Relé – spínací zařízení určené k vytváření náhlých změn v řídicích obvodech při dané hodnotě ovlivňující veličiny (signálu).
V závislosti na vstupním signálu se relé rozlišují:
1. Elektrické – reagovat na změny elektrických veličin (proud, napětí, frekvence, výkon).
2. Neelektrické – reagovat na změny neelektrických veličin (teplota, hladina kapaliny, tlak, rychlost atd.)
Podle účelu – ovládací, měřicí, ochranná a signalizační relé.
Relé jsou široce používána ve spouštěcích, řídicích a ochranných obvodech elektrických pohonů, automatizačních zařízení atd. Liší se principem činnosti a provedením: elektromagnetické, ferodynamické, indukční, elektrotermické, polovodičové atd.
Podle principu činnosti výkonných orgánů se relé dělí na kontaktní a bezkontaktní. Funkce bezkontaktních relé mohou plnit tyristory, tranzistory a další řízené polovodičové prvky.
Elektrická relé.
Elektrická relé jsou široce používána v obvodech elektrických pohonů a automatizačních systémů (zařízení).
Jsou designově velmi rozmanité a jsou podobné stykačům.
Nejběžnější relé jsou:
1) Proud (maximum, minimum, reverzní).
2) Napětí (maximální, minimální).
3) Čas – různé typy.
4) Střední – různé typy.
6) Tepelné (t. TRT, TT).
Proudové relé – plnit především ochranné funkce.
a) Nadproudová relé se používají k ochraně elektromotorů před nepřijatelným přetížením.
Relé typu REM-650 se nejčastěji používají ve stejnosměrných elektrických pohonech. Cívka relé je navržena pro jmenovité proudy 2,5. 600A. Okamžitý proud nastavení relé (1,3. 3,5) I.
V obvodech střídavých elektrických pohonů se poměrně široce používají relé maximálního proudu řady REV-200. Cívka relé je navržena pro jmenovité proudy 0,6. 600A, poměr provozního proudu (1,5. 4,5) I.
Na Obr. Obrázek 2.60 ukazuje zařízení relé maximálního proudu. Cívka 10 navíječe je zapojena do série se silovým obvodem elektromotoru a rozpínací kontakty (6 – pohyblivé, 7 – pevné) jsou připojeny k obvodu cívky lineárního stykače. Kontakty relé jsou dimenzovány na jmenovitý proud 10 A. Když se proud v napájecím obvodu zvýší nad nastavenou hodnotu, kotva 3 se přitáhne k jádru 2, čímž překoná odporovou sílu pružiny 8. Rozpínací kontakty 6-7 ztratí napájení cívkový obvod lineárního stykače, který zase odpojí elektromotor od napájecí sítě.
Obr.2.60. Maximální proudové relé řady REV-200
Nastavení relé se nastavuje změnou napínací síly pružiny 8 pomocí matice 5. Šroub 4 slouží k omezení zdvihu kotvy. Magnetické jádro 1 je připojeno k základně 9.
b) Relé minimálního proudu (polní poruchová relé) se používají ve stejnosměrných elektromotorech, protože Pokud je obvod paralelního budícího vinutí přerušený, motor může přejít do rychloběhu. Zapojené do série s paralelním budicím vinutím.
c) Zátěžová relé – druh proudového relé. Relé se aktivuje při dané hodnotě proudu motoru, aby se omezil proud při parkování. Časové zpoždění při spuštění je 0,3 – 0,4 s, což umožňuje konfigurovat zátěžová relé tak, aby se zabránilo spouštění během proudových špiček. Potřeba „ladění“ je způsobena skutečností, že proud nastavení zátěžového relé je (1,5 ÷ 2) I, zatímco proudové špičky při startování motoru jsou (2,5 ÷ 3) I. Časové zpoždění zajišťuje měděná klapka.
d) Směrové relé (zpětný proud – druh proudového relé. Relé se spustí, když se změní směr proudu v obvodu. Je navržen tak, aby automaticky odpojil generátor (DC) od sítě, když se přepne do režimu motoru (převrácení).
Obrázek 2.61 ukazuje schéma elektrodynamického relé řady DT. Hlavní prvky jsou: magnetický obvod 1 s proudovou cívkou 2, kotva 7 s napěťovou cívkou 3, pevné 4 a pohyblivé 5 kontakty, vratná pružina 6. Při dopředném směru proudu má kotva tendenci se otáčet ve směru hodinových ručiček, kontakty relé se otevírají . Změna směru proudu v obvodu způsobí změnu směru proudu v proudové cívce relé, což způsobí otáčení kotvy v opačném směru. Při hodnotě zpětného proudu rovné 15 % jmenovité hodnoty překoná kotva relé odpor vratné pružiny a otáčí se proti směru hodinových ručiček.
Rýže. 2.61. Relé pro směr proudu řady DT
Kontakty relé se sepnou a sepnou nezávislou spoušť jističe, což povede k odpojení stejnosměrného zdroje od přípojnic lodní elektrárny. Relé pro směr proudu jsou k dispozici pro jmenovité proudy od 6 do 1600A a napětí 110 nebo 220V. Vzhledem k tomu, že napěťová cívka je dimenzována na 55V, je s ní sériově zapojen dodatečný odpor 800 nebo 2200 Ohmů.
Ochrana lodních synchronních generátorů střídavého proudu z přechodu do motorického režimu se provádí pomocí indukčních výkonových směrových relé RNM (A) typu IM-149, jejichž celkový pohled je znázorněn na obr. 2.62,a.
Rýže. 2.62. Relé směru napájení
Relé se skládá ze dvou magnetických systémů 3, mezi kterými je na jeho ose umístěn hliníkový kotouč 1. Na ose kotouče je ozubené kolo, které pohání pohyblivý kontakt 5. V horním magnetickém obvodu je proudové vinutí LA, na ose kotouče je umístěno ozubené kolo, které pohání pohyblivý kontakt 2.62. který je připojen k jedné z fází generátoru přes proudový transformátor TA . Ve spodním magnetickém obvodu je napěťová cívka nn, rozdělená na dvě části, které jsou zapojeny do série a jsou připojeny k lineárnímu napětí generátoru (obr. XNUMX, b).
Během normálního provozu generátoru způsobí moment působící na disk otevření pohyblivých a pevných 4 kontaktů. Když se změní směr výkonu, změní se i směr točivého momentu. Při zpětné hodnotě výkonu, na kterou je relé nastaveno, se kotouč, překonávající protilehlou pružinu 6, otočí a sepne kontakty 4-5 s časovým zpožděním. Nezávislé uvolnění jističe generátoru bude napájeno.
Setrvačné házení kotouče je omezeno dvěma brzdícími permanentními magnety 2. Nastavení relé pro provozní výkon se nastavuje změnou počtu závitů proudové cívky. Má tři výstupy, což umožňuje získat obrácené nastavení výkonu 6,4; 9,6 a 12,8 % jmenovitého výkonu relé.
Časové zpoždění odezvy potřebné k zamezení falešného sepnutí relé při paralelním provozu generátorů metodou samosynchronizace se nastavuje posunutím dorazu pohyblivého kontaktu.
Napěťové relé – v zásadě podobné proudovým relé, jen s tím rozdílem, že místo proudové cívky je instalována napěťová cívka. Relé sepne, když napětí na cívce dosáhne požadované hodnoty. Existují následující typy napěťových relé: maximální, minimální, nulové napětí a výpadek fáze.
Časové relé poskytují zpoždění v době odezvy zařízení v elektrických řídicích obvodech. Pro zajištění časového zpoždění jsou relé vybavena retardéry, které mohou být v závislosti na principu činnosti elektromagnetické, mechanické a pneumatické.
Elektromagnetický retardér Obvykle se jedná o měděnou objímku umístěnou na magnetickém obvodu stejnosměrného relé. Měděná objímka zpomaluje pokles (pokles) magnetického toku v magnetickém obvodu relé, relé vypíná s časovým zpožděním, protože směr m.m.s. (magnetomotorická síla) v měděné objímce (tlumič) zabrání snížení magnetického toku (podle Lenzova principu).
Pneumatický retardér je moderátor, jehož princip činnosti je založen na zákonech proudění plynů (vzduchu) otvory. Tento princip se používá k ovládání časového zpoždění např. u relé řady RVP-2. Když je na cívku přivedeno napájení, kotva relé je přitahována k jádru a napíná pružinu. Působením pružiny se membrána pohybuje a vytváří podtlak ve vnitřní dutině retardéru. Vnitřní prostor moderátoru je propojen s okolím malým otvorem, jehož průřezová plocha je nastavitelná (nastavení časového zpoždění).
Časová relé se používají v lodních elektrických obvodech pohonu:
) Elektromagnetické (práce na stejnosměrný proud). Dostupné ve dvou velikostech v závislosti na časové prodlevě.
0,25 – 1 s. – typy relé REV-100; ER-100; REM-20 atd.
1 – 5 s – typy relé REV-880; ERE-100 atd.
Na obrázku 2.63 je elektromagnetické časové relé typu ERE-100. Magnetický systém relé se skládá z magnetického obvodu 12, navíjecí cívky 11, jádra 9 a kotvy 7. Časové zpoždění pro odpadnutí kotvy relé po vypnutí cívky je tvořeno tlumičem z mědi podložky 10 umístěné na jádru. Nemagnetické těsnění 8 zabraňuje přilepení kotvy a umožňuje postupné nastavení časového zpoždění změnou tloušťky těsnění od 0,05 do 0,5 mm.
Rýže. 2.63. Časová relé řady ERE-100
Indukčnost cívky a časové zpoždění jsou nepřímo úměrné tloušťce těsnění a rychlost mizení magnetického toku přímo souvisí.
Plynulé ovládání časového zpoždění je dosaženo změnou napnutí vypínací pružiny 13 pomocí matice 6. Stavěcím šroubem 5 se mění mezera mezi kotvou a jádrem (zdvih kotvy). Kontaktní systém se skládá z pevných kontaktů 2, namontovaných na čepech 1, a pohyblivých můstkových kontaktů 3, spojených s kotvou konzolou 4.
Časové zpoždění je nastavitelné v rozmezí 0,25 – 0,9 s. pro relé ERE-100 a 1-5s. na reléERE-180.
b) mechanický Fungují na stejnosměrný i střídavý proud a jsou snadno nastavitelné. Existuje několik typů konstrukce. V lodních elektrických zařízeních se nejčastěji používají relé kyvadlového typu (obr. 14), jejichž provedení a popis činnosti jsou uvedeny níže.
Relé kyvadla se aktivuje otáčením hřídele stykače nebo speciálního solenoidu. Princip činnosti tohoto relé spočívá v tom, že rychlost pohybu stojanu, který zavírá nebo otevírá kontakty relé, je omezena pohybem kyvadla, které má určitou periodu oscilace. Časové zpoždění je dosaženo změnou délky kyvadla. Rozsah ovládání je od 1 do 10 min.
Činnost kyvadlového relé lze sledovat na Obr. 2.64. Zapnutí cívky 1 zde působí na páku 5. Obloukový hřeben 6 je v záběru s ozubeným kolem 7 a prostřednictvím ozubeného převodu s kotevním kolem 8. Rychlost otáčení ozubeného kola 8 se nastavuje kyvadlem 9 pohybem břemene. 10. Poté, co hřeben 6 projde celou dráhu záběru, páka 5 se otočí a sepne kontaktní systém 11. Navíc je relé vybaveno okamžitými kontakty 12. Když je cívka odpojena od sítě, relé okamžitě vrátí do původní polohy.
Rýže. 2.64. Princip činnosti kyvadlového časového relé.
Analýzou principu činnosti kyvadlového relé je vidět, že časové zpoždění závisí na velikosti napínací síly pružiny, délce hřebenu a poloze zátěže na kyvadle. Hrubé seřízení tohoto relé se provádí změnou polohy páky 13 a tím i počtu do sebe zapadajících zubů. Přesnější regulace časového zpoždění se provádí změnou polohy závaží na kyvadle.
Mezilehlá relé určený pro spínání elektrických obvodů stejnosměrného a střídavého proudu. Široce se používá v automatických elektrických obvodech pohonu. Používá se v případech, kdy mají hlavní relé kontakty dimenzované na příliš malý výkon, nebo když není dostatek kontaktů hlavního relé.
V lodních elektrických pohonech jsou EP relé široce používána – v obvodech střídavého proudu s cívkou pro napětí 127, 220V. Mají relé od 2 do 8 kontaktů se jmenovitým proudem 5A. Typ MKU-48 ve stejnosměrných a střídavých obvodech s cívkou pro napětí do 220V.
Tepelná relé se používají k ochraně elektromotorů před dlouhodobým přetížením vedoucím k zahřívání vinutí. Relé je zapojeno sériově do napájecího obvodu elektromotoru. Při startování motoru tepelné relé nepracuje, protože citlivý prvek relé (bimetalová deska) se nestihne zahřát na nastavenou teplotu. Při dlouhodobých proudech přetížení přesahujících 135 % jmenovité hodnoty se aktivuje relé a vypne motor.
V lodních elektrických pohonech se používají relé typu TT-1 a TRT-100. Vyrábí se 25 druhů pro proudy od 1,75A do 550A.
Zařízení nejjednoduššího tepelného relé typu TT je na Obr. 2.65
Rýže. 2.65. Tepelné relé TT-1
Hlavním snímacím prvkem relé je bimetalová deska 2, která je svařena ze dvou kovových desek s různými teplotními koeficienty lineární roztažnosti. Po dosažení určité teploty se bimetalová deska ohne a uvolní páku 3, která se působením pružiny 7 otáčí a otevírá kontakty 5-6. Pohyblivý reléový systém se vrátí do původní polohy stisknutím tlačítka návratu 4. Topným tělesem 1 prochází zátěžový proud chráněného elektromotoru.
Elektrotepelná relé typu TRT našla široké uplatnění na lodích (obr. 2.66). Topné články elektrotepelných relé jsou obvykle zapojeny do série k napájecímu obvodu chráněného elektromotoru.
Rýže. 2.66. Tepelné relé typu TRT
Bimetalová deska 9 má tvar písmene U. Pod vlivem proudu se deska ohne a pružinou 8 otočí blok 7 s kontakty 6, v důsledku čehož se kontakty rozepnou. Relé se resetuje po třech minutách. Pro urychlení návratu kontaktů do původní polohy stiskněte tlačítko 3. V průmyslu se vyrábí 36 typů relé TRT, které se liší proudy a typem provedení (TRT-111, TRT-142). Jmenovitý proud relé TRT-111 je v rozsahu 1,4 – 1,9A a relé TRT-142 je 119-150A.
Konstrukce relé umožňuje úpravu nastavení odezvy pomocí páky 2. Elektrotepelná relé zajišťují ochranu elektromotorů před dlouhodobým přetížením nad 1,25 Inom a z provozu na dvou fázích se jmenovitým zatížením hřídele elektromotoru.
Na Obr. Obrázek 2.66 také ukazuje další části relé: tělo 1, osa 4, pevné kontakty 5, osa 10 desky.
Frekvenční relé určené k ochraně (vypnutí) generátoru hřídele při poklesu frekvence pod 45 Hz v souladu s požadavky Registru lodní dopravy Ukrajiny. Relé VHF je indukční se dvěma skupinami cívek, vzájemně posunutých v prostoru o 90°. Cívky vytvářejí magnetické toky, které procházejí rotorem. Při běžné frekvenci 50 Hz jsou magnetické toky cívek ve fázi a nevytvářejí točivý moment na rotoru. Snížení frekvence způsobí fázový posun mezi magnetickými toky cívek. Relé se aktivuje a generátor se vypne.
Zařazení vinutí proudového relé do série ve fázích sítě (nebo v sekundárních proudových obvodech) nemůže ovlivnit hodnotu síťového proudu, protože odpor vinutí relé je malý ve srovnání s celkovým odporem obvodů, ve kterých jsou zahrnuta. .
Tepelný odpor vinutí je dimenzován na dlouhodobý průchod zatěžovacích proudů a krátkodobý průchod zkratového proudu (tovární parametry udávají jednosekundový proud přípustný pro tepelný odpor).
Zásadním rozdílem mezi napěťovými a proudovými relé je konstrukce vinutí, která u napěťového relé nejsou zapojena sériově do obvodu, ale na sdružené nebo sdružené napětí sítě (paralelní spojení). Odpor vinutí musí být výrazně větší než celkový odpor sítě, do které je relé připojeno. Vinutí napěťových relé má velký počet závitů drátu s výrazně menším průměrem ve srovnání s vinutími proudových relé.
Proud v cívce relé závisí na napětí Uр a odpor vinutí Zp:
Ip = Up / Zp,
kde Zp – celkový odpor vinutí relé, sestávající z indukčního Xp a aktivní Rp části.
Při použití střídavého napětí na odpor cívky Zр při velkém počtu závitů převažuje indukční reaktance
Xр = ω L,
kde ω = 2πf – úhlová frekvence sítě střídavého proudu; L – indukčnost cívky.
Pokud by obvod vinutí napěťového relé sestával pouze z víceotáčkových cívek namontovaných na pólech jádra, pak by jeho chování za provozních podmínek bylo charakterizováno následujícími jevy. V okamžiku provozu by se vlivem zmenšení vzduchové mezery a odpovídajícího snížení magnetického odporu relé zvýšil indukční odpor vinutí Xp. To by vedlo ke snížení proudu Iр při konstantním napětí Uр a v důsledku toho ke snížení Mel.
V důsledku toho by při zatahování kotvy nebyl dostatečný přebytek točivého momentu pro spolehlivé uzavření kontaktů, v důsledku čehož by za podmínek provozu a návratu začal pohyblivý reléový systém „plavat“. Pro získání požadovaného přebytečného krouticího momentu je proto do série s vinutím v napěťovém relé zapojen další aktivní odpor Rd, jehož hodnota je několikanásobně větší než odpor vinutí. V tomto případě jde o změnu indukční reaktance Xp již nemá znatelný vliv na Iр v okamžiku sepnutí nebo návratu relé. Kromě zajištění navýšení Mel při pohybu kotvy Rd eliminuje vliv změn teploty a frekvence vinutí na nastavení relé ω.
Ve vztahu k napěťovému relé můžeme napsat:
ME=k5I²p,
kde k5 – koeficient proporcionality.
Ale od Zр v přítomnosti Rd se při pohybu kotvy mění málo, pak elektromagnetický moment závisí pouze na napětí přiváděném na svorky relé Uр. Při snižování Up snižuje Iр, a naopak, takže změna Mel u napěťového relé je to podobné jako u změny Mel pro proudová relé (viz obr. 3).
Strukturálně Рd se provádí ve formě samostatného odporu instalovaného uvnitř relé.
Uvažovaná relé fungují, když se proud v jejich vinutí zvyšuje, a proto se nazývají maximální relé.
V praxi se také používají minimální relé, která pracují při poklesu proudu ve vinutí. Za normálních podmínek je kotva minimálního relé v přitažené poloze. Za podmínku pro činnost minimálních relé se považuje ztráta kotvy při poklesu proudu ve vinutí.
Tedy provozní proud minimálního relé Is.r. je maximální proud, při kterém se kotva vrátí do polohy odpovídající vinutí relé bez napětí, a zpětný proud Iв – nejmenší proud, při kterém je kotva relé přitahována k pólům.
Stejně jako maximální relé je koeficient návratnosti minimálních relé roven poměru Iв / Ic.p. Na maximum relé Iв méně Is.r.Tak kв méně než jeden, pro minimální relé Iв více Is.r.Tak kв víc než jeden.
