Исследование реле напряжения

Цель работы. Исследование электромагнитного реле постоянного тока типа РЭ-510 путем снятия следующих характеристик:

1) зависимости напряжения срабатывания и отпускания, а также коэффициента возврата от величины натяжения противодействующей пружины;

2) зависимости времени срабатывания и отпускания от значений напряжения на катушке реле и натяжения противодействующей пружины.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В настоящее время во всех отраслях хозяйства широко применяются электрические аппараты, которые защищают электрические цепи от токов короткого замыкания и перегрузок, производят автоматическое включение и отключение систем, станков, электрических машин. Одной из разновидностей таких аппаратов являются реле.

Реле относится к контролирующим аппаратам, т.е. осуществляет контроль заданных электрических или неэлектрических величин.

Реле - это аппарат, у которого полному диапазону изменения входной величины соответствует всего два дискретных установившихся значения выходной величины .

По принципу действия реле делятся на электромагнитные, поляризованные, индукционные, магнитоэлектрические и другие.

В зависимости от входного параметра реле бывают: реле тока, напряжения, мощности, частоты и других величин.

По принципу действия на управляемую цепь реле делятся на контактные и бесконтактные.

Реле обычно содержит три основных функциональных элемента: воспринимающий, промежуточный, исполнительный.

Воспринимающий (контролирующий) элемент воспринимает контролируемый параметр и преобразует его в физическую величину, необходимую для работы реле. В контактных реле контролируемый параметр преобразуется воспринимающим элементом, как правило, в механическую силу.

Промежуточный элемент (у контактных реле - пружина) сравнивает преобразованный первичный параметр с эталоном (заданной величиной) и при превышении контролируемым параметром заданного значения позволяет реле сработать, т.е. передает первичное воздействие исполнительному элементу.

Исполнительный элемент воздействует на управляемую цепь, изменяя выходной параметр . В контактных реле исполнительным элементом является подвижная контактная система.

Основной характеристикой всякого реле является характеристика «вход-выход». Эта характеристика (рис.9.1) устанавливает связь между входной и выходной величинами. При возрастании входной величины до некоторого значения , при котором реле срабатывает, происходит скачкообразное изменение выходной величины от нуля (или от для бесконтактных реле) до значения _. Последняя при дальнейшем увеличении остается неизменным. Если после срабатывания входной параметр уменьшить, то при происходит скачкообразное уменьшение выходного параметра с до нуля (или до для бесконтактных реле) (рис.9.1).

Параметры реле разделяют на статические и динамические.

Статические параметры: параметр срабатывания; параметр отпускания; коэффициент возврата; коэффициент запаса.

Динамические параметры: время срабатывания; время (отпускания) отключения.

Рис.9.1. Характеристика «вход – выход» реле

Параметр срабатывания - значение входной величины, при котором происходит срабатывание реле.

Параметр отпускания - значение входной величины, при котором происходит отпускание реле.

Коэффициент запаса по срабатыванию

,

где - рабочее значение входной величины.

Время срабатывания - время с момента подачи входного параметра до момента скачкообразного изменения выходного параметра. Это время зависит от конструкции реле и величины входного параметра.

Время отключения - время с момента исчезновения входного параметра (или достижения им значения ) до момента достижения минимального значения выходного параметра. Время отключения состоит из времени отпускания и времени гашения дуги .

На рис.9.2,а представлена зависимость тока в управляемой цепи от времени, а на рис.9.2,б - в управляющей цепи (обмотка реле). При этом введены следующие обозначения:

- время трогания; - время движения;

- время срабатывания; - время работы реле;

- время отпускания; - время гашения дуги;

- время отключения; - время выбора провала контактов.

Рис.9.2. Токовые диаграммы реле
(а – управляемая цепь, б – управляющая цепь)

2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Предметом исследования является реле типа РЭ-510/21, которое применяется в качестве реле напряжения, времени и тока в схемах автоматического управления постоянного тока. Реле изготавливается в открытом исполнении и рассчитано на работу в местах, защищенных от попадания пыли и влаги. Реле имеет втягивающиеся катушки на 12, 24, 46, 110, 220 В постоянного тока. Конструкция реле типа РЭ-510/21 приведена на рис.9.3, где: 1 - сердечник; 2 - демпфер; 3 - противодействующая пружина; 4 - гайка регулирования; 5 - винт упорный; 6 - якорь; 7 - немагнитная прокладка; 8 - намагничивающая катушка реле; 9 - контактная система. Магнитная цепь реле включает сердечник 1, выполненный из стали АРМКО, и якорь 6.

Исследования проводятся по схеме, приведенной на рис.9.4.

Схема работает следующим образом. Включается выключатель , включение исследуемого реле производится нажатием кнопки «пуск», после чего срабатывает промежуточное реле и замыкает свои нормально открытые (Н.О.) контакты в цепи реле (РЭ-510/21), а также шунтирует кнопку "пуск". Таким образом, реле получает питание и срабатывает. Последовательно с катушкой реле включаются добавочные сопротивления и для изменения электромагнитной постоянной времени цепи. Напряжение на катушке измеряется вольтметром .

Рис.9.3. Конструкция реле типа РЭ-510/21

Рис.9.4. Схема лабораторной установки

Время срабатывания и опускания измеряется электрическим секундомером . Схема включения секундомера изображена на рис.9.4 и предусматривает возможность измерения как времени срабатывания, так и времени отпускания исследуемого реле. Питание электросекундомера осуществляется через выключатель . Для измерения времени срабатывания выключатель оставляется в отключенном положении. При срабатывании промежуточного реле одновременно с подачей напряжения на реле включается в работу электросекундомер. Он останавливается только после срабатывания реле , открывающего свой нормально закрытый (Н.З.) контакт в цепи электросекундомера. Таким образом, в этом случае электросекундомер замеряет время срабатывания исследуемого реле.

Для измерения времени отпускания выключатель замыкается. Нажатием кнопки "стоп" обесточивается катушка промежуточного реле и с обмотки исследуемого реле снимается напряжение. Одновременно размыкается Н.О. контакт промежуточного реле в цепи электросекундомер останавливается при замыкании Н.З. контакта реле , шунтирующего двигатель электросекундомера (т.е. замыкаются накоротко зажимы «*» и К, рис.9.4).

3. ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

3.1. Выключатели автоматические (, ) - А3161, =110 В, 220 В, 15 А.

3.2. Выключатель - АЕ1000, 220 В, 16 А.

3.3. Переключатель пакетный - ПП-2, 6 А, 220 В.

3.4. Кнопки управления ПКЕ-622-2.

3.5. Промежуточное реле - МКУ48-С, 110 В, PA4.500.181.

3.6. Вольтметр - М367, 150 В.

3.7. Реостат - РСПС, 200 Ом, 1 A.

3.8. Реостат - РСПС, 66 Ом, 3 А.

3.9. Реле - PЭ-510/21.

3.10. Электросекундомер - ПВ-53Л.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1. Ознакомиться с конструкцией реле РЭ-510/21 и схемой испытания.

4.2. Снять зависимость напряжения срабатывания, напряжения отпускания и коэффициента возврата исследуемого реле от значения натяжения противодействующей пружины.

4.2.1. Установить минимальное натяжение пружины;

4.2.2. Выключатель включить, а выключатель выключить.

4.2.3. Включить выключатель .

4.2.4. Потенциометр полностью вывести для получения минимального напряжения срабатывания.

4.2.5. Включить кнопкой «пуск» промежуточное реле , а следовательно, и исследуемое реле .

4.2.6. Потенциометром медленно увеличить напряжение на катушке реле до момента срабатывания реле, замерить напряжение срабатывания по вольтметру и его значение занести в табл.9.1.

4.2.7. Потенциометром плавно уменьшить напряжение на катушке реле до значения напряжения отпускания. Заметить это напряжение по вольтметру и его значение занести в табл.9.1.

4.2.8. Нажать кнопку «стоп», чтобы выключить схему.

4.2.9. Выключить выключатель .

4.2.10. Увеличить натяжение пружины и снова измерить напряжение срабатывания и отпускания, повторив действия, описанные в пунктах 4.2.3 - 4.2.9.

Примечание: Натяжение пружины измерить по числу оборотов закручивания гайки (шаг - 1 оборот).

Значение напряжений срабатывания и отпускания и число оборотов записать в табл.9.1.

Исследование провести для 6 - 8 значений натяжения противодействующей пружины.

Таблица 9.1

№ опыта	Количество оборотов гайки , об.	Напряжение срабатывания , В	Напряжение отпускания , В
:::

4.3. Снять зависимость времени срабатывания от величины подаваемого на катушку напряжения .

4.3.1. Подключить секундомер.

4.3.2. Включить выключатель .

4.3.3. Включить кнопкой «пуск» промежуточное реле , а следовательно, и исследуемое реле . Установить потенциометром минимальное напряжение срабатывания для данного натяжения пружины (по опыту 4.2).

4.3.4. Нажатием кнопки «стоп» отключить реле и включить выключатель .

4.3.9. Выключить выключатель , а выключатель включить.

4.3.6. Включить кнопкой «пуск» промежуточное реле . Этим самым включается исследуемое реле . После размыкания Н.З. контакта реле электросекундомер останавливается.

4.3.7. Замерить по секундомеру время срабатывания.

4.3.8. Значение напряжения, подаваемого на катушку реле , и время срабатывания записать в табл.9.2.

4.3.9. Нажать кнопку «стоп».

4.3.10. Увеличить напряжение срабатывания и повторить пункты 4.3.6 - 4.3.9.

Примечания:

1. Натяжение пружины в ходе данного исследования остается неизменным и его значение устанавливается по заданию преподавателя.

2. Напряжение срабатывания вначале изменять с шагом 4 … 5 В, а потом с шагом 10 … 20 В.

Таблица 9.2

Напряжение срабатывания , В
Время срабатывания , с

4.4. Снять зависимость времени отпускания от знвчения натяжения противодействующей пружины.

4.4.1. Включить выключатели и .

4.4.2. Установить максимальное натяжение пружины (по данным опыта 4.2).

4.4.3. Включить выключатель .

4.4.4. Включить кнопкой «пуск» промежуточное реле . Этим самым включается исследуемое реле . Установить потенциометром напряжение срабатывания, соответствующее максимальному натяжению пружины.

4.4.5. Нажатием кнопки «стоп» отключить реле и включить выключатель .

4.4.6. Включить кнопкой «пуск» промежуточное реле . Испытуемое реле срабатывает.

4.4.7. Нажать кнопку «стоп».

4.4.8. По секундомеру определить время отпускания и его значение занести в табл.9.3.

4.4.9. Выключить выключатели и .

4.4.10. Уменьшить натяжение пружины и повторить пункты 4.4.3 - 4.4.9.

Примечание: Напряжение срабатывания, установленное по максимальному натяжению пружины, остается в ходе опыта неизменным.

Значение времени отпускания и число оборотов гайки, которым определяется величина натяжения пружины, записать в табл.9.3.

Таблица 9.3

Количество оборотов гайки , об.
Время отпускания , с

4.5. Определить влияние электромагнитной постоянной цепи на время срабатывания реле.

4.5.1. Измерить время срабатывания реле при минимальном напряжении срабатывания.

Примечания:

1. Величину натяжения пружины установить по указанию преподавателя.

2. Выключатель включить.

4.5.2. Измерить время срабатывания реле при включении добавочного сопротивления (выключатель выключить) и напряжении на реле, равном напряжению при включении без добавочного сопротивления в предыдущем замере.

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТОВ

5.1. Построить зависимость напряжения срабатывания, напряжения отпускания и коэффициента возврата от натяжения противодействующей пружины по данным табл.9.1.

5.2. Построить зависимость времени срабатывания от подаваемого на катушку напряжения по данным табл.9.2.

5.3. Построить зависимость времени отпускания от значения натяжения противодействующей пружины по данным табл.9.3.

6. ВЫВОДЫ

Дать анализ полученных при исследовании результатов.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Как классифицируются реле?

2. Какие параметры реле являются статистическими, а какие динамическими?

3. Как устроено реле напряжения?

4. Как определить коэффициент возврата реле?

5. Какова зависимость напряжения срабатывания, отпускания и коэффициента возврата от натяжения противодействующей пружины?

6. Как зависит время срабатывания от значения подаваемого на катушку реле напряжения?

7. Как зависит время отпускания от силы противодействующей пружины?

8. Какое влияние оказывает электромагнитная постоянная цепи на время срабатывания реле?

CПИСOK РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чунихин А.А. Электрические аппараты. - К.: Энергия, 1975. - 675 с.

2. Родштейн Л.А. Электрические аппараты. - Л.: Энергоиздат, 1981. - 303 с.

3. Таев И.С. Электрические аппараты автоматики и управления. - М.: Высш. шк., 1975. - 224 с.