Меню

Датчик включения нагрузки по току

Индикатор тока (включения нагрузки) 220В

Индикатор тока ИВН

Индикатор тока ИВН

  • Индикатор тока ИВН - преимуществаБезопасно

Оперативная передача информации о вкл/выкл нагрузки в сеть.

Индикатор тока ИВН - преимуществаУдобно и просто

Интеграция в любую систему контроля нагрузки в сети.

Индикатор тока ИВН - преимуществаКомпактно

Может быть размещено даже в корпусе розетки.

Индикатор тока ИВН - преимуществаВыгодно

Доступная цена при высоком уровне качества.

Научно-производственное объединение «Электроавтоматика» предлагает купить индикатор включения нагрузки 220В. Прибор предназначен для формирования и передачи в систему управления и мониторинга сигнала о состоянии (вкл./выкл.) какой-либо электрической нагрузки.

Индикатор тока представляет из себя измеритель переменного и постоянного электрического тока, работающий в определенном диапазоне подключенных мощностей. Устройство имеет дискретный выход.

Источник

Диодные датчики тока в устройстве контроля включения нагрузки

В электрооборудовании транспортных средств и в промышленном электрооборудовании для контроля включения элементов нагруз­ки используются сигнальные устройства в виде контрольной лампы накаливания или светодиодные индикаторы. Контрольные элементы, выполненные в устройствах на светодиодных индика­торах, которые отличаются малыми габаритами, низким потреб­лением тока, большим сроком эксплуатации и низкой ценой его себестоимости, находят все большее применение в настоящее время. Появление низковольтных светодиодов поистине дало толчок к разработке различных контрольных устройств, выпол­ненных на самых различных схематических решениях.

В основном на транспортных средствах контроль включения сиг­нальной лампы осуществляют пу­тем пропускания тока от источни­ка питания через последователь­ную цепь герконового реле и сиг­нальной лампы Ток, протекая по замкнутой цепи, своим действием замыкает контакты реле, через ко­торые плюс источника питания по­дается на управляющий электрод транзистора а его переход коллек­тор-эмиттер, открываясь проводя­щим участком, замыкает цепь пи­тания контрольной лампы [1].

Рассмотрим недостатки такого контроля.

Герконовое реле осуществляет контактное включение и имеет ма­лый зазор между контактами, по­этому он ограничен по напряже­нию, а также ограничен по току и относительно высока его себесто­имость. Кроме реле в устройство контроля дополнительно входит промежуточный элемент-транзи­стор, который уязвим к темпера­турному режиму.

Предлагается вариант альтер­нативного контроля включения на­грузки на диодном датчике тока, суть которого заключается в том, что нагрузку подключают к источ­нику питания через один или два диода или группу встречно вклю­ченных диодов, параллельно кото­рым подключают контрольный све- тодиод или светодиод оптопары. Ток, протекающий через диод или диоды, создает падение напряже­ния на них, что является источником питания для светодиода. В каче­стве датчиков тока удобно исполь­зовать диоды, так как падение на­пряжения на переходе анод-катод диода стабильнее в отличие от резисторов и индуктивных элементов цепи, это особенно заметно в мо­мент включения холодной лампы накаливания, а также диодные дат­чики тока развязывают параллель­ные цепи нагрузок, что позволяет расширить возможность контроля. Диодный датчик тока выбирают на номинальный ток нагрузки, ко­торый должен быть быстродейству­ющим, опережать по проводимос­ти светодиоды и соответствовать по падению напряжения. При боль­шем падении напряжения на диод­ном датчике тока светодиод под­ключают через токоограничивающий резистор или диод, так как различные диоды имеют различ­ные падения напряжения на пере­ходах, поэтому с ними удобнее под­бирать условия для работы, в том числе это относится и к датчику тока на диоде.

Диодные датчики тока в устройстве контроля включения нагрузки Диодные датчики тока в устройстве контроля включения нагрузки

На рассматриваемых схемах (см рис. 1 и рис. 3) датчики тока приводятся с двумя последователь­но включенными быстродействую­щими диодами типа КД226А(Д), а контрольные светодиоды — типа АЛ307; падение напряжения на двух этих диодах при токе нагруз­ки 0,5. 0,8 А равно 1,5 ..1,6 В, что соответствует номинальному на пряжению питания этих светодио­дов. С этими диодами контрольные светодиоды включаются равномерно, без вспышек, в отличие от низко­частотных диодов.

На схеме чертежа рис. 1 через датчики тока 1 и 2 к цепи источни­ка питания подключаются две па­раллельные лампы накаливания, к примеру, стоповые сигнальные или освещение заднего хода. Диоды vd 5, vd 6 служат для защиты све­тодиодов hl 1 , hl 2 от импульсного тока обратного напряжения, возни­кающего при частой коммутацией реле К1.1.

По схеме рис. 1 авторы подклю­чили такое устройство для контро­ля включения освещения заднего хода на своем автомобиле Иногда на некоторых автомобилях, вслед­ствие люфтов на тягах переключе­ния передачи, не всегда нажимает­ся нормально разомкнутый конеч­ный выключатель включения осве­щения заднего хода или включает­ся при езде вперед, и это приводит к неуверенности водителя и лишне­му беспокойству, к тому же это уст­ройство облегчит процесс наладки.

Диодные датчики тока в устройстве контроля включения нагрузки

Устройство контроля (см. рис. 2) отличается тем, что параллельно к датчику тока на встречно включен­ных диодах подключен светодиод оптопары u 1, а его транзистор че­рез промежуточный другой транзи­стор vt 1 включает контрольную лампу КЛ1 или звуковой сигнал. Один или два силовых диода на датчике тока создают падение на­пряжения для питания светодиода оптопары а встречно включенный диод служит защитным элементом д ля светодиода. На данной схеме рассмотрен контрольный элемент, подключенный параллельно датчи­ку тока светодиод оптопары u 1 типа РС817 ( sharp ), максималь­но допустимое напряжение на этом светодиоде оптопары 1,5 В, а ми­нимально рабочий — около 1 В. Для такого светодиода реально можно построить диодный датчик тока на одном диоде.

Подобно светодиодам к диод­ным датчикам тока могут подклю­чаться усилительные устройства Для контроля включения нагрузки наверняка это будет не целесооб­разно, возможно, подойдет для других целей, к примеру, времен­ное устройство, которое начнет от­счет времени для последующих действий после включения нагруз­ки rh .

При востребовании таких диод­ных датчиков тока для устройств контроля промышленность всегда может на базе любого диода изго­товить их в одном целом и удобном исполнении, со схемой защиты све- тодиодов. Сами светодиоды, к при­меру, могут быть подобраны на на­пряжение питания до 1 В для рабо­ты с диодным датчиком тока, пост­роенным на одном диоде.

На рис. 3 приведена схема уст­ройства контроля включения элек­тромагнита в источнике питания переменного напряжения. Диодный датчик тока выполнен из встречно включенных силовых диодов. В ос­новном в промышленном оборудо­вании осуществляют контроль включения напряжения питания на

эти исполнительные устройства пу­тем параллельного подключения к нагрузке контрольной лампы или светодиодного индикатора, однако это не дает полной картины состо­яния электромагнитного устрой­ства. Некоторые станки с гидро­приводами, гидравлические и пневматические стенды имеют де­сятки электромагнитных устройств, которые включаются в технологи­ческом цикле. Наличие такого кон­троля значительно бы облегчило работу оператору, а техническому персоналу помогло в поиске неисп­равности и наладке оборудования.

Диодные датчики тока в устройстве контроля включения нагрузки

На рис. 4 приведена схема уст­ройства альтернативного варианта контроля включения нагрузки rh , отличающаяся тем, что к конт­рольной точке вывода элемента на­грузки rh и общей точке корпуса параллельно малому сопротивле­нию участка нагрузки rh подклю­чены через ограничительный кон­денсатор С1 и токоограничиваю- щий резистор r 1 контрольный све­тодиод hl 1 и защитный стабилит­рон vd 1. Вся эта контролирующая цепь может подключаться также без конденсатора С1 или без рези­стора r 1.

Малое сопротивление участка нагрузки rh должно составлять пропорциональную величину паде­ния напряжения участка контроли­рующей цепи,которое в несколько десятков раз меньше напряжения 220 В, а ток, протекающий через контрольную цепь, составляет ме­нее 20 мА, что фактически не ощу­тимо для большинства нагрузок.

1. Ю Л Тимофеев, Г.Л. Тимофеев, Н.М. Ильин. Электрооборудование авто­мобилей. Устранение и предупреждение неисправностей. — М., Транспорт, 2000.

2. А.Г Алексеев. Устройство для контроля и диагностики сигнальной лам­пы, патент на полезную модель №68995, 12. 2007 г.

3. А Алексеев Панель контроля и диагностики сигнальных ламп на транс­портных средствах. Часть 2. — Радиолюбитель, 2008, №2, стр. 14-17.

Источник

Контроль нагрузки электродвигателя при помощи датчика тока Seneca T201

Введение

На сегодняшний день электродвигатели используются во всех отраслях промышленности. При этом, как известно, ток потребления электродвигателя зависит от характера нагрузки.

Яркими примерами технологических процессов, где измерение тока двигателя очень важно, являются:

  • измельчение твердого продукта (дробление);
  • поддержание консистенции (перемешивание);
  • экструзия при помощи шнекового пресса.

В этой статье будут рассмотрены основные проблемы, возникающие при автоматизации подобных процессов и различные пути для их решения.

Техника безопасности

1. Примеры технологических процессов

1.1. Измельчение твердого продукта (дробление)

На рисунке 1 показана типовая дробильная установка.

Типовая дробильная установкаРисунок 1 — Типовая дробильная установка

  • конвейера, который осуществляет подачу сырья;
  • непосредственно самой дробилки.

В обоих случаях применяются электродвигатели. Сырьем для дробилки зачастую является горная порода.

Избыточная подача сырья приводит к перегрузке электродвигателя, вращающего дробилку. Недостаточная подача, в свою очередь, свидетельствует о неэффективном использовании ресурсов имеющегося оборудования, т.к. влечет за собой работу в холостом режиме, а следовательно и негативный экономический эффект. Для достижения наилучшей эффективности процесс подачи материала необходимо автоматизировать.

Схема управления в таком случае достаточно проста: в зависимости от загруженности дробилки регулируется скорость подачи сырья, т. е. конвейера. Это возможно осуществить с помощью преобразователя частоты (ПЧ). Для этого необходимо подключить к ПЧ датчик, который будет являться обратной связью. Этого достаточно для организации самостоятельного узла управления.

Читайте также:  Электрический ток в проводнике обусловлен наличием в нем каких зарядов

Алгоритм работы системы заключается в следующем: сигнал от датчика обратной связи показывает текущий уровень загрузки дробилки. В зависимости от этого, преобразователь частоты будет уменьшать или увеличивать обороты двигателя подающего конвейера.

В качестве датчика обратной связи могут применяться оптические или ультразвуковые датчики (рисунок 2).

Определение уровня в дробилке ультразвуковым датчикомРисунок 2 — Определение уровня в дробилке ультразвуковым датчиком

Датчик производит измерение уровня бесконтактно и передает сигнал на частотный преобразователь. Соответственно, чем выше уровень материала, тем выше нагрузка на двигатель дробилки.

Однако, у таких решений есть несколько недостатков. Если процесс дробления сопровождается образованием пыли, использование оптических датчиков невозможно, так как пыль препятствует прохождению светового луча. Этого недостатка лишены ультразвуковые датчики, которые работают даже при высокой запыленности. Тем не менее, оба описанных метода измерений не учитывают размер фракции горной породы, от которого наиболее зависит нагрузка электродвигателя.

1.2. Поддержание консистенции (перемешивание)

В процессах, связанных с перемешиванием продукта (например, производство шоколада), зачастую возникает необходимость отслеживать консистенцию (степень густоты) среды.

Типовой промышленный миксерРисунок 3 — Типовой промышленный миксер

Консистенцию можно определять, основываясь на плотности перемешиваемого продукта. Однако, определение плотности является сложной задачей, связанной с рядом особенностей:

  • большинство датчиков плотности (плотномеров) предназначены для работы только с маловязкими жидкостями;
  • плотномеры требуют непосредственного контакта со средой. Установка их в емкость проблематична из-за наличия перемешивающего устройства;
  • повышенная температура ограничивает применение некоторых датчиков;
  • постоянно работающий миксер вносит погрешность в измерения.

В связи с этим, от определения плотности зачастую либо отказываются, либо определяют её в лаборатории.

1.3. Экструзия при помощи шнекового пресса

Еще один вид процессов, в которых возникает необходимость отслеживания режимов работы электродвигателя — процессы экструзии с использованием шнековых прессов. При этом происходит формирование изделий из полимерных материалов путем выдавливания расплава через специальную форму. Один из типовых примеров такого процесса — экструзия пластика.

На рисунке 4 приведена функциональная схема такого процесса.

Функциональная схема процесса экструзииРисунок 4 — Функциональная схема процесса экструзии

Сырье загружается сначала в бункер, а после поступает непосредственно в пресс с помощью подающего шнека. Для вращения подающего шнека и шнекового пресса используются асинхронные двигатели.

Неравномерная подача сырья приводит к образованию воздушных пустот в расплаве и нежелательных полостей в готовых изделиях. А в случае избыточной подачи сырья может возникнуть перегрев бункера из-за передачи температуры от расплавленной массы.

Поэтому регулирование скорости подачи сырья из бункера обязательно для выпуска качественной продукции и повышения производительности.

2. Нагрузка на валу двигателя и ток потребления

Все описанные процессы имеют общую черту, а именно: применение асинхронных электродвигателей для различных задач. Благодаря этому свойству, задача автоматизации этих процессов становится не такой сложной, как кажется на первый взгляд.

Как уже было упомянуто ранее, при увеличении нагрузки на валу двигателя увеличивается и ток, потребляемый им. Таким образом, именно ток определяет текущий режим работы двигателя. Зная текущий ток потребления, можно судить о состоянии оборудования и процесса в целом. На шильдике двигателя указывается его номинальный ток, соответствующий нормальному режиму работы двигателя. Помимо этого, есть несколько других режимов:

  • Холостой ход. Соответствует работе двигателя без нагрузки (как правило, порядка 30% — 50% от номинального тока).
  • Перегрузка. Двигатель потребляет больший ток, чем номинальный (индивидуально для каждой модели, принято считать ток свыше 110. 120% от номинального).

Для отслеживания тока потребления наиболее подходящими датчиками являются измерительные преобразователи тока Seneca T201, которые и будут рассмотрены далее.

3. Бесконтактные датчики тока Seneca T201

Внешний вид датчиков тока

Рисунок 5 — Внешний вид датчиков тока

Внешне датчики похожи на классические измерительные трансформаторы тока, однако функционально это уже другие приборы.

Рассмотрим их отличительные особенности:

  • в отличие от трансформаторов тока, измерительные преобразователи тока Seneca на выходе формируют унифицированный аналоговый сигнал (4. 20мА или 0. 10В) или имеют цифровой интерфейс RS-485 и протокол Modbus RTU;
  • преобразователи серии T201 имеют высокий класс точности и имеют свидетельство об утверждении типа средств измерений;
  • принцип действия обычных трансформаторов тока основывается на электромагнитной индукции и рассчитан на работу с переменным током. В линейке датчиков тока Seneca присутствуют и модификации, способные работать как на переменном, так и на постоянном токе (T201DCH, основанные на эффекте Холла);
  • преобразователи T201 обладают высокой перегрузочной способностью (например, для стандартной модификации Т201 — до 800А);
  • в датчиках предусмотрена возможность настройки диапазона измерения с помощью DIP-переключателей, а также включения фильтрации, для игнорирования превышения тока индуктивной нагрузки при пуске.

Описанные преимущества позволяют успешно использовать датчики во всех описанных выше технологиях:

  1. Измельчение твердого продукта (дробление). В процессе дробления можно добиться автоматического поддержания скорости движения конвейера в зависимости от загрузки двигателя дробилки. Использование токовых датчиков T201 наиболее предпочтительно, так как потребляемый двигателем ток напрямую зависит от нагрузки на валу, определяемой размером фракции сырья (см. рисунок 6). Функциональная схема контроля работы скорости подающего конвейераРисунок 6 — Функциональная схема контроля работы скорости подающего конвейера
  2. Поддержание консистенции (перемешивание). В процессах перемешивания также используются бесконтактные датчики тока (рисунок 7). На основании измеренного тока формируется зависимость загруженности двигателя от консистенции сырья. Полученные таким образом данные о консистенции (плотности) используются в системе автоматического регулирования процесса перемешивания. Контроль тока потребления промышленного миксераРисунок 7 — Контроль тока потребления промышленного миксера
  3. Экструзия при помощи шнекового пресса. Измерение тока двигателя шнекового пресса позволяет регулировать скорость подачи сырья из бункера. Это реализуется при помощи частотного преобразователя, управляющего двигателем подающего шнека. Датчик тока Т201 подключается к ПЧ и выступает в качестве датчика обратной связи для автоматического регулирования. Функциональная схема процесса приведена на рисунке 8. Контроль подачи сырья в экструдерРисунок 8 — Контроль подачи сырья в экструдер

4. Пример применения датчиков Seneca T201

Рассмотрим более подробно применение бесконтактных измерителей тока в процессах дробления совместно с частотным преобразователем.

В примере используется частотный преобразователь ELHART EMD-MINI. ПЧ имеет аналоговый вход 4. 20 мА (0. 10 В), который можно использовать для задания скорости вращения. При этом логика регулирования будет обратной: чем больше сигнал от датчика тока (выше нагрузка), тем медленнее должен вращаться конвейер. Если контейнер дробилки загружен слишком сильно, то подача нового материала должна быть остановлена на некоторое время.

Бесконтактный датчик подбирается по номинальному току основного двигателя (дробилки), который указывается на шильдике. Датчик следует подбирать с запасом, при этом существует возможность подстройки диапазона измерения датчика. К примеру, если номинальный ток двигателя дробилки составляет 23А, то можно использовать преобразователь Seneca T201, настроенный на диапазон 0. 30А. Настройка датчика осуществляется при помощи DIP-переключателей, расположенных на корпусе (необходимое положение переключателей показано на рисунке 9).

Настройка диапазона работы датчика DIP-переключателямиРисунок 9 — Настройка диапазона работы датчика DIP-переключателями

В свою очередь, частотный преобразователь подбирается по номинальному току двигателя конвейера. Для подключения датчика Т201 к ПЧ дополнительно понадобится блок питания =24V DC. На рисунке 10 принципиальная электрическая схема подключения:

Принципиальная электрическая схема подключения

Сигнал от измерителя тока Seneca T201 подключается на аналоговый вход преобразователя частоты. Для работы ПЧ в режиме измерения тока 4. 20 мА необходимо установить DIP-переключатель на корпусе частотного преобразователя в положение, показанное на рисунке 11.

Установка dip-переключателя преобразователя частоты

Рисунок 11 — Установка dip-переключателя преобразователя частоты

В данном примере к дискретному выходу ПЧ подключена сигнальная лампа для индикации перегрузки основного двигателя. Данный выход можно также использовать и для других целей (например, для остановки частотного преобразователя).

Настройки преобразователя частоты приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Настройки преобразователя частоты

Параметр Знач. Описание
Р117 8 Сброс на заводские настройки
Р000 10 Параметр, отображаемый на дисплее частотного преобразователя: отображение величины обратной связи ПИД-регулятора
Р209 * Номинальное напряжение электродвигателя конвейера в вольтах. Настраивается для защиты двигателя подающего механизма. Устанавливать согласно шильдику электродвигателя.
Р210 * Номинальный ток электродвигателя конвейера в амперах. Настраивается для защиты двигателя подающего механизма. Устанавливать согласно паспорту на электродвигатель.
Р300 1 Настройка минимального и максимального напряжения на аналоговом входе. Значения «1» и «5» соответствуют сигналу 4. 20 мА.
Р301 5
Р325 14 Логика работы выходного реле преобразователя частоты. Значение «14» соответствует срабатыванию по превышению верхнего уровня аналогового сигнала для индикации перегрузки основного двигателя (дробилки).
Р600 1 Активация ПИД-регулятора.
Р604 ** Уставка ПИД-регулятора. Этот параметр определяет, насколько должен быть загруженным двигатель дробилки/перемешивающего устройства.
Определяется как P 604 = I ном ⋅ раб . т . / I диап , P604=I_ном cdot раб.т. / I_диап,

где:
Iном – номинальный ток двигателя дробилки;
Iдиап – верхний предел диапазона датчика тока (в нашем примере 30А);
раб.т. — оптимальная загруженность двигателя в процентах (как правило, находится в пределах 80. 100% от номинального тока).

Верхнее значение аварийного сигнала ПИД-регулятора. Параметр определяет, при каком токе двигателя дробилки срабатывает сигнальная лампа. Определяется из номинального тока двигателя и диапазона измерения датчика тока.

Управление преобразователем частоты внешним переключателем.

Настраивается в случае, если запуск конвейера необходимо осуществлять с помощью внешнего переключателя

* — Зависит от параметров применяемого двигателя
** — Параметр настраивается в зависимости от объекта

Заключение

В описанном выше примере применение преобразователя частоты совместно с датчиком тока позволяет осуществлять точный контроль подачи материала, при этом:

  • повышается экономическая эффективность, так как исключается простой оборудования;
  • осуществляется дополнительная защита основного двигателя дробилки за счет остановки подачи материала;
  • уменьшается влияние человеческого фактора за счет автоматизации процесса.

В данной статье были рассмотрены три типовые примера применения датчиков тока Seneca T201 в процессах дробления, перемешивания и экструзии. Во всех рассмотренных случаях использование этих датчиков является оптимальным решением для контроля нагрузки электродвигателя.

Инженер ООО «КИП-Сервис»
Черемисин П.В.

Список использованной литературы:

  1. Руководство по эксплуатации. Преобразователь частоты EMD-MINI
  2. Паспорт. Датчик тока Т201
  3. Stephen J. Chapman: Electric Machinery Fundamentals. 5th edition. 2012.
  4. Ким В.С. Теория и практика экструзии полимеров. — М.: Химия, КолосС, 2005. — 568с.

Источник



Разновидности реле тока и принципы их работы

Различные автоматические устройства, окружающие человека, построены на двух принципах работы или их совмещении. Речь идет о механике и электрике. Последние, в своей основе используют электрический ток, движение которого в линиях питания контролируется управляющими аппаратами. К ним принадлежат автоматические и ручные выключатели, реостаты и конденсаторы. В свою очередь, к первым из перечисленных относятся реле различного вида: времени, освещения, тока.

Различные виды реле:

Различные виды реле

Принцип работы упомянутых автоматов размыкания — в простом соединении и отключении линии течения энергии к потребителю. Функциональность как отдельного устройства обусловлена тем, что первоначальный импульс смены состояния может быть очень малой мощности — всего несколько милливольт и микроампер, или гигантским, выходящим за рамки устойчивости подключенных потребителей. Тем не менее, автомат без каких-либо проблем изменит состояние линии. Первый нюанс, относящийся к реле, важен и в том случае, когда для контроля течения тока используются датчики, часовые механизмы или любые другие маломощные устройства, которые не способны производить какие-либо действия за исключением измерений.

Реле тока

Реле тока применяются как часть защитной аппаратуры, предохраняющей конечных потребителей от резких изменений в сети питания. Речь идет о скачках ампер вверх, и непосредственное их падения ниже рабочего уровня. Автоматические реле тока в такие моменты отключают питание линии, защищая клиентские устройства от форс-мажорных обстоятельств.

Большая часть людей непосредственно сталкивается с оборудованием настоящего плана. Достаточно вспомнить автоматические выключатели, находящиеся на вводе электролиний в любые помещения. Они представляют собой один из вариантов реле тока, рассчитанных на стандартные параметры сети 220 В. В том случае, если происходит резкое повышение нагрузки на канале питания, расположенном после автомата, он отключит движение электричества в направлении излишнего потребления. Происходит подобное обычно при коротком замыкании, которое способно вызвать пожар. Блокирование течение тока в такой ситуации спасет не только технику на линии, но и имущество владельца.

Принцип действия и устройство

Использование реле тока:

Использование реле тока

Реле тока бывают минимального и максимального значения срабатывания. Первые отключают линию при падении величины потребления ниже определенного уровня, вторые при характеристиках сопротивления свыше заданного значения. Физически они представлены на рынке в трех типах исполнения: электромагнитном, электронном и цифровом. Современные модели объединяют в одном устройстве все виды реле тока.

Электромагнитные

Наиболее простой в изготовлении тип, отличающийся надежностью, ценой и неприхотливостью в эксплуатации. Основой функциональности для него служит борьба двух сил — механической (стремящейся передвинуть контактный толкатель в одну сторону) и электромагнитной (смещающей его в противоположную). Первая обуславливается обычной пружиной с возможностью регулирования тяги. Вторая — обмоткой, расположенной вокруг подвижного элемента.

Устройство электромагнитного реле тока:

Устройство электромагнитного реле тока

Для реле минимального тока контактор изначально разомкнут действием пружины. При поступлении питания, электромагнит преодолевает механическую силу, соединяя линию. Как только сила тока упадет ниже определенного уровня, мощности катушки станет не достаточно для преодоления действия пружины и контакт вновь разомкнется.

В реле, срабатывающих на максимальный ток, ситуация противоположна. Изначально линия под действием механической силы соединена. Катушка пытается ее разомкнуть, но пока течение тока по ней идущего — слабое — преодолеть механическое сопротивление подвижный элемент не может.

  • цена;
  • простота;
  • надежность;
  • неприхотливость.
  • зависимость от исправности механической части;
  • неточность измерения;
  • низкая скорость отсечки;
  • деградация чувствительности со временем по причине износа пружины;

Механическое аппараты названого класса не универсальны, они делятся на реле максимального тока и минимального.

Электронные

В отличие от предыдущего типа не нуждаются в подвижных деталях. Всё внутреннее устройство состоит из:

  • управляющего контура из одного или двух транзисторов, или тиристоров, ограничивающих резистор;
  • последовательности элементов, преобразующих токи для питания схемы;
  • модуль выполнения отключения.

Последний может иметь и механическую, и электронную структуру. К примеру, простая конструкция автомата ниже:

конструкция автомата

Верхний предел срабатывания реле максимального тока устанавливается резистором R2. Нижний R3. Последний для приведенной схемы составляет 0.2–0.3 А.

Нагрузка линии X1 понижает напряжение на R3, часть остатка которого уходит на R2, где гасится сопротивлением резистора. Если же количество ампер превысит заданный предел и ток пойдет дальше, откроется база транзистора V3. Это послужит причиной срабатывания реле отключения K1. Которое размыкая контакты K1.1 и K1.2, разорвет цепь питания нагрузки. Для приведения аппарата вновь в нейтральное состояние прохождения тока, служит кнопка S1 «Сброс».

Что касается остальных составляющих схемы, связка стабилитрона V1, диода V2, резистора R1 и конденсатора C1, служит стабилизированным источником питания остальных элементов конструкции. V4 предохраняет эмиттер транзистора от обратного хода энергии в случае смены полярности в цепях. Названое событие обычно происходит в моменты активации электромагнитного реле отключения K1.

Одна из промышленных моделей электронных реле тока:

реле тока

  • универсальность устройства — реле максимального тока и минимального соединены в общую, относительно простая конструкция;
  • автомат защиты обладает хорошей чувствительностью.
  • меньшая надежность по сравнению с электромагнитными;
  • расширение функций только за счет усложнения схемы.

Цифровые

Дальнейшее развитие электронных реле тока привело к появлению цифровых моделей. Информацию о потреблении прибор хранит в цифровом виде. Получает он ее за счет преобразования показаний аналогового датчика в бинарный код. При слишком большой разнице, выходящей за установленные пользователем пределы, происходит отключение линии нагрузки. Если потребление нормализуется, автомат обратно её активирует. Не редкость оснащение цифровых реле тока возможностью связи с другим оборудованием, что позволяет легко интегрировать их в системы «умного дома».

План-схема цифрового реле тока и фотография конечного устройства:

План-схема цифрового реле тока

  • функциональность;
  • возможность удаленного контроля сети;
  • установка параметров устройства;
  • точность измерений.

Недостатки не выявлены.

Практическое использование

Нюанс применения реле максимального тока среди остальных устройств защиты — возможность ручной установки параметров по максимальным и минимальным лимитам тока в исходящей линии, превышение которых приводит к ее блокировке. Особенно важными эти аппараты становятся в случаях, когда сама нагрузка периодически возрастает до больших рабочих величин, например, в случаях электродвигателей. Их запуск — это быстрое, но плавное повышение потребления с последующим снижением до нормативов мощности. Автомат защиты должен определять названый фактор не выключаясь, при этом реагировать на короткие замыкания. Последние похожи на устройства, срабатывающие по повышению сопротивления линии, куда начинает в больших количествах течь электроэнергия. Разница заключается только в моменте усиления нагрузки. Он не плавен, как в случае электромотора, а пилообразен. То есть, резко увеличивается до максимума и не уменьшается со временем.

Хорошо видны регуляторы пиковой мощности и установки пауз на включение и отключение:

регуляторы пиковой мощности и установки пауз

Еще одно преимущество применения реле тока — наличие среди настроек задания паузы включения. Дело в том, что в момент присоединения какой-либо нагрузки к линии происходит скачок потребления. Автомат должен не сразу отключить питание, а подождать определенный промежуток времени с целью проверки последующей нормализации характеристик потребления. И уже в том случае, если сопротивление нагрузки остается высоким — отключить подачу электроэнергии.

Между разрывом прохождения тока и его возобновлением должна быть пауза, иначе клиентское устройство может выйти из строя. Особенно это касается трансформаторной техники и электромоторов. То есть, всего оборудования, где присутствует обмотка возбуждения.

Схемы подключения реле тока

Как и во всех случаях использования классической электропроводки, есть трехфазовое питание и рассчитанное на одну линию. Соответственно делятся по подключению и защитные реле тока.

Простое подключение трехфазового реле тока:

подключение трехфазового реле тока

Для одной фазы картина будет немного иной. На схеме далее, следует обратить внимание на соединение замеряемой линии напрямую и через токовый трансформатор к автомату. Во втором случае ширина рабочего диапазона увеличивается. Использование нагрузки в обоих вариантах цепи замера обязательно, так как производится определение количества ампер линии, для которого нужно обеспечить течение в ней тока.

Однофазовое подключение

Развитие технологий привело к разделению устройств потребления на приоритетные и второстепенные. К первым относятся компьютеры, телевизоры, приставки и все оборудование, отключение которого не желательно. Ко второму относится остальная аппаратура, разрыв контакта питания которой от линии допустимо. Многие реле тока позволяют управлять двумя видами устройств раздельно — приоритетными и второстепенными.

Схема подключения приоритетной и второстепенной нагрузки:

Схема подключения приоритетной и второстепенной нагрузки

Последняя схема интересна еще и тем, что в качестве измерителя течения тока используется индукционный метод, для которого достаточно расположить линию снабжения потребителей электроэнергией между соответствующими датчиками. То есть, раздельная нагрузка не нужна — в ее роли выступают приоритетные устройства, а отдельный токовый трансформатор заменен на встроенный. Причем его второй обмоткой выступает сам канал питания клиентского оборудования.

И схема, относящаяся конкретно к защитным цепям электродвигателя. Ее основная ниша применения —производство, так как мощные трехфазовые моторы в быту используются редко.

Схема защиты электродвигателя с помощью реле максимального тока:

Схема защиты электродвигателя

Каждая конкретная модель реле тока, в зависимости от своих функциональных возможностей и внутреннего устройства, имеет нюансы подключения. Желательно с ними ознакомиться в инструкции по эксплуатации, во избежание последующих аварийных ситуаций.

Реле тока — это автомат, защищающий оборудование от перепадов электроэнергии. Срабатывание его обуславливается скачками ампер, которые происходят в результате коротких замыканий, слишком высоких нагрузок или иных форс-мажорных обстоятельств. При этом реле аналогичного вида не чувствительны к временному поднятию силы тока.

Видео по теме

Источник

Датчики электрического тока

Глобальные тренды — спрос на снижение выбросов CO2, повышение интенсивности энергосбережения — приводят к необходимости сбалансированного потребления энергии, для чего большую помощь могут оказать электронные схемы управления процессами. Наиболее распространённые случаи — это оптимизация эксплуатационных характеристик аккумуляторов, контроль скорости вращения двигателей и переходных процессов в серверах, управление солнечными батареями. Для операторов таких систем важно, в частности, знать, какой ток протекает в цепи. Неоценимую помощь в этом могут оказать датчики тока.

практика применения датчиков тока

Почему необходимы датчики тока

Датчиками называют блоки, задача которых измерить некоторый параметр, а потом, сравнив его с эталонным для данной технической системы значением, подать соответствующий сигнал на исполнительный элемент схемы. Поскольку большинство систем используют электродвигатели, то наиболее распространёнными типами являются датчики тока и напряжения (общий вид последнего представлен на следующем рисунке).

Широкое внедрение таких устройств обусловлено развитием сенсорных методов управления, когда исходный сигнал — электрический или оптический — преобразуется в необходимые параметры управления.

По сравнению в другими управляющими технологиями (например, контакторного контроля) датчики обеспечивают следующие преимущества:

  1. Компактность.
  2. Безопасность в применении.
  3. Высокую точность.
  4. Экологичность.

датчик напряжения в сборе

Малые размеры и вес часто позволяют изготавливать многофункциональные датчики, например, такие, которые могут контролировать несколько параметров цепи. Таковыми являются современные датчики тока и напряжения.

В состав таких детекторов входят:

  • Контактные группы входа;
  • Контактные группы выхода;
  • Шунтирующий резистор;
  • Усилитель сигнала;
  • Несущая плата;
  • Блок питания.

Идея того, что устройства можно подключать к уже имеющейся сети, не выдерживает проверку временем, ибо часто в экстремальных ситуациях (пожар, взрыв, землетрясение) именно системы встроенного электроснабжения первыми выходят из строя.

Детекторы подразделяют на активные и пассивные. Первые не только передают конечный сигнал на управляющий элемент, но и управляют его действием.

Классификация и схемы подключения

Датчики тока предназначаются для оценки параметров постоянного и/или переменного тока. Сравнение выполняется двумя методами. В первом случае используется закон Ома. При установке шунтирующего резистора в соответствии с нагрузкой системы на нём создаётся напряжение, пропорциональное нагрузке системы. Напряжение на шунте может быть измерено дифференциальными усилителями, например, токовыми шунтирующими, операционными или разностными. Такие устройства используются для нагрузок, которые не превышают 100 А.

Измерение переменного тока выполняется в соответствии с законами Ампера и Фарадея. При установке петли вокруг проводника с током там индуцируется напряжение. Этот метод измерения используется для нагрузок от 100 А до 1000 А.

Схема описанных измерений представлена на рисунке:

слева – измерение малых токов; справа - измерение больших токов

Измерение обычно производится при низком входном значении синфазного напряжения. При помощи чувствительного резистора датчик тока соединяется между нагрузкой и землей. Это необходимо, поскольку синфазное напряжение всегда учитывает наличие операционных усилителей. Нагрузка обеспечивает питание прибора, а выходное сопротивление заземляется. Недостатками данного способа считаются наличие помех, связанных с потенциалом нагрузки системы на землю, а также невозможность обнаружения коротких замыканий.

Для слежения работой мощных систем детектор присоединяют к усилителю между источником питания и нагрузкой. В результате непосредственно контролируются значения параметров, подаваемых источником питания. Это позволяет идентифицировать возможные короткие замыкания. Особенность подключения заключается в том, что диапазон синфазного напряжения на входе усилителя должен соответствовать напряжению питания нагрузки. Перед измерением выходного сигнала контролируемого устройства нагрузка заземляется.

Как функционирует датчик тока

Работа данного элемента включает следующие этапы:

  1. Измерение нагрузки в контролируемой схеме.
  2. Сравнение полученного значения с эталонным, которое программируется в процессе настройки.
  3. Фиксация полученного результата (может быть выполнена в цифровом или аналогом виде).
  4. Передача данных на панель управления.

Для выполнения указанных функций (в частности, реализации высокой точности измерений) к элементам детектора предъявляются следующие требования:

  • Допустимое падение напряжения на шунтирующем резисторе должно быть не более 120…130 мВ;
  • Температурная погрешность не может быть выше 0.05 %/°С и не изменяться во времени работы;
  • В функциональном диапазоне значений характеристики сопротивления резисторов должны быть линейными;
  • Способ пайки токочувствительных резисторов на плату не может увеличивать общее сопротивление схемы подключения.

Монтажные схемы устройств, которые предназначены для контроля цепей постоянного и переменного тока представлены соответственно на рисунках.

Подключение датчика постоянного тока

подключение датчика переменного тока

Практика применения

Чаще всего данные изделия используются как измерители в схемах токовых реле, которые управляют режимами работы различного электроприводного оборудования и предохраняют его от экстремальных ситуаций.

Токовые реле способны защитить любое механическое устройство от заклинивания или других условий перегрузки, которые приводят к ощутимому увеличению нагрузки на двигатель. Функционально они определяют уровни тока и выдают выходной сигнал при достижении указанного значения. Такие реле используются для:

  • Сигнала сильноточных условий, например, забитая зёрнами доверху кофемолка;
  • Некоторых слаботочных условий, например, работающий насос при низком уровне воды.

Чтобы удовлетворить требования разнообразного набора приложений, в настоящее время используется блочный принцип компоновки датчиков, включая применение USB-разъёмов, монтаж на DIN-рейку и кольцевые исполнения устройств. Это обеспечивает выполнение следующих функций:

  • Надёжную работу на любых режимах эксплуатации;
  • Возможность применения трансформаторов;
  • Регулировка текущих параметров, которые могут быть фиксированными или регулируемыми;
  • Аналоговый или цифровой выход, включая и вариант с коротким замыканием;
  • Различные исполнения блоков питания.

В качестве примера рассмотрим схему датчика тока для управления работой водяного насоса, обеспечивающего подачу воды в дом.

отключение питающего насоса датчиком тока при низком уроне воды в резервуаре

Кавитация — это разрушительное состояние, вызванное присутствием пузырьков, которые образуются, когда центробежный насос или вертикальный турбинный насос работает с низким уровнем жидкости. Образующиеся пузырьки затем лопаются, что приводит к точечной коррозии и разрушению исполнительного узла насоса. Подобную ситуацию предотвращает токовое реле.

Когда насос работает в нормальном режиме, и жидкость полностью перекрывает его впускное отверстие, двигатель насоса потребляет номинальный рабочий ток. В случае снижения уровня воды потребляемый ток уменьшается. Если кнопка запуска нажата, одновременно включаются стартёр M и таймер TD. Реле CD настроено на максимальный ток, поэтому его контакт при первоначальном запуске двигателя не будет замкнут. При падении силы тока ниже установленного минимума реле включается, а, после истечения времени ожидания TD, включается в его нормально замкнутый контакт. Соответственно контакты CR размыкаются и обесточивают двигатель насоса.

Применение такого детектора исключает автоматический перезапуск насоса, поскольку оператору необходимо убедиться в том, что уровень жидкости перед впускным отверстием достаточен.

Датчик тока своими руками

Если приобрести стандартный датчик (наиболее известны конструкции от торговой марки Arduino) по каким-то соображениям невозможно, устройство можно изготовить и самостоятельно.

датчик тока фирмы Arduino. Стрелкой указан USB-разъём

  1. Операционный усилитель LM741, или любой другой, который мог бы действовать как компаратор напряжения.
  2. Резистор 1 кОм.
  3. Резистор 470 Ом.
  4. Светодиод.

Общий вид устройства в сборе, сделанного своими руками, представлен на следующем рисунке. В данной схеме используется эффект Холла, когда разность управляющих потенциалов может изменяться при изменении месторасположения проводника в электромагнитном поле.

самодельный датчик тока

Видео по теме

Источник