Электромагнитные реле напряжения и тока

 

Электромагнитные реле благодаря своей простоте и надежности конструкции нашли широкое применение в схемах управления и защиты электроприводов.

Работа реле основана на электромагнитном принципе. Электромагнитные механизмы реле создают достаточно большие тяговые усилия, обеспечивающие большую динамическую устойчивость и надежность их работы. Применяются они как на постоянном, так и на переменном токе.

В судовых реле для электропривода наиболее широкое распространение получили магнитные системы следующих типов: клапанного и втяжного. Основными элементами конструкции реле являются: магнитопровод, катушка, якорь, подвижные и неподвижные контакты и возвратная пружина.

Важной характеристикой электромагнитного реле является его тяговая характеристика.

На рис.5.1.3 изображены тяговая и противодействующая характеристики реле постоянного тока, имеющего простейшую клапанную систему.

Противодействующая сила создается возвратной и контактными пружинами. На рисунке силы, создаваемые этими пружинами, обозначены соответственно F₁ и F₂. Они изменяются линейно с изменением зазора. Тяговая характеристика с уменьшением зазора резко возрастает. Для срабатывания реле необходимо, чтобы тяговая характеристика располагалась выше суммарной противодействующей на всем участке хода якоря. Значение тягового усилия при начальном воздушном зазоре d_н и положение всей характеристики F_э зависит от величины тока, протекающего по катушке реле. Для надежного срабатывания в катушку подается ток, превышающий ток трогания (наименьшее значение тока, при котором происходит трогание якоря). Коэффициент запаса обычно берут порядка 1,4. При малых воздушных зазорах небольшая МДС обмотки или остаточный магнитный поток после выключения тока может создать силу, большую, чем сила возвратных пружин. В результате происходит «залипание» якоря. Для устранения этого явления в магнитной системе с помощью прокладок из немагнитного материала создается конечный воздушный зазор d₀.

Для надежного отпускания реле необходимо, чтобы на всем участке хода якоря противодействующая характеристика F_п располагалась выше тяговой F'_э. В этом случае якорь возвратится в начальное положение. Для получения высокого коэффициента возврата необходимо, чтобы обе характеристики были как можно ближе друг к другу на всем участке рабочего хода якоря. Это может быть проще обеспечено при малых рабочих ходах якоря и больших конечных зазорах, поэтому реле, имеющие малый ход якоря и большую величину конечного зазора, могут обладать высоким коэффициентом возврата.

Рис. 5.1.4. Реле напряжения серии РЭМ-200

На величину коэффициента возврата оказывают влияние момент трения и явление гистерезиса в магнитных материалах. Эти два фактора уменьшают коэффициент возврата.

Высокий коэффициент возврата в реле переменного тока получить легче, так как у них проще согласовать противодействующую и тяговую характеристики в связи с более пологим ходом последней. Методы обеспечения быстродействия и создания выдержек времени в электромагнитных устройствах изложены ранее.

Электромагнитные реле выпускаются на выходную мощность до нескольких тысяч ватт. Мощность цепи управления составляет порядка нескольких десятков ватт.

Ниже рассматриваются некоторые конструкции электромагнитных реле тока и напряжения, применяемых в схемах судового электропривода.

Электромагнитные реле серии РЭМ-200. Электромагнитные реле постоянного тока серии РЭМ-200 предназначены для использования в качестве реле управления в основном в комплектных устройствах управления двигателями постоянного тока. Они предназначены для использования в качестве реле времени (РЭМ-211, РЭМ-212, РЭМ-221, РЭМ-222), напряжения и промежуточных реле (РЭМ-231, РЭМ-232).

На рис. 5.1.4 изображено электромагнитное реле серии РЭМ-200. Электромагнитная система реле — клапанного типа и состоит из магнитопровода 3, якоря 5, сердечника 9, втягивающей катушки 10 и отключающей пружины 1.

Нижняя часть магнитопровода залита алюминием, который одновременно служит основанием реле и выполняет роль демпфера. У реле времени для получения большей выдержки времени на свободный керн магнитопровода устанавливается медная гильза. Выдержка времени получается за счет замедленного спадания магнитного потока в цепи магнитопровода при отключении напряжения на втягивающей катушке.

Зазор А между нажимной пластинкой якоря 11 и траверсой вспомогательных контактов 12 регулируется винтом упора якоря 4. В качестве контактов у реле используются контактные узлы 13 с зажимами 14. Эти узлы крепятся к основанию реле гайками 15. Каждый узел представляет собой переключающий контакт, состоящий из одного замыкающего и одного размыкающего контактов с общей точкой, осуществляемой специальной перемычкой. Регулировка напряжения втягивания реле производится изменением напряжения отключающей пружины 1 при помощи гайки 2.

Рис. 5.1.5. Реле серии РЭМ-20

У реле серии РЭМ-200 можно регулировать выдержку времени. Грубая регулировка осуществляется путем установки немагнитной прокладки 6. Тонкая регулировка — изменением натяжения отжимной пружины 7 с помощью гаек 8. У реле времени пределы регулирования времени отпадания зависят от их типа и составляют 0,3 — 3с. Собственное время втягивания 0,4с.

Реле серии РЭМ-200 исполняется с втягивающей катушкой на напряжения 24, 55, 110, 220В, а также 95 — 170 и 175 — 320В постоянного тока. Напряжение втягивания у реле напряжения порядка 45 — 55% U_ном. Реле, рассчитанные на напряжения 95 — 170 и. 175—320В, срабатывают при нижнем значении напряжения.

Контактная система реле состоит из одного или двух контактных узлов. Длительный ток контактов составляет 10А. I

По коммутационной способности контакты реле допускают включение тока 5А при напряжении 220В и отключение индуктивной цепи с током в 1А при напряжении 220В.

Электрическая износоустойчивость реле до 150 000 срабатываний. Коэффициент возврата у промежуточных реле и реле напряжения не нормируется.

Реле серии РЭМ-200 выполняется с самовозвратом.

Электромагнитные реле серии РЭМ-20 (рис. 5.1.5) используются в схемах управления электродвигателями постоянного тока в качестве реле напряжения, грузового, обрыва поля, промежуточного, времени. Они выполняются с электромагнитной системой клапанного типа, которая состоит из магнитопровода 8, якоря с немагнитной прокладкой 12, сердечника 13, катушки 14, пружины 4. Немагнитная прокладка крепится к якорю гайкой 11. Четкое переключение контактов происходит при зазоре А, равном 0,9 — 1,2мм. Ход якоря регулируется вращением винта упора 9 в скобе 10.

В качестве контактов у реле используется один контактный узел 3 с одним замыкающим и одним размыкающим контактами. Узел крепится к основанию реле на угольнике / винтом 2. Регулировка напряжения втягивания у реле осуществляется изменением натяжения отключающей пружины 4.

Реле времени типов РЭМ-21 и РЭМ-22 выполняются с втягивающими катушками на напряжения 24, 55, 110, 220В постоянного тока. В качестве демпфирующего элемента используются алюминиевое основание реле и медная гильза, которая устанавливается на сердечник магнитопровода. Плавная регулировка выдержки времени осуществляется пружиной 5 и регулировочными гайками 6 и 7, а грубая — толщиной немагнитных прокладок. Пределы регулирования времени отпадания 0,25—2,5с.

Реле напряжения типа РЭМ-23 исполняется с катушками на номинальные напряжения 24, 55, 110 и 220 В постоянного тока. Напряжение втягивания 60% U_ном. Время от момента начала процесса прекращения питания втягивающей катушки до момента полного отпадания якоря — собственное время отпадания у реле не более 0,1с. Реле грузовое (скорости) типа РЭМ-24 и реле обрыва поля типа РЭМ-25 выпускаются с токовыми катушками на номинальные токи 2,5; 3,5 и 5А. Реле регулируется на ток срабатывания, равный 70% номинального тока катушки, при этом коэффициент возврата у реле типа РЭМ-24 равен 0,3—0,4.

Реле обрыва поля типа РЭМ-25 обеспечивает при отключении цепи выдержку времени около 0,5с.

Реле промежуточное типа РЭМ-26 исполняется с катушками на колеблющиеся напряжения 95 — 170 и 175 — 320В постоянного тока. Собственное время отпадания реле не более 0,1с.

Контакты реле серии РЭМ-20 допускают длительный ток 10А. По коммутационной способности контакты реле допускают при напряжении 220В включение тока 5А и отключение индуктивной цепи с током в 0,4А или включение переменного тока 10А при cosj = 0,4. Механическая износоустойчивость реле серии РЭМ-20 до 1 млн. срабатываний.

Рис. 5.1.6. Реле максимального тока серии РЭВ-200

Судовые электромагнитные реле серии РЭМ-65, РЭМ-650 используются в схемах управления судового электропривода постоянного тока напряжением до 320В в качестве реле максимального тока мгновенного действия. Они могут также применяться в цепях с выпрямленным током при коэффициенте пульсации не выше 0,75. Эти реле в конструктивном отношении аналогичны реле серии РЭМ-20. Втягивающие катушки реле серии РЭМ-650 выполнены на номинальный ток от 2,5 до 600А, а реле серии РЭМ-65 — от 2,5 до 100А. Кратность тока срабатывания реле по отношению к номинальному току катушки 1,3—3,5. Реле имеют один замыкающий и один размыкающий контакты. Длительный ток контактов 10А. По коммутационной способности контакты реле при напряжении 220В допускают включение тока 5А и отключение индуктивной цепи с током 0,2А.

Механическая износоустойчивость реле до 1 млн. срабатываний. Коэффициент возврата у максимальных токовых реле не нормируется и лежит в пределах 0,1—0,3.

Реле серии РЭМ-650 исполняется как с самовозвратом (якорь в нормальное состояние возвращается под действием отключающей пружины), так и с защелкой механизма ручного или электромагнитного возврата. В последнем случае реле приходит в нормальное состояние только после воздействия на механизм защелки вручную или после подачи напряжения на катушку возврата.

В схемах управления судовыми электроприводами переменного тока в качестве реле максимального тока мгновенного действия применяют реле серии РЭВ-200 (рис. 5.1.6).

Электромагнитная система реле набрана из листов электротехнической стали и состоит из магнитопровода 1, на сердечнике 3 которого расположена втягивающая катушка 2. Якорь 4 закреплен на магнитопроводе пластинами так, что может поворачиваться на нем, как на призме. Отключающая пружина 7, нажатие которой регулируется гайкой 6, отводит якорь от сердечника и обеспечивает нажатие подвижных контактов мостикового типа 8 на неподвижные контакты 9. Величина тока уставки реле регулируется изменением нажатия пружины 7 при помощи гайки 6 и изменением положения упорного винта 5.

Втягивающие катушки реле выполняются на токи до 600А. Кратность тока срабатывания по отношению к номинальному току катушки 1,5 — 4,5. Реле имеет один замыкающий и один размыкающий контакты, которые допускают длительный ток 10А.

По коммутационной способности реле допускают: при напряжении 380В включение тока 100А и отключение цепи с током 10А при cos j < 0,4; при напряжении 220В постоянного тока включение тока 25А и отключение индуктивной цепи с током 1А. Механическая износоустойчивость реле до 1 млн. срабатываний. Реле выполняются с самовозвратом или ручным возвратом.

Судовые реле серии РПМ-30. Судовые малогабаритные электромагнитные реле серии РПМ-30 используются в схемах управления электропривода в качестве промежуточных реле для коммутации цепей постоянного и переменного тока. Они имеют магнитную систему клапанного типа и контактную систему с тремя замыкающими или двумя замыкающими и одним размыкающим контактами. Номинальный ток контактов 5А.

В зависимости от типа реле втягивающая катушка питается или постоянным током напряжением от 24 до 320В, или через встроенные в реле диоды от сети переменного тока напряжением 127 и 220В. Собственное время втягивания реле составляет 0,04 — 0,07с, а собственное время отпадания — 0,02 — 0,04с.

По коммутационной способности контакты реле при напряжении 220В допускают: включение постоянного тока 3А и отключение индуктивной цепи с током 0,1А; на переменном токе — включение тока 20А и отключение цепи с током 1,7А при cos j £ 0,4.