Лекция№2 Реле с независимой характеристикой

Реле тока и напряжения с
независимой
характеристикой
СтГАУ
Факультет электрификации
сельского хозяйства
Реле тока РТ-40 используют Побразную магнитную систему с
поперечным движением якоря.
На полюсах магнитопровода 7
расположены две обмотки реле 9,
которые можно соединить между
собой последовательно или
параллельно.
Подвижная система реле состоит
из Г-образного стального якоря 6,
подвижного контакта 2 и
механического гасителя вибрации
1.
Положение якоря фиксируется
упорами 8 (на рисунке виден
только левый упор).
В качестве противодействующего
элемента используется
противодействующая спиральная
пружина 5, одним концом
связанная с осью подвижной
системы, а вторым – с указателем
уставки 4.
 Значение
мгновенной энергии
определяется из выражения
Wi = L
2
i
2
 где


i – мгновенное значение тока;
L – индуктивность.
Мгновенное значения тока
определяется
i = I m sin ωt
 Электромагнитный
момент определяется
как
dWi
dL
dL
2
2
М эм =
= 0,5i
= 0,5I m sin ωt
dα
dα
dα
Для оценки действия реле необходимо
рассмотреть взаимную работу всех элементов
реле создающих моменты
Результирующий
момент будет
определятся
Мкз
алгебраической суммой
всех моментов
α
 Можно заключить, что
механические моменты
не зависят от времени и Мэм
являются величиной
постоянной Ммх=const(t)
I

Мкр
Мпр
I
Рассмотрим электромагнитный момент
как функцию времени
2
М эм  0,25 I m
dL
2 dL
 0,25I m
cos 2t
d
d
Мэм
М
i
М=
t
i
М ~~
Результирующий момент достигает нулевых
значений с частотой 100 Гц. При постоянно
противодействующей пружине будет
колебание якоря и следовательно, вибрация
контактов. Необходимы специальные меры.
 Как видно из выше приведённых формул, все
моменты будут функциями угла поворота
якоря α.
 Рассмотрим электромагнитный момент

dGm
dL
d  1 
2
2
2
2
2


М эм  0,5i
 0,5i W
 0,5i W
d
d
d  Rm 
где Gm – магнитная проводимость

Rm – магнитное сопротивление
1
;
 Так как Gm =

Rm
Rm пропорцион ально α
α
Rm =
K
d
К
K
2
2
2
2
М эм = 0 ,5i W
(
) = 0 ,5i W
dα α
α2
 Следует
иметь ввиду, что мгновенное
значение тока i не зависит от
индуктивности L и следовательно, от угла
α, так как трансформатор тока является
источником тока.
K1
2
2
2
2
2
М эм = 0,5i W
= 0,5K1Ф = 0,5K1B S
2
Rm
 При
увеличении тока характеристика
Мэм=f(α) идёт выше и наоборот.
Мэм
α
Мэм.ср
М
Мм2
Мпр
Мэм.в
Мм1
Мкз
Мкр
α






Момент пружины определяется Мпр=С(α0-α)
где α0 – начальный угол закручивания пружины
Мэм=Мв≤М2-Мтр
Мэм=МсрМ1+Мтр
Для любого угла α момент срабатывания всегда
больше момента возврата следовательно, и ток
срабатывания всегда больше тока возврата.
Несовпадение параметров срабатывания и возврата
характеризуются коэффициентом возврата
Iв
Кв =
<1
I ср
Iср
I
0
Iв






Время срабатывания реле определяется
электромагнитным моментом Мэм т.е. с
увеличением тока время срабатывания реле
уменьшается
t=0,1c при 1,25Iср
t=0,03c при 3Iср
Время срабатывания реле определяется tср=tн+tд
где tн – время нарастания потока в магнитопроводе,
tд – время движения якоря.
При больших токах происходит насыщение
магнитопровода, магнитный поток не увеличивается
и время срабатывания реле остаётся величиной
t
постоянной, поэтому эти
реле имеют независимую
характеристику.
Iср
I
 Регулирование
параметров
срабатывания
осуществляется:
 дискретно –
переключением
обмоток;
 плавно –
противодействующей
пружиной.
W
W
I
F=AW=2IW
W
I
I/2
W
I
I/2
F=AW=WI/2+WI/2=IW
Разновидности электромагнитных реле

•
•
•
Промышленностью
выпускаются разновидности
электромагнитных реле,
например реле тока РТ-40/Р
или РТ-40/1Д которые имеют
дополнительные элементы:
трансформатор тока
насыщающийся (ТНН),
который ограничивает ток,
проходящий через реле;
выпрямительный мост (VD1VD4), который обеспечивает
снижение вибраций якоря;
резистор и конденсатор,
которые защищают
выпрямительный мост от
перенапряжений.
ТТН
VD1-VD4
R
C
Р
При использовании выпрямительного
моста увеличивается частота пульсаций
iр
и уменьшаются провалы тока и
момента.
Пульсирующий ток реле можно разложить
на гармонические составляющие
iр=I0 – I1m cos2ωt +…
где I0 – постоянная составляющая тока,
I1m – амплитуда первой гармоники и т.д.
При пульсирующем токе момент так же
будет пульсирующим, но с удвоенной, по
сравнению с током частотой, который
так же можно разложить на
гармонические составляющие
Мэм = М0 – М1m cos4ωt +…
t






Следует отметить, что электромагнитный момент
при изменении положения якоря изменяется. Это
вызвано увеличением потока и уменьшением зазора,
т.е. двумя факторами.
Так как iW = const, а зазор уменьшается т.е Rm
уменьшается, то по закону Ома магнитный поток
увеличивается ↑Ф = iW/R↓.
Вследствие этих двух факторов электромагнитный
момент носит гиперболический характер.
Рассмотренные выше реле являются реле
косвенного действия, так как они не воздействуют
непосредственно на привод выключателя.
Одной из разновидностей реле прямого действия
являются солиноидные реле типа РТМ.
Данный тип реле потребляет больше энергии, менее
точен, более дешёв и прост по конструкции
1. боёк;
2. сердечник с разрезом;
3. катушка с отпайками;
4. подвижный сердечник;
5. регулировочный винт.
Электромагнитное усилие
определяется Fэм= к I2
Регулировка тока срабатывания
осуществляется
• дискретно – переключением
отпаек;
• плавно – регулировочным
винтом, изменяя величину
зазора.
1
2
3
4
5
Примечание
При настройке реле, поскольку питание
осуществляется от источника Э.Д.С.,
затруднительно стабилизировать величину
тока вследствие увеличения индуктивного
сопротивления катушки реле
 ↑zр = rp + jxp↑; ↓Ip = U/zp↑
 Для стабилизации тока в схему включают
дополнительное сопротивление Rд

TV
Rд
Р









Реле напряжения
Конструктивно реле напряжения аналогично реле тока, отличие
только в количестве витков обмотки.
Так, например, реле напряжения до 50В аналогичны реле тока.
Особенность работы реле без выпрямительного моста заключается
в том, что поток в магнитопроводе – величина неизменная при
изменении зазора.
Так как величина напряжения прикладываемая к реле постоянна:
U = const, то и E = const, следовательно и Ф = const
Магнитный поток является величиной постоянной так как ток
зависит от зазора Ф = iW↓/Rm↓, тогда U=E≡Ф=const.
Следовательно, момент притяжения определяется только
изменением зазора и рост его меньше чем в реле тока.
Кроме того, вследствие увеличения индуктивного сопротивления,
наблюдается даже небольшое уменьшение потребляемого тока и
следовательно, потока.
Так как зазор остаётся достаточной величины, то существенного
влияния это не оказывает на уменьшение магнитного потока.

Реле напряжения на 100В и выше включаются через
дополнительные сопротивления и выпрямительный мост.
VD1-VD4
C
Р
U1
2U1
R1
R2
Конденсатор сглаживает случайные, кратковременные снижения
напряжения, не давая реле ложно сработать.
 Применяя реле напряжения с выпрямительным мостом
устраняется изменение тока и обеспечивается более чёткая работа
реле напряжения.
 Реле напряжения выпускают с условным назначением для работ
как в максимальном, так и в минимальном режимах.
 В реле минимального напряжения за параметр срабатывания
принимается напряжение отпадания якоря, а за возврат –
напряжение притягивания якоря.

В этом случае Uср < Uв и тогда
для реле минимального
действия коэффициент
возврата всегда больше 1, Кв=
Uв/Uср > 1
 Реле такого типа используются
для контроля за наличием
напряжения и его уменьшения
при коротких замыканиях.
 Временные характеристики
реле напряжения – так же
независимые, как временные
характеристики реле тока.

Uср
U
0
Uв
t
Uср
U