6.2. Електромеханічні апарати дистанційного керування

Реле – електромеханічні апарати, які найбільш розповсюджені в різних системах ручного, автоматичного і автоматизованого керування електричними установками, приладами, системами.

Реле призначені для комутації малопотужних електричних кіл до 12 А. Реле змінного струму виробляються для напруг мережі 12, 24, 36, 48, 110, 380 і 660 В; для постійного струму – для напруги 12, 24, 48, 60, 110, 220 і 440 В.

За призначенням реле підрозділяються на реле керування і реле захисту. Останні захищають електричні кола електроустановок від роботи в аварійних режимах. Крім того, реле вирізняються кількістю контактів. Для підвищення працездатності контактів реле можуть виготовлятися герметизованими з наповненням сумішами інертних газів. За функціональним призначенням реле поділяються на реле напруги і реле струму.

Реле напруги. На рис.6.7 зображено конструкцію реле напруги. При проходженні електричного струму через обмотку 8, у магнітопроводі 3 виникає магнітний потік, який створює магніторушійну силу. При цьому притягується якір магніту 7. У свою чергу, переміщення якоря розмикає контакти 5-4 і замикає контакти 1-5 за допомогою ізоляційної сітки 6. Пересувний контакт 5 розміщується на пружній струмопровідній пластині, одночасно виконуючи роль реактивної пружини.

Обмотка електромагніта реле напруги підключається до мережі живлення паралельно, за допомогою різних електричних апаратів (ручних, безконтактних, дистанційних тощо). Основне призначення реле напруги – комутація електричних кіл систем керування різних електричних приладів.

Реле струму. Обмотка реле струму вмикається в коло електричного приладу послідовно. Реле струму призначене для контролю наявності струму, або захисту цього кола, чи приладу в цілому в аварійних режимах роботи. Конструкцію реле струму з “прямим ходом якоря” показано на рис. 6.8.

Контроль наявності струму. У магнітному колі реле утворюється МРС, величина якої достатня для переміщення якоря у верхнє положення. При цьому, замикаються контакти 1-1, що дозволяє системі керування виконати операції, передбачені схемними рішеннями. При відсутності струму в колі обмотки, контакти 1-1, будучи розімкнутими, тримають систему у режимі очікування.

Захист електричного кола в аварійному режимі. При допусти-мих (розрахункових) значеннях струму, в обмотці реле Туво-рюється МРС, яка не здатна перемістити якір 4 вверх і розімкнути контакти 2-2. У цьому випадку електрична установка працює в нормальному режимі.

Якщо в підконтрольному колі установки з’являється струм більший ніж розрахований, МРС збільшується, якір 4 переміщується вверх, а контакти 2-2 розмикають коло живлення електричної установки або дають необхідну команду системі керування.

Теплові реле призначені для контролю теплового режиму електроустановки. При нормальному тепловому режимі працездатність установки в часі достатньо велика (до 25 років). Однак, якщо установка працює в режимі, на який вона не розрахована, її працездатність різко зменшується. Тепловий режим електроустановки, як правило, визначається величиною струму живлення. Підвищення цього струму на величину, на яку ще не реагує реле струму, може призвести до значного перегріву деяких елементів (вузлів) або всієї установки.

На рис. 6.9 показано основні елементи теплового реле з механізмом спрацьовування В.В. Олексіївського.

Теплове реле має такі основні елементи: біметалічну пластину 1; пружну скобу 2; контактну групу 3; обмежувач руху 4.

Теплове реле, як і реле струму підключається в мережу живлення або в підконтрольне коло послідовно. При протіканні струму допустимої величини, біметалічна пластина деформується, але невиразно. Це не призводить до розмикання контактів 3 і не заважає нормальній роботі електроустановки.

При роботі при дещо підвищеному струмі, через деякий період часу біметалічна пластина 1 здеформується до такого стану, що за допомогою пружини розімкне контакти 3. Останні, як і в реле струму, розмикають коло живлення електричної установки або дають необхідну команду системі керування.

Реле часу призначені для керування електричними апаратами в різні моменти часу, або з затримками у часі.

Реле часу за конструктивним виконанням поділяються на:

– електромеханічні з електромагнітним запізненням (включення або виключення контактів) спрацьовування;

– електромеханічні з пневматичним запізненням;

– електромеханічні з анкерним (часовим ) запізненням;

– моторні реле часу з механічним запізненням;

– електронні.

Запізнення спрацьовування реле називають “витримкою часу” спрацьовування. Електромеханічні реле часу мають витримку від 0,25 с до 3 хв. Моторні реле часу можуть мати витримку часу до 30 хв. Електронні реле з ємнісною схемою затримки – також до 30 хв. Електронні цифрові – необмежену з дуже високою точністю. Витримка часу в електромеханічних реле часу може відбуватись при зникненні напруги в мережі.

Електромеханічне реле часу з електромагнітним запізненням схематично зображено на рис. 6.10, а. Конструкція цього реле відрізняється від реле напруги лише наявністю на стержні магніту мідної гільзи 3. На рис. 6.10 реле показано в замкненому стані. По обмотці 6 протікає струм, достатній для прижимання якоря 5 до осердя 4. Цей стан реле часу є початковим для включен ня його в дію. При розмиканні кола живлення обмотки, магнітний потік в осерді почне зменшуватися. Відповідно до закону Ленца, в гільзі 3, яку можна представити як короткозамкнений контур з нескінченним числом витків, виникає ЕРС такого напрямку, що викликає в гільзі струм і відповідно МРС, яка протидіє зменшенню магнітного потоку. Все це призводить до розмикання магнітного кола магніту під дією реактивної пружини 2 (відриву якоря від осердя) не миттєво, а з певною затримкою в часі. При цьому, замкнена група контактів ІІ розімкнеться, а розімкнена І – замкнеться. Прийнято називати групу контактів І-І ’’замикальною’’ з витримкою часу при замиканні й умовно зображувати, як показано на рис 6.10, б. Групу контактів ІІ-ІІ називають “розмикальною” з витримкою при розмиканні й зображувати, як показано на рис 6.10, в.

Електромеханічні реле часу з пневматичним запізненням виконуються як для постійного, так і для змінного струмів. Уповільнюючі пристрої в цих реле являють собою різні повітряні демпфери, кінематично об’єднані з якорем і осердям магніту.

На рис. 6.11 схематично показано реле часу з пневматичним запізненням на основі повітряного демпфера циліндричного типу 6. Поршень демпфера з’єднаний кінематично з якорем магніту 5. При включенні обмотки 2 в мережу живлення, якір переміщується вниз зі швидкістю, визначеною пропускною здатністю повітряного клапану 7, здійснюючи задану витримку часу при вмиканні реле. Таким же чином процес затримки відбувається і при вимкненні реле. Час спрацьовування також може регулюватися натягом реактивної пружини 1 або пропускною здатністю клапану 7.

Електромеханічні реле часу з анкерним механізмом затримки схематично показано на рис. 6.12. При виникненні в системі МРС, достатньої для подолання зусилля реактивної пружини, якір починає рух у напрямку осердя. При цьому, він зубчастою рейкою обертає спускове колесо 2, швидкість обертання якого контролюється анкером 1 за допомогою маятника 3. Так здійснюється визначена витримка (яка може регулюватися натягом реактивної пружини або довжиною маятника) спрацьовування контактної групи. Реле часу з анкерним механізмом виконуються як для постійних, так і для змінних струмів.

М оторні реле часу створені для здійснення великих часових запізнень спрацьовування (до 30 хв). Ці реле являють собою механічні пристрої, що приводяться в дію електричним мікродвигуном постійного або змінного струму. Ці двигуни приводять в дію певну кінематичну систему, яка керує групою електричних контактів в системах керування різних установок.

Електронні реле часу є найбільш сучасними приладами, і в свою чергу поділяються на прилади з ємнісною схемою, цифрові та цифрові годинникові.

В ємнісній схемі витримка часу спрацьо-вування визначається постійною часу RC ланцюжка. На рис. 6.13,а показано функціональну схему подібного реле, на рис. 6.13, б – часову діаграму його роботи. До схеми входять RC ланцюжок, е лектронні ключі К1 та К2, компаратор напруги DA, виконавче реле К3. При замиканні ключа К1, ємність С заряджається до напруги живлення. Цей стан реле часу є початковим для включення його в дію. У момент включення (t_вкл на діаграмі), ключ К1 розмикається, а К2 одночасно замикається. Починається процес розряду ємності С через опір R. Компаратор DA відслідковує різницю між напругою на конденсаторі U_С та напругою спрацьовування U_спр. У момент, коли останні співпадуть (t_спр на діаграмі), компаратор сформує команду на спрацьовування виконавчого реле К3.

Час між моментами t_вкл та t_спр, є витримкою часу. Вона задається постійною часу RC ланцюжка. Зазвичай, часові діапазони, в яких функціонує прилад (мілісекунди – секунди – хвилини) задаються ємністю конденсатора С. Регулювання у межах діапазону – підбором опору резистора R.

Виконавче реле К3 може бути звичайним електромагнітним реле напруги або електронним (твердотільним) з тиристором, або транзистором замість силових контактів.