Применение и принцип действия

Введение

 

 

Методические указания по выполнению лабораторной работы и практического занятия разработаны на основе рабочей программы дисциплины «Электротехника и электроника», предназначено для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых практических умений и навыков для специальности 13.02.11. Техническая эксплуатация и обслуживания электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)

Основными целями лабораторной работы являются:

- экспериментальное подтверждение изученных теоретических положений;

- экспериментальная проверка формул, расчетов;

- ознакомление с методикой проведения экспериментов, исследований.

 

Описание устройства

 

 

Реле – это электрический выключатель, который разъединяет или соединяет цепь при создании определенных условий. Различаются реле по конструкционным особенностям и по типу поступающего сигнала. Электрические устройства наиболее востребованы и широко применяются во всех отраслях промышленности и обслуживающей сферы.

 

Применение и принцип действия

 

Реле выступает, своего рода, усилителем сигнала, т.е. при помощи небольшой подачи электричества на это устройство, замыкается более мощная цепь. Различают реле, работающие от постоянного тока и переменного. Устройство переменного тока срабатывает при прохождении входного сигнала определенной частоты. Реле постоянного тока могут приходить в рабочее состояние при одностороннем протекании тока и при движении электричества в двух направлениях.

Когда регулятор включается в сеть, катушка начинает получать электрическую энергию. После этого якорь притягивается к металлическому сердечнику и происходит перелет контактов. Вместе с этим происходит замыкание контактов приборов, подключённых в цепь реле. При этом если электрический ток не подается (к примеру, при отсутствии электричества) или подается, но неравномерно (в сети наблюдаются скачки), то контакты присоединенных устройств оттягиваются вверх, после чего цепь размыкается.

 

 

В нормальном эксплуатационном режиме любое реле тока должно обладать достаточной чувствительностью к превышению номинального значения тока в цепи входа. При повышении тока больше допустимых значений, осуществляется переключение контактов выхода, которые обесточивают силовые устройства от сети питания.

Если ток дальше продолжает снижаться и подходит к номинальной величине, то при этом цепь снова замыкается под действием сигнала на выходе, и подается ток.

Реле для защиты применяют в жилых домах, а также на производственных объектах. Многие современные квартиры оснащены мощными бытовыми электрическими устройствами. Если включить сразу все такие устройства, то это вызовет значительные нагрузки в электрической сети питания.

Второстепенными устройствами считаются те, которые можно отключить без всякого ущерба, не создавая аварийной ситуации или каких-либо неисправностей. Поэтому реле подключаются так, чтобы не допустить всевозможные перегрузки в сети питания.
В любом жилом помещении или промышленном учреждении требуется устанавливать специальные защитные устройства, которые предохраняют от перенагрузок сети и коротких замыканий. Реле тока используется для контроля работы двигателя, трансформаторов и прочих электрических приборов.

 

 

Устройство реле

 

 

Наиболее простая схема устройства реле состоит из якоря, магнитов и соединяющих элементов. При подачи тока на электромагнит, он замыкает якорь с контактом, в результате чего цепь замыкается. Когда ток становится меньше определенной величины, якорь под действием давящей силы пружины возвращается в первоначальное положение и цепь размыкается.

На данный момент существуют электромагнитные, индукционные и электронные реле.

Мы будем разбирать устройство наиболее распространенных электромагнитных реле. Тем более, что они дают возможность наиболее наглядно понять их принцип работы.

Рисунок 1 – Магнитопровод

 

Начнем с основных элементов любого реле тока. Оно в обязательном порядке имеет магнитопровод. Причем, этот магнитопровод имеет участок с воздушным зазором. Таких зазоров может быть 1, 2 или более — в зависимости от конструкции магнитопровода. На нашем фото таких зазора два.

На неподвижной части магнитопровода имеется катушка. А подвижная часть магнитопровода закреплена пружиной, которая противодействует соединению двух частей магнитопровода.

Рисунок 2 – Катушка магнитопровода

 

Виды реле

 

 

Первичные реле, чаще всего, встроены в конструкцию выключателя, и являются его частью. Они применяются в основном в электрических сетях напряжением до 1000 В.

Вторичные включаются в цепь посредством трансформатора тока, который подключается к питающей шине или кабелю. Трансформатор снижает ток до значения, которое подходит для функционирования реле.

Вторичные реле тока в свою очередь разделяются на виды:

* Индукционные реле.

* Электромагнитного действия.

* Дифференциальные модели.

* Реле на интегральных микросхемах.

Достоинства:

* Низкая стоимость электромагнитных реле в отличие от полупроводниковых образцов.

* Незначительное падение напряжения на контактах, низкое выделение теплоты, не требует охлаждения.

* Качественная электрическая изоляция цепи управления катушки и группы контактов.

* Невосприимчивость к импульсным нагрузкам и помехам, возникающим при ударах молнии, и при переключениях высоковольтных цепей.

Недостатки:

* Возникающие проблемы при подключении индуктивных потребителей и нагрузок постоянного тока высокого напряжения.

* Возникновение радиопомех при работе силовых контактов.

* Ограниченный механический и электрический ресурс.

* Низкая скорость функционирования.

 

Разновидности приборов

 

Разновидностей реле множество. Перед приобретением, необходимо разобраться, какие бывают виды приборов. Кроме основных вариантов, существуют конденсаторные модели. В качестве главного органа, используют электромагнитное реле. Из-за малого сопротивления обмоток, они подключаются к контуру через промежуточные цепи. Благодаря простоте устройства и дешевизне, получили широкое распространение среди радиолюбителей и фотографов. Генераторные реле состоят из генератора, подающего специальные импульсы и счетчика. Суммировав необходимое количество импульсов, счетчик срабатывает и отдает команду приборам. Время выдержки от нескольких секунд до часов. Статистические реле времени относятся к электрическим типам с замедлением. Они разрабатывались для замены механических и аналоговых приборов.

В СССР выпускались транзисторные реле времени, которые имели ряд преимуществ перед механическими вариантами. Они были небольших размеров, обладали меньшей погрешностью и имели дистанционное управление.

После транзисторов стали использовать интегральные микросхемы, которые позволили значительно уменьшить размеры механизма. Современные модели оснащены микроконтроллерами.

 

 

Реле по способу воздействия

 

По способу воздействия исполнительного элемента реле на управляемую величину различают:

реле прямого действия, в которых исполнительный элемент (у электромеханических реле исполнительным элементом является подвижная контактная система) непосредственно воздействует на цепь управления,

реле косвенного действия, в которых исполнительный элемент воздействует на контролируемую цепь через другие аппараты.

Реле по способу включения воспринимающего элемента

По способу включения воспринимающего элемента различают первичные, вторичные и промежуточные реле.

 

Назначение реле

 

 

Реле контроля тока – это устройство, которое реагирует на резкие перепады величины поступающего электрического тока и при необходимости отключает питание определенного потребителя или всей системы электрообеспечения. Его принцип действия основан на сравнивании внешних электрических сигналов и мгновенном реагировании при их несовпадении с параметрами работы прибора. Используется для работы генератора, насоса, двигателя автомобиля, станочного оборудования, бытовых приборов и прочего.

Любая электроустановка имеет два основных параметра своей работы — это ток и напряжение. Контролируя эти два параметра, можно оценить работоспособность оборудования и вероятные неисправности.

Дабы не рассматривать вопрос более детально, давайте возьмем в качестве примера электродвигатель.

 

Рисунок 5 – Релейная схема защит электродвигателя

 

Электродвигатель имеет номинальный ток, например, 50А. Незначительное увеличение тока, допустим до 55А, сигнализирует о перегрузе. В этом случае, двигатель не должен отключаться немедленно, ведь перегруз может носить временный характер, и согласно ПУЭ, большинство электродвигателей допускается периодически перегружать.

Но длительный режим работы с повышенным номинальным током может сигнализировать о неисправности механической части или других проблемах. Поэтому, после нагрузки, через определенный промежуток времени, двигатель должен быть отключен.

 

Рисунок 6 – Схема электродвигателя с реле времени

 

Реле тока, как несложно догадаться, контролирует ток. И если его уменьшение говорит лишь о снижении нагрузки, то его увеличение в большинстве случаев говорит о серьезных неисправностях.

 

Требования к реле

 

 

К различным видам реле предъявляются различные требования. Например, электромагнитные устройства должны обладать высокой надежностью, чувствительностью, быстродействием и селективностью.

Реле тока — в электрических промышленных сетях часто возникают чрезмерные нагрузки и короткие замыкания. Все компоненты цепи, начиная от обычного проводника, и заканчивая потребителями нагрузки со сложной конструкцией, рассчитаны на допустимый максимальный нагрузочный ток. Превышение этой величины приводит к пробою изоляции, либо нарушению целостности проводов из-за расплавления жил, а также межвитковому замыканию обмотки двигателя, перегрузке трансформатора. Все эти факторы являются аварийными режимами эксплуатации, ведущими к неисправностям и выходу из строя сети питания.

Для обеспечения надежной защиты агрегатов, трансформаторов, приводов электромоторов применяется релейная защита, включающая в себя один из основных элементов в виде реле тока, которое предотвращает эксплуатацию электрооборудования в аварийном режиме.

 

 

Схема защиты от перегруза

 

 

Схема реле тока и реле времени позволяет обеспечить такую защиту. При увеличении тока выше номинального значения в 50А, срабатывает токовое реле. Своими контактами оно запускает в работу реле времени, которое отсчитывает допустимое время работы двигателя в перегаженном состоянии. Если за этот период времени токовое реле не отпало, то реле времени срабатывает и отключает электродвигатель.

Обратите внимание! Защита от перегруза должна быть отстроена от времени пуска двигателя. Как известно, при пуске пусковой ток может доходить до десятикратного номинального (обычно пяти- или шестикратное). Поэтому, для исключения ложного срабатывания защиты от перегруза, время срабатывания реле времени должно быть больше времени разворота двигателя.

 

Рисунок 7 – Схема электродвигателя

Токовая отсечка

 

Теперь возьмем другую ситуацию. На нашем двигателе происходит короткое замыкание. Его необходимо отключить в максимально сжатые сроки. Короткое замыкание характеризуется резким возрастанием тока. В зависимости от вида короткого замыкания, эти токи могут превышать значения 10-кратного номинального значения.

Исходя из этого, нам нужно поставить реле тока, схема которого будет реагировать на такой ток, и сразу же отключать его. Такую защиту называют токовой отсечкой. Когда защита мгновенно отключает электрооборудование при достижении определенного значения тока.

 

Рисунок 8 – Двигатель с коротким замыканием

 

Обозначение реле на схеме

 

 

 В приведенной ниже таблице показаны самые основные буквенно-графические обозначения КУ принятые в международном классификаторе.

 

Таблица 1 – Основные обозначения

Изображение	Описание
	Схематически обмотка соленоида выглядит как прямоугольник, от наибольших сторон которого отходят выводы питания электромагнита – А и А1. Также на схеме это коммутационное устройство может обозначаться буквой К.
	Контакты КУ на схеме изображаются точно так же как и контакты переключателей.
	Поляризованное реле на схеме изображается в виде прямоугольника с жирной точкой на одном из выводов контакта. Буквенное обозначение P внутри прямоугольника также говорит о полярности устройства.
	Иногда внутри прямоугольника указывают параметры или конструктивные особенности. Так, например, две наклонные линии могут обозначать, что в устройстве имеется 2 обмотки.

 

 

Заключение

 

 

В процессе выполнения данной лабораторной работы был закреплен теоретический материал, получены практические навыки в составлении электрических схем и подборе измерительной аппаратуры для опыта, отработана техника экспериментального исследования, а также приобретены навыки анализа результатов на основании полученных данных.

 

Список используемой литературы

 

 

1. http://pue8.ru/elektrotekhnik/104-elektricheskie-rele.html

2. http://bouw.ru/term/rele

3. http://electricalschool.info/spravochnik/apparaty/1351-rele-toka-serii-rt40.html

4. https://studfiles.net/preview/949771/

5. https://www.elektro.ru

6. https://www.etm.ru/cat/nn/29510004/

(Приложение 1)

Лабораторная работа

 

Исследование и сравнение характеристик механического и электрического реле тока

 

Цель работы: Исследовать и сравнить характеристики механического и электрического реле тока

                                                

Теоретические сведения

 

Электромагнитные реле постоянного тока, обладают положительными свойствами, используются наиболее широко в качестве реле промежуточного, времени, максимального тока, минимального напряжения.

Электромагнитное реле состоит из трех основных частей: контактной системы (контактные пружины выполнены из материала нейзильбера), магнитопровода (ярмо, сердечник, якорь, выполненные из мягкой стали) и обмотки (катушки). Магнитную цепь составляют сердечник, якорь, ярмо и воздушный зазор между якорем и сердечником.

Простейшая схема электромагнитного реле: 1 – катушка; 2 – ферромагнитный стержень; 3 – подвижный якорь; 4 – неподвижные контакты; 5 – основание; 6 – пружина.

Рисунок 1 – Простейшая схема электромагнитного реле

 

Особенности работы реле иллюстрируют этапы на временной диаграмме действия реле.

 

Рисунок 2 – Временная диаграмма работы реле постоянного тока

 

При рассмотрении работы реле выделяются четыре этапа:

Этап I – срабатывание реле. Длительность этого этапа – время полного срабатывания , т.е. промежуток времени от момента подачи напряжения на катушку реле до момента надежного замыкания контактов (точка А);  - ток трогания, при котором начинается движение якоря;  - время, за которое ток достигает значения , (точка а), т.е. промежуток, соответствующий началу движения якоря;  - ток, при котором срабатывает реле;  - время движения якоря при срабатывании. Таким образом, время полного срабатывания, отвечающее окончанию движения якоря, .

Этап II – работа реле (  - время работы реле). После того как реле сработает, ток в обмотке продолжает увеличиваться (участок АВ), пока не достигнет установившегося значения. Участок АВ необходим для того, чтобы обеспечить надежное притяжение якоря к сердечнику, исключающее вибрацию якоря при сотрясениях реле. Впоследствии ток в обмотке реле остается неизменным. Отношение установившегося тока  к току срабатывания  называется коэффициентом запаса реле по срабатыванию , т.е.  показывает надежность работы реле:

Величина  не должна превышать значения, допустимого для обмотки реле по условиям ее нагрева.

Этап III – отпускание реле. Этот период начинается от момента прекращения подачи сигнала (точка С) и продолжается до момента, когда ток в обмотке реле уменьшится до значения  (точка D – прекращение воздействия реле на управляемую цепь). При этом различают время трогания при отпускании  и время движения .

Время отпускания , где время до начала движения якоря при отпускании;  – продолжительность перемещения якоря. Отношение тока отпускания к току срабатывания называется коэффициентом возврата: .

Этап IV – покой реле – отрезок времени от момента размыкания контактов реле (точка D) до момента поступления нового сигнала на его обмотку. При быстром следовании управляющих сигналов друг за другом работа реле характеризуется максимальной частью срабатывания (числом срабатывания реле в единицу времени).

 

Рисунок 3 – РТ-40

 

Электронное реле предназначено для контроля параметров электрического тока в сети и передачи команды исполнительным элементам. Обеспечивает защиту оборудования от перегрузок, а также сигнализирует о необходимости его проверки. Широкий диапазон контролируемых значений тока от 1,6 до 16А.

Применяют в цепях управления переменного тока напряжением до 250 В (AC-1) или постоянного тока напряжением до 24 В. Реле являются коммутирующими устройствами и предназначены для гальванической развязки и передачи команд управления исполнительным элементам, между силовыми цепями и цепями управления.

 

Рисунок 4 – Реле тока ORI-01

 

 

Таблица 1 – Технические характеристики

Напряжение питания	24-240 В AC / 24 В В
Потребляемая мощность	AC 0,09 - 3 ВА / DC 0,05 - 1,5 Вт
Диапазон частоты питающего напряжения	50/60 ± 0,2 Гц
Номинальное напряжение контактной группы	250В АС /24 DC В
Механическая износостойкость	10^7 циклов
Электрическая износостойкость	10^6 циклов
Температура эксплуатации	от -20 до + 55 °C
Степень защиты IP лицевая панель	IP40
Степень защиты IP клеммы	IP20

Порядок выполнения работы

1. Подать напряжение на установку.

2. Подключить в цепь питания обмоток реле амперметр.

3. Переключатель на КК1 и КК2 поставить в положение 1.

4. Медленно повышать напряжение источника питания, зафиксировать какая из ламп (L1, L2) загорелась первой, и зафиксировать её значение, сняв показания с амперметра. Зафиксировать значение второй лампы. Записать  в таблицу. Медленно понижая напряжение добиться погасания ламп L1, L2. В момент угасания лампы записываем ток отпускания () с амперметра. Описанный опыт повторяем три раза для определения среднего тока срабатывания и среднего тока отпускания.

 

 

Рисунок 5 – Схема установки

 

Таблица 2

№ реле	№ опыта	Ток срабатывания	Ток отпускания
КК1	1
	2
	3
	Среднее значение
КК2	1
	2
	3
	Среднее значение

 

 

Содержание отчета

1. Тема лабораторной работы

2. Цель работы

3. Схема исследуемой установки

4. Результаты измерений и расчетов

5. Ответы на контрольные вопросы

 

Контрольные вопросы

1. Описать назначение электронного реле тока.

2. Для чего предназначены электромагнитные реле постоянного тока?

3. Начертить и пояснить временную диаграмму работы реле постоянного тока.

4. Какова потребляемая мощность ORI-01?

5. Начертить схему электромагнитного реле, обозначив составные части.

(Приложение 2)

Смета

 

Наименование	Количество, шт.	Стоимость, руб.
Корпус поста	1	110
Корпус модульный пластиковый навесной	1	130
Распределительная коробка	2	55
Сигнальная лампа	2	100
Электронное реле тока	1	1400
Реле тока РТ-40	1	3100
Крепеж-клипса	1	5
Труба жесткая ПВХ 20мм	1	15
Муфта труба-коробка 20 мм	6	300
Итого		5215

 

Введение

 

 

Методические указания по выполнению лабораторной работы и практического занятия разработаны на основе рабочей программы дисциплины «Электротехника и электроника», предназначено для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых практических умений и навыков для специальности 13.02.11. Техническая эксплуатация и обслуживания электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)

Основными целями лабораторной работы являются:

- экспериментальное подтверждение изученных теоретических положений;

- экспериментальная проверка формул, расчетов;

- ознакомление с методикой проведения экспериментов, исследований.

 

Описание устройства

 

 

Реле – это электрический выключатель, который разъединяет или соединяет цепь при создании определенных условий. Различаются реле по конструкционным особенностям и по типу поступающего сигнала. Электрические устройства наиболее востребованы и широко применяются во всех отраслях промышленности и обслуживающей сферы.

 

Применение и принцип действия

 

Реле выступает, своего рода, усилителем сигнала, т.е. при помощи небольшой подачи электричества на это устройство, замыкается более мощная цепь. Различают реле, работающие от постоянного тока и переменного. Устройство переменного тока срабатывает при прохождении входного сигнала определенной частоты. Реле постоянного тока могут приходить в рабочее состояние при одностороннем протекании тока и при движении электричества в двух направлениях.

Когда регулятор включается в сеть, катушка начинает получать электрическую энергию. После этого якорь притягивается к металлическому сердечнику и происходит перелет контактов. Вместе с этим происходит замыкание контактов приборов, подключённых в цепь реле. При этом если электрический ток не подается (к примеру, при отсутствии электричества) или подается, но неравномерно (в сети наблюдаются скачки), то контакты присоединенных устройств оттягиваются вверх, после чего цепь размыкается.

 

 

В нормальном эксплуатационном режиме любое реле тока должно обладать достаточной чувствительностью к превышению номинального значения тока в цепи входа. При повышении тока больше допустимых значений, осуществляется переключение контактов выхода, которые обесточивают силовые устройства от сети питания.

Если ток дальше продолжает снижаться и подходит к номинальной величине, то при этом цепь снова замыкается под действием сигнала на выходе, и подается ток.

Реле для защиты применяют в жилых домах, а также на производственных объектах. Многие современные квартиры оснащены мощными бытовыми электрическими устройствами. Если включить сразу все такие устройства, то это вызовет значительные нагрузки в электрической сети питания.

Второстепенными устройствами считаются те, которые можно отключить без всякого ущерба, не создавая аварийной ситуации или каких-либо неисправностей. Поэтому реле подключаются так, чтобы не допустить всевозможные перегрузки в сети питания.
В любом жилом помещении или промышленном учреждении требуется устанавливать специальные защитные устройства, которые предохраняют от перенагрузок сети и коротких замыканий. Реле тока используется для контроля работы двигателя, трансформаторов и прочих электрических приборов.

 

 

Устройство реле

 

 

Наиболее простая схема устройства реле состоит из якоря, магнитов и соединяющих элементов. При подачи тока на электромагнит, он замыкает якорь с контактом, в результате чего цепь замыкается. Когда ток становится меньше определенной величины, якорь под действием давящей силы пружины возвращается в первоначальное положение и цепь размыкается.

На данный момент существуют электромагнитные, индукционные и электронные реле.

Мы будем разбирать устройство наиболее распространенных электромагнитных реле. Тем более, что они дают возможность наиболее наглядно понять их принцип работы.

Рисунок 1 – Магнитопровод

 

Начнем с основных элементов любого реле тока. Оно в обязательном порядке имеет магнитопровод. Причем, этот магнитопровод имеет участок с воздушным зазором. Таких зазоров может быть 1, 2 или более — в зависимости от конструкции магнитопровода. На нашем фото таких зазора два.

На неподвижной части магнитопровода имеется катушка. А подвижная часть магнитопровода закреплена пружиной, которая противодействует соединению двух частей магнитопровода.

Рисунок 2 – Катушка магнитопровода