Контакты реле. Средства дуго- и искрогашения

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 36Следующая ⇒

Контакты, являясь важнейшими элементами реле, определяют надежность и срок их службы. По характеру работы контакты подразделяются на замыкающиеся, которые при отсутствии сигнала в обмотке разомкнуты, а при наличии тока в управляющей обмотке замыкаются, и размыкающиеся, которые при отсутствии сигнала в обмотке замкнуты, а при наличии сигнала в обмотке размыкаются. В процессе работы реле контакты могут находиться в следующих состояниях: замкнутом, в процессе размыкания, разомкнутом и в процессе замыкания.

Тяжелым условиям работы контактов, т.е. при которых происходит их наибольший износ, соответствуют замкнутое состояние (через контакты течет весь ток нагрузки) и процесс размыкания (между контактами возникает дуга).

По мере увеличения усилия F_k, действующего на контакты, увеличивается площадь их соприкосновения, а переходное сопро-, тивление уменьшается. При наличии на поверхности контактов окисной пленки необходимо, чтобы механическое напряжение в точках контакта было достаточным для ее разрушения.

Зависимость переходного сопротивления контактов от контактного усилия следующая:

R_к = а/(0, 1F_k)^b,

где.а — коэффициент, зависящий от свойств контактного материала и шероховатости контактной поверхности; F_k — контактное усилие; Ь — показатель, характеризующий форму контактов.

Контакты по форме контактирующих поверхностей и в зависимости от тока, на который они рассчитаны, делятся на три основные группы (рис. 7.10):

точенные — в виде конуса и плоскости или полусферы и плоскости (т. е. теоретически с соприкосновением в одной точке), рассчитанные на небольшие токи;

плоскостные — в виде плоскости и плоскости, рассчитанные па средние токи;

линейные — с соприкосновением по линии, рассчитанные на Сюльшие токи.

Наиболее распространены реле малой и средней мощности с I очечным контактом, обеспечивающим надежное электрическое соединение при небольшом контактном давлении. Контакты таких реле закрепляются на упругих плоских пружинах.

Существуют контакты специальных типов: вакуумные и ртутные.

К материалам, из которых изготовляются контакты, предъявляются особые требования: они должны быть механически прочными, твердыми, иметь высокие температуры плавления, обладать хорошей тепло- и электропроводностью, легко обрабатываться, быть устойчивыми к коррозии и эрозии, а также дешевыми.

На практике при выборе материала контактов учитывают следующие соображения:

для реле, рассчитанных на малые контактные усилия 0, 01....0, 03 Н и при необходимости высокой чувствительности, используют платину;

для реле, рассчитанных на контактные усилия 0, 05... 1 Н и малую частоту срабатываний, используют серебро;

для реле, рассчитанных на контактное усилие 0, 3... 1 Ни большую частоту срабатываний, используют металлокерамику;

для реле, рассчитанных на контактное усилие свыше 1 Н и большую частоту срабатываний, используют вольфрам.

Основной причиной разрушения контактов, определяющей срок их службы, является газовый разряд, возникающий при размыкании.

Причиной интенсивного разряда является наличие в управляемой цепи реактивного сопротивления. Если оно имеет емкостный характер, то интенсивное искрение наблюдается при замыкании контактов. Если же в управляемой цепи имеется значительная индуктивность, то особенно сильный и затяжной разряд возникает при разрыве этой цепи из-за образующегося перенапряжения на контактах. В большинстве случаев управляемая цепь содержит индуктивность.

Применяются два основных метода искро- и дугогашения: шунтирование индуктивности разрываемой цепи и шунтирование контактов. В обоих случаях, пока контакты замкнуты в магнитном поле индуктивности, накапливается энергия, которая при размыкании контактов расходуется не в дуге, а в шунтирующем устройстве. Методы искрогашения сводятся к обеспечению замедленного исчезновения тока.

На рис. 7.11 изображены основные схемы искрогашения в контактах. В схеме, показанной на рис. 7.11, а, применяется метод шунтирования индуктивной нагрузки последовательным включением емкости с сопротивлением R_ш. В момент размыкания контактов в контуре, образованном нагрузкой и шунтом, под действием энергии, запасенной в магнитном поле, возникает ток переходного процесса, который протекает еще некоторое время после размыкания контактов, предотвращая тем самым наведение высокой ЭДС самоиндукции. Энергия магнитного поля переходит в теплоту, которая выделяется на сопротивлении шунта R_ш. Наличие конденсатора в схеме исключает прохождение тока нагрузки при замкнутых контактах, а следовательно, исключаются потери энергии в сопротивлении шунта.

Для того чтобы в контуре L_н—R_н— С—R_шне возникли автоколебания тока, емкость выбирают из условия

R_н + R_ш ≥ 2

В схеме на рис. 7.11, б диод шунтирует индуктивную нагрузку и пропускает ток переходного процесса I, который создает ЭДС самоиндукции в момент разрыва управляемой цепи. При замкнутых контактах диод заперт напряжением сети и не пропускает ток нагрузки.

На рис. 7.11, в изображена схема шунтирования контактов емкостью с сопротивлением. Здесь емкость исключает протекание тока нагрузки в шунтирующей цепи при разомкнутых контактах. Кроме того, устраняется расход энергии как в цепи нагрузки, так и в шунтирующем сопротивлении, поскольку конденсатор не пропускает постоянный ток. Цепочка R_ш—С создает путь мимо контактов для убывающего после их разрыва тока нагрузки и для рассеяния энергии, запасенной в магнитном поле цепи нагрузки.

После размыкания контактов по мере зарядки конденсатора от нуля до напряжения питания V ток нагрузки постепенно уменьшается до нуля. Таким образом, перенапряжения на контактах не возникает, т.е. напряжение на контактах, как и на конденсаторе, постепенно увеличивается до значения U. Ток в этом случае проходит мимо контактов через цепочку R_ш—С, и дуговой разряд не возникает. Так как на практике емкость конденсатора выбирают порядка 0, 5...2 мкФ, то зарядка конденсатора будет происходить медленно и, следовательно, напряжение на контактах будет также нарастать достаточно медленно по сравнению с их расхождением.

Реле времени

Реле времени создает регулируемую выдержку времени от момента подачи сигнала на срабатывание до момента замыкания (или размыкания) контактов. Программные реле — это разновидность реле времени с несколькими контактами, имеющими различные регулируемые, как правило, независимые друг от друга выдержки времени. Например, существуют реле счета импульсов, контакты которых замыкаются после отсчета заранее заданного числа импульсов, подаваемых на катушку управления. Устройство таких реле имеет много общего с шаговыми искателями.

Для обеспечения выдержки времени применяются электрический разрядный RС-контур, электромагнитные реле с короткозамкнутыми гильзами, механические механизмы (анкерный и планетарный), пневматические и др.

На рис. 7.12 дана схема реле времени с пъезокерамическим элементом. Пьезокерамические материалы, полученные, например, на основе титаната бария, обладают свойством изменять свои линейные размеры в электрическом поле. Пьезокерамический би-морфный элемент (БЭ) состоит из двух прочно склеенных пластинок, на наружных поверхностях которых, а также в месте их соединения размещены металлические обкладки.

Рис. 7.12. Схема реле времени с пьезокерамическим элементом

Верхний слой элемента в электрическом поле удлиняется, нижний — укорачивается. В результате этот элемент, консольно закрепленный на одном конце, изгибается, что приводит к замыканию контакта К1. При снятии электрического поля с обкладок деформация биморфного элемента исчезает, контакт К1 размыкается, а контакт К2 замыкается.

При замкнутой кнопке управления (КУ) конденсатор С и обкладки БЭ заряжены до напряжения U₀, а сам БЭ деформирован. При отключении КУ начинается разряд емкости С на сопротивление R. Напряжение на обкладках БЭ постепенно снижается, и его механическая деформация также постепенно исчезает.

Широко распространены реле времени с механическим замедлением, в частности с часовым механизмом. В таких реле (рис. 7.13) при подаче напряжения на электромагнитный привод 1 растягивается пружина 2 и часовой механизм приходит в действие. Анкер 4, поворачиваясь около оси O₂, «перепускает» зубчатый диск 3, который вращается вокруг оси O₁. Перемещающийся вместе с ним рычаг 8 в конце пути упирается в пластинчатый контакт 9 и замыкает его.

Храповый механизм 6, 7 дает подвижной системе реле возможность возвратиться в исходное положение, когда будет снято напряжение с электромагнитного привода 1. Возврат осуществляется специальной пружиной (на рисунке не показана). Изменяя расстояние от грузика 5 до оси O₂и его массу, можно регулировать момент инерции анкера и через него — выдержку времени реле. Выдержка времени, создаваемая реле с часовым механизмом,

t = α пzТ_а,

где α — угол поворота подвижной системы от начала ее движения до замыкания контактов; п — передаточное число зубчатого механизма; z — число зубьев ходового колеса; T_а — период колебаний анкера,

T_а = 2π

Здесь J — момент инерции анкера; φ — угол поворота анкера при колебаниях; М_дв — момент, создаваемый движущимися силами; М_прд ~ момент, создаваемый противодействующими силами.

В некоторых реле применяется пневматическое или гидравлическое замедление. Изменением сечения отверстия, через которое проникает воздух (или жидкость) из одного объема в другой, достигается регулировка выдержки времени. Наиболее высокие выдержки времени (до нескольких часов) достигаются в реле с планетарными механизмами.

Тепловые реле

Измерительным органом теплового реле является биметаллический элемент, который при нагреве изгибается и переводит систему в отключенное или включенное состояние. Биметаллический элемент представляет собой двухслойную пластинку из металлов с разными температурными коэффициентами линейного расширения. При нагреве слой термоактивного материала металла существенно расширяется, в то время как слой термоинертного материала почти не деформируется. Если один конец биметаллической пластинки жестко закрепить, то другой свободный конец ее будет изгибаться.

Пластинки биметаллического элемента, прочно соединенные между собой, должны иметь возможно большую разность температурных коэффициентов линейного расширения α ₁ – α ₂, что будет увеличивать чувствительность реле. Пределы упругости пластинок биметаллического элемента должны быть высокими. В этом случае большая температура нагрева не будет вызывать остаточных деформаций.

В качестве материала с низким температурным коэффициентом линейного расширения (термоинертного компонента) часто применяется сплав никеля с железом, называемой инваром. Инвар 36 Н содержит 36 % никеля, инвар 42 Н — 42 % никеля. В качестве термоактивных компонентов с высоким температурным коэффициентом линейного расширения используются различные стали, латунь, константан и др.

На рис. 7.14 изображена конструктивная схема теплового реле. Биметаллическая пластина 1 такого реле упирается в верхний конец пружины 7. Нижний конец пружины давит на выступ пластмассовой колодки 4, которая может поворачиваться вокруг оси О₁. В положении, изображенном на рисунке, движение пластины 1 и верхнего конца пружины 7 влево ограничено упором 8. Сила пружины 7 воздействует на выступ пластмассовой колодки 4 так, что она оказывается повернутой по часовой стрелке, а укрепленный на ней подвижный контакт 5 — замкнутым с неподвижным контактом 6.

При протекании повышенного тока по нагревательному элементу (НЭ) биметаллическая пластина 1 нагревается, и ее нижний конец перемещается в направлении стрелки А. В результате верхний конец пружины 7 переходит вправо, и создаваемая ею сила воздействует на колодку 4 так, что та поворачивается на некоторый угол против часовой стрелки, и контакты 5 и 6 размыкаются. Упоры 3 и 8 ограничивают перемещение нижнего конца пластины 1. Возврат реле в исходное положение может происходить самопроизвольно, когда биметаллическая пластинка остынет. В других конструкциях перевод реле в исходное положение осуществляется кнопкой ручного возврата

Рис. 7.14. Схема теплового реле:

1 — биметаллическая пластинка; 2 — кнопка ручного возврата; 3, 8 — упоры; 4 — пластмассовая колодка; 5 — подвижный контакт; 6 — неподвижный контакт; 7 — пружина

Контрольные вопросы

1. Каковы основные свойства реле?

2. Как устроено и как работает нейтральное электромагнитное реле постоянного тока?

3. Какие существуют основные этапы работы реле?

4. Что представляют собой тяговые и электромеханические характеристики реле?

5. В чем состоят особенности конструкции реле переменного тока?

6. Как устроено, как работает и для чего предназначено поляризованное электромагнитное реле?

7. Какие существуют методы и средства дуго- и искрогашения на контактах реле?

8. Каковы назначение и принцип работы реле времени?

9. Для чего применяется и как устроено реле времени с механическим замедлением?

10. Как устроено и как работает тепловое реле?

Глава 8

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

⇐ Предыдущая 9 10 11 12 131415 16 17 18 Следующая ⇒