Файл: В.А. Старовойтов Исследование динамических характеристик нейтрального электромагнитного реле постоянного тока.pdf

8

где m – масса якоря, кг; х – перемещение якоря, м; FЭ, FМЕХ – соответствующая электромагнитная тяговая и механическая противодействующие силы, Н.

При включении реле и замыкании катушки накоротко ток в ней спадает по экспоненте

тромагнитной тяговой силы при FЭ < FМЕХ якорь начинает двигаться. В результате увеличивается зазор δ между якорем и сердечником и уменьшается индуктивность катушки L, что приводит к возрастанию тока (участок ef). После полного отпускания якоря (точка f) ток реле будет падать по экспоненте с постоянной времени T1 = L1 / R. Если реле выключить простым размыканием цепи катушки, то ток в реле быстро падает с постоянной времени T = h / (R + Ru), где Ru – сопротивление искрового промежутка между контактами, разрывающими цепь катушки.

Время отпускания tОТП так же как и время срабатывания ЭМР, состоит из двух составляющих – времени трогания при отпускании и

времени движения: tОТП = t’ТР + t’ДВ.

Время трогания при отпускании можно определить, используя формулу (8):

Время движения якоря при отпускании реле можно приближённо определить из (7), если принять FЭ = 0.

В автоматике и телемеханике часто встречается необходимость ускорения или замедления работы ЭМР. Для получения быстродействующих ЭМР или ЭМР замедленного действия применяют различные конструктивные способы:

9

-чтобы снизить tСРБ и tОТ – уменьшение вихревых токов в магнитопроводе и хода якоря, равного δн – δк, выбор достаточно большого kз.срб, оптимизация размеров обмотки и др.;

-чтобы увеличить tСРБ и tОТ – электромагнитные, механические, пневматические и гидравлические демпферы, присоединяемые к якорю.

Этими средствами можно снизить tСРБ и tОТ до нескольких миллисекунд и увеличить их до десятков секунд и более.

Электрические мосты предусматривают применение таких схем, которые изменяют спадание или нарастание магнитного потока. На рис. 4 представлены схемы включения ЭМР, способствующие замедлению срабатывания контактов.

Например, шунтирование катушки (рис. 4, а) резистором RШ вызывает при отключении питания схемы спадание магнитного потока и индуктирование в катушке ЭДС, которая создаёт ток, замыкающийся

через резистор RШ. Этот ток создаёт магнитный поток в ЭМР, направленном так же, как и основной магнитный поток, в результате чего спадание потока замедляется и время отпускания увеличивается. Одна-

ко наличие RШ вызывает дополнительную потерю мощности. Шунтирование же катушки ЭМР ёмкостью (рис. 4, б) способству-

ет увеличению как времени срабатывания, так и отпускания. В момент включения весь ток проходит не через катушку, а через ёмкость С. По мере зарядки ёмкости ток в обмотке ЭМР возрастает и с некоторым замедлением реле срабатывает. При полной зарядке ёмкости весь ток проходит через обмотку. При выключении выключателя ёмкость С разряжается через обмотку реле, замедляя время отпускания контактов.

При включении ЭМР по схеме, представленной на рис. 5, а, в начальный момент времени после включения сопротивление незаряженной ёмкости С для постоянного тока равно нулю; сила тока в обмотке имеет большое значение, вследствие чего реле срабатывает быстрее. По мере зарядки ёмкости её сопротивление постоянному току возрастает. При заряженном конденсаторе его сопротивление равно бесконечности и ток на обмотку проходит только через добавочное сопро-

тивление RД. При выключении В ёмкость разряжается через RД, что не влияет на время отпускания ЭМР.

Рис. 4. Схемы замедления срабатывания и отпускания ЭМР

10

Рис. 5. Схемы ускорения срабатывания ЭМР

11

Контактные системы ЭМР выполняют коммутирующие функции и в значительной мере определяют надёжность их работы. К контактам предъявляют следующие требования:

-высокая электро- и теплопроводность;

-стойкость против коррозии и эрозии;

-невысокое и стабильное переходное сопротивление (10-1–10-3 Ом) при замыкании;

-большое сопротивление (от десятков МОм до бесконечности) в разомкнутом состоянии;

-повышенная износоустойчивость;

-надёжность коммутации ценой расчётной мощности.

Более подробно конструктивные особенности контактных систем рассмотрены в [1, c. 31].

5. ОПИСАНИЕ СТЕНДА

Стенд выполнен на вертикальном металлическом щите, на лицевой части которого (рис. 6) размещены: объект исследования – нейтральное электромагнитное реле постоянного тока; мнемосхемы шести принципиальных электрических схем, позволяющих изменять время срабатывания ЭМР; переключатель для выбора соответствующей схемы; сетевой переключатель для питания стенда и измеритель параметров реле цифровой типа Ф 291.

Последний предназначен для измерения временных параметров реле при питании обмоток реле от внешнего источника постоянного тока до 10 А при напряжении до 240 В, переменного тока до 6 А частотой 50 Гц при напряжении 380 В, а также при отсутствии соединения прибора с внешним источником питания обмоток реле. Применяется для ремонта и эксплуатации релейных систем автоматики электрических станций и подстанций, а также для измерения параметров различного рода механических переключателей, тумблеров, кнопок.

Прибор позволяет измерять по первому замыканию (размыканию) контакта проверяемого реле следующие временные параметры при питании обмоток реле от внешнего источника тока: время срабатывания реле с замыкающим (З) или размыкающим (Р) контактами; время отпускания реле с З или Р контактами; разность времени срабатывания (отпускания) любой комбинации двух контактов.

12

Рис. 6. Общий вид стенда:

1 – мнемосхемы с элементами изменяющими динамические характеристики ЭМР; 2 – кнопка с самовозвратом; 3 – измеритель параметров реле цифровой типа Ф 291; 4 – переключатель для выбора соответствующих соединений по мнемосхеме; 5 – переключатель сетевой; 6 – электромагнитное реле контрольное постоянного тока

Измеритель применяется также для определения следующих временных параметров реле с учётом вибрации контакта при питании обмоток реле от внешнего источника постоянного или переменного тока: времени срабатывания реле с З или Р контактами; времени отпускания реле с З или Р контактами. Возможно измерение при отсутствии соединения прибора с внешним источником питания обмоток реле разности

13

времени замыкания (размыкания) любой комбинации двух пар контактов; времени кратковременного замыкания или размыкания контакта.

Прибор имеет пятизначный цифровой отсчёт показаний с дополнительной индикацией переполнения счётчика. Обеспечивает запоминание показаний и их ручной сброс.

Структурная схема прибора (рис. 7) содержит генератор импульсов Г, делитель частоты ДЧ, формирователь синусоиды ФС, пусковой ключ К, устройства гальванической развязки УГР, формирователи Ф, блок выбора режима работы БВР, логический ключ ЛК, счётчик импульсов СТ, дешифратор ДС, цифровое отсчётное устройство ЦОУ, индикатор переполнения счётчика И и блок питания БП.

Рис. 7. Структурная схема измерителя параметров реле типа Ф 291

Обмотка проверяемого реле и питание обмотки через К подключаются к УГР3, а проверяемые контакты – к УГР1 и УГР2. Вырабатываемые Г прямоугольные импульсы через ДЧ поступают на СТ, а через ФС на обмотки возбуждения УГР. Сигналы с УГР через Ф1, Ф2, Ф3 приходят на БВР, выделяющий сигналы управления ЛК, которые раз-

14

решают заполнение СТ импульсами с ДЧ. Информация, заключённая в СТ, через ДС поступает в ЦОУ.

БП содержит три источника питания: 15 В; 5 В (для питания ДС) и 200 В (для питания индикаторов ЦОУ).

Электрическая схема прибора выполнена на интегральных схемах и полупроводниковых элементах и размещена на двух печатных платах, соединённых жгутами. Трансформатор питания размещён на левой боковой стенке прибора.

Прибор выполнен в жёстком металлическом корпусе с верхней и нижней съёмными крышками, позволяющими иметь доступ ко всем элементам схемы (рис. 8). На лицевой панели расположены: переключатель для включения прибора; переключатель «Режим» для выполнения коммутаций схемы прибора, соответствующих состоянию контактов и режиму работы проверяемого реле; переключатель «Кнт» (контакт) для измерения функции проверяемых контактов запускающего и останавливающего, если останавливающий контакт замыкается раньше запускающего; переключатель «Разн» (разность) для работы в режимах определения разности времени срабатывания любой комбинации двух пар замыкающих и размыкающих контактов и определения времени кратковременного замыкания или размыкания контакта; переключатель «100» для работы прибора на пределе 100000 мс; переключатель «Вибр» (вибрация) для измерения временных параметров реле с учётом вибрации контактов; переключатель «Сум» (сумма) для суммирования показаний прибора при неоднократном измерении параметров реле; переключатель «Сбр» (сброс) для сброса показаний отсчётного устройства прибора; тумблер «Пуск» для подключения напряжения питания к обмотке проверяемого реле и подключения генераторов импульсов к счётным декадам.

На лицевую панель выведены также элементы отсчётного устройства – цифровые индикаторные лампы ИН-16 и светоизлучающий диод для индикации переполнения счётчика [3, c. 135].

На задней панели размещены: клеммы «Контакт 1» и «Контакт 2» для подключения контактов проверяемого реле; клеммы «Цепь реле» для подключения обмотки и питания проверяемого реле; разъём для подключения напряжения 220 В; держатель предохранителя; клемма защитного заземления; разъём для подключения цифропечатающего устройства (ЦПУ); разъём для подключения внешнего добавочного устройства (ДУ).