Меню

Регулирование тока в электромагнитах

Лекция 4

Тема: «Электромеханические реле»

На вход большого числа реле подается только одна электрическая величина — напряжение или ток. Эта величина сравнивается, как правило, с некоторым эталоном, на пример, механическим моментом пружины или стабилизированным напряжением. для этого подводимая электрическая величина должна быть предварительно преобразована в величину, однородную эталону, в данном случае — в механический момент или напряжение постоянного тока.

Электромагнитные реле. Среди реле, к которым подводится одна электрическая величина, наибольшее распространение получили электромагнитные реле тока, напряжения, промежуточные реле, реле времени). Они имеют разомкнутый магнитопровод 1 (рис 1), на котором размещена обмотка 2 с числом витков и подвижной стальной якорь 3, удерживаемый крайнем положении противодействующей пружиной 4.

На якоре имеется изоляционная колодка 5. На ней установлены подвижные контакты 6, которые при перемещении якоря замыкаются с неподвижными контактами 7. Ток I в обмотке реле создает намагничивающую силу под действием которой в магнитопроводе возникает магнитный поток Ф. Этот магнитный поток создает в зазоре между якорем и магнитопроводом электромагнитную силу Р которая стремится притянуть якорь к магнитопроводу.

Рис. 1. Схема, поясняющая устройство электромагнитного реле

Электромагнитная сила для равномерного поля в зазоре определяется формулой Максвелла, Н:

где В магнитная индукция в зазоре, Тл; S — сечение полюсов, м 2 ; — магнитная проницаемость воздушного зазора Гн/м.

Учитывая, что магнитный поток Ф = ВS, получим вместо выражения

где к — постоянная. Магнитный поток и ток связаны соотношением , где — магнитное сопротивление цепи, по которой замыкается магнитный поток.

Подставляя это соотношение в выражение (6.2), получаем:

При изменении положения якоря изменяется зазор , а следователь но, и магнитное сопротивление ,. Поэтому в процессе притяжения якоря электромагнитная сила увеличивается. Вращающий момент, действующий на подвижной якорь от электромагнитной силы:

где l- плечо силы .

Для срабатывания реле необходимо соблюдение условия:

где — тормозной момент от сил сопротивления пружины, трения в осях и веса якоря. Знак равенства в выражениях (6.5) и (6.6) соответствует граничному условию срабатывания, т. е. наименьшему моменту, а следовательно, и наименьшему значению тока , при котором произойдет срабатывание. Ток срабатывания ‚ найдем из выражения (3.4) при граничном условии срабатывания :

Регулирование тока срабатывания осуществляют, изменяя момент . путем регулировки натяжения пружины и изменения числа витков с помощью отпаек. В электромагнитных реле, как следует из выражения (3), направление силы не зависит от полярности тока, так как вели чина тока входит в это выражение во второй степени. Поэтому электромагнитные реле возможно выполнять для цепей как постоянного, таки переменного тока.

Если по обмотке реле проходит переменный ток ‚ то мгновенное значение электромагнитного момента на основании выражений (3) и (4):

где — действующее значение тока в обмотке реле .

Из выражения (8) следует, что мгновенное значение вращающего момента имеет постоянную составляющую и переменную составляющую , изменяющуюся с двойной частотой. Их сумма образует результирующий вращающий момент, который является пульсирующим (рис. 2). Там же приведен график тормозного момента , который имеет неизменное значение. В моменты, когда якорь стремится притянуться, а в моменты, когда — отпасть. Притянутый якорь непрерывно вибрирует, вызывая также вибрацию контактов при срабатывании. Вибрация контактов приводит к их подгоранию; нечеткое замыкание контактов может привести к отказу срабатывания защиты.

Рис. 2. Изменение электромагнитного момента во времени

Для уменьшения вибрации контактов увеличивают момент инерции якоря или осуществляют расщепление магнитного по тока обмотки на две составляющих, сдвинутых по фазе . Однако эти меры увеличивают время срабатывания и потребление реле.

Реле тока. Наиболее распространенным видом электромагнитных реле тока являются реле серии РТ-40. Если такое реле выполняется в унифицированной оболочке, то ему присваивается шифр РТ — 140.

На магнитопроводе 1 (рис. 3) серийных реле тока РТ-40 и реле напряжения РН-50 размещены две полуобмотки 2. Стальной якорь З укреплен на осях 8 и 8’и может поворачиваться вокруг них. В крайнем положении он удерживается спиральной противодействующей пружиной 4. На якоре с помощью изоляционной колодки установлены подвижные контакты 6, которые при повороте якоря замыкаются с не подвижными контактами 7. Уставку срабатывания регулируют, соединяя полуобмотки 2 последовательно или параллельно и изменяя натяжение пружины 4 при помощи поводка 5. Коэффициент возврата 0,8—0,85, время срабатывания при токе 3 равно 0,03 с, потребляемая мощность реле тока 0,5 ВА. Разрывная мощность контактов в цепи постоянного тока 60 Вт, в цепи переменного тока—300 В (при напряжении до 220 В и токе не выше 2А). Увеличение числа и разрывной способности контактов вызвало бы резкое ухудшение остальных показателей реле и их нельзя было бы использовать в качестве измерительных.

Рис. 3. Схема, поясняющая устройство реле тока РТ-40

Обмотки реле тока рассчитаны на длительное протекание тока вторичных цепей трансформаторов тока; эти обмотки выполняют, в основном, изолированным проводом диаметром 2—3 мм со сравнительно небольшим числом витков (от единиц до нескольких десятков).

Реле напряжения. Конструкции реле напряжения РН-50 и реле тока РТ-40 в основном аналогичны. Реле напряжения в унифицированной оболочке имеют марку РН- 150. Катушки реле напряжения выполнены проводом диаметром 0,1—0,25 мм с числом витков от 2 до 14 тысяч и рассчитаны на длительное подключение к цепям, напряжение которых соответствует номинальному напряжению реле.

В реле напряжения, предназначенных для цепей постоянного тока (РН-51), на обмотку подается контролируемое напряжение непосредственно через встроенный добавочный резистор.

В реле напряжения, предназначенныых для цепей переменного тока (РН-53), контролируемое напряженипе подается на обмотку через встроенные выпрямительный мост и добавочные резисторы. Это снижант потребляемою мощность и уменьшает вибрацию контактов.

Промежуточные реле. Если требуется коммутировать несколько цепей контактами с большой разрывной способностью, то при меняют промежуточные реле, обмотка которых получает питание через маломощные конгакты измерительных реле. В качестве примера рассмотрим конструкцию промежуточного реле РП-23 (рис. 4), выполняемого для работы на постоянном токе. Обмотка реле 1 размещается на сердечнике магнитопровода 2 с шарнирно закрепленным якорем 3. Хвостовик 4 якоря механически связан с подвижной контактной системой 7. Реле имеет неподвижные контакты б, возвратную пружину 8, упор 5, регулировочные пластины 10. Основанием служит цоколь 9, закрывается реле кожухом 11. При подаче на обмотку реле напряжения якорь опускается и хвостовиком 4 перемещает контактную систему.

Рис. 4. Промежуточное реле РП-23

Промежуточные реле должны надежно срабатывать при снижении напряжения питания до 0,7 номинального. У них низкий коэффициент возврата: 0,1 —0,4. Потребляемая мощность при номинальном напряжении 6 — 8 Вт, время срабатывания 0,06 с. Имеются и более быстро действующие промежуточные реле со временем действия до 0,01 с, например серии РП-220, а также реле с замедлением на срабатывание или возврат до 0,12 с, например серии РП-250.

Реле времени. Для создания регулируемой выдержки времени при меняют реле времени. Реле времени ЭВ – 100 выпускают для работы на постоянном оперативном токе, реле времени, ЭВ-200 на — на переменном токе. Различные модификации реле времени позволяют устанавливать выдержку времени от 0,1 до 20 с.

Индукционные реле. К обмоткам такого реле подводится переменная электрическая величина (ток, напряжение). Конструкция индукционных реле не проще, а время действия существенно больше, чем у реле электромагнитных. Поэтому применение индукционных реле,. с одной подведенной величиной целесообразно только в том случае, если время срабатывания должно зависеть от кратности превышения ток от обмотке величины уставки срабатывания.

Индукционное реле тока (рис. 5) состоит из электромагнита 1, на верхнем и нижнем полюсах которого имеются короткозамкнугые нитки 3. На сердечнике электромагнита расположена обмётка 2 с ответвлениями для регулирования тока срабатывания. Алюминиевый диск 4 свободно входит в зазор между полюсами электромагнита 1. Ось этого диска укреплена в подшипниках. При токе в обмотке 2, равном 0,1—0,2 оттока срабатывания индукционного элемента, диск 4 приходит во вращение. Вращающий момент создается благодаря взаимодействию изменяющихся во времени магнитных потоков в зазоре между полюсами с токами в диске..

Рис. 5. Схема, поясняющая устройство индукционного реле тока

Взаимодействие между магнитным потоком Ф1 и вихревым током, наведенном магнитным потоком Ф11 ,создает электромагнитную силу действующую на диск:

где — частота; — постоянный коэффициент.

Электромагнитный момент, действующий на диск, равен произведению электромагнитной силы на расстояние от точки ее приложения до оси диска. Полагая это расстояние, а также частоту неизменными, получаем:

Поскольку оба магнитных потока пропорциональны току в обмотке 2 реле, то выражение (6.10) можно представить в виде:

На вращающий диск действует также тормозной момент , который складывается из момента трения в подшипниках, противодействующего момента спиральной пружины 8 (см. рис. 5), тормозных моментов от успокоительного магнита 5, момента инерции диска.

Вращение диска происходит под влиянием избыточного вращающего момента . На оси диска укреплен подвижной контакт 6. Поворачиваясь под воздействием , диск замыкает подвижной контакт 6 с неподвижным 7. Чем больше , тем больше частота вращения диска и тем меньше время действия реле.

Промышленность выпускает индукционные реле тока типа РТ-80 и РТ-90.. Такое реле является комбинированным, оно имеет индукционный и электромагнитный элементы с общей магнитной системой.

Читайте также:  Электровозы постоянного тока общие устройства

Когда ток в катушке достигнет 0,1—0,2 тока срабатывания реле диск начнет вращаться под действием силы . При определенном значении тока (токе срабатывания) эта рамка повернется вокруг своей оси. Сегмент войдет в зацепление с черня ком . Рычаг сегмента начнет подниматься, упрется в коромысло поднимет его. Коромысло жестко связано с якорем, поэтому последний повернется так, что воздушный зазор между его правым магнитопроводом уменьшится. Якорь притянется к электромагнит и коромыслом замкнет контакты .

Если ток в катушке реле достигнет значения (2 8) ‚ то якорь мгновенно повернется и замкнет контакты . В этом случае реле действует без выдержки времени. Уставку срабатывания индукционной системы регулируют изменением числа витков обмотки. При данном числе витков регулировку уставки электромагнитной системы осуществляют, изменяя воздушный зазор между правым краем якоря б и магнитопроводом с помощью винта.

Использование индукционной и электромагнитной систем в реле РТ-80 и РТ-90 позволяет выполнить с помощью одного реле и токовую отсечку от к.з., и МТЗ с выдержкой времени от перегрузки Кв=0,8.

Недостатком реле является сложность конструкции и большое собственное потребление при срабатывании (10 В . А).

Источник

Электромагнита постоянного тока

Полное время сра­батывания состоит из времени трогания и времени движения:

В большинстве случаев основную часть времени сра­батывания составляет вре­мя трогания. Поэтому при ускорении и замедлении сра­батывания воздействуют прежде всего на tтр.

Допустим, что ток тро­гания не изменяется (неиз­менна сила противодейству­ющей пружины). Рассмот­рим влияние активного со­противления цепи при неиз­менной величине индуктив­ности и питающего напряжения. После включения элек­тромагнита ток в обмотке изменится. Ско­рость нарастания тока равна:

Таким образом, скорость нарастания тока в момент включения не зависит от активного сопротивления цепи и определяется только питающим напряжением и индук­тивностью цепи. Изменение тока во времени для двух значений активного сопротивления цепи показано на рис.18. Поскольку R1>R2, Iy1 R2, то T1 tтр2 несмотря на то, что T1 2 /2.

Для ограничения темпе­ратуры нагрева необходимо развивать у катушки поверх­ность охлаждения, т. е. ее размеры. Увеличение разме­ров обмотки потребует увеличения размеров магнитопровода. Для ограничения размеров электромагнита в настоя­щее время широко применяется форсировка по схеме (Рис.19) .

Рис.19. Схема форсировки электромагнита.

В отключенном положении резистор Rдоб шун­тирован размыкающим контактом, связанным с якорем электромагнита. После замыкания контакта К малое со­противление обмотки Rспособствует быстрому нараста­нию тока до тока трогания. После начала движения яко­ря контакт размыкается и в цепь вводится сопротивление Rдоб, благодаря чему ограничивается мощность Р, выде­ляемая в обмотке:

Иногда для ускорения срабатывания резистор Rдоб шунтируют конденсатором С. В первый момент времени конденсатор уменьшает падение напряжения на этом ре­зисторе, благодаря чему обеспечивается форсировка электромагнита. В установившемся режиме величина то­ка в цепи ограничивается резистором Rдоб.

Теперь рассмотрим влияние питающего напряжения на время трогания. При уменьшении питающего напряжения уменьшается установившийся ток, что ведет к увеличению значения При iтр=Iу время трогания tтр= . С ростом напряжения время трогания уменьшается в соответствии с уменьшением Зависимость tтр(U) изображена на рис.20.

Увеличение питающего напряжения без изменения активного сопротивления цепи ведет к ускорению срабатывания, но обмотка электромагнита может сгореть, если при номинальном значении питающего напряжения температура обмотки равна предельно допустимой. В этих случаях рекомендуется при повышении питающего напряжения в цепь включать добавочное сопротивление, чтобы величина установившегося тока оставалась неизменной и равной Iу.

При этом ускорение срабатывания происходит за счёт уменьшения постоянной времени. Величина остаётся неизменной.

На рис.21 показано изменение токов в обмотке электромагнита при неизменном установившемся токе. Кривые показывают, что в данном случае чем больше по­стоянная времени, тем больше время трогания.

При прочих равных условиях увеличение натяжения противодействующей пружины ведет к росту iтр , при этом tтр также увеличивается.

Время отпускания электромагнита состоит из времени спадания по­тока до потока отпус­кания, при котором сила электромагнита становится равной противодействующей силе и времени движе­ния при отпускании.

В большинстве случаев вре­мя спада потока при отсутст­вии короткозамкнутых обмо­ток значительно меньше, чем время движения якоря при от­падании. Поэтому в основном считаются со временем движения.

Для создания электромагнитов замедлен­ного действия применяется короткозамкнутая обмотка или гильза. Эскиз электромагнита с короткозамкнутой обмоткой показан на рис.22.

Рис.22. Электромагнит с

При включении питающей обмотки в магнитной цепи нарастает поток. Этот поток наводит в короткозамкнутой обмотке э.д.с. Последняя вызывает ток такого направ­ления, при котором поток короткозамкнутой обмотки на­правлен встречно намагничивающим. Результирующий поток равен разности этих потоков. Скорость нарастания потока уменьшается, а время трогания увеличивается.

При отключении электромагнита с короткозамкнутой обмоткой можно считать, что ток в первичной обмотке практически мгновенно спадает до нуля из-за быстрого нарастания сопротивления дугового промежутка в отключающем аппарате К.

Изменение потока определяется процессом затухания тока в короткозамкнутой обмотке. При спадании потока в короткозамкнутой обмотке ω2 наводится э.д.с. и воз­никает ток, направленный так, что поток, создаваемый об­моткой ω2, препятствует изменению (уменьшению) пото­ка в системе. Замедленное спадание потока создает выдержку времени при отпускании.

При м.д.с., равной нулю, в цепи устанавливается по­ток, определяемый кривой размагничивания материала и воздушным зазором. Этот остаточный поток может создавать силу притяжения, большую, чем сила, развиваемая пружиной. Произойдет залипание якоря. Для устранения залипания ставится немагнитная про­кладка, снижающая величину остаточного потока.

Тепловые реле

Принцип действия. Долговечность энергетическо­го оборудования в значительной степени зависит от пе­регрузок, которым оно подвергается во время работы. Для любого объекта можно найти зависимость длитель­ности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и длительная эксплуатация оборудования. Эта зависи­мость представлена на рис.23 (кривая 1). При номи­нальном токе допустимая дли­тельность его протекания рав­на бесконечности. Протекание тока, большего, чем номиналь­ный, приводит к дополнитель­ному повышению температу­ры и дополнительному старе­нию изоляции. Поэтому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима. Кривая 1 рис.23 устанавливается исходя из требуемой продолжительности жизни оборудования. Чем короче его жизнь, тем большие перегрузки допустимы.

Рис.23. Времятоковые характеристики

теплового реле и защищаемого объекта.

При идеальной защите объекта зависимость tср (I) для реле должна идти немного ниже кривой для объекта.

Для защиты от перегрузок, наиболее широкое рас­пространение получили тепловые реле с биме­таллической пластиной.

Биметаллическая пластина состоит из двух пластин, одна из которых имеет больший температурный коэффи­циент расширения , другая—меньший . В месте при­легания друг к другу пластины жестко скреплены либо за счет проката в горячем состоянии, либо за счет свар­ки. Если закрепить неподвижно такую пластину и на­греть, то произойдет изгиб пластины в сторону материа­ла с меньшим . Именно это явление используется в теп­ловых реле.

Широкое распространение в тепловых реле получили материалы инвар (малое значение a) и немагнитная или хромоникелевая сталь (большое значение a).

Для получения большего прогиба необходимо, чтобы пластина имела большую длину и малую толщину. На­оборот, если необходимо, чтобы пластина развивала большую силу, целесообразно иметь широкую пластину с малой длиной и большой толщиной.

При работе биметаллической пластины в ее компо­нентах возникают напряжения сжатия и растяжения, ко­торые не должны превышать допустимых значений.

Нагрев биметаллического элемента может произво­диться за счет тепла, выделяемого в пластине током на­грузки. Очень часто нагрев биметалла производится от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Лучшие характеристики получаются при ком­бинированном нагреве, когда пластина нагревается и за счет тепла, выделяемого током, проходящим через би­металл, и за счет тепла, выделяемого специальным на­гревателем, также обтекаемым током нагрузки.

Прогибаясь, биметаллическая пластина своим свободным концом воздействует на контактную систему. Так как пластина прогибается медленно, целесообразно применять прыгающие контакты (рис.25).

Основной характеристикой реле является зависи­мость времени срабатывания от тока нагрузки (времятоковая характеристика). В общем случае до начала перегрузки через реле протекает ток Iо, который нагревает пластину до температуры qо.

На рис.24 изображены зависимости tср=f(x) для случая (реле включается в работу в холодном состоянии) (кривая 1) и (кривая 2). Обе кривые имеют одинаковые асимптоты и различаются в средней части.

У ряда реле время срабатывания при коротком за­мыкании больше, чем время термической стойкости при данном токе. Поэтому от коротких замыканий цепь и само реле нужно защищать с помощью предохраните­лей .

Для согласования характеристик объекта и реле строится времятоковая характеристика защищаемого объекта по заводским данным или по данным расчета и аналогичная характеристика биметалличе­ского элемента. Ток Iср составляет (1,2—1,3) . Защит­ные характеристики биметаллического элемента строят­ся для двух случаев, когда e=0 и когда e=1. При пра­вильном выборе реле его времятоковая характеристика при e=0 должна проходить вблизи характеристики за­щищаемого объекта. Тогда при предварительном подо­греве номинальным током реле обеспечивает надежную защиту. На рис.23 представ­лены характеристики двигате­ля и двух реле. У одного реле (кривая 2) ток срабатывания равен току двигателя (кривая 1), у другого он на 20% боль­ше (кривая 3). В первом слу­чае двигатель будет отклю­чаться значительно раньше, чем требуется характери сти­кой 1.

Читайте также:  Ток лампочки дальнего света

Рис.24. Характеристики теплового реле при и .

Необходимо отметить, что постоянная времени нагрева двигателя зависит от характе­ра перегрузки. При кратковре­менных перегрузках в нагре­ве участвует только обмотка и постоянная времени получается небольшой (5— 10 мин) ввиду относительно малой массы обмотки. При длительной перегрузке в нагреве участвует вся масса машины. При этом постоянная времени достигает 40— 60 мин. Для совершенной защиты необходимо, чтобы по­стоянная времени реле была такой же, как и у объекта. В известной степени это удается получить, если создать реле для защиты конкретного двигателя. Поскольку од­но и то же реле выпускается для двигателей различной конструкции, то в области малых перегрузок не удается получить хорошую защиту.

Для быстродействующей защиты и объекта и реле целесообразно тепловой элемент объединить с электро­магнитным, имеющим большой ток срабатывания и практически нулевую выдержку времени.

В эксплуатации согласование реле защиты и объекта производится выбором номинального тока реле равным номинальному току двигателя. Срабатывание реле про­исходит при (1,2—1,3). Время срабатывания 20 мин.

Нагрев биметаллической пластинки зависит от тем­пературы окружающей среды, поэтому с ростом темпе­ратуры окружающей среды ток срабатывания умень­шается.

При температуре, сильно отличающейся от номиналь­ной, необходимо либо проводить дополнительную (плав­ную) регулировку реле, либо подбирать нагревательный элемент с учетом реальной температуры окружающей среды. Для того чтобы температура окружающей сре­ды меньше влияла на ток срабатывания, необходимо, чтобы температура срабатывания выбиралась воз­можно больше. Для правильной работы тепловой защи­ты реле желательно располагать в том же помещении, что и защищаемый объект. Нельзя располагать реле вблизи концентрированных источников тепла — нагрева­тельных печей, систем отопления и т. д. В настоящее время выпускаются реле с температурной компенсацией (серии ТРН).

Конструкция тепловых реле. Прогиб биметаллической пла­стины происходит медленно. Если с пластиной непосредственно свя­зать подвижный контакт, то малая скорость его движения, не смо­жет обеспечить гашение дуги, возникающей при отключении цепи. Поэтому пластина действует на контакт через ускоряющее устрой­ство. Наиболее совершенным является «прыгающий» контакт.

В обесточенном состоянии пружина 1 создает момент отно­сительно точки 0, замыкающий контакты 2. Биметаллическая пла­стина 3 при нагреве изгибается вправо, положение пружины изме­няется. Она создает момент, размыкающий контакты 2 за время, обеспечивающее надежное гашение дуги.

Современные контакторы и пускатели комплектуются с тепло­выми реле ТРП (однофазное) и ТРН (двухфазное). Реле типа ТРП представлено на рис.26. Биметаллическая пластина имеет комбинированную систему нагрева. Пластина 1 нагревается как за счет нагревателя 5, так и за счет прохождения тока через саму пласти­ну. При прогибе конец биметаллической пластины воздействует на прыгающий контактный мостик 3. Реле позволяет иметь плавную регулировку тока срабатывания в пределах (±25% номинального тока уставки). Эта регулировка осуществляется ручкой 2, меняю­щей первоначальную деформацию пластины. Такая регулировка по­зволяет резко снизить число потребных вариантов нагревателя. Воз­врат реле в исходное положение после срабатывания производится кнопкой 4. Возможно исполнение и с самовозвратом после остыва­ния биметалла. Высокая температура срабатывания (выше 200°С) уменьшает зависимость работы реле от температуры окружающей среды. Уставка меняется на 5% при изменении температуры окру­жающей среды на КУС. Высокая ударо- и вибростойкость реле по­зволяют использовать его в самых тяжелых условиях.

Реле времени.

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.

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 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 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 должны работать в условиях производственных цехов, при вибрации и тряске.

Реле 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.

Источник



Схемы управления и питания грузоподъемных электромагнитов

Схемы управления и питания грузоподъемных электромагнитовГрузоподъемные электромагниты имеют большую индуктивность, поэтому для быстрого и полного сброса груза, а также для ограничения перенапряжения до значения не более 2 кВ применяются специальные, схемы и аппаратура управления. Электромагниты получают, напряжение от двигатель-генераторной или выпрямительной установки. Принципиальные схемы управления при питании электромагнитов от сети постоянного тока приведена на рис. 1, а и б.

Управление грузоподъемным электромагнитом по указанной схеме производится следующим образом. При включении командоконтроллера К подается напряжение на контактор намагничивания В, замыкающие контакты которого подключают электромагнит к сети. При этом по катушке М электромагнита протекает номинальный ток, а параллельно включенное разрядное сопротивление (Р1— Р4, Р4—РЗ и РЗ—Р2) обтекается током меньшего значения. Катушка контактора Н, включенная между точками 6 и 7, не обтекается током вследствие наличия последовательно включенного размыкающего вспомогательного контакта В, разомкнутого при включенном контакторе В.

При отключении командоконтроллера К. размыкаются замыкающие контакты контактора В, электромагнит кратковременно отключается и автоматически включается на обратную полярность, а после отпадания груза электромагнит окончательно отключается от источника питания. Такое включение электромагнита обеспечивает размагничивание груза, что способствует быстрому его отпаданию.

Автоматическое действие при отключении электромагнита обеспечивается главным образом работой контактора размагничивания Н. Напряжение на зажимах катушки контактора Н определяется падением напряжения на участках сопротивлений 6—Р4 и Р4—7. При отключении электромагнита его ток не исчезает мгновенно, а замыкается через цепочку разрядных сопротивлений. Сопротивления участков 6—Р4 и Р4—7 подобраны таким образом, что после отключения командоконтроллера К и замыкания размыкающего контакта В включается контактор Н.

Принципиальные схемы управления магнитными контроллерами

Рис. 1. Принципиальные схемы управления магнитными контроллерами ПМС 50 (а) и ПМС 150 (б) для подъемных электромагнитов: В или 1В, 2В—двухполюсный контактор намагничивания или два однополюсных; Н — двухполюсной контактор размагничивания; 1P — рубильник; 1П, 2П — предохранители силовой цепи и цепи управления; К — командоконтроллер; М — электромагнит; Р1—Р4, Р4—РЗ и РЗ—Р2 — разрядные сопротивления.

После включения контактора Н замыкаются его силовые контакты и электромагнит подключается к сети. При этом направление тока в катушке электромагнита и в сопротивлении 6—Р4, включенном последовательно с катушкой, с течением времени изменяется на обратное. Изменение направления тока на участке сопротивления 6—Р4 происходит с предварительным снижением предыдущего противоположно направленного тока до нуля. При нуле тока на участке 6—Р4 контактор Н удерживается во включенном состоянии, так как для этого достаточно падения напряжения на участке Р4—7 (на участке 6—Р4 падение напряжения при этом равно нулю).

При изменении направления тока на участке 6—Р4 контактор Н отключается, так как его катушка оказывается включенной на разность падений напряжении на участках 6—Р4 и Р4—7. Отключение контактора Н происходит при достижении током размагничивания величины, равной 10—20% рабочего тока холодной катушки электромагнита, т. е. практически после размагничивания и отпадания груза.

Отключаясь, контактор Н отключает от сети катушку электромагнита, которая остается замкнутой на разрядное сопротивление. Это облегчает условия разрыва дуги контактором и снижает перенапряжение, увеличивая срок службы изоляции катушки. Размыкающий вспомогательный контакт контактора В (в цепи катушки контактора Н) исключает одновременную работу обоих контакторов.

Схема позволяет регулировать время размагничивания, что можно осуществить передвижением хомутов сопротивлений, т. е, изменением значений сопротивлений участков 6—Р4 и Р4—7. Вместе с тем это время автоматически регулируется в зависимости от вида поднимаемого груза. При большей массе груза магнитная проводимость его больше, что приводит к увеличению постоянной времени электромагнита и тем самым к увеличению времени размагничивания. При малой массе груза время размагничивания уменьшается.

По описанной схеме изготавливаются магнитные контроллеры типов ПМС 50, ПМС 150, ПМС50Т и ПМС 150Т.

Схема питания грузоподъемного электромагнита на кране при наличии сети переменного тока

Рис. 2. Схема питания грузоподъемного электромагнита на кране при наличии сети переменного тока: 1 — асинхронный электродвигатель; 2 —генератор достоянного тока; 3 — магнитный пускатель; 4 — кнопка управления; 5—регулятор возбуждения; 6—командоконтроллер; 7 — магнитный контроллер; 8 — грузоподъемный электромагнит.

Большинство кранов с грузоподъемными электромагнитами питаются от сети переменного тока, поэтому для электромагнитов постоянного тока необходимо использовать двигатель-генераторную или выпрямительную установку. На рис. 2 показана схема питания грузоподъемного электромагнита от двигатель-генераторной установки. Защита генератора от токов к.з. в кабеле, питающем электромагнит, осуществляется реле напряжения типа РЭВ 84.

Читайте также:  Объяснить почему ток срабатывания реле больше тока отпускания

Замена вращающихся преобразователей статическими позволяет снизить капитальные затраты, массу электрооборудования и эксплуатационные расходы. Магнитный контроллер типа, ПСМ 80 в комплекте с сельсинным командоконтроллером КП 1818 дает возможность регулировать грузоподъемность. Это имеет большое значение при работах, связанных с отделкой, сортировкой, маркировкой и транспортированием листового железа на металлургических заводах, а также на различных складах и базах.

На рис. 3 показана схема магнитного контроллера ПСМ 80 со статическим управляемым преобразователем. Преобразователь выполнен по бестрансформаторной трехфазной двухполупериодной схеме с одним тиристором и разрядным диодом. Регулирование тока осуществляется изменением выходного напряжения преобразователя за счет изменения угла открывания тиристора. Угол открывания тиристора зависит от задающего сигнала, который плавно регулируется в широких пределах сельсинным командоконтроллером.

В блоке питания I используется трехобмоточный трансформатор. Обмотка 36 В служит для питания релейных элементов, с обмотки 115 В снимается напряжение возбуждения сельсина командоконтроллера. В блок питания входит однофазный выпрямительный мост Д7—Д10, на выходе которого установлены стабилитроны Ст1—Ст3 и балластный резистор R2.

Стабилизированное напряжение питания релейного элемента 16,4 В снимается со стабилитронов Ст2 и Ст3. При этом через резистор R3 и базу транзистора Т1 протекает в прямом направлении ток, открывающий транзистор. Со стабилитрона Ст1 подается отрицательное смещение (—5,6 В) на базу транзистора Т2 для запирания его при открытом транзисторе Т1.

Блок задания II состоит из сельсина, входящего в сельсинный командоконтроллер, и однофазного выпрямительного моста Д11—Д14. На вход моста подается линейное напряжение ротора сельсина, изменяющееся при его повороте относительно статора. Поворот ротора осуществляется рукояткой СКК. На выходе моста получается изменяющееся выпрямленное напряжение, пропорционально которому изменяется и выходной ток, протекающий при открытом транзисторе Т1 через его базу и резистор R6. Релейный элемент собран на двух транзисторах типа п-р-п.

Для обеспечения фазового режима регулирования в схеме предусмотрен источник пилообразного напряжения, представляющий собой цепочку RC, которая шунтируется тиристором Т. Пока тиристор закрыт, происходит заряд конденсаторов C4 С5. Когда тиристор Т открывается, происходит быстрый разряд конденсаторов. Пилообразный ток протекает через резистор R13 и базу транзистора Т1.

Сельсинный командоконтроллер имеет одно фиксированное положение (нулевое) и обеспечивает заторможенное состояние в любом промежуточном положении рукоятки управления. При этом каждому положению ротора сельсина соответствует определенное значение тока электромагнита. На позициях регулирования схема с достаточной точностью поддерживает среднее значение тока электромагнита при нагреве его катушки. Допустимые отклонения тока для холодной и горячей катушки не превышают 10%, а максимальное значение тока для нагретой катушки не превышает каталожного значения тока более чем на 5 . При колебаниях напряжения питающей сети в пределах (0,85— 1,05) UH изменение тока электромагнита не выходит за указанные пределы.

Силовая схема коммутации на стороне постоянного тока содержит:

• двухполюсные контакторы для прямого KB и обратного КН включений электромагнита;

• два реле времени РВ и РП для управления процессом размагничивания электромагнита при отключении,

• разрядные резисторы R19—R22 для ограничения перенапряжения, возникающего при отключении электромагнита;

• диод Д4 для уменьшения мощности разрядных резисторов.

Схема регулирования грузоподъемности электромагнита

Рис. 3. Схема регулирования грузоподъемности электромагнита: I-блок питания: II — блок задания; III — релейный элемент; VI — силовая схема; R1—R25 — резисторы- C1—C8 — конденсаторы, Ш – шунт; ВА — включатель автоматический; Д1-Д16 — диоды; КВ и KН — контакторы прямого и обратного вьючений электромагнита (намагничивания и размагничивания); РВ и РП — реле времени для управления процессом размагничивания, Пр1 – Пр4 — предохранители; Сс — сельсин контроллера; Cт1-Ст3 — стабилитроны; Т — тиристор: Т1, Т2 – транзисторы, ТР1 – трансформатор; ЭМ — электромагнит грузоподъемный; СКК— сельсинный командоконтроллер .

При обрыве кабеля, питающего электромагнит, необходимо отключить рубильник или автоматический выключатель магнитного контроллера. Находиться под краном с работающим электромагнитом категорически запрещено. Осмотр и замена аппаратов должны производиться при отключенном вводном рубильнике крана.

Все электрические аппараты должны быть надежно заземлены. Особое внимание следует обращать на заземление электромагнита. Болт заземления в коробке электромагнита соединяют с заземляющим болтом шкафа магнитного контроллера. Соединение осуществляется одной из жил трех жильного питающего кабеля. В остальном при эксплуатации электрооборудования следует руководствоваться общими правилами безопасности обслуживания электроустановок.

Источник

Принцип работы электромагнита

Электромагнит — устройство и принцип работы

Электромагнит — устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока через него.

Обычно электромагнит состоит из обмотки и ферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке электрического тока.

Магнитные поля возникают в случае, когда весь набор электронов металлического объекта начинает вращаться в одинаковом направлении.

В искусственных магнитах это движение обуславливается при помощи электромагнитного поля.

Для постоянных электромагнитов данное явление считается натуральным.

Обмотку для электромагнита выполняют из медных или алюминиевых изолированных проводов. Существуют и сверхпроводящие электромагниты. Магнитный провод делают из магнитно-мягкого материла, чаще всего стали (конструкционной, литой и электротехнической), чугуна и сплавов железа с кобальтом или никелем. Снижение потери на вихревой ток (ВхТ) осуществляется при помощи создания магнитопровода из множества листов.

Общая характеристика

Подключившись к источнику постоянного тока (а также напряжения), катушка и провод начинают получать энергетические ресурсы и создают магнитное поле, которое является подобным полю, что образуется в постоянных полосовых магнитах.

Плотность, которой обладает магнитный поток, всегда является пропорциональной величине электрического тока, протекающего сквозь толщу катушки.

Полярность электромагнита определяют по направлению тока.

Механизм образования включает в себя наматывание провода вокруг сердечника, выполненного из металла, через который потом пропускают электричество из определенного источника.

Если внутренняя полость катушка заполнена воздухом, то ее называют соленоидом.

Увеличивать силу электромагнита, а точнее его поля, можно при помощи:

  • применения сердечников из «мягкого» железа;
  • применения больших чисел витков;
  • применения электрического тока в больших размерах.

Электромагниты бывают следующих видов:

  • Нейтральные постоянного тока. В таком устройстве магнитный поток создается посредством постоянного электрического тока, пропущенного через обмотку. А значит, сила притяжения такого электромагнита варьируется в зависимости только от величины тока, а не от его направления в обмотке.
  • Поляризованные постоянного тока. Действие электромагнита подобного рода основано на наличии двух независимых магнитных потоков. Если говорить о поляризующем, то его наличие создается обычно постоянными магнитами (в редких случаях — дополнительными электромагнитами), и нужен он для создания притягивающей силы при выключенной обмотке. А действие такого электромагнита зависит от величины и направления электрического тока, который движется в обмотке.
  • Переменного тока. В таких устройствах катушка электромагнита питается электричеством переменного тока. Соответственно, с определенной периодичностью магнитный поток меняет свое направление и величину. А сила притяжения варьируется лишь по величине, из-за чего она «пульсирует» от минимального до максимального значения с частотой, которая имеет двукратную величину по отношению к частоте питающего ее электрического тока.

Магнитное поле, создаваемое катушкой

Когда электрический ток проходит через обмотки катушек, он ведет себя как электромагнит. Плунжер,находящийся внутри катушки, притягивается к её центру с помощью магнитного потока внутри корпуса катушек, который, в свою очередь, сжимает небольшая пружина прикреплена к одному концу плунжера.

Сила и скорость движения плунжеров определяются силой магнитного потока, генерируемого внутри катушки.

Когда ток питания выключен (обесточен), электромагнитное поле, созданное ранее катушкой, разрушается, и энергия, накопленная в сжатой пружине, заставляет поршень вернуться в исходное положение покоя. Это движение плунжера вперед и назад известно как «ход» соленоидов, другими словами, максимальное расстояние, на которое плунжер может проходить в направлении «вход» или «выход», например, 0–30 мм.

Такой тип соленоида обычно называется линейным соленоидом из-за линейного направленного движения и действия плунжера.

Конструкция линейного соленоида вытяжного типа

Линейные соленоиды полезны во многих устройствах, которые требуют движения открытого или закрытого типа (например, внутри или снаружи), таких как дверные замки с электронным управлением, пневматические или гидравлические регулирующие клапаны, робототехника, управление автомобильным двигателем, ирригационные клапаны для полива сада и даже для дверного звонка. Они доступны как открытая рама, закрытая рама или герметичные трубчатые типы.

Вращательный соленоид

Большинство электромагнитных соленоидов являются линейными устройствами, создающими линейную силу движения или движения вперед и назад. Однако имеются также вращательные соленоиды, которые производят угловое или вращательное движение из нейтрального положения либо по часовой стрелке, против часовой стрелки, либо в обоих направлениях (в двух направлениях).

Вращающиеся соленоиды можно использовать для замены небольших двигателей постоянного тока или шаговых двигателей, если угловое движение очень мало, а угол поворота — это угол, смещенный от начального к конечному положению.

Источник