Реле времени электромагнитное: Методические указания к самостоятельной работе и выполнению лабораторной работы

Министерство образования Российской Федерации Дальневосточный государственный технический университет им. В.В. Куйбышева

РЕЛЕ ВРЕМЕНИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ Методические указания к самостоятельной работе и выполнению лабораторной работы по теме «Электромагнитные реле» дисциплины «Электрические и электронные аппараты» для студентов специальности 180400 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов», 180900 «Электрооборудование и автоматика судов»

Владивосток 2003

Одобрено методическим советом университета УДК 621. 397. 62 Методические указания к самостоятельной работе и выполнению лабораторной работы по теме « Электромагнитные реле времени» дисциплины «Электрические и электронные аппараты» содержат общие сведения о принципе работы, устройстве, способах настройки, даны рекомендации по определению статических и динамических характеристик и параметров работы, приведены требования при оформлении отчетов. Методические указания предназначены для студентов специальности 180400 « Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов», 180900 «Электрооборудование и автоматика судов». Составили канд. технических наук доценты кафедры Автоматического управления техническими системами П.Я.Бункин, Л.С.Козлитин. Печатается с оригинал-макета, подготовленного автором.

© П.Я Бункин Л.С.Козлитин, 2002

© Изд-во ДВГТУ 2002

2

Целью лабораторной работы является ознакомление студентов с устройством и принципом действия электромагнитных реле времени, получении ими навыков в настройке реле на необходимое время срабатывания и отпуска несколькими способами, определении основных параметров работы реле, построении необходимых временных характеристик. 1.Общие положения В системах управления часто возникает необходимость включения в определенном порядке тех или иных устройств в различные моменты времени. Подобные задачи решаются с помощью электрических аппаратов под названием реле времени. Реле времени также используется при необходимости задержки сигнала при его прохождении по каналу. Принцип получения задержки приведен на рис.1. Если входной сигнал реле времени появится в момент t 1 и его необходимо задержать на время ∆t, то он снова начнет воздействовать на систему управления в виде выходного сигнала в момент t2. Разработаны, исходя из принципа действия разнообразные типы реле времени: электромагнитные, построенные на базе магнитных усилителей, электромеханические, моторные, электронные, цифровые и т.д. Требуемая задержка у реле времени лежит в широких пределах: от 0,1 С до нескольких часов. Частота срабатывания может достигать нескольких сот в минуту. Исходя из этих требований, они должны обладать повышенной надежностью и точностью в работе. Разнообразие типов реле обусловлено тем, что ни один тип не может перекрыть весь диапазон задержек с требуемой точностью выдержки времени. Кроме этого они должны быть удобны в эксплуатации, иметь минимально возможные габариты, вес и стоимость. 1.1. Электромагнитные реле времени Разработано два типа электромагнитных реле времени: индуктивное и анкерное. В индуктивном реле задержка получается за счет того, что контур катушки реле можно представить, как состоящий из активного и индуктивного сопротивлений, характеризуется постоянной времени и поэтому обладает инерционностью. При работе реле происходит изменение воздушного зазора между якорем и сердечником электромагнита, что приводит к изменению величины индуктивности сердечника, а следовательно и индуктивного сопротивления катушки. При отсутствии напряжения на катушке реле якорь электромагнита оттянут от сердечника. Воздушный зазор имеет максимальную величину, а индуктивное сопротивление получается наименьшим. Поэтому в момент подачи напряжения на катушку постоянная времени контура наименьшая и, следовательно, время срабатывания невелико. После срабатывания реле якорь электромагнита притянут к сердечнику и воздушный зазор минимален, а индуктивность катушки максимальна. Реле времени этого типа снабжается дополнительной, короткозамкнутой обмоткой. В момент отключения в сердечнике электромагнита имеет место резко изменяющийся магнитный поток. 3

Изменяющийся с большей скоростью магнитный поток наводит в короткозамкнутой обмотке ЭДС, по ней пойдет ток, который создает дополнительный магнитный поток в сердечнике направленный на поддержание спадающего магнитного потока от катушки. Общий поток равный сумме потоков от основной катушки и короткозамкнутой обмотки спадает медленнее, тем самым создает задержку времени отпуска якоря электромагнита реле. Устройство реле приведено на рис.1. К основанию реле 5 закреплен П-образный магнитопровод 1, на призме которого поворачивается якорь электромагнита 2 с закрепленной немагнитной прокладкой 3. К якорю на немагнитном кронштейне закреплена система подвижных контактов 6 с пружиной провала контактов. Неподвижные контакты установлены на основании реле. На один стержень магнитопровода одета намагничивающая катушка 7, на другой- короткозамкнутая обмотка 8 в виде овальной гильзы. К магнитопроводу прикреплен неподвижный металлический рычаг, к якорю- подвижный. Сквозь

Рис.1. Электромагнитное реле времени отверстия в рычагах проходит направляющий болт с резьбой для возвратной пружины 9, которую можно сжимать регулировочной гайкой 10. Кроме этого в реле имеется винт для регулировки величины максимального воздушного зазора и механизм регулировки минимального воздушного зазора на элементах 11÷15. В электромеханических реле времени электромагнит выполняет роль заводящего устройства. Он растягивает пружину, которая приводит в движение анкерный механизм, с помощью которого отсчитывается время задержки. 2.Устройство стенда В данной работе мы исследуем индуктивное электромагнитное реле. Стенд состоит из стойки, на которой закреплено реле времени типа РЭВ 811, постоянного тока, на 220В, клеммы катушки и контактов выведены на переднюю панель. На стойке так же установлены два тумблера SA1 и SA3. Первое управляет работой реле времени и схемой измерения величины задержки, второе подает переменное напряжение 220 В на электросекундомер. Кроме 4

стойки для выполнения лабораторной работы необходимо иметь ЛАТР, электросекундомер, выпрямитель и тестер. С помощью автотрансформатора ЛАТР выставляется необходимое напряжение на катушке реле, которое контролируется с помощью вольтметра или тестера на выходе выпрямителя. Блок выпрямителя имеет тумблер SA2 , которым выпрямитель включается в работу. 3. Программа работы 1. Ознакомится с устройством реле времени и схемой для измерения задержки. 2. Собрать схему согласно рис. 3. 3.Получить зависимость задержки от величины питающего напряжения, т.е. τ = f﴾U﴿. 4. Снять зависимость величины задержки от установленного значения воздушного зазора τ = f﴾δ﴿. 5. Получить зависимость задержки от величины силы противодействующей пружины, т.е. τ = f﴾Pпрот﴿. 6. Определить напряжение срабатывания и отпуска. 7. Построить требуемые зависимости и рассчитать коэффициент возврата. 8. Сделать выводы по работе. 4. Методические указания по выполнению работы 4.1. Стенд состоит из стойки, на которой установлено электромагнитное реле времени КТ типа РЭВ 811, на 220 В постоянного тока, с одним замыкающим и одним размыкающим контактами. Реле обеспечивает выдержку времени при отпуске до 1,5 С. Кроме реле на стойке закреплено два тумблера. Один SA1 при переключении замыкает два контакта и один размыкает, второй SA3 замыкает только один контакт. Тумблер SA3 предназначен для подачи питающего переменного напряжения 220В на электросекундомер РТ, а SA1 для включения и отключения реле времени и обеспечения измерения времени срабатывания и отпуска. Для измерения напряжения используется вольтметр или тестор. Катушка реле времени подключается к блоку питания БП. Блок БП запитывается переменным напряжением от автотрансформатора типа ЛАТР, подключенного к сети. ЛАТР представляет из себя автотрансформатор, у которого число витков вторичной обмотки может изменяться с помощью подвижного контакта, приводимого во вращение ручкой. Благодаря этому его выходное напряжение изменяется, следовательно, изменяется и выпрямленное напряжение на обмотке реле. Блок БП состоит из тумблера SA2, выпрямителя VZ и сглаживающего фильтра С. 4.2. Сборка схемы выполняется проводами, которые должны соединяться только на клеммах. Соединение проводов должно строго соответствовать схеме. В момент подключения схемы к сети ЛАТР должен находится в 5

220 XT7

SA2

XT14

XT21

XT22

TU XT8

XT15

XT9

XT16

SA3

UZ

БП

C

ВКЛ

XT13

XT17 РТ

XT1

KT SA1 XT4 XT10

XT2

XT5 XT11

KT

XT3

XT6 XT12

KT

XT18

220

K

*

XT19 XT20

Рис.2. Схема электрическая принципиальная для определения времени срабатывания и отпуска релейных элементов нулевом положении, ручки тумблеров на стойке – поднятыми к верху, Тумблер на выпрямителе в положении выключено. После подключения ЛАТР к сети с помощью измерительного прибора на его выходе выставить напряжение 220В и включить тумблер на блоке питания. Включить SA3 и проверить работоспособность схемы включением и выключением SA1. Показания электросекундомера сбрасывать нажатием кнопки, находящейся сбоку на корпусе. 4.3. Для получения зависимости выдержки времени при срабатывании и отпуске реле от питающего напряжения необходимо к выходу выпрямителя подключить вольтметр. Отпустить гайку, сжимающую возвратную пружину до предела, при котором якорь реле под действием возвратной пружины отрывался бы надежно. Зафиксировать это исходное положение по отверстию на направляющем стержне возвратной пружины. Отверстие должно быть почти скрыто под гайкой. Настроить схему так, чтобы реле срабатывало при минимально возможном напряжении. Для этого ЛАТР выставить пониженное на 25% напряжение и включить SA1. Если реле сработало, выключить SA1 и еще снизить напряжение на 20В. И так несколько раз. При очередном включении SA1 реле может не сработать. В этом случае увеличьте напряжение на 10-15 В. Включите SA2, потом SA1 и запишите показания электросе6

кундомера в таблицу 1 для режима срабатывания. Верните показания электросекундомера в ноль. Отключите SA1 и запишите показания электросекундомера для режима отпуска. Данные занесите в таблицу. Повысьте напряжение на 15 ÷20В и снова произвести замеры времени срабатывания и отпуска, с занесением результатов в таблицу. Напряжение увеличивать до 240 В. По результатам эксперимента строятся зависимости τср = f(U) и τотп= f(U). Закрутить гайку зажима возвратной пружины на 8 оборотов и весь эксперимент повторить. Таблица 1. Время срабатывания и отпуска реле при минимальном сжатии возвратной пружины. U= τср τотп

В С С

4.4. Для снятия зависимости выдержки времени от величины воздушного зазора, т.е. τ = f( δ), необходимо на катушке выставить напряжение U==220В, возвратную пружину зажать по минимуму. Вводя в воздушный зазор разное число немагнитных прокладок, при каждом изменении числа прокладок производить замеры времени срабатывания и отпуска по методике предыдущего пункта. Результаты замеров записать в таблицу соответствующего названия, где в первой строке записывать число вложенных в воздушный зазор немагнитных прокладок n. В качестве немагнитных прокладок использовать медную фольгу, толщину которой измерить микрометром. Число введенных в воздушный зазор немагнитных прокладок должно быть не меньше 5. По результатам эксперимента строятся графики зависимостей τср= f(δ) и τотп= f(δ). 4.5. Зависимость времени срабатывания и отпуска от противодействующих сил, т.е. τ = f(P прот), снимаются экспериментально при сжатии возвратной пружины. Сжатие достигается за счет закручивания гайки направляющего болта возвратной пружины. При исходных условиях предыдущего опыта производятся замеры задержек времени срабатывания и отпуска, которые заносятся в новую таблицу. В первую строку таблицу заносится количество оборотов N зажимной гайки. Для исходного случая считаем N=0. Закрутив гайку на 3÷4 оборота, снова произвести замеры τ ср и τ отп.. Гайка закручивается до предела, при котором реле еще срабатывает. По полученным данным строятся искомые зависимости. 4.6. Если подключить вольтметр к обмотке реле и, при увеличении напряжения на обмотке, замерить его показания в момент срабатывания, а при снижении напряжения замерить показания в момент отпуска, то по этим данным можно рассчитать коэффициент возврата КВ = Uотп/Uср. Измерение напряжения срабатывания и, особенно, отпуска требуют терпения и выдержки. При определении U ср необходимо повышать напряжение сту7

пенчато, с интервалом 2 В, ожидая срабатывания 4-5 С. Ступенчатое изменение напряжения производится только в районе напряжения срабатывания, Аналогично производится определение U отп. Каждое напряжение измеряется три раза. Рассчитывается среднеарифметическое значение U ср и U отп . По этим значениям определяется величина коэффициента возврата. 4.7. В выводах по работе необходимо отметить отвечает ли исследуемое реле паспортным данным, каков характер изменения экспериментальных зависимостей, имеет ли место разброс параметров и почему, в каких пределах изменения регулируемых параметров имеет место выдержка времени, ваши замечания и предложения по выполнению работы и т.д. 5. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА Отчет оформляется в соответствии с требованиями системы ЕСКД. Он должен содержать цель работы, все схемы, которые использовались при выполнении работы, экспериментальные данные, представленные в табличной форме, необходимые расчетные формулы, необходимые графики. На каждом рисунке должны быть приведены графики зависимости для одних и тех же входных и выходных величин при разных возмущающих воздействиях. Все графики должны быть построены в масштабах реальных физических величин. В конце отчета должны быть сделаны выводы по работе. 6. ЛИТЕРАТУРА 1. Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики. М.: Энергоатомиздат, 1991. 2. Чунихин А.А. Электрические аппараты. М.: Энергоатомиздат, 1988.

8