2.9. Реле тока на индукционном принципе
Реле с короткозамкнутыми витками (экранами).Реле, реагирующее на один синусоидальный ток, выполняется (рис. 2.28) с помощью электромагнита 1, охватывающего своими полюсами диск 2 с контактом 4. Для получения двух магнитных потоков, сдвинутых по фазе в пространстве, на верхнем и нижнем полюсах электромагнита насажены короткозамкнутые медные витки 3, охватывающие часть (около половины) сечения полюсов. Ток в обмотке релеIPи индуктированный в короткозамкнутых витках токIKсоздают магнитные потокиФРиФК(рис. 2.28). Из-под сечения полюсаI, охваченного короткозамкнутым витком, выходит результирующий магнитный потокФ1, =ФP1, +ФК1из-под сеченияII–Ф2, =ФP2, +ФК2. Оба магнитных потока пронизывают диск в двух разных точках, индуцируя в нем вихревые токиIД1иIД2. Векторная диаграмма потоков показана на рис. 2.28, в. Взаимодействие магнитных потоковФ1 иФ2 с индуцированными в диске токами создает электромагнитную силуFЭ, и действующий на диск момент:
МЭ=kФ1Ф2sinψ. (2.14)
Поскольку оба магнитных потока пропорциональны току IPи угол ψ при изменении токаIPостается неизменным, выражение (2.14) можно представить в виде
(2.15)
Время действия индукционных реле. Конструкция индукционных реле позволяет выполнять их с выдержкой времени без применения специальных часовых механизмов. Время действия индукционного реле зависит от угла ψ, на который должен повернуться диск для замыкания контактовKреле, и угловой скорости движения диска реле ωP (рис. 2.29, а). Если допустить, что скорость постоянная, тоtP= α/ωP.
Движение диска происходит под влиянием
избыточного момента МВР= МЭ–МС, представляющего собой
разность электромагнитного момента и
противодействующего ему момента
сопротивления МC.
Составляющие момента сопротивления
М, показаны на рис. 2.29,а. Момент
вращения преодолевает момент инерции
подвижной системы
,
сообщая ей ускорениеdω/dt:
.
(2. 15а)
Время действия индукционного реле является функцией тока: с увеличением тока времени ~ уменьшается. Такая характеристика времени действия реле называется зависимости и изображена кривой 1 на рис. 2.29, б. Часто применяются токовые реле с ограниченно зависимой характеристикой выдержки времени, имеющей вид кривой 2 на рис. 2.29, б. Начиная с некоторого значения тока в реле время действия реле остается неизменным, т. е. не зависящим от тока. Эта часть характеристики называется независимой.
Чтобы повысить выдержку времени индукционных реле, устанавливается постоянный магнит М, охватывающий своими полюсами диск (рис. 2.29, а). При вращении диск пересекает силовые линии магнитного потока ФМпостоянного магнита, в результате этого в нем наводятся вихревые токи, называемые токами "резания". От их взаимодействия с магнитным потоком ФМ возникает момент
(2.16)
противодействующий движению диска. Момент ММ уменьшает избыточный момент, за счет чего уменьшается скорость ωРи возрастает выдержка времениtP.
Время действия индукционных реле регулируется изменением расстояния между подвижным и неподвижным контактами К.
Индукционные реле мгновенного действия выполняются без постоянных магнитов и с минимальным ходом подвижной системы. Кроме того, для повышения быстродействия реле принимаются меры к увеличению скорости движения подвижной системы. Поэтому вместо систем с диском, имеющих большой момент инерции за счет значительного диаметра, используются системы с цилиндрическим ротором, который имеет малый диаметр и момент инерции. Реле с цилиндрическим ротором могут действовать с временем около 0,02-0,04 с, а минимальное время действия реле с диском примерно 0,1 с.
Инерционный выбег.Вращающийся диск индукционного реле после прекращения действия электромагнитной силы продолжает свое движение по инерции за счет накопленной кинетической энергии. Инерционный выбег диска может привести к замыканию по инерции контактов реле после отключения К3 в сети. Поэтому во избежание ложного действия РЗ с такими реле ступень селективности при выборе выдержки времени увеличивается на величину инерционной ошибки.