Исследование электромагнитных реле и контакторов переменного тока

Цель работы. Изучить устройства и принцип действия электромагнитных реле времени и напряжения, контакторов переменного тока; исследовать их характеристики.

Программа работы.

1. Ознакомиться с конструктивным исполнением реле времени и напряжения, двух типов контакторов – прямоходного и клапанного типа, оборудованием лабораторной установки и схемами соединений.

2. Экспериментальным путем определить коэффициент возврата реле напряжения в зависимости от уставки (натяга отключающей пружины).

3. Определить опытным путем зависимость времени срабатывания контакторов при включении от напряжения питания катушки – tсраб(uк).

4. На основании полученных данных выполнить необходимые расчеты, проанализировать полученные результаты и оформить отчет по работе.

Подготовка к работе. 1. Повторить теоретический материал: устройство и принцип действия реле времени и напряжения, контакторов двух видов – прямоходового и клапанного.

Пояснения к работе.

Электромагнитные реле широко применяются в системах автоматики, телемеханики и защиты электрооборудования. Они приводятся в действие с помощью электромагнитов постоянного и переменного тока.

Исследуемое в работе реле напряжения типа РН-53/200-К имеет привод на постоянном токе – через встроенный выпрямитель. Якорь реле выполнен из тонкого листа электротехнической стали. С осью якоря связаны два мостиковых контакта – замыкающий и размыкающий. Напряжение сра-батывания регулируется изменением натяга спиральной противодействую-щей пружины. Время срабатывания таких реле tср ≤ 0,05 с, коэффициент воз-врата Кв ≥ 0,7 и уменьшается по мере увеличения силы противодействующей пружины. Мощность коммутируемой цепи около 50 Вт при напряжение 220В. Что касается физических процессов для этого типа реле, то они ничем не отличаются от описанных в работе 1.

Реле времени служит для искусственного замедления действия устройств релейной защиты и электроавтоматики.

Основное требование к таким реле – точность выдержки времени при колебаниях напряжения, частоты питания, температуры окружающей среды и др. Выдержкой времени реле называется время, проходящее с момента подачи напряжения на обмотку реле времени до замыкания его контактов.

Реле времени бывают с электромагнитным и механическим замедлением.

Электромагнитное замедление используется в аппаратах постоянного тока, выдержки времени при этом tв = (0,2 ÷ 10) с. Выдержки до ~ 1 c получают использованием электромагнитных демпферов (гильз-витков) при включении, а свыше 1 с – при отпускание якоря.

Реле времени с механическим замедлением (пневматическим или анкерным механизмом) могут питаться как постоянным, так и переменным током. Они позволяют регулировать выдержку времени до 180 с (пневмати-ческий механизм) и до 17 с (анкерный). Электромагнит в таких реле служит для сжатия (взведения) пружины, которая затем отрабатывает время в соответствие с уставкой.

В работе исследуется реле с замедлителем в виде анкерного механиз-ма, с выдержкой времени от 2 до 9 с.

Контакторы переменного тока (с питанием обмотки переменным током) выпускаются на различные токи (до 1000А) при числе главных контактов от одного до пяти. Наличие большого числа контактов требует увеличение усилия электромагнита, необходимого для включения контактора. Отключение его происходит под действием контактных пружин и массы подвижных частей.

С целью устранения вибрации якоря во включенном состоянии на полюсах магнитной системы устанавливаются короткозамкнутые витки, эффективность которых наибольшая при малом рабочем зазоре.

Ток в катушке контактора при u = const определяется значением активного и индуктивного сопротивлений

, (2.1)

где Rк – активное сопротивление, ; l – длина провода катушки, м; γ – удельная электропроводность материала провода (для меди γcu = 5,7 · 10⁷ Cм/м); S – площадь поперечного сечения проводника, м²; – индуктивное сопротивление катушки; wк – число витков в катушке; Rµ – магнитное сопротивление контура рабочего потока.

При µ_ст >>µ_о, ; δ – зазор, м; Гн/м; S – площадь поперечного сечения.

Активное сопротивление катушек обычно невелико (Rк = 5 ÷ 30 Ом), поэтому ток определяется в основном реактивным сопротивлением xк, которое, в свою очередь, в сильной степени зависит от зазора δ или магнитного сопротивления Rδ. Следовательно, с момента включения tо (рис. ) ток нарастает до максимальной величины (δ → δн → max, Rµ → max, Lк → min, xк → min).

В момент t₁ якорь начинает движение, до t₂ зазор уменьшается, Lк, xк увеличиваются, а ток Iк - снижается. В момент t₂ якорь останавливается, зазор

δк = δmin (или = 0), ток резко падает. В связи с большим пусковым током ( ) недопустима подача напряжения на катушку, если якорь по каким-либо причинам удерживается в отпущенном положение, когда δ = δmax.

При уменьшение зазора тяговая характеристика электромагнита переменного тока при uк = const поднимается менее круто, чем в электромагните постоянного тока (см. работу 1), поэтому ближе подходит к противодействующей. В этом смысле электромагниты переменного тока работают в режиме, близком к постоянству потока Фδ = const. Сила тяги электромагнита с двумя зазорами при синусоидальном потоке Фδ = Фδm sinωt

пульсирует с двойной частотой питающей сети. Среднее значение силы тяги

Срабатывание и отпускание электромагнита переменного тока про-исходит значительно быстрее, чем электромагнита постоянного тока (tср = 0,03 ÷ 0,05 с, tотп = 0,02 с), они обеспечивают надежную работу в диапазоне колебания напряжения питания катушки uк = (0,8 ÷ 1,1)Uн.

4.Описание лабораторной установки.

Для определения коэффициента возврата реле напряжения используется такая же схема, что и в работе 1 (см. рис.1.4).

На рис.2. приведена схема для исследования контакторов. Питание установки производится от сети переменного тока 220 В через автотрансформатор. Напряжение регулируется в пределах 160÷240 В, при этом электросекундомер работает устойчиво.

Рис. 2. . Электрическая схема для исследования характеристик контакторов

Порядок выполнения работы.

1. Для определения коэффициента возврата реле напряжения используется такая же схема, что и в работе 1 (см. рис.). Собирать схему для исследования реле напряжения (рис.1.4.). Установить натяг отключающей пружины по указателю. Плавно увеличивая напряжение, визуально зафиксировать момент трогания якоря, а по вольтметру – u_тр. Затем также плавно снижают напряжение до величины, при которой якорь отпадает от сердечника. Значение напряжений u_тр и u_отп записывают в таблицу 2.1. Опыт проводится для 5÷6 значений уставки (изменяется натяг противодействующей пружины), при этом при каждом значении уставки выполнять по три опыта.

Таблица 2.1.

Опытные данные			Расчетные данные
№ уставки	uтр, В	uотп, В	uтр ср, В	uотп ср, В	Кв
1.

2. Для определения времени срабатывания следует (схема на рис. 2.3): - при разомкнутом выключатели S2 с помощью автотрансформатора Т1 установить заданное напряжение по вольтметру РV;

- стрелки электросекундомера установить в нулевое положение;

- включить переключатель S2; секундомер начинает отсчет времени до тех пор, пока цепь его питания не будет разомкнута размыкающимися контактами (рис. 2.3, б) или катушка не будет зашунтирована замыкающимися контактами (рис. 2.3, а). После фиксации времени срабатывания выключить S2, стрелки секундомера установить в нулевое положение и опыт повторяют при установленном напряжении еще 2 раза;

- далее опыты выполняют при другом напряжении; следует провести опыты при (5÷6) значениях напряжения;

- результаты опытов записывают в таблицу 2.3;

- по результатам опытов сделать вывод, почему при изменении напряжения питания катушки изменяется время срабатывания электромагнитного аппарата.

Таблица 2.3

u, В	tсраб, с	tсраб ср, с

Анализ результатов лабораторной работы.

1. Определить значение коэффициента возврата реле, построить график К_в(уставки).

2. Рассчитать среднее время срабатывания контактора при различных напряжениях, построить зависимость t_{сраб ср}(u)

3. На основании полученных данных сделать выводы и оформить отчет.

Контрольные вопросы

1. Что характеризует коэффициент возврата реле? От чего зависит?

2. На чем основан принцип действия электромагнитных реле времени?

3. Чем регулируется временная задержка реле времени?

4. Чем определяется время срабатывания контактора?

5.Почему время срабатывания контактора переменного тока меньше, чем постоянного?

6. С какой целью устанавливаются короткозамкнутые витки в контакторе? В чем суть их действия и проявления?

20