Виды и назначение электромагнитного реле, устройство и принцип работы, преимущества и недостатки

Виды и назначение электромагнитного реле, устройство и принцип работы, преимущества и недостатки

Реле́ – электрический аппарат, предназначенный для коммутации электрических цепей (скачкообразного изменения выходных величин) при заданных изменениях электрических или не электрических входных величин.

Релейные элементы (реле) находят широкое применение в схемах управления и автоматики, так как с их помощью можно управлять большими мощностями на выходе при малых по мощности входных сигналах; выполнять логические операции; создавать многофункциональные релейные устройства; осуществлять коммутацию электрических цепей; фиксировать отклонения контролируемого параметра от заданного уровня; выполнять функции запоминающего элемента и т. д.

Рис.2.25. Физик Джозеф Генри

Первое реле было изобретено американцем Дж. Генри в 1831 г. и базировалась на электромагнитном принципе действия, следует отметить что первое реле было не коммутационным, а первое коммутационное реле изобретено американцем С. Бризом Морзе в 1837 г. которое в последствии он использовал в телеграфном аппарате. Слово реле возникло от английского relay, что означало смену уставших почтовых лошадей на станциях или передачу эстафеты (relay) уставшим спортсменом.

Рис.2.26. Электромагнитное реле

Реле классифицируются по различным признакам: по виду входных физических величин, на которые они реагируют; по функциям, которые они выполняют в системах управления; по конструкции и т. д. По виду физических величин различают электрические, механические, тепловые, оптические, магнитные, акустические и т.д. реле. При этом следует отметить, что реле может реагировать не только на значение конкретной величины, но и на разность значений (дифференциальные реле), на изменение знака величины (поляризованные реле) или на скорость изменения входной величины.

Реле обычно состоит из трех основных функциональных элементов: воспринимающего, промежуточного и исполнительного.

Воспринимающий (первичный) элемент воспринимает контролируемую величину и преобразует её в другую физическую величину.

Промежуточный элемент сравнивает значение этой величины с заданным значением и при его превышении передает первичное воздействие на исполнительный элемент.

Исполнительный элемент осуществляет передачу воздействия от реле в управляемые цепи. Все эти элементы могут быть явно выраженными или объединёнными друг с другом.

Воспринимающий элемент в зависимости от назначения реле и рода физической величины, на которую он реагирует, может иметь различные исполнения, как по принципу действия, так и по устройству. Например, в реле максимального тока или реле напряжения воспринимающий элемент выполнен в виде электромагнита, в реле давления – в виде мембраны или сильфона, в реле уровня – в вице поплавка и т.д.

По устройству исполнительного элемента реле подразделяются на контактные и бесконтактные.

Контактные реле воздействуют на управляемую цепь с помощью электрических контактов, замкнутое или разомкнутое состояние которых позволяет обеспечить или полное замыкание или полный механический разрыв выходной цепи.

Бесконтактные реле воздействуют на управляемую цепь путём резкого (скачкообразного) изменения параметров выходных электрических цепей (сопротивления, индуктивности, емкости) или изменения уровня напряжения (тока).

Основные характеристики реле определяются зависимостями между параметрами выходной и входной величины.

Различают следующие основные характеристики реле.

1. Величина срабатывания Хср реле – значение параметра входной величины, при которой реле включается. При Х Хср величина У скачком изменяется от Уmin до Уmax и реле включается. Величина срабатывания, на которую отрегулировано реле, называется уставкой.

2. Мощность срабатывания Рср реле – минимальная мощность, которую необходимо подвести к воспринимающему органу для перевода его из состояния покоя в рабочее состояние.

3. Управляемая мощность Рупр – мощность, которой управляют коммутирующие органы реле в процессе переключении. По мощности управления различают реле цепей малой мощности (до 25 Вт), реле цепей средней мощности (до 100 Вт) и реле цепей повышенной мощности (свыше 100 Вт), которые относятся к силовым реле и называются контакторами.

4. Время срабатывания tср реле – промежуток времени от подачи на вход реле сигнала Хср до начала воздействия на управляемую цепь. По времени срабатывания различают нормальные, быстродействующие, замедленные реле и реле времени. Обычно для нормальных реле tср = 50. 150 мс, для быстродействующих реле tср 3 ;

  • устойчивость к импульсным перенапряжениям и разрушающим помехам, появляющимся при разрядах молний и в результате коммутационных процессов в высоковольтной электротехнике;
  • исключительная электрическая изоляция между управляющей цепью (катушкой) и контактной группой – последний стандарт 5 кВ является недоступной мечтой для подавляющего большинства полупроводниковых ключей;
  • малое падение напряжения на замкнутых контактах, и, как следствие, малое выделение тепла: при коммутации тока 10 А малогабаритное реле суммарно рассеивает на катушке и контактах менее 0,5 Вт, в то время как симисторное реле отдает в атмосферу более 15 Вт, что, во-первых, требует интенсивного охлаждения, а во-вторых, усугубляет парниковый эффект на планете;
  • экстремально низкая цена электромагнитных реле по сравнению с полупроводниковыми ключами.
  • Отмечая достоинства электромеханики, отметим и недостатки реле: малая скорость работы, ограниченный (хотя и очень большой) электрический и механический ресурс, создание радиопомех при замыкании и размыкании контактов и, наконец, последнее и самое неприятное свойство – проблемы при коммутации индуктивных нагрузок и высоковольтных нагрузок на постоянном токе.

    Типовая практика применения мощных электромагнитных реле – это коммутация нагрузок на переменном токе 230 В или на постоянном токе от 5 до 24 В при токах коммутации до 10-16 А. Обычными нагрузками для контактных групп мощных реле являются нагреватели, маломощные электродвигатели (например, вентиляторы и сервоприводы), лампы накаливания, электромагниты и прочие активные, индуктивные и емкостные потребители электрической мощности в диапазоне от 1 Вт до 2-3 кВт.

    Поляризованные электромагнитные реле

    Разновидностью электромагнитных реле являются поляризованные электромагнитные реле. Их принципиальное отличие от нейтральных реле состоит в способности реагировать на полярность управляющего сигнала.

    Электромагнитные реле. Виды и работа. Устройство и применение

    Основной составляющей частью кибернетики и систем автоматики являются процессы коммутации. Первыми устройствами, выполняющими коммутацию в автоматических электрических цепях, были электромагнитные реле.

    Благодаря техническому прогрессу появились полупроводниковые коммутаторы. Однако электромагнитные реле не теряют своей популярности по применению в различном электрооборудовании и устройствах. Широкое использование реле обуславливается их неоспоримыми достоинствами, к которым относятся свойства металлических контактов.

    Сопротивление контактов реле наименьшее, в отличие от коммутаторов на основе полупроводниковых элементов. Контакты реле выдерживают намного выше токовые перегрузки, чем полупроводниковые коммутаторы. Реле нормально функционируют при наличии статического электричества, радиационного излучения. Основным положительным качеством реле является гальваническая изоляция цепи управления и коммутации без дополнительных элементов.

    Основные виды электромагнитных реле.

    По конструктивным особенностям исполнительных элементов электромагнитные реле делятся на:

    • Контактные реле , которые оказывают воздействие на силовую цепь группой электрических контактов. Их разомкнутое или замкнутое состояние способно обеспечить коммутацию (разрыв или соединение) выходной силовой цепи.
    • Бесконтактные реле оказывают действие на силовую цепь методом резкого изменения ее параметров (емкости, индуктивности, сопротивления), либо силы тока и напряжения.
    По области применения реле:
    • Сигнализации.
    • Защиты.
    • Цепей управления.
    По мощности сигнала управления:
    • Высокой мощности более 10 ватт.
    • Средней мощности 1-9 ватт.
    • Малой мощности менее 1 ватта.
    По быстродействию управления:
    • Безинерционные менее 0,001 с.
    • Быстродействующие 0,001-0,05 с.
    • Замедленные 0,05-1 с.
    • Регулируемые.
    По виду напряжения управления:
    • Переменного тока.
    • Постоянного тока (поляризованные и нейтральные).

    Рассмотрим подробнее реле постоянного тока, которые делятся на два подвида – нейтральные и поляризованные. Они имеют отличие в том, что поляризованные устройства имеют чувствительность к полярности подключаемого напряжения. Якорь изменяет направление движения в зависимости от подключенных полюсов питания.

    Реле постоянного тока разделяют:
    • 2-х позиционные.
    • 2-х позиционные с преобладанием.
    • 3-позиционные с нечувствительной зоной.

    Функционирование нейтральных электромагнитных реле не зависит от порядка подключения полюсов напряжения. Недостатками реле постоянного тока является потребность в блоке питания, а также высокая стоимость.

    Реле переменного тока не имеют таких недостатков, у них есть свои отрицательные моменты:
    • Вибрация при эксплуатации, необходимость ее устранения.
    • Параметры работы намного хуже, чем у реле постоянного тока. К ним относятся: магнитное поле, чувствительность.

    К достоинствам устройств реле постоянного тока можно отнести отсутствие необходимости в блоке питания, и возможности непосредственного подключения в сеть переменного напряжения.

    По защищенности от внешних факторов реле разделяют:
    • Герметичные.
    • Зачехленные.
    • Открытые.
    Реле тока

    Структура реле напряжения и тока очень похожа. Их отличие заключается только в конструкции катушки. Токовое реле имеет катушку с небольшим числом витков и малым сопротивлением. Намотка провода на катушку осуществляется толстым проводником.

    Обмотка реле напряжения выполняется с большим числом витков. Каждое из этих реле выполняет контроль определенных параметров с помощью системы автоматического отключения и включения электрического устройства.

    Реле тока осуществляет контроль силы тока в цепи потребителя, к которой оно подключено. Данные поступают в другую цепь с помощью подключения сопротивления контактом реле. Подключение может осуществляться как непосредственно к силовой цепи, так и через измерительные трансформаторы.

    Реле времени

    В цепях автоматики часто требуется образование задержки при включении устройств, либо подачи сигнала для выполнения определенного технологического процесса по некоторому алгоритму. Для таких целей предназначены специальные устройства, способные коммутировать цепи с некоторой задержкой времени.

    К таким реле времени предъявляются специальные требования:
    • Необходимая и достаточная мощность контактов.
    • Малые габаритные размеры, вес и небольшой расход электроэнергии.
    • Стабильные рабочие параметры задержки времени, не зависящие от внешних воздействий.

    Для реле времени, управляющим электрическими приводами, повышенные требования не предъявляются. Их задержка равна от 0,25 до 10 с. Эксплуатационная надежность таких реле должна быть очень высока, так как условия работы предполагают наличие вибрации.

    Устройство и принцип действия
    Структуру электромагнитного реле можно разделить на его отдельные составные элементы следующим образом:
    • Первичный (чувствительный) элемент преобразует электрический сигнал управления в магнитную силу. Обычно этим элементом является катушка.
    • Промежуточный элемент может состоять из нескольких частей. Он приводит в работу исполнительный механизм. Таким элементом является якорь с подвижными контактами и пружиной.
    • Исполнительный элемент выполняет передачу воздействия на силовую цепь. Таким элементом чаще всего выступает группа силовых контактов реле.

    Электромагнитные реле имеют довольно простой принцип работы, вследствие чего имеют повышенную надежность. Они являются незаменимыми элементами в схемах защиты и автоматики. Действие реле заключается в применении электромагнитных сил, появляющихся в металлическом сердечнике при протекании электрического тока по катушке.

    Элементы реле устанавливаются на закрывающемся крышкой основании. Подвижная пластина (якорь) с контактом установлена над сердечником электромагнита. Подвижных контактов может быть несколько. Напротив них расположены соответствующие пары неподвижных контактов.

    Читайте также:  Биполярный шаговый двигатель: общие сведения, принцип работы мотора

    1 — Катушка реле
    2 — Сердечник
    3 — Стержень
    4 — Подвижный якорь
    5 — Группа контактов
    6 — Пружина
    7 — Питание катушки

    В первоначальном положении пружина удерживает подвижную пластину. При подключении питания срабатывает электромагнит и притягивает к себе эту пластину, являющуюся якорем, преодолевая усилие пружины. В зависимости от устройства реле контакты при этом размыкаются или замыкаются. После выключения питания якорь под действием пружины возвращается в исходное положение.

    Существуют электромагнитные реле с встроенными электронными компонентами в виде конденсатора, подключенного параллельно контактам для уменьшения помех и образования искр, а также сопротивления, подключенного к катушке, для четкой работы реле.

    По силовой цепи, которая подключается контактами, может протекать электрический ток намного больше тока управления. Эта цепь гальванически развязана с цепью управления электромагнитом. Другими словами реле играет роль усилителя мощности, напряжения и тока в электрической цепи.

    Электромагнитные реле переменного тока приводятся в действие при подключении к ним переменного тока частотой 50 герц. Устройство такого реле практически не отличается от реле постоянного тока, кроме сердечника электромагнита, который в данном случае выполняется из листовой электротехнической стали. Это делается для снижения потерь энергии от вихревых токов.

    Параметры электромагнитных реле

    Основными характеристиками таких реле являются зависимости между входным и выходным параметром.

    Основные параметры реле:
    • Время срабатывания реле – характеризует промежуток времени от момента подачи сигнала на вход реле до момента начала действия на силовую цепь.
    • Управляемая мощность – это мощность, которой способны управлять контакты реле при коммутации цепи.
    • Мощность срабатывания – это наименьшая мощность, требуемая для чувствительного элемента реле, для перехода в рабочее состояние.
    • Величина тока срабатывания. Такое регулируемое значение называется уставкой.
    • Сопротивление обмотки катушки.
    • Ток отпускания – максимальная величина тока на клеммах обмотки реле, при котором якорь отпадает в исходное положение.
    • Время отпускания якоря.
    • Частота коммутаций с нагрузкой – частота, с которой может осуществляться подключение и отключение силовой цепи.
    Преимущества
    • Возможность коммутации силовых цепей с мощностью потребителя до 4 киловатт при объеме реле меньше 10 куб. см.
    • Невосприимчивость к пульсациям и чрезмерным напряжениям, а также устойчивость к помехам от молнии и работы устройств высокого напряжения.
    • Гальваническая развязка между цепью управления и силовыми контактами.
    • Незначительное снижение напряжения на замкнутых контактных группах, вследствие чего низкое тепловыделение.
    • Невысокая стоимость электромагнитного реле в отличие от полупроводниковых устройств.
    Недостатки
    • Низкое быстродействие.
    • Небольшой срок службы.
    • Образование радиопомех при коммутации цепей.
    • Проблемы при подключении и отключении высоковольтных нагрузок постоянного тока и индуктивных потребителей.
    Сфера использования

    Широкую популярность получили реле в области производства и распределения электрической энергии. Безаварийный режим эксплуатации обеспечивает релейная защита линий высокого напряжения на подстанциях и в других местах. Элементы управления, применяемые в релейной защите, способны на подключение высоковольтных цепей. Э

    Электромагнитные реле, функционирующие в качестве релейной защиты, получили популярность из-за следующих достоинств:
    • Возможность работы с невосприимчивостью к возникающим паразитным потенциалам.
    • Высокая скорость реагирования на изменение параметров подключенных цепей.
    • Повышенная долговечность.

    С помощью релейной защиты выполняется резервирование линий питания и оперативное отключение неисправных участков цепи. Электромагнитные реле являются наиболее надежной защитой, в отличие от релейных устройств.

    Электромагнитные реле применяется в управлении производственными линиями, конвейерами, на участках с повышенными паразитными потенциалами, там, где нельзя использовать полупроводниковые элементы.

    Принцип действия, по которому работают такие устройства реле, применяется в оборудовании для удаленного управления потребителями, а именно в контакторах, пускателях. По сути дела, это такие же электромагнитный вид реле, только рассчитанные для очень больших токов, достигающих несколько тысяч ампер.

    Релейные блоки применяются для управления емкостных установок, служащих для плавного запуска электродвигателей повышенной мощности.

    Электромагнитные реле применялись даже в первых вычислительных комплексах. В них реле использовались как логические элементы, выполняющие простые логические операции. Скорость работы таких электронно-вычислительных машин была низкая. Однако такие своеобразные компьютеры были более надежными, в отличие от последующего поколения ламповых моделей вычислительных машин.

    Сегодня можно привести множество примеров применения электромагнитных реле в бытовых устройствах: стиральных машинах, холодильниках и т.д.

    Реле электромагнитное: устройство, принцип действия

    Электромагнитное реле – это коммутационное устройство для переключения электрических цепей электромагнитным полем.

    Области применения

    Электромагнитная коммутация используется в схемах автоматики, управления электроприводами, электроэнергетическими и технологическими установками, в системах контроля и т. п. Реле электромагнитное позволяет регулировать напряжения и токи, выполнять функции запоминающих и преобразующих устройств, фиксировать отклонения параметров от заданных значений.

    Принцип работы

    Электромагнитное реле, принцип действия которого является общим для любого типа, состоит из следующих элементов:

    1. Основание.
    2. Якорь.
    3. Катушка из витков провода.
    4. Подвижные и закрепленные контакты.

    Все детали крепятся на основании. Якорь выполнен с возможностью поворота и удерживается пружиной. Когда на обмотку катушки подается напряжение, по ее виткам протекает электрический ток, создавая электромагнитные силы в сердечнике. Они притягивают якорь, который поворачивается и замыкает подвижные контакты с парными неподвижными. При отключении тока якорь возвращается пружиной обратно. Вместе с ним перемещаются подвижные контакты.

    От типовой конструкции отличаются только герконовые реле, где контакты, сердечник, якорь и пружина совмещены в единой паре электродов.

    Электромагнитное реле, схема которого изображена ниже, является коммутирующим устройством.

    Она типична и в целом показывает, как электрическая энергия преобразуется в магнитную, которая затем преодолевает усилие пружины и перемещает контакты.

    Электрические цепи катушки и коммутации ничем не связаны. За счет этого малые токи могут управлять большими. В результате реле электромагнитное является усилителем тока или напряже­ния. Функционально оно включает три основных элемента:

    • воспринимающий;
    • промежуточный;
    • исполнительный.

    Первым из них является обмотка, создающая электромагнитное поле. По ней проходит контролируемый ток, при достижении которым заданного порогового значения происходит воздействие на исполнительный элемент – электрические контакты, замыкающие или размыкающие выходную цепь.

    Классификация

    Реле классифицируются следующим образом:

    1. По способу управления контактами – якорные и герконовые. В первом случае замыкание-размыкание контактов производится при перемещении якоря. В герконовых переключателях сердечник отсутствует и магнитное поле воздействует непосредственно на ферромагнитные электроды с контактами.
    2. Управляющий ток может быть постоянным или переменным. В последнем случае якорь и сердечник выполняются из пластин электротехнической стали для уменьшения потерь. Для постоянного тока устройства бывают нейтральными и поляризованными.
    3. По быстродействию срабатывания реле делятся на 3 группы: до 50 мс, до 150 мс и более 1 с.
    4. Защита от внешних воздействий предусматривает устройства герметизированные, зачехленные и открытые.

    При всем многообразии типов, представленных ниже, действие электромагнитного реле основано на общем принципе коммутации контактов.

    Устройство электромагнитного реле спрятано внутри корпуса, снаружи выступают только выводы обмотки и контактов. Они большей частью пронумерованы, для каждой модели дается схема подключения.

    Параметры

    Основными характеристиками реле являются:

    1. Чувствительность – переключение от подаваемого в обмотку сигнала определенной мощности, достаточной, чтобы происходило включение.
    2. Сопротивление обмотки.
    3. Напряжение (ток) срабатывания – минимальное пороговое значение параметра, при котором контакты переключаются.
    4. Напряжение (ток) отпускания.
    5. Время срабатывания.
    6. Рабочий ток (напряжение) – величина, при которой происходит гарантированное включение в процессе эксплуатации (значение указывается в заданных пределах).
    7. Время отпускания.
    8. Частота включений с нагрузкой на контактах.

    Достоинства и недостатки

    Реле электромагнитное имеет следующие преимущества над полупроводниковыми конкурентами:

    • коммутация больших нагрузок при малых габаритах;
    • гальваническая развязка между цепью управления и группой коммутации;
    • низкое тепловыделение на контактах и катушке;
    • небольшая цена.

    Устройству присущи также недостатки:

    • медленное срабатывание;
    • относительно небольшой ресурс;
    • радиопомехи при переключении контактов;
    • сложность коммутации на постоянном токе высоковольтных и индуктивных нагрузок.

    Рабочие напряжение и ток катушки не должны выходить за заданные пределы. При их низких значениях становится ненадежным контактирование, а при высоких – перегревается обмотка, увеличивается механическая нагрузка на детали и может произойти пробой изоляции.

    Долговечность реле зависит от вида нагрузки и тока, частоты и количества коммутаций. Больше всего контакты изнашиваются при размыкании, образующем дугу.

    Бесконтактные аппараты имеют преимущество, поскольку у них не появляется дуга. Но есть также масса других недостатков, что не дает возможности заменить реле.

    Электромагнитные реле тока

    Реле тока и напряжения отличаются, хотя структура у них похожа. Различие состоит в исполнении катушки. Реле тока имеет малое количество витков на катушке, сопротивление которого невелико. При этом намотка производится толстым проводом.

    Обмотка реле напряжения образуется большим количеством витков. Ее обычно включают в действующую сеть. Каждое устройство контролирует свой определенный параметр с автоматическим включением или отключением потребителя.

    С помощью реле тока контролируют его силу в нагрузке, к которой подключается обмотка. Информация передается в другую цепь посредством подключения к ней сопротивления коммутирующим контактом. Подключение производится в силовую схему напрямую или через измерительные трансформаторы.

    Защитные устройства отличаются быстродействием и имеют время срабатывания в несколько десятков миллисекунд.

    Реле времени

    В схемах автоматики нередко возникает необходимость создавать запаздывания при срабатывании аппаратов или выдавать сигналы для технологических процессов в определенной последовательности. Для этого служат переключатели с задержкой по времени, к которым предъявляются следующие требования:

    • стабильность выдержки независимо от воздействия внешних факторов;
    • небольшие габариты, масса и потребляемая энергия;
    • достаточная мощность системы контактов.

    Для управления электроприводами высокие требования к точности не предъявляются. Выдержка составляет 0,25-10 с. Надежность должна быть высокая, поскольку работа часто производится в условиях тряски и вибрации. Защитные устройства энергосистем должны работать точно. Выдержка не превышает 20 сек. Срабатывание происходит довольно редко, поэтому высокие требования к износостойкости не предъявляются.

    Электромагнитные реле времени работают на следующих принципах замедления:

    1. Пневматическое – за счет наличия пневматического демпфера.
    2. Электромагнитное – при постоянном токе существует дополнительная короткозамкнутая обмотка, в которой наводится ток, препятствующий нарастанию главного магнитного потока при срабатывании, а также его снижению при отключении.
    3. С анкерным или часовым механизмом, который заводится от электромагнита, и контакты срабатывают после отсчета времени.
    4. Моторное – подача напряжения одновременно на электромагнит и двигатель, вращающий кулачки, приводящие в действие систему контактов.
    5. Электронное – с помощью интегральных цепей или цифровой логики.

    Заключение

    С наступлением эры электроники реле электромагнитное постепенно вытесняется, но оно все же развивается, достигая новых возможностей. Ему трудно найти альтернативу в местах, где имеют место перепады тока и напряжения при пуске и отключении устройств, использующих электричество.

    Читайте также:  Пластиковый короб для проводов: разновидности и применение ПВХ коробов, кабельных каналов

    Достоинства и недостатки электромагнитных реле

    Электромагнитное реле обладает рядом преимуществ, отсутствующих у полупроводниковых конкурентов:

    способность коммутации нагрузок мощностью до 4 кВт при объеме реле менее 10 см3;

    устойчивость к импульсным перенапряжениям и разрушающим помехам, появляющимся при разрядах молний и в результате коммутационных процессов в высоковольтной электротехнике;

    исключительная электрическая изоляция между управляющей цепью (катушкой) и контактной группой — последний стандарт 5 кВ является недоступной мечтой для подавляющего большинства полупроводниковых ключей;

    малое падение напряжения на замкнутых контактах, и, как следствие, малое выделение тепла: при коммутации тока 10 А малогабаритное реле суммарно рассеивает на катушке и контактах менее 0,5 Вт, в то время как симисторное реле отдает в атмосферу более 15 Вт, что, во-первых, требует интенсивного охлаждения, а во-вторых, усугубляет парниковый эффект на планете;

    экстремально низкая цена электромагнитных реле по сравнению с полупроводниковыми ключами

    Отмечая достоинства электромеханики, отметим и недостатки реле: малая скорость работы, ограниченный (хотя и очень большой) электрический и механический ресурс, создание радиопомех при замыкании и размыкании контактов и, наконец, последнее и самое неприятное свойство — проблемы при коммутации индуктивных нагрузок и высоковольтных нагрузок на постоянном токе.

    Задание 3: в) Назовите известные вам элементы показанные на схеме рис. 2.2.7

    Рис.2.2.7.

    Вопрос 3.Контакторы

    Контакторы – это аппараты дистанционного действия, предназначенные для частых включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных режимах работы. Контактор – это, пожалуй, самый старый аппарат, который применялся для управления электродвигателями. Наибольшее распространение во всем мире получили электромагнитные контакторы. Они являются основными коммутирующими аппаратами схем с токами более 50 А.

    Классификация контакторов

    Все контакторы классифицируются:

    по роду тока главной цепи и цепи управления (включающей катушки) – постоянного, переменного, постоянного и переменного тока;

    по числу главных полюсов – от 1 до 5;

    по номинальному току главной цепи – от 1,5 до 4800 А;

    по номинальному напряжению главной цепи: от 27 до 2000 В постоянного тока; от 110 до 1600 В переменного тока частотой 50, 60, 500, 1000, 2400, 8000, 10 000 Гц;

    по номинальному напряжению включающей катушки: от 12 до 440 В постоянного тока, от 12 до 660 В переменного тока частотой 50 Гц, от 24 до 660 В переменного тока частотой 60 Гц;

    по наличию вспомогательных контактов – с контактами, без контактов.

    Рис.2.2.8. Общий вид контактора

    Контакторы состоят из системы главных контактов, дугогасительной, электромагнитной систем и вспомогательных контактов.

    Рис.2.2.9.Схема электромагнитного контактора

    2.2.10.Устройство электромагнитного контактора: а)общий вид, б)дугогасительная система и контактная система , в)электромагнитная система

    На металлической рейке 5 скобой 17 закреплены сердечник 2 магнитопровода с катушкой 4. Сердечник 2 имеет короткозамкнутый виток 3 и амортизирован пружиной 18. Через изоляционную колодку 15 на рейке крепятся три блока 1 полюсов, имеющие неподвижные контакт-детали 9 и дугогасительную катушку 16. Подвижная система контактора установлена на изолированном валу 7 и вращается в подшипниках 6. Подвижная контакт-деталь 11 закреплена в контактодержателе 13 и подпружинена пружиной 12. Соединение с контактным болтом обеспечивается гибкой связью 14. Каждый блок имеет дугогасительную камеру 10. На валу установлены также вспомогательные контакты 8.

    Главные контакты осуществляют замыкание и размыкание силовой цепи. Они должны быть рассчитаны на длительное проведение номинального тока и на производство большого числа включений и отключений при большой их частоте. Нормальным считают положение контактов, когда втягивающая катушка контактора не обтекается током и освобождены все имеющиеся механические защелки.

    Главные контакты могут выполняться рычажного и мостикового типа. Рычажные контакты предполагают поворотную подвижную систему, мостиковые – прямоходовую. На рисунке 2.2.11 представлена последовательно кинематика движения контакта контактора при замыкании.

    Рис.2.2.11.

    Как правило, у рычажных контактов оси вращения контакта не совпадают. Кроме того, контакты касаются раньше чем подвижная система достигнет конечного положения. В результате этого при замыкании и размыкании происходит перекатывание и проскальзывание подвижного контакта по неподвижному. Поэтому начальная точка касания при замыкании и она же, конечная точка касания и, соответственно, точка, где возникает дуга при размыкании оказывается смещенной по отношению к точке конечного касания контактов. Благодаря этому поверхности, которые обеспечивают длительное проведение тока и которые определяют переходное сопротивление контакта, отдалены от места возникновения дуги. Ну а проскальзывание контактов при достаточном контактном нажатии приводит к стиранию окисной пленки и различной скопившейся грязи с поверхности контакта, т. е. происходит самоочистка контактов. Так как контакты в коммутационных аппаратах являются, пожалуй, самыми слабыми частями аппарата, то мы видим, что в данном случае, сама конструкция силовых контактов контакторов позволяет длительно сохранять стабильным переходное контактное сопротивление, что в свою очередь, очень сильно влияет на надежность и безотказность работы контактора в целом. Но ничего не бывает идеальным, поэтому и у этой рычажных контактов есть свои недостатки. Проскальзывание при той шероховатости, которую обычно имеют поверхности контактов (в особенности работающих), вызывают дополнительный дребезг контактов при замыкании, а следовательно, и повышенный износ. Ну а полный отказ от проскальзывания и при недостаточно высоком нажатии приведет к быстрому перегреву контактов за счет их окисления. Поэтому тут приходится выбирать из дух зол меньшее.

    Задание 4.а)Назовите три достоинства рычажных контактов, изображенных на рис. 2.2.11

    Рычажные контакты требуют гибкой связи для присоединения к токопроводу, но и гибкая связь в ряде случаев является слабым местом контактной системы. Ее трудно осуществить на большие токи и ее механическая износостойкость оказывается ниже, чем других деталей.

    Дальше разберемся с назначением и возможными конструкциями дугогасительной системы контакторов. Дугогасительная система обеспечивает гашение электрической дуги, которая возникает при размыкании главных контактов. Способы гашения дуги и конструкции дугогасительных систем определяются родом тока главной цепи и режимом работы контактора. Дугогасительные системы контакторов постоянного тока отличаются от дугогасительных систем контакторов переменного тока из за того, что сами принципы гашения дуги при постоянном и переменном токе отличаются.

    Дугогасительные камеры контакторов постоянного тока построены на принципе гашения электрической дуги поперечным магнитным полем в камерах с продольными щелями. Магнитное поле, в подавляющем большинстве конструкций, возбуждается последовательно включенной с контактами дугогасительной катушкой. В 60-х годах прошлого столетия в СССР были созданы конструкции с постоянными магнитами, но распространения они не получили. Камеры с узкими щелями, которые могут быть прямыми и зигзагообразными значительно повышают отключающую способность и ограничивают размеры дуги и ее пламени за пределами камеры, однако полного гашения электрической дуги в объеме камеры с помощью этой камеры добиться не удается.

    Контакторы переменного тока выполняются с дугогасительными камерами с деионной решеткой. При возниконовении дуга движется на решетку, разбивается на ряд мелких дуг и в момент перехода тока через ноль гаснет. Погасить дугу на переменном токе в принципе легче чем на постоянном, поэтому контакторы постоянного тока имеют более сложную систему дугогашения.

    Электромагнитная система контактора обеспечивает дистанционное управление контактором, т. е. включение и отключение. Конструкция системы определяется родом тока и цепи управления контактора и его кинематической схемой.

    Электромагнитная системасостоит из сердечника, якоря, катушки и крепежных деталей. На рисунке 6 показана схема включения электродвигателя с помощью электромагнитного контактора.

    Вспомогательные контакты. Производят переключения в цепях управления контактора, а также в цепях блокировки и сигнализации. Они рассчитанны на длительное проведение тока не более 20 А, и отключение тока не более 5 А. Контакты выполняются как замыкающие, так и размыкающие, в подавляющем большинстве случаев мостикового типа.

    Задание 4.б)Заполните таблицу 1

    Таблица 1

    Назначение контактораОсновные конструктивные единицы контактораНазначение основных элементов контактораУстройство электромагнитной системы контактора

    Принцип действия контактора. В исходном отключенном положении, когда напряжения с катушки снято, подвижная система под действием пружины находится в нормальном положении. Контактор включают путем нажатия кнопки «Пуск». В катушке создается магнитный поток, который притягивает якорь к сердечнику. Одновременно с главными контактами замыкаются дополнительные (вспомогательные) контакты , которые блокируют(шунтируют) контакты кнопки «Пуск». Контактное нажатие осуществляется пружиной. На якоре установлена прокладка из немагнитного материала , которая уменьшает силу притяжения и при снятии напряжения с катушки якорь сразу отходит и не залипает.

    Задание 4.в)Постройте логическую цепочку операций принципа действия контактора (всего семь пунктов)

    Последнее изменение этой страницы: 2016-12-09; Нарушение авторского права страницы

    Устройство и принцип действия электромагнитных реле. Их преимущества и недостатки

    Реле – называется электрическое устройство, которое предназначается для осуществления коммутации различных участков электрических схем при изменении электрических или неэлектрических входных воздействий. Впервые, термин «реле» фигурирует в тексте патента на изобретение телеграфа за авторством С. Морзе в 1837 году. А само устройство электромагнитного реле было изобретено Джозефом Генри за два года до этого в 1835 году. Интересно также, что термин «реле» произошел от английского слова «relay», которое в те времена означало действие при передаче эстафеты спортсменами или же подмену почтовых лошадей на станциях, когда они начинают уставать.

    Наиболее широкое применение в схемах автоматики и системах защиты электроустановок получили электромагнитные реле, благодаря своей высокой надежности и простоте принципа действия. Электромагнитные реле подразделяются на реле переменного и постоянного тока. Последние, в свою очередь, подразделяются на поляризованные (реагируют на полярность управляющего сигнала) и нейтральные (в одинаковой степени реагируют на протекающий по его обмотке постоянный ток любой полярности).

    Принцип работы электромагнитных реле основан на применении электромагнитных сил, которые возникают в металлическом сердечнике во время прохождения электрического тока по виткам его катушки. Все детали будущего реле необходимо смонтировать на основание и закрыть крышкой, после чего над сердечником электромагнита устанавливается пластина (подвижный якорь), к которой крепятся от одного до нескольких контактов. Напротив закрепленных контактов устанавливают парные им неподвижные контакты.

    Поддерживать якорь в исходном положении помогает закрепленная пружина. Во время подачи напряжения на электромагнит якорь начинает притягиваться, преодолевая сопротивление пружины, при этом, в зависимости от конструкции имеющегося реле, происходит размыкание или замыкание контактов. Если отключить напряжение – благодаря пружине якорь вернется в исходное положение. Иные модели реле могут содержать в себе электронные элементы. Примерами таких реле могут послужить резистор, который подключается к обмотке катушки, чтобы реле более четко срабатывало, и конденсатор, расположенный параллельно контактам, дабы снизить вероятность появления искр и помех.

    Читайте также:  Установка датчиков температуры воздуха в помещениях: особенности работы терморегуляторов, виды реле

    У электромагнитного реле имеется ряд преимуществ, недоступных полупроводниковым конкурентам:

    • Возможность коммутации нагрузок общей мощностью не более 4 кВт в то время когда объем реле не превышает 10см3;
    • Проявление устойчивости к импульсам перенапряжения и способным оказать разрушительное воздействие помехам, возникающим во время разряда молнии или по причине протекания коммутационных процессов в высоковольтном оборудовании;
    • Наличие исключительной электрической изоляции, проложенной между катушкой (управляющей цепью) и группой контактов (требования последнего стандарта – 5 кВ) – недоступная мечта для большей части полупроводниковых ключей;
    • Малый уровень выделения тепла замкнутых контактов вследствие малого падения напряжения: во время коммутации тока 10 А малогабаритным реле суммарно рассеивается по катушке и контактам не более 0,5 Вт, при учете что симисторным реле отдается в атмосферу не менее 15 Вт, в результате чего приходится решать вопрос по интенсивному охлаждению, а попутно усугубляется проблема парникового эффекта на нашей планете;
    • В сравнении с полупроводниковыми ключами электромагнитные реле имеют более низкую стоимость.
    • Кроме достоинств электромагнитные электромеханические реле имеют и свои недостатки: не высокая скорость работы, ограниченность электрического и механического ресурса, возникновение радиопомех во время замыкания и размыкания контактов, и последнее, но наиболее неприятное свойство – возникновение серьезных проблем во время коммутации высоковольтных и индуктивных нагрузок на постоянном токе.

    Как правило, электромагнитные реле применяются при коммутации нагрузок при переменном токе с напряжением 220В или при постоянном токе в диапазоне напряжений 5 – 24В и токами коммутации 10 – 16 А. Стандартными нагрузками для мощных реле являются – лампы накаливания, нагреватели, обогреватели, электромагниты, маломощные электродвигатели (к примеру, сервоприводы и вентиляторы), иные активные, индуктивные и емкостные потребители электрической энергии с диапазоном мощностей 1 Вт – 3 кВт.

    Рабочее напряжение и сила тока в катушке реле не должны превышать предельно допустимых значений, поскольку уменьшение этих значений значительно снизит надежность контактирования, а их увеличение приведет к перегреву катушки, тем самым снизив надежность реле при предельно допустимых значения положительной температуры. Крайне нежелательно даже кратковременное воздействие повышенного напряжения, поскольку при этом возникают в деталях магнитопровода и в контактных группах механические перенапряжения, а электрическое перенапряжение обмотки катушки может привести к пробою изоляции во время размыкания цепи.

    Во время выбора режима работы реле стоит учитывать характер воздействующих нагрузок, род и значение коммутируемого тока, частоту коммутации.

    Во время коммутации индуктивных и активных нагрузок самым тяжелым является процесс размыкания цепи, поскольку образовывающийся дуговой разряд становится причиной основного износа контактов.

    Достоинства и недостатки электромагнитных реле

    Электромагнитное реле обладает рядом преимуществ, отсутствующих у полупроводниковых конкурентов:

    • способность коммутации нагрузок мощностью до 4 кВт при объеме реле менее 10 см3;
    • устойчивость к импульсным перенапряжениям и разрушающим помехам, появляющимся при разрядах молний и в результате коммутационных процессов в высоковольтной электротехнике;
    • исключительная электрическая изоляция между управляющей цепью (катушкой) и контактной группой;
    • малое падение напряжения на замкнутых контактах, и, как следствие, малое выделение тепла: при коммутации тока 10 А малогабаритное реле суммарно рассеивает на катушке и контактах менее 0,5 Вт;
    • низкая цена электромагнитных реле по сравнению с полупроводниковыми ключами.

    Недостатки реле: малая скорость работы, ограниченный (хотя и очень большой) электрический и механический ресурс, создание радиопомех при замыкании и размыкании контактов.

    Условные обозначения реле в схемах1 – обмотка реле (управляющая цепь), 2 – контакт замыкающий, 3 – контакт размыкающий, 4 – контакт, замыкающий с замедлителем при срабатывании, 5 – контакт замыкающий с замедлителем при возврате, 6 – контакт импульсный замыкающий, 7 – контакт замыкающий без самовозврата, 8 – контакт размыкающий без самовозврата, 9 – контакт размыкающий с замедлителем при срабатывании, 10 – контакт размыкающий с замедлителем при возврате.

    Схема включения

    Принципиальная схема включения вторичного реле максимального тока прямого действия приведена на рис. 59. Обмотка реле 1, подключенная к вторичной обмотке трансформатора тока 5, обтекается вторичным током и отделена от высокого напряжения и токоведущих частей.

    При увеличении тока в реле до тока срабатывания якорь 2 преодолевает усилие пружины 6, втягивается и ударяет бойком 3 по защелке 4, удерживающей механизм привода выключателя во включенном положении. Защелка, поворачиваясь, освобождает механизм привода выключателя, который отключается под действием пружины 7. После отключения выключателя прохождение тока в обмотке реле прекращается и сердечник с бойком и защелка возвращаются в исходное положение. Принципиальная схема включения реле

    Таким образом реле при срабатывании производит непосредственное отключение выключателя путем механического воздействия на его привод, развивая при этом значительное усилие порядка 4,9—9,8 Н и более. Для создания такого усилия реле потребляет от трансформаторов тока большую мощность.

    Реле времени создает выдержку временив системе автоматического регулирования. Многодиапазонное реле времени, предназначено для коммутации электрических цепей с определенными, предварительно установленными выдержками времени, применяется в системах управления объектами народного хозяйства. Выдержка времени– это интервал времени от момента подачи напряжения на обмотку реле до момента изменения положения его контактов. Реле времени

    Исполнительные механизмы.

    Исполнительные механизмы предназначены для перемещения регулирующих органов в соответствии с командными сигналами, поступающими от регулирующих и управляющих устройств.

    Исполнительные механизмы классифицируют по ряду признаков:

    – по виду используемой энергии: электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные;

    – по конструктивному исполнению: мембранные и поршневые;

    – по характеру обратной связи — периодического и непрерывного действия.

    Электрическим исполнительным механизмом в системах управленияназывают устройство, предназначенное для перемещения рабочего (регулирующего) органа в соответствии с сигналами, поступающими от управляющего устройства.

    Как электрические исполнительные механизмы с контактным управлением, так и бесконтактные можно подразделять также по следующим признакам.

    По назначению: с вращательным движением выходного вала — однооборотные; с вращательным движением выходного вала — многооборотные; с поступательным движением выходного вала — прямоходные.

    Выходной вал однооборотных исполнительных механизмов может вращаться в пределах одного полного оборота. Такие механизмы характеризуются величиной крутящего момента на выходном валу и временем его полного оборота. В отличие от однооборотных многооборотные механизмы, выходной вал которых может осуществлять перемещение в пределах нескольких, иногда значительного количества, оборотов, характеризуются также полным числом Электрический исполнительный механизм
    оборотов выходного вала.
    ВНЕШНИЙ ВИДНАИМЕНОВАНИЕПРИНЦИП РАБОТЫНАЗНАЧЕНИЕ
    Механизм электрический исполнительный однооборотный МЭОПреобразование электрического командного сигнала поступающего от регулирующего или управляющего устройство во вращательное перемещение выходного вала
    Механизм электрический исполнительный многооборотный МЭМПреобразование электрического командного сигнала во вращательное перемещение выходного органа механизма.

    Состоит из следующих основных частей:

    Червячно-цилиндрического редуктора электродвигателя, блока сигнализации положения, панели, интенсивного разъема, рычага и ручного привода.

    Движение от электродвигателя передается на выходной вал через цилиндрическую или червячную зубчатые передачи редуктора. Редуктор является основным узлом, на котором устанавливаются составные части механизма. В корпусе редуктора размещены многоступенчатая цилиндрическая передача, устройство для ручного управления механизмом и механическое тормозное устройство ( далее тормоз). Вращательное движение передается с вала электродвигателя через полумуфту, тормоз и ряд ступеней цилиндрической передачи на выходной вал. Ручное управление перемещением выходного вала механизмов осуществляется вращением ручки ручного привода. Для ограничения величины выбега выходного вала и предотвращения перемещения его от усилия регулирующего органа при отсутствии напряжения на двигателе в механизмах предусмотрен механический тормоз .

    Привод к блоку сигнализации положения происходит от выходного вала. Блок сигнализации положения служит для преобразования положения выходного органа механизма в пропорциональный электрический сигнал, а также для сигнализации и блокирования в крайних или промежуточных положениях выходного органа. В состав блока входят два основных узла:блок микропереключателей и узел датчика.Для подключения внешних электрических цепей служит штепсельный разъем.

    На МЭО предусмотрен маховик для ручного воздействия на рычаг.

    Механизмы исполнительные электрические

    Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы,использующие энергию сжатого воздуха и минеральных масел (несжимаемой жидкости), делят на самостоятельные и на работающие совместно с усилителями. Принцип действия этих двух видов механизмов схож между собой.К самостоятельным механизмам относят цилиндры с поршнем и штоком одно- и двустороннего действия.По виду используемой энергии исполнительные ме­ханизмы делятся на пневматические, гидравлические и электрические. Пневматические исполнительные механиз­мы бывают мембранными и поршневыми.

    Мембранный исполнительный меха­низмсостоит из корпуса головки 1, мем­браны из прорезиненной ткани 2, металлического дис­ка 3, штока. 4, жестко соединенного с диском, и пружи­ны 5.

    1 – корпус головки, 2 – мембрана, 3 – диск, 4 – шток, 5 – пружина 1 – цилиндр, 2 – поршень, 3 – шток

    Схема мембранного и поршневого исполнительных механизмов

    При отключении регулируемой величины от заданно­го значения давление воздуха Р, поступающего от пнев­матического регулятора в полость над мембраной и дис­ком, изменяется. Шток перемещается либо вниз (при уве­личении давления), либо вверх (при уменьшении дав­ления). Шток, связанный с регулирующим органом (РО) непосредственно или через рычаг, перемещает его в новое положение.

    В тех случаях, когда мембранный исполнительный механизм предназначен для управления регулирующим клапаном, их конструктивно объединяют.

    Поршневой исполнительный механизмсо­стоит из цилиндра 1 с поршнем 2, шток которого 3 сое­диняется с регулирующим органом (РО). В зависимости от того, в какую полость цилиндра (А или Б) будет поступать управляющий си­гнал от регулятора, поршень со штоком будет пе­ремещаться либо вправо, либо влево.

    Пневматические средства управления и регулирования удовлетворяют самым жёстким требованиям пожаро- и взрывобезопасности, могут работать в системах газоснабжения и применяются для автоматизации производственных процессов.

    Рис. 82. Схема пневматического мембранного исполнительного механизма а) – односедельный; б) – двухседельныйПринцип действия мембранного исполнительного механизма заключается в том, что под действием давления воздуха Р, подаваемого на мембранный механизм сверху, шток, преодолевая противодействие пружины, изменяет положение затвора, тем самым изменяя проходное сечение клапана. Степень открытия сечения клапана пропорциональна давлению воздуха Р, подаваемого на мембранный механизм. По своей конструкции подобные клапаны выпускают двух типов: одно- и двухседельные.

    Односедельные клапаны имеют одностороннее действие давления среды. Оно выражается в “затягивании” или “отжатии” самого седла при изменении направления движения среды через регулирующий орган. Такой эффект является нежелательным, так как нарушает процесс регулирования. Для устранения этого используют двухседельный клапан, которые считаются разгруженными.

    Гидравлические исполнительные ме­ханизмыпредназначены для преобразования сигна­ла, поступающего от гидравлического регулятора в пе­ремещение регулирующего органа. Выпускается два ти­па гидравлических исполнительных механизмов: прямого хода и кривошипные. По принципу действия они аналогичны пневматическому поршневому исполнительному механизму.

    Добавить комментарий