Исследование электрических параметров и характеристик реле

Страницы работы

Содержание работы

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах»

о выполнении лабораторной работы № 2

«Исследование электрических параметров и характеристик реле»

«Теоретические основы автоматики и телемеханики»

студент гр. АТ 511 Касимовский А.А.

1. Ответы на контрольные вопросы (вариант 1)

2. Таблицы испытаний и расчетов

3. Графики нагрузочной, механической и тяговой характеристик.

4. теоретический расчет тяговой характеристики исследуемого реле КДР (вариант 1)

1. Ответы на контрольные вопросы.

1. Назовите электрические параметры реле

Реле имеет следующие электрические параметры:

3. Что называется параметром притяжения

Это минимальная электрическая величина, при которой якорь переходит в рабочее состояние, замыкая фронтовые контакты.

5. Что называется коэффициентом возврата и как зависит работа от его величины

Коэффициент возврата Кв – это отношение тока отпускания якоря к току полного подъема

У путевого реле рельсовых цепей он называется коэффициентом безопасности. Кв вычисляется по мощности, напряжению и ампер-виткам.

7. Для какой цели на якорь ставиться штифт или пластина?

Устанавливается для исключения залипания якоря.

9. Что такое механическая характеристика реле?

Кривая, выражающая зависимость механических усилий, преодолеваемых якорем при его перемещении, от хода якоря , называется механической характеристикой реле.

11. Что такое тяговая характеристика?

Зависимость силы притяжения якоря, создаваемой электромагнитным потоком, от воздушного зазора при постоянной магнитодвижущей силе называется тяговой, или электромеханической характеристикой реле.

при

2. Таблицы испытаний и расчетов

Задание 1. Измерение электрических параметров реле.

Страницы работы

Содержание работы

ФСМК 7.24-07

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах»

ОТЧЕТ

О выполнении лабораторной работы

Лабораторная работа № 02

«Исследование электрических параметров и характеристик реле»

Цель работы: Исследование электрических параметров и характеристик реле.

Выполнил студент группы № АТ-511в Любушкин Алексей Владимирович

Допуск к выполнению работы______________________________________

1. Титульный лист, оформленный по ГОСТ

2. Содержание отчета.

3. Вопросы и ответы на вопросы.

4. Таблицы с заполненными графиками испытаний и расчетов.

5. Выводы и анализ по заданию №3.

6. Графики нагрузочной характеристики и совмещенные с ней в одних координатах механической и тяговой.

7. Теоретический расчет тяговой характеристики исследуемого реле КДР по заданному варианту.

3. вопросы и ответы на вопросы в соответствии с вариантом

1. назовите электрические параметры реле.

2. у каких реле электрические параметры измеряются в размерности тока, у каких в размерности напряжения.

3. что называют параметром притяжения.

4. что называется параметром отпадания.

5. что называется коэффициента возврата и как зависит работа от его величины.

6. что называется коэффициента запаса, и как зависят параметры эксплуатации реле от его величины.

7. для какой цели на якорь ставится штифт или пластина.

8. как и какой параметр изменяется при увеличении высоты штифта.

9. что такое механическая характеристика реле.

10.что такое нагрузочная характеристика.

11.что такое тяговая характеристика.

12.назовите условия согласования тяговой и механической характеристик для срабатывания якоря.

13.каково условие согласования тех же характеристик для отпадания якоря.

14.почему поляризованный якорь КМШ чувствительнее нейтрального.

15.объясните последовательность работы нейтрального и поляризованного якоря при включении тока:

16.укажите последовательность работы якоря КМШ в момент полярности тока в обмотке.

1. в работе изучаются электрические параметры, и характеристики воспринимающей части электромагнитного реле, принцип действия которого основан на притяжении якоря электромагнитном потоком, создаваемым обмоткой реле. Нейтральное электромагнитное реле не реагирует на направление тока в обмотке, поэтому оно является двоичным элементом, т.е. якорь этого реле имеет только два положения: притянутое и отпавшее в выключенном состоянии. В связи с этим реле имеет следующие электрические параметры:

· параметры срабатывания – это минимальная электрическая величина, при которой якорь переходит в рабочее состояние , замыкая фронтовые контакты (например Uср);

· параметры отпускания – максимальная электрическая величина, при которой якорь переходит из рабочего состояния в выключенное и замыкаются тыловые контакты (например Uотп) для точного измерения параметра необходимо насыщение магнитной цепи;

· рабочий параметр –величина большая, чем параметр срабатывания, которая гарантирует надежность работы якоря и обеспечивает заданное контактное давление.

· Параметр прямого подъема – ЕХ: Iпр – ток прямого подъема – минимальное значение тока, при котором замыкается фронтовой и общий контакт, но не обеспечивается заданное контактное давление (при этом якорь еще не притянулся к сердечнику – возможен его дальнейший ход)

· Параметр полного подъема — ЕХ:Iпп – ток полного подъема – значение тока, при котором обеспечивается заданное контактное давление.

2. электрические параметры реле могут иметь размерность мощности, ампер-витков, тока или напряжения . так обычно у низкоомных реле параметрами являются токи Iср, Iот, Iр, а у высокоомных — напряжения Uср, Uот, Uр.

3. параметры срабатывания – это минимальная электрическая величина, при которой якорь переходит в рабочее состояние , замыкая фронтовые контакты (например Uср);(ЕХ: минимальное значение тока, при котором реле отпускает якорь)

4. параметры отпускания – максимальная электрическая величина, при которой якорь переходит из рабочего состояния в выключенное и замыкаются тыловые контакты (например Uотп) для точного измерения параметра необходимо насыщение магнитной цепи; (EX: – максимальное значение тока, при котором реле отпускает якорь)

5. коэффициент возврата — Kв – отношение тока отпускания якоря к току полного объема . У путевого реле рельсовых цепей он называется коэффициентом безопасности. К_в аналогично К_з вычисляются по мощности, напряжению и ампер-виткам.

6. коэффициент запаса по срабатыванию – обычно его берут в пределах 1-3, и он выражается (как и электрические параметры) в следующих размерностях:

иногда Кз называется коэффициентом надежности по срабатыванию.

7. на якорь (подвижную часть магнитопровода, действующую на контактную систему) ставится штифт антимагнитный, для исключения магнитного залипания якоря.

Лабораторная работа № 9

ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ

Цель работы: Изучить методы измерения времени срабатывания и отпускания нейтральных электромагнитных реле различных типов. Определить временные параметры для различных схем подключения реле.

Инструмент и принадлежности к работе

1. Измеритель временных параметров реле Ф291 – 1 шт.
2. Лабораторный макет с испытываемыми реле – 1 шт.
3. Источник питания Б5-50 – 1 шт.

По временным параметрам (время срабатывания tСР и время отпускания tОТП) реле можно разделить на безынерционные (tСР ≤ 0,001 с; tОТП ≤ 0,001 с), быстродействующие (tСР ≤ 0,05 с; tОТП ≤ 0,05 с), замедленные (tСР ≥ 0,15с; tОТП ≥ ≥ 0,15 с) и нормальные (0,05 с ≤ tСР ≤ 0,15 с). Обычно tСР и tОТП не равны между собой, и поэтому одно и тоже реле может быть, например, быстродействующим при срабатывании и замедленным при отпускании, и наоборот. Как известно, при включении и выключении реле в цепи обмотки происходит переходной процесс. Время отпускания tОТП, как и время срабатывания реле, состоит из двух составляющих – времени трогания при отпускании и времени движения: , .

Рассмотрим переходной процесс при включении реле. Электромагнитное реле можно представить себе как катушку с магнитопроводом и изобразить в виде последовательного соединения индуктивности L и активного сопротивления R обмотки (рис. 1).

При ступенчатом изменении входного сигнала от 0 до IУСТ ток срабатывания

IСР = IУСТ (1-е-t/τ) (1)

где IУСТ = U/R – установившееся значение тока в обмотке; τ = L/R – электромагнитная постоянная времени обмотки при начальном положении якоря (при отпущенном якоре).

Уравнение представляет собой экспоненту, которая графически изображается штриховой кривой 1 (рис. 1б) и выводится в предположении, что индуктивность обмотки реле и процесс срабатывания есть величина постоянная. Однако в действительности в процессе движения якоря изменяется магнитная проводимость воздушного зазора, следовательно, индуктивность обмотки также изменяется и не является постоянной. Изменение тока в реальных условиях показано на рисунке 1б сплошной кривой 2. Начиная от точки А (начало движения якоря), ток I изменяется не по экспоненте, а по какому-то другому закону, т.к. индуктивность обмотки начинает возрастать. Некоторое уменьшение тока после начала движения объясняется ростом противо-э.д.с., вызванным изменением индуктивности обмотки. После окончания движения якоря ток продолжает увеличиваться до своего установившегося значения IУСТ вновь по экспоненте, но с другой (большей) постоянной времени. При достижении током некоторого значения начинается движение якоря: время, прошедшее от момента включения, соответствует времени трогания:

(2)

Рис.1. Переходные процессы при включении и выключении реле

Обычно время движения якоря значительно меньше, чем время трогания и может быть принято постоянным для реле данного типа ( = (0,1…0,4)). Поэтому время срабатывания реле в основном зависит от времени трогания, и формулу (2) можно представить как

(3)

где kЗ.СР = iУСТ/iСР – коэффициент запаса при срабатывании.

Переходный процесс при отключении реле рассмотрим также с момента трогания. Отпускание якоря реле может быть вызвано либо отключением напряжения питания U от обмотки с помощью выключателя В1, либо замыканием этой обмотки накоротко выключателем В2 (рис. 1в). Для того, чтобы избежать короткого замыкания источника питания U (второй случай), в схеме предусматривается резистор RДОБ. В первом случае при отключении напряжения питания U (рис. 1в) ток в обмотке практически мгновенно уменьшается от iУСТ до нуля (рис. 1г – штриховая линия). Однако, следует указать, что при размыкании выключателя В1 энергия, запасённая в магнитном поле обмотки, создаёт переходной процесс небольшой длительности, поддерживая некоторое время ток за счёт дугового разряда между контактами реле. При этом вся энергия, запасённая в магнитном поле, переходит в тепло. Учитывая, что длительность этого процесса мала, можно полагать, что время трогания при отпускании приблизительно равно нулю (см. рис. 1г).

При отпускании реле путём замыкания обмотки накоротко (рис. 1г) ток переходного процесса:

(4)

Графически эта зависимость представлена экспонентой 1 (рис. 1г). Якорь реле начнёт отходить от сердечника в момент, когда тяговое усилие будет меньше, чем противодействующее. Ток, при котором начинается отход якоря от сердечника, соответствует току трогания iТР. Если в (4) вместо тока iОТ подставим его значение iОТ = iТР, то получим выражение для определения времени трогания при отпускании:

(5)

где τ2 = L/R – электромагнитная постоянная времени; L – индуктивность обмотки при притянутом якоре.

На рис. 1г кривая 2 показывает изменение тока в обмотке реле с момента начала движения якоря (точка А) до окончания переходного процесса. Здесь, как и при срабатывании, наблюдается некоторое отклонение кривой 2 (всплеск) от экспоненты 1 вследствие изменения индуктивности обмотки от максимального до минимального значения. После того, как якорь отойдёт от сердечника, ток будет продолжать уменьшаться по экспоненте с прежней постоянной (как и при начальном положении якоря), т.е. τ1 = L/R. Время движения при отпускании определяется так же, как при срабатывании реле. Вычислить момент срабатывания реле по формуле (3) затруднительно, т.к. невозможно точно определить индуктивность обмотки L; кроме того, при вычислении tСР не учитываются погрешности, которые возникают из-за влияния вихревых токов. Более точные результаты определения tСР дают экспериментальные методы.

Время срабатывания и отпускания реле можно изменить как схемными, так и конструктивными методами. Применяя схемные методы, можно изменять длительность переходного процесса. Учитывая, что для реле данного типа величина iСР = const, из формулы (3) следует, что изменять величину tСР можно, изменяя iУСТ или τ1. Так, например, увеличение установившегося значения iУСТ приводит к уменьшению tСР, а увеличение постоянной времени τ1 – к увеличению tСР. Однако, практические возможности здесь ограничены, а именно: при увеличении iУСТ может произойти перегрев обмотки, а уменьшение iУСТ приводит к уменьшению коэффициента запаса при срабатывании kЗ.СР = iУСТ/iСР.

Рассмотрим схемные методы ускорения срабатывания реле (рис. 2). На рис. 2б кривая 1 характеризует переходной процесс в обмотке реле без принудительного ускорения срабатывания реле, при этом время срабатывания реле обозначено, как . Включение последовательно с обмоткой реле добавочного активного сопротивления RДОБ (см. рис. 2а) приводит к уменьшению постоянной времени цепи, т.е. к уменьшению времени срабатывания реле tСР (кривая 2, рис. 2б). В этом случае постоянная времени цепи будет

τ = LОБ/(RОБ + RДОБ)

где LОБ и RОБ – соответственно индуктивность и активное сопротивление обмотки реле; RДОБ – добавочное сопротивление резистора, включенного с обмоткой.

Ещё большее быстродействие (в 5…10 раз) можно получить, включив параллельно RДОБ ёмкость С (рис. 2а, штриховая линия). При замыкании выключателя В ток переходного процесса iПЕР проходит через С в обход RДОБ, т.к. ёмкостное сопротивление конденсатора С значительно меньше RДОБ. Зарядный ток конденсатора резко увеличивается до значительной величины, поэтому ток в обмотке реле быстрее достигает значения тока срабатывания и, следовательно, становится меньше (кривая 3, рис. 2б). За малый промежуток времени существования ток переходного процесса не успевает перегреть обмотку реле. В установившемся режиме ток iУСТ проходит через резистор RДОБ (т.к. конденсатор не пропускает постоянный ток), и поэтому величина его будет значительно меньше по сравнению с броском тока. Следовательно, перегрева обмотки в этом случае не будет.

Рис. 2. Схема ускорения срабатывания реле (а) и зависимость изменения тока в катушке реле при срабатывании реле (б).

В рассмотренных методах ускорения срабатывания реле для сохранения величины установившегося тока iУСТ необходимо увеличить напряжение питания U на величину ΔU. Следует указать, что для уменьшения tСР и tОТП магнитопровод выполняют из материалов, обладающих большим удельным сопротивлением и уменьшающих вихревые токи – при этом время трогания увеличивается. К таким материалам относятся кремниевые стали, низконикелевые пермаллоевые стали и т. п.

В схеме, приведённой на рис. 3а, замедление срабатывания реле осуществляется с помощью конденсатора С, включенного параллельно обмотке. При включении обмотки ток переходного процесса iПЕР в начале проходит через С в обход LОБ, т.к. индуктивное сопротивление обмотки значительно больше ёмкостного сопротивления конденсатора. В конце переходного процесса, когда скорость изменения тока невелика, ток проходит через обмотку реле, вызывая замедление срабатывания, пропорциональное величине ёмкости конденсатора С. Время протекания тока через конденсатор и, следовательно, величина замедления определяется соотношением величин U, C, LОБ, RОБ. Из-за возможности образования резонансных явлений данная схема не нашла широкого применения.

Рис. 3. Схемы замедления срабатывания и отпускания реле при параллельном включении конденсатора (а), короткозамкнутой обмотки (б), диода и резистора (в).

Весьма эффективным способом получения замедления срабатывания реле является электромагнитное демпфирование (способ воздействия на скорость изменения магнитного потока в магнитопроводе называют демпфированием). Сущность магнитного демпфирования состоит в том, что на сердечнике размещают кроме рабочей обмотки W (см. рис. 3б) ещё и короткозамкнутую обмотку WКЗ (называемую демпфирующей), которая обладает большой индуктивностью LКЗ и малым активным сопротивлением RКЗ. В демпфирующей обмотке при включении выключателя в переходном режиме создаётся ток iКЗ, образующий магнитный поток ФКЗ, который наводит в рабочей обмотке WР противо-э.д.с. – Е. По закону Ленца эта э.д.с. препятствует нарастанию тока i и магнитного потока ФР в рабочей обмотке и, следовательно, замедляет срабатывание реле. По окончании переходного процесса магнитный поток ФР в рабочей обмотке становится постоянным, и действие обмотки WКЗ прекращается. Время нарастания магнитного потока до величины ФСР и время срабатывания реле до величины увеличивается (кривая 1, см. рис. 4).

Рис. 4. Изменение величины магнитного потока у реле с короткозамкнутой обмоткой (1) и без нее (2).

Время замедления можно регулировать при помощи регулировочного резистора RРЕГ (см. рис. 3б), включенного в цепь обмотки WКЗ. При замыкании этой обмотки накоротко время замедления имеет максимальное значение.

Короткозамкнутая катушка обычно выполняется в виде массивной втулки (гильзы) из меди или алюминия, надетой на сердечник. Наличие втулок способствует увеличению вихревых токов, а, следовательно, их магнитных потоков (см. рис. 5). Увеличение времени отпускания реле можно получить шунтированием катушки реле резистором R и диодом VD (рис. 3в).

Лабораторный макет состоит из измерителя временных параметров реле Ф291, лабораторного стенда с испытываемыми реле (МКУ – 48С, РКМП – 2) и блока питания Б5 – 50 (рис. 6а, б, в, г).

Прибор Ф291 позволяет измерять по первому замыканию (размыканию) контакта проверяемого реле следующие временные параметры:

а) время отпускания реле;

б) разность времени срабатывания (отпускания) любой комбинации двух пар контактов;

Рис. 5. Магнитное демпфирование реле с помощью короткозамкнутых катушек: 1 – короткозамкнутая катушка, 2 – сердечник, 3 – обмотка.

в) время срабатывания реле с размыкающими и замыкающими контактами;

г) время кратковременного замыкания и размыкания контакта;

На лицевой панели прибора Ф291 расположены:

а) кнопка включения прибора;

б) переключатель "РЕЖИМ" для выполнения коммутаций схемы прибора, соответствующих соотношению контактов и режиму работы проверяемого реле;

в) кнопка "КНТ" (контакт) для измерения функций проверяемых контактов;

г) кнопка "РАЗН" (разность) для работы в режимах определения разности времени срабатывания любой комбинации двух замыкающих и размыкающих контактов и определения времени кратковременного замыкания или размыкания контакта;

д) кнопка "100" для работы прибора на пределе 100000 ms;

е) кнопка "СУМ" (сумма) для суммирования показаний прибора при неоднократном измерении параметров реле;

ж) кнопка "СБР" (сброс) для сброса показаний отсчётного устройства прибора;

з) тумблер "ПУСК" для подключения напряжения к обмотке проверяемого реле и подключения генератора импульсов к счётным декадам.

На задней панели прибора Ф291 расположены:

а) клеммы 1, 2 (цепь реле) для подключения обмотки реле к цепи питания;

б) клеммы 3, 4 (контакт 1), 3, 6 (контакт 2) для подключения контактов проверяемого реле

в) разъём "ЦПУ" для вывода результатов на печатающее устройство;

г) разъём "ДУ" для подключения дистанционного управления;

е) клемма заземления.

В лабораторной работе используются следующие режимы работы прибора Ф291: