтобы можно было использовать перегрузочную способность объекта.3.Следует обеспечить возможность прямого пуска асинхронного двигателя с необ-

ходимым числом включений в час.

Недостатком тепловых реле является зависимость времени срабатывания от температуры окружающей среды. Поэтому желательно, чтобы реле и защищаемый объект находились в одинаковых температурных условиях.

Уставку тепловых реле можно регулировать изменением начального изгиба биметаллического элемента или изменением длины его свободного хода. Применение теплового реле целесообразно при сравнительно редких пусках (двигатель работает непрерывно более 30 мин. Реле срабатывает за время 10–20 мин. при перегрузке до 20%.

Выпускается несколько серий реле. Реле ТРП и ТРН применяются в пускателях ПА и ПМ. Имеют регулировку 25% на внешнюю температуру. Могут быть с ручным возвратом (после остывания не менее 40 с) и с самовозвратом (с остыванием не менее 3 минут). Реле типа ТРТ, рассчитанные на токи от 1 до 600 А (4 габарита), имеют регулировку от 0,8 до 1,25 I_ном. Возврат ручной или самовозврат.

Лекция 12

Слаботочные реле

В связи с широким применением электронных устройств в системах автоматизированного электропривода мощность передаваемых сигналов уменьшилась. Это привело к потребности в исполнительных устройствах с высокой чувствительностью и позволило уменьшить мощность контактов, в связи с чем в схемах электроприводов стали использоваться слаботочные аппараты, обычно выпускаемые для связи и автоматики.

Электромагнитные слаботочные реле подразделяются на поляризованные и нейтральные.

Поляризованные реле реагируют не только на величину, но и на полярность сигнала. Они имеют в магнитной цепи электромагнит и постоянный магнит. Отличаются эти реле малой мощностью срабатывания – сотые и тысячные доли ватта. Реле снабжены слаботочными контактами, имеют малый ход якоря (0,2 – 1,0 мм) и малый вес. Время срабатывания этих реле 0,002–0,003 с. По структуре магнитной цепи различают три разновидности:

1. С последовательной магнитной системой (рис. 8.11, а). В зависимости от полярности тока в катушке притяжение якоря будет к полюсу S или N.

Рис. 8.11. Схемы магнитных систем поляризованных реле

Недостатком этих реле является то, что поток, создаваемый электромагнитом, замыкается через постоянный магнит и вызывает его старение.

1. С параллельной магнитной системой (рис. 8.11, б). В зависимости от направления тока в катушке усиливается поток справа или слева, отчего якорь притягивается к соответствующему полюсу.

2. С мостовой магнитной системой (рис. 8.11, в). Перемагничивание якоря приводит к его перемещению. Это наиболее совершенная система поляризованных реле.

Основные серии поляризованных реле – РП (РП-3, РП-4, РП-5, РП-78 и т.д.). Эти реле применялись в схемах автоматики и вычислительной техники. Контакты рассчитаны на токи 200 мА, напряжение до 27 В. Допускают до 200 переключений в секунду. Могут быть двух- и трехпозиционными.

Нейтральные реле реагируют только на величину сигнала. Могут иметь электромагниты постоянного и переменного тока. От нормальных реле напряжения слаботочные отличаются тем, что имеют значительно меньший габарит, небольшие зазоры и ход якоря, большое количество контактов, в которых нажатие осуществляется плоскими пружинами. На рис. 8.12 показаны основные схемы контактных групп. В местах соприкосновения контактов имеются серебряные, платиновые или вольфрамовые накладки. Реле имеют низкий коэффициент возврата – до 0,4

Рис. 8.12. Схемы контактных групп слаботочных реле

.

Промышленность выпускает несколько серий слаботочных реле. Реле МКУ-48 применяют для коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока напряжением до 220 В. Реле выпускаются в пластмассовом кожухе или без него. Имеют до 15–20 контактов на токи до 5 А. Напряжение катушки от 24 до 220 В. Реле обеспечивают до 1 миллиона срабатываний.

Рис. 8.12. Слаботочные реле автоматики

Реле РКН и РКП имеют до 8 контактных пар. Ток контактов до 0,2 А, напряжение катушек – до 60 В. Ток срабатывания реле от 5 мА. Реле РПН и РПП имеют аналогичные характеристики, но отличаются плоским магнитопроводом (рис. 8.12, а, б).

Безъякорные реле

Электромагнитные реле, получившие широкое распространение в автоматике, обладают сравнительно низкой надежностью. Наименее надежным элементом являются контакты, которые весьма подвержены эрозии, сильно загрязняются при работе, корродируют. Кроме того, обычные реле обладают низким быстродействием, что объясняется значительной механической инерцией подвижных частей. Этих недостатков в значительной степени лишены безъякорные реле, которые строятся с использованием герметизированных контактов – герконов (рис. 8.13). У них внутри стеклянной капсулы, заполненной инертным газом, размещены две стальные пластины, являющиеся одновременно токоподводом. На пластинах укреплены контакты из золота, платины, родия или иного

металла с аналогичными свойствами. Капсула с контактами может быть помещена внутрь катушки или несколько капсул может быть размещено по периферии. В результате магнитный поток, создаваемый катушкой,

Рис. 8.13. Реле на герконах

проходит по пластинам и создает в зазоре электромагнитное усилие, достаточное для замыкания контактов и обеспечения необходимого контактного нажатия. Реле строятся различного типа: с замыкающими и размыкающими контактами, нейтрального действия или поляризованные. Такие реле имеют срок службы до 10⁸–10⁹ срабатываний, большое быстродействие – 0,5–1,0 мс, могут коммутировать токи до 1–5 А. Выпускаются герконовые реле РЭС.