При работе схем защиты и автоматики часто требуется создать выдержку времени между срабатыванием двух или нескольких аппаратов. При автоматизации технологических процессов также может возникнуть необходимость производить операции в определенной временной последовательности.
Для создания выдержки времени служат аппараты, называемые реле времени.
Требования, предъявляемые к реле времени
Общими требованиями для реле времени являются:
а) стабильность выдержки времени вне зависимости от колебаний питающего напряжения, частоты, температуры окружающей среды и других факторов;
б) малые потребляемая мощность, масса и габариты;
в) достаточная мощность контактной системы.
Возврат реле времени в исходное положение происходит, как правило, при его обесточивании. Поэтому к коэффициенту возврата не предъявляется особых требований, и он может быть очень низким.
В зависимости от назначения реле к ним предъявляются специфические требования.
Для схем автоматического управления приводом при большой частоте включений в час требуются реле времени с высокой механической износостойкостью. Требуемые выдержки времени находятся в пределах 0,25 — 10 с. К этим реле не предъявляются высокие требования относительно точности работы. Разброс времени срабатывания может достигать 10%. Реле времени должны работать в условиях производственных цехов, при вибрации и тряске.
Реле времени для защиты энергосистем должны иметь большую точность выдержки времени. Эти реле работают относительно редко, поэтому к ним не предъявляются особые требования по износостойкости. Выдержки времени таких реле составляют 0,1 — 20 с.
Реле времени с электромагнитным замедлением
Конструкция реле времени с электромагнитным замедлением типа РЭВ-800. Магнитная цепь реле состоит из магнитопровода1, якоря 2 и немагнитной прокладки 3. Магнитопровод укрепляется на плите 4 с помощью литого алюминиевого цоколя 5. Этот же цоколь служит для крепления контактной системы 6.
На ярме прямоугольного сечения магнитопровода устанавливается короткозамкнутая обмотка в виде сплюснутой гильзы 8. Намагничивающая обмотка 7 устанавливается на цилиндрическом сердечнике. Якорь вращается относительно стержня 1 на призме. Усилие, развиваемое пружиной 9, изменяется с помощью корончатой гайки 10, которая фиксируется после регулировки с помощью шплинта. Магнитопровод реле выполняется из стали ЭАА. Сердечник катушки имеет круглое сечение, что позволяет применять катушку цилиндрической формы, удобную в производстве. Стержень 1 имеет сечение вытянутого прямоугольника, что увеличивает длину линии касания якоря с торцом ярма и повышает механическую износостойкость реле.
Для получения большого времени при отпускании необходимо иметь высокую магнитную проводимость рабочего и паразитного зазоров в замкнутом состоянии магнитной системы. С этой целью торцы ярма и сердечника и прилегающая к ним поверхность якоря тщательно шлифуются.
Литое основание из алюминия создает дополнительный короткозамкнутый виток, увеличивающий выдержку времени (в схеме замещения все короткозамкнутые обмотки заменяются одним витком с суммарной электрической проводимостью).
У реальных магнитных материалов после отключения намагничивающей обмотки поток спадает до Фост, который определяется свойствами материала магнитопровода и геометрическими размерами магнитной цепи. Чем меньше коэрцитивная сила магнитного материала при заданных размерах магнитной цепи, тем ниже величина остаточной индукции, а, следовательно, остаточного потока. При этом возрастает наибольшая выдержка времени, которая может быть получена от реле. Применение стали ЭАА позволяет увеличить выдержку времени реле.
Для получения большой выдержки времени желательно иметь высокую магнитную проницаемость на ненасыщенном участке кривой намагничивания. Этому требованию сталь ЭАА также удовлетворяет.
Выдержка времени при прочих равных условиях определяется начальным потоком Фо уравнения. Этот поток определяется кривой намагничивания магнитной системы в замкнутом состоянии. Поскольку напряжение и ток в обмотке пропорциональны друг другу, то зависимость Ф(U) повторяет, только в другом масштабе, зависимость Ф(Iw). Если система при номинальном напряжении не будет насыщена, то поток Фо будет в сильной степени зависеть от питающего напряжения. При этом выдержка времени также будет зависеть от напряжения, приложенного к обмотке.
В схемах привода на обмотку реле времени часто подается напряжение ниже номинального, при этом реле будет иметь пониженные выдержки времени. Для того чтобы сделать выдержку времени реле независимой от питающего напряжения, магнитная цепь делается сильно насыщенной. В некоторых типах реле
времени снижение напряжения на 50% не вызывает заметного изменения выдержки времени.
В схемах автоматики напряжение на питающую катушку реле времени может подаваться кратковременно. Для того чтобы выдержка времени при отпускании была стабильной, необходимо, чтобы длительность приложения напряжения к питающей катушке была достаточная для достижения потоком установившегося значения. Это время называется временем подготовки или зарядки реле. Если длительность приложения напряжения меньше времени подготовки, то выдержка времени уменьшается.
На выдержку времени реле большое влияние оказывает температура короткозамкнутой обмотки. В среднем можно считать, что изменение температуры на 10° С ведет к изменению времени выдержки на 4%. Зависимость выдержки времени от температуры является одним из основных недостатков этого реле.
Реле РЭВ811…РЭВ818 обеспечивают выдержку времени от 0,25 до 5,5 с. Изготавливаются с катушками на напряжение постоянного тока 12, 24, 48, 110 и 220 В.
Схемы включения реле времени
Время срабатывания реле при подаче напряжения очень мало, так как м. д. с. трогания значительно меньше установившегося значения. Таким образом, возможности реле с электромагнитным замедлением при срабатывании очень ограничены. Если необходимо при замыкании управляющих контактов иметь большие выдержки времени, то целесообразно применить схему с промежуточным реле РП. Обмотка реле времени РВ находится под напряжением, все время питаясь через размыкающий контакт реле РП. .При подаче напряжения на обмотку РП последнее размыкает свой контакт и обесточивает реле РВ. Якорь РВ отпадает, создавая необходимую выдержку времени. Реле РВ в этой схеме должно обязательно иметь короткозамкнутый виток.
В некоторых схемах реле времени может не иметь короткозамкнутого витка. Роль этого витка играет сама намагничивающая обмотка, замкнутая накоротко. Обмотка РВ питается через резистор Rдоб Величина напряжения на РВ должна быть достаточной для достижения потока насыщения в замкнутом состоянии магнитной цепи. При замыкании управляющего контакта К обмотка реле закорачивается, обеспечивая медленный спад потока в магнитной цепи. Отсутствие короткозамкнутой обмотки позволяет все окно магнитной системы занять намагничивающей обмоткой и создать большой запас в м. д. с. При этом выдержка времени не уменьшается даже в том случае, когда питающее напряжение на обмотке составляет 0,5 Uн. Такая схема широко применяется в электроприводе. Реле включается параллельно ступени пускового резистора в цепи якоря. При закорачивании этой ступени обмотка реле времени замыкается и с выдержкой это реле производит включение контактора, шунтирующего следующую ступень пускового резистора.
Схемы включения реле времени с электромагнитным замедлением
Применение полупроводникового вентиля также позволяет использовать реле без короткозамкнутого витка. При включении питающей обмотки реле времени ток через вентиль практически равен нулю, так как он включен в непроводящем направлении. При отключении контакта К поток в магнитной цепи спадает, при этом на зажимах обмотки появляется э.д.с. с полярностью. При этом через вентиль протекает ток, определяемый этой э.д.с., активным сопротивлением обмотки и вентиля и индуктивностью обмотки.
Для того чтобы прямое сопротивление вентиля не приводило к уменьшению выдержки времени (растет активное сопротивление короткозамкнутой цепи), это сопротивление должно быть на один-два порядка ниже сопротивления намагничивающей обмотки реле.
При любых схемах питание намагничивающей обмотки реле должно производиться либо от источника постоянного тока, либо от источника переменного тока с применением мостовой схемы на полупроводниковых вентилях.
Реле времени с механическим замедлением
Реле времени с пневматическим замедлением и с анкерным механизмом. В таких реле электромагнит постоянного или переменного тока воздействует на контактную систему, связанную с замедляющим устройством в виде пневматического демпфера или в виде часового (анкерного) механизма. Выдержка времени меняется путем регулировки замедляющего устройства.
Большим преимуществом реле времени этого типа является возможность создания реле как на переменном, так и на постоянном токе. Работа реле практически не зависит от величины питающего напряжения, частоты питания, температуры.
Пневматическое реле времени РВП, применяется в схемах автоматического управления приводом металлорежущих станков и других механизмов. При срабатывании электромагнита 1освобождается колодка 2, которая под действием пружины 3 опускается вниз и воздействует на микропереключатель 4. Колодка 2 связана с диафрагмой 5. Скорость движения колодки определяется сечением отверстия, через которое засасывается воздух в верхнюю полость замедлителя. Выдержка времени регулируется иглой 6, меняющей сечение всасывающего отверстия.
Реле времени с пневматическим замедлением позволяет очень легко регулировать выдержку времени.
Работа реле времени с замедлителем в виде анкерного механизма происходит в следующем порядке. При подаче напряжения на электромагнит якорь заводит пружину, под действием которой приводится в движение механизм реле. Контакты реле связаны с анкерным механизмом и приходят в движение лишь после того, как анкерный механизм отсчитает определенное время.
Реле времени РВП также имеет и нерегулируемые, мгновенные контакты, которые связаны с якорем электромагнита. Реле времени надежно работают при напряжении до 0,85 Uн.
Моторные реле времени
Для создания выдержки времени в 20—30 мин используются моторные реле времени.
Принцип действия моторного реле времени РВТ-1200
При срабатывании реле времени напряжение одновременно подается на электромагнит 1 и двигатель 2. При этом двигатель через муфту 3,4 и зубчатую передачу 8 вращает диски 5 с кулачками 6, воздействующими на контактную систему 7. Выдержка времени реле регулируется путем изменения начального положения диска 5.
Реле позволяет устанавливать различную выдержку времени в пяти совершенно независимых цепях. Выходные контакты реле времени имеют длительно допустимый ток 10 А.