Описание конструкции реле

Конструкция герконового реле, показанная на рис.3, а, имеет разомкнутую магнитную цепь. По этой при­чине большая доля МДС катушки расходуется на прове­дение магнитного потока по воздуху. Кроме того, такая конструкция подвержена воздействию внешних магнитных полей, создаваемых расположенными рядом электротехни­ческими устройствами. Конструкция (рис.3, а)может и сама явиться источником электромагнитных помех для этих устройств. Для устранения этого недостатка магнит­ная система герконового реле заключается в кожух (эк­ран) из магнитомягкого материала. При этом увеличивается магнитная проводимость и снижа­ется МДС срабатывания. С целью увеличения эффектив­ности экрана паразитный зазор стараются уменьшить либо увеличить его площадь. Ре­гулирование значений МДС срабатывания и отпускания в условиях серийного производства может производиться за счет либо изменения зазора , либо изме­нения положения магнитного шунта, либо осевогосмещения геркона в обмотке. Герконы могут быть установлены как внутри (рис.7, а), так и снаружи управляющей обмотки (рис.7,б).

Условия работы герконов в многоцепевых герконовых реле характеризуются следующими особенностями. Во-пер­вых, даже герконы одного типа и из одной партии имеют технологический разброс по МДС срабатывания и МДС отпускания.

               

Рисунок 7. Конструктивные выполнения герконовых реле.

 

Во-вторых, из-за неравномерности магнитного поля первым срабатывает геркон, находящийся в области с большей напряженностью поля. В-третьих, срабатывание одного геркона приводит к магнитному шунтированию других, в результате МДС срабатывания второго геркона после срабатывания первого увеличивается. В этом отно­шении конструкция с внешним расположением герконов (рис.7, б) предпочтительнее, чем с внутренним, так как обеспечивает меньшее взаимное влияние соседних герконов. Число герконов в одном реле может достигать 12 и более. По перечисленным причинам разные контакты многоцепевых герконовых реле замыкаются и размыкаются неодновременно, что является их недостатком по сравне­нию с электромагнитными реле обычного типа.

                      

Рисунок 8. Многоцепевые герконовые реле.

Герконовые реле разнообразны по конструкции и на­значению. На рис.8 показан принцип действия герконового реле тока. В реле контроля большого тока ис­пользуется компоновка, по­казанная на рис.7. Кон­тролируемый ток I проходит по шине 1. Магнитное поле этого тока замыкается вокруг шины и по КС геркона 2. Ток срабатывания геркона может регулироваться за счет изменения угла и рас­стояниях между шиной и герконом.

Наименьший ток срабатывания имеет место при = 90°. При =0 геркон не срабатывает при любом значении тока, так как магнит­ный поток в направлении продольной оси КС равен нулю.

Если кроме основного поля управления (МДС F_y) соз­дать дополнительное поляризующее магнитное поле за счет специальной обмотки (МДС F_n) или постоянного маг­нита, то герконовое реле становится поляри­зованным. Если

то под действием МДС F_n кон­такты геркона замкнутся. Для размыкания контактов МДС обмотки управления F_y должна быть меньше F_n и иметь об­ратный знак. Если продолжать увеличивать F_y, то при оп­ределенном ее значении произойдет повторное замыкание контактов геркона. В общем случае можно написать

где МДС поляризации F_n может быть положительной (совпадать по знаку с F_y) или отрицательной. В послед­нем случае

 

 5.1 ЗАДАЧА 4

 

Определить токи срабатывания и отпускания, а также коэффициент возврата нейтрального экранированного герконового реле, содержащего обмотку управления с числом витков W = 25000 и один симметричный замыкающийся  магнитоуправляемый контакт (обмотка управления не показана), смотреть рис.5.

 

    

Рисунок 9. Нейтральное экранированное герконовое реле.

Исходные данные для расчетов.

Размеры электродов геркона: длина L = 20 мм; ширина b =2.6 мм;

толщина h = 0.5 мм. Жесткость электродов С = 1,66*10³ Н/м. Длина

перекрытия в рабочем зазоре L _б =1,2 мм. Величина конечного рабочего

зазора δ _мин = 0,01 мм. Коэффициент симметрии геркона К _см =0,5.

Коэффициент магнитной проводимости путем рассеяния К _рас =0,1.

Коэффициент магнитной проводимости магнитопровода К _ст = 2.

Величина начального рабочего зазора δ _о =0,24 мм.

 

Решение

МДС срабатывания  реле  определяем  уравнением:

F_cр =

Где μ ₀ = 4π * 10^-7 Г/М (магнитная постоянная)

F _ср =

Тогда ток срабатывания реле

I _ср = ,    W=25000 витков.

I _ср =  A

Аналогично определяем уравнением МДС отпускания реле:

F _отп =

F _отп =

Отсюда ток отпускания реле

I _отп = ,

I _отп =  А

Коэффициент возврата реле

К _В = ,

К _В =

 

 

 

6. ОПИСАНИЕ РЕЗИСТОРА

Резисторы являются элементами электронной аппаратуры и могут применяться как дискретные компоненты или как составные части интегральных микросхем. Дискретные резисторы классифицируются по назначению, виду ВАХ, по способу защиты и по способу монтажа, характеру изменения сопротивления, технологии изготовления.

По назначению:

 - резисторы общего назначения;

 - резисторы специального назначения:

 - высокоомные (сопротивления от десятка МОм до единиц ТОм, рабочие напряжения 100.400 В);

 - высоковольтные (рабочие напряжения — десятки кВ);

 - высокочастотные (имеют малые собственные индуктивности и ёмкости, рабочие частоты до сотен МГц);

 - прецизионные и сверхпрецизионные (повышенная точность, допуск 0,001 — 1 %).

По характеру изменения сопротивления:

  - Постоянные резисторы (для навесного монтажа).      

  - Переменный резистор.  

  - Подстроечные резисторы.      

  - Прецизионный многооборотный подстроечный резистор.

- Переменные регулировочные резисторы.

- Переменные подстроечные резисторы.

По способу защиты:

 - изолированные;

 - неизолированные;

 - вакуумные;

 - герметизированные.

По способу монтажа:

 - для печатного монтажа;

 - для навесного монтажа;

 - для микросхем и микромодулей.

По виду вольт-амперной характеристики:

 - линейные резисторы;

 - нелинейные резисторы:

 - варисторы — сопротивление зависит от приложенного напряжения;

 - терморезисторы — сопротивление зависит от температуры;

 - фоторезисторы — сопротивление зависит от освещённости;

 - тензорезисторы — сопротивление зависит от деформации резистора;

 - магниторезисторы — сопротивление зависит от величины магнитного поля.

 - мемристоры (разрабатываются) — сопротивление зависит от протекавшего через него заряда (интеграла тока за время работы).

По технологии изготовления :

  - Проволочный резистор с отводом. 

  - Плёночный угольный резистор (часть защитного покрытия удалена для демонстрации токопроводного слоя).

Для более плавного изменения сопротивления служат реостаты со скользящим контактом (рис. 6). Перемещая движок, можно включать в цепь большую или меньшую часть обмотки реостата.

Рисунок 10. Реостат со скользящим контактом: а) общий вид; б) схема включения. Обмотка реостата 1 навита на фарфоровый цилиндр 2. Скользящий контакт 3 соединяет произвольную точку обмотки со стержнем 4 и зажимами 5 и 6. Фарфоровый цилиндр реостата 2 укреплен на металлических щеках 7. На них же укреплен стержень 4 (на изолирующих прокладках в местах зажимов 5 и 6). Концы обмотки реостата выведены к зажимам 8 и 9.

Проволочные резисторы. Наматываются из проволоки с высоким удельным сопротивлением на какой-либо каркас(константановая проволока, никелиновая проволока). Обычно имеют значительную паразитную индуктивность. Для снижения паразитной индуктивности почти всегда выполняются с бифилярной намоткой. Высокоомные малогабаритные проволочные резисторы иногда изготавливают из микропровода. Иные типы резисторов называются непроволочными резисторами.

Металлоплёночные и композитные резисторы. Резистивный элемент представляет собой тонкую плёнку металлического сплава или композитного материала с высоким удельным сопротивлением, низким коэффициентом термического сопротивления, обычно нанесённую на цилиндрический керамический сердечник. Концы сердечника снабжены напрессованными металлическими колпачками с проволочными выводами для монтажа. Иногда, для повышения сопротивления, в плёнке исполняется винтовая канавка для формирования спиральной конфигурации проводящего слоя. Сейчас это наиболее распространённый тип резисторов для монтажа в отверстия печатных плат.

По такому же принципу выполнены резисторы в составе гибридной интегральной микросхемы: в виде металлических или композитных плёнок, нанесённых на обычно керамическую подложку методом напыления в вакууме или трафаретной печати.

Металлофольговые резисторы. В качестве резистивного материала используется тонкая металлическая лента.

Угольные резисторы. Изготавливаются в виде плёночных и объёмных. Плёнки или резистивные тела представляют собой смеси графита с органическими или неорганическими веществами.

Интегральный резистор. Резистивный элемент — слаболегированный полупроводник, формируемый в кристалле микросхемы в виде обычно зигзагообразного канала, изолированного от других цепей микросхемы p-n переходом. Такие резисторы имеют большую нелинейность вольт-амперной характеристики. В основном используются в составе интегральных монокристаллических микросхем, где применить другие типы резисторов принципиально невозможно.

 

6.1 ЗАДАЧА 5

           

В пуско- регулировочном реостате используется резисторы, выполненные из константановой проволоки, намотанной на теплоемкий фарфоровый цилиндр, имеющий желобки для укладки проволоки. Диаметр цилиндра D = 36 мм, число желобков n = 30, активная длина цилиндров L = 100 мм, масса цилиндра G _к = 180 г, диаметр проволоки d = 1,6мм.

Определить сопротивление и нагрузочную способность резистора при длительном режиме работы, а также постоянную времени нагрева, коэффициент перегрузки и допустимый ток перегрузки для кратковременного режима работы длительностью t_кр = 20 с.

Решение:

Определяем сопротивление резистора по формуле:

R =  ,

Где ρ₀= 5*10^-5 Ом*см – удельное сопротивление константана при 0⁰ С;

a = 3*10^-5 1/⁰C – температурный коэффициент сопротивления для константа;

L_пр = πDn – длина проволоки, укладываемой в желобки цилиндра, см;

S _пр – сечение проволоки, см²;

Т = 500 ⁰С – допустимая температура нагрева константановой проволоки на фарфоровом каркасе.

R =  Ом

Определяем нагрузочную способность резистора при длительном режиме работы по формуле:

I _дл = ,

Где  К_m = 0.02 Вт/(см²*град) –коэффициент теплоотдачи с поверхности проволоки;

F _пр = πdL_пр = π²dDn – поверхность проволоки, см²;

Τ_доп = 400 ⁰С – допустимое превышение температуры константановой проволоки над температурой окружающей среды внутри реостата.

F _пр = 3,14²*1,2*36*30 = 12778 (см²)

I _дл = (А)

Рассчитаем постоянную времени нагрева резистора при кратковременном режиме работы по формуле:

ə = ,

где β _к = 0,35 – коэффициент, учитывающий участие фарфорового цилиндра в теплоотводе от проволоки в кратковременном режиме работы;

с _к = 1,05 Дж/(г*град) – удельная теплоемкость фарфора;

с ₀ = 0,4 Дж/(г*град) – удельная теплоемкость константа;

G ₀ = γ ₀ S _пр L _пр = γ ₀ π²d²Dn/4 – масса проволоки резистора

( здесь γ ₀ = 8,9 г/см³ – плотность константана);

К_мк = 0,0023 Вт/(см²град) – коэффициент теплоотдачи с поверхности фарфорового цилиндра;

F _к = πDL см – наружная боковая поверхность охлаждения цилиндра.

Для расчета ə, необходимо высчитать

G ₀ = 8,9*1,13*3391=34105 г

F _к = 3,14*36*100=11304 см

ə =

 

 

Коэффициент перегрузки резистора по току в кратковременном режиме работы:

ρ =

 

 

Допустимый ток перегрузки резистора в кратковременном режиме работы

I _кр = ρ*I _дл = 1,17*26 = 30 А.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В процессе выполнения курсового проекта по дисциплине «Электрические и электронные аппараты » были проведены расчёты : токопроводящих шин автоматического выключателя постоянного тока;  для пуска короткозамкнутого асинхронного двигателя тип пускателя и тепловых реле; для защиты от токов короткого замыкания короткозамкнутого асинхронного двигателя сечение медной плавкой вставки; токи срабатывания и отпускания нейтрального экранированного герконового реле; в пуско-регулировочном реостате сопротивление и нагрузочная способность при длительном и кратковременном режиме работы.

В курсовом проекте раскрыты вопросы для самостоятельной работы по темам : классификации аппаратов по их назначению;  режимы работы электрических аппаратов. Проведено оформление графической части.

Курсовое проектирование – важная составляющая при получении высшего образования. Оно позволяет закрепить, углубить и обобщить теоретические знания, полученные в процессе изучения технических дисциплин и повысить уровень знаний студентов. Также развиваются навыки самостоятельного решения инженерных задач.

 

 

7. СПЕЦВОПРОСЫ.

17.1 КЛАССИФИКАЦИЯ АППАРАТОВ ПО ИХ НАЗНАЧЕНИЮ

Электрический аппарат представляет собой устройство необходимое для осуществления операций запуска и отключения цепей электрического тока. Это оборудование требуется для выполнения функций по контролю, защите и управлению различными установками, служащими для передачи, преобразования, распределения и потребления электрической энергии.

Электроаппараты нашли своё применение в быту и в самых разных областях промышленности. В некоторых случаях такие аппараты исполняют роль вспомогательного устройства. Определенная категория электрических устройств может выполнять контролирующую и корректирующую функцию, что позволяет добиться бесперебойной работы электрического оборудования и предупредить появление возможных сбоев и поломок электрических машин.

Классификация электрических аппаратов

В большинстве своём работа электрических аппаратных устройств не ограничивается выполнением какой-то одной конкретной функции, а, напротив, связана с реализацией целого набора действий. В связи с этим возникает определенная трудность в разделении таких устройств на конкретные виды и группы.

Для того чтобы провести классификацию электрических аппаратов, важно выделить главные функциональные особенности конкретных типов электрического оборудования:

1. Коммутационные устройства. Такое оборудование служит для размыкания и замыкания цепей электрического тока. К таким устройствам относятся различные рубильники, выключатели, разъединители.

2. Устройства защиты. Аппараты предохраняют проводящие элементы электрических цепей от перепадов напряжения, повышенной нагрузки сети и замыканий. Представленные функции защиты могут быть реализованы в различных видах предохранителей и реле.

3. Аппараты, регулирующие запуск электрических машин. Устройства подобного рода предназначены для обеспечения плавного пуска и остановки промышленных потребителей электрического тока. Аппараты регулируют скорость вращения якоря двигателя. К подобным устройствам можно отнести пускатели, реостаты, контакторы.

4. Ограничивающие аппараты. Подобные устройства называют реакторами и разрядниками, они обладают функцией ограничения токов короткого замыкания и перенапряжения.

5. Аппараты, обеспечивающие контроль различных параметров электрических цепей. Самые распространенные виды таких устройств – датчики и реле.

6. Аппараты, позволяющие проводить корректировку и изменение различных параметров электрического оборудования. К таким аппаратам относятся регуляторы и стабилизаторы.

7. Измерительные аппараты. Функция данного оборудования сводится к тому, чтобы обеспечить изоляцию линии первичной коммутации от цепей измерительных приборов и приборов защиты.

8. Устройства для проведения работ механического характера. Основным элементом таких устройств является электромагнит, призванный выполнять конкретные функции: подъемный электромагнит, электромагнитный тормоз.

Каждое электрическое устройство имеет в своем составе три основных элемента:

· воспринимающий;

· преобразующий;

· исполнительный элемент.

Если исходить из принципа действия воспринимающего элемента устройства, то электрические аппараты подразделяются на электромагнитные, индукционные, полупроводниковые, магнитные.

В зависимости от принципа действия исполнительного элемента, электрические устройства подразделяются на контактные и бесконтактные аппараты.

Существует еще ряд принципиальных различий, связанных с особенностями эксплуатации рассматриваемого оборудования, которые позволяют провести разделение электрических устройств на определенные группы. Электрические аппараты могут быть рассчитаны на высокое или низкое напряжение. По продолжительности работы, такие устройства могут работать в режиме кратковременной или продолжительной эксплуатации.

Если принимать во внимание принцип управления, то можно выделить два основных вида устройств: с автоматическим и ручным управлением.

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: