Понятие релейного элемента. Виды Реле

 
Рисунок 2 - Схемы реверсивного пускателя 
Аналогичная схема цепи управления реверсивного пускателя с блокировкой на вспомогательных размыкающих контактах изображена на рисунке 2, б. В этой схеме включение одного из контакторов, например КМ1, приводит к размыканию цепи питания катушки другого контактора КМ2. Для реверса необходимо предварительно нажать кнопку SB1 «Стоп» и отключить контактор КМ1. Для надежной работы схемы необходимо, чтобы главные контакты контактора КМ1 разомкнулись раньше, чем произойдет замыкание размыкающих вспомогательных контактов в цепи контактора КМ2. Это достигается соответствующей регулировкой положения вспомогательных контактов по ходу якоря. 
В серийных магнитных пускателях часто применяют двойную блокировку по приведенным выше принципам. Кроме того, реверсивные магнитные пускатели могут иметь механическую блокировку с перекидным рычагом, препятствующим одновременному срабатыванию электромагнитов контакторов. В этом случае оба контактора должны быть установлены на общем основании. 
Магнитные пускатели открытого исполнения монтируют в шкафах электрооборудования. Пускатели пылезащищенного и пылебрызгонепроницаемого исполнения снабжают кожухом и монтируют на стене или стойке в виде отдельного аппарата. 
Электромагнитные контакторы выбирают по номинальному току электродвигателя с учетом условий эксплуатации. ГОСТ 11206-77 устанавливает несколько категорий контакторов переменного и постоянного тока. Контакторы переменного тока категории АС-2, АС-3 и АС-4 предназначены для коммутации цепей питания асинхронных электродвигателей. Контакторы категории АС-2 используют для пуска и отключения электродвигателей с фазным ротором. Они работают в наиболее легком режиме, поскольку эти двигатели обычно пускаются при помощи роторного реостата. Категории АС-3 и АС-4 обеспечивают прямой пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором и должны быть рассчитаны на шестикратный толчок пускового тока. Категория АС-3 предусматривает отключение вращающего асинхронного электродвигателя. Контакторы категории АС-4 предназначены для торможения противотоком электродвигателей с короткозамкнутым ротором или отключения неподвижных электродвигателей и работают в наиболее тяжелом режиме. 
Контакторы, предназначенные для работы в режиме АС-3, могут быть использованы в условиях, соответствующих категории АС-4, но номинальный ток контактора при этом снижается в 1.5-3 раза. Аналогичные категории применения предусмотрены для контакторов постоянного тока. 
Контакторы категории ДС-1 применяют для коммутации малоиндуктивной нагрузки. Категории ДС-2 и ДС-3 предназначены для управления электродвигателями постоянного тока с параллельным возбуждением и позволяют коммутировать ток, равный  . Категории ДС-4 и ДС-5 применяют для управления электродвигателями постоянного тока с последовательным возбуждением. 
Указанные категории определяют режим нормальных коммутаций, в котором контактор может непрерывно работать длительное время. Кроме того, различают режим редких (случайных) коммутаций, когда коммутационная способность контактора может быть увеличена примерно в 1.5 раза. 
Если асинхронный электродвигатель работает в повторно-кратковременном режиме, то выбор контактора осуществляется по величине среднеквадратичного тока. На выбор контактора влияет степень защиты контактора. Контакторы защищенного исполненияимеют худшие условия охлаждения, и их номинальный ток снижается примерно на 10% по сравнению с контакторами открытого исполнения.

КОНТАКТНО – ДУГОГАСИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ  КОНТАКТОРОВ

В контакторах обычно используются рычажные (рис. 1, а) и мостиковые (рис. 1, б) контакты. В рычажных контактах  образуется при отключении один разрыв (одна дуга), в мостиковых – два (две  дуги). Поэтому при прочих равных условиях возможности для отключения электрических цепей у аппаратов  с мостиковыми контактами выше, чем  у аппаратов с рычажными (пальцевыми) контактами. 
 
Рисунок 1 – Рычажные и мостиковые контакты 
Мостиковые контакты по сравнению с рычажными имеют тот недостаток, что в замкнутом состоянии в них создается два контактных перехода тока, в каждом из которых должно быть создано надежное касание. Поэтому сила контактной пружины   должна быть удвоенной (по сравнению с рычажными контактами), что в конечном итоге увеличивает мощность электромагнитного привода контактора. 
В контакторах переменного тока на отключаемые токи до 100 А при напряжении сети до 100-200 В можно не применять дугогасительные камеры, так как дуга гасится за счет растяжения ее в атмосферном воздухе (открытый разрыв). Для предотвращения перекрытия электрических дуг на соседних полюсах применяются изоляционные перегородки. Контакторы с открытым разрывом дуги существуют также и на постоянном токе, но отключаемые токи для них существенно меньше. 
При высоких значениях отключаемых токов и напряжений аппараты снабжаются дугогасительными камерами, из которых наиболее распространены щелевые камеры идугогасительные решетки. Щелевая камера (рис. 2, а) образует внутри узкий просвет (щель) между стенками из дугостойкого изоляционного материала (асбестоцемент и др.). В него загоняется электрическая дуга 1 и там она гасится за счет усиленного отвода тепла при тесном соприкосновении со стенками. 
Дугогасительная решетка (рис. 2, б) представляетсобой пакет из тонких ( мм) металлических пластин 2, на которые выдувается дуга. Пластины выполняют роль радиаторов, интенсивно отводящих тепло от столба дуги и способствующих ее гашению. 
Наиболее важной характеристикой дугогасительной камеры является вольт – амперная характеристика. Используя ее, можно рассчитать процессы гашения дуги при отключении цепи. 

 
Рисунок 2 – Дугогасительные камеры 
Как показал опыт эксплуатации, дугогасительная решетка непригодна для частых отключений цепи при сравнительно больших токах. При большой частоте отключений ее пластины разогреваются до высоких температур и не успевают остыть. Они оказываются неспособными охлаждать столб дуги, и решетка отказывает в работе. Для режима частых отключений цепи более пригодны щелевые дугогасительные камеры. 
Система магнитного дутья предназначена для того, чтобы создать дополнительные силы для схода дуги с контактов и вхождения ее в дугогасительную камеру (рис. 3, а). Катушка 1 магнитного дутья включена последовательно в цепь отключаемого тока. Созданный ею магнитный поток Ф с помощью деталей 2 и 3 магнитопровода подводится к зоне горения дуги у входа в дугогасительную камеру 4. 
Рисунок 3 – Система магнитного дутья 
Взаимодействие тока дуги  (А) с магнитным полем напряженностью  (А/м) приводит к появлению действующей на дугу электродинамической силы (Н), которая загоняет дугу длиной   (м) в камеру: 
,                                          (*)где  Гн/м. 
В зоне горения дуги (в воздушном зазоре  , м, между пластинами 3 на рис. 3, а) в соответствии с законом полного тока для однородного поля (HL=Iw) напряженность поля (А/м) 
. 
Подставив это значение в (*), получим: 
, 
где   – число витков катушки. 
Так как в системе с катушкой последовательного магнитного дутья сила пропорциональна квадрату тока, то целесообразно использовать этот вид дутья в контакторах, рассчитанных на сравнительно большие номинальные токи. Для сокращения расхода меди на изготовление катушки, сечение которой должно выбираться по номинальному току контактора, желательно иметь возможно меньшее число витков катушки. Однако это число витков должно обеспечивать такую напряженность магнитного поля в зоне его взаимодействия с током дуги, которая создаст условия для надежного гашения дуги в заданном диапазоне отключаемых токов. Обычно оноизмеряется единицами при номинальных токах в сотни ампер, а при токах в десятки ампер достигает десяти и выше. 
Преимущество систем с катушкой последовательного магнитного дутья заключается в том, что направление силы   не зависит от направления тока  . Это позволяет применять указанную систему не только на постоянном, но и на переменном токе. Однако на переменном токе вследствие появления вихревых токов в магнитопроводе может возникнуть сдвиг по фазе между током дуги и результирующей напряженностью магнитного поля в зоне горения дуги, что может вызвать обратное «забрасывание» дуги в камеру. 
Недостаток системы с катушкой последовательного магнитного дутья – малая напряженность магнитного поля, создаваемая ею при небольших отключаемых токах. Поэтому параметры этой системы надо выбирать так, чтобы в области этих токов обеспечить максимально возможную напряженность магнитного поля в зоне горения дуги, не прибегая к значительному увеличению числа витков катушки магнитного дутья, чтобы не вызывать излишнего расхода меди на её изготовление. При небольших токах магнитопровод этой системы не должен насыщаться. Тогда почти вся намагничивающая сила катушки компенсируется падением магнитного потенциала в воздушном зазоре и напряженность магнитного поля в нем окажется максимально возможной. При больших токах магнитопровод, наоборот, целесообразно вводить в насыщение, когда его магнитное сопротивление становится большим. Это снизит напряженность магнитного поля в зоне расположения дуги, уменьшит силу   и интенсивность гашения дуги, снизит перенапряжения при её гашении. 
Существует система с катушкой параллельного магнитного дутья, когда катушка 1 (см. рис. 3), содержащая сотни витков из тонкого провода и рассчитываемая на полное напряжение источника питания, создает в зоне горения дуги напряженность магнитного поля (А/м) 
. 
Действующая на дугу электродинамическая сила (Н) (см. рис. 3, б) 
, 
где   
В этой системе сила, действующая на дугу, пропорциональна току в первой степени. Поэтому она оказывается более целесообразной для контакторов на небольшие токи (примерно до 50 А). 
Контактор с параллельной катушкой магнитного дутья реагирует на направление тока. Если направление магнитного поля сохраняется неизменным, а ток изменит свое направление, то сила   будет направлена в противоположную сторону. Дуга будет перемещаться не в дугогасительную камеру, а в противоположную сторону – на катушку магнитного дутья, что может привести к аварии в контакторе. Это – недостаток рассматриваемой системы. Недостатком этой системы является также необходимость повышения уровня изоляции катушки в расчете на полное напряжение сети. Понижение напряжения сети приводит к уменьшению намагничивающей силы катушки и ослаблению интенсивности магнитного дутья, что снижает надежность дугогашения. 
В системе магнитного дутья вместо катушки напряжения можно применять постоянный магнит. Замена катушки напряжения постоянным магнитом исключит расход меди и изоляционных материалов, которые потребовались бы на создание катушки. При этом в системе не должны нарушаться свойства постоянного магнита в процессе эксплуатации. 
Системы с катушкой параллельного магнитного дутья и постоянными магнитами на переменном токе не применяются, так как практически невозможно согласовать направление магнитного потока с направлением тока дуги, чтобы получить одно и то же направление силы   в любой момент времени. 
С увеличением напряженности поля магнитного дутья улучшаются условия схода дуги с контактов на дугогасительные рога и облегчается её вхождение в камеру. Поэтому с ростом   уменьшается также износ контактов от термического воздействия дуги, но до определенного предела. 
Большие напряженности поля создают значительные силы, воздействующие на дугу и выбрасывающие расплавленные металлические мостики из межконтактного промежутка в атмосферу. Это повышает износ контактов  . При оптимальной напряженности поля   износ контактов минимален. 
Износ контактов – важный технический фактор. Поэтому принимаются серьезные меры, например уменьшение вибрации контактов при включении аппарата, чтобы уменьшить износ и увеличить срок службы контактов. 
Важной характеристикой дугогасительного устройства переменного тока является закономерность роста восстанавливающейся прочности межконтактного промежутка за переходом тока через нуль.

7. Типовые релейные  схемы

Большинство релейных схем, используемых на объектах транспорта нефти и газа, представляют собой схемы управления нереверсивными и реверсивными электродвигателями (ЭД) различной мощности. Схема управления нереверсивным ЭД (рис. 10.6, о) работает следующим образом. При нажатии кнопки «Пуск> 8В1 замыкается цепь питания обмотки магнитного пускателя КМ. При срабатывании пускателя его контактами КМ1... КМЗ включается ЭД, а блок-контакт КМ4 шунтирует кнопку 5В1. ЭД отключается нажатием кнопки «Стоп» 5В2, разрывающей цепь питания обмотки пускателя. Блок- контакт КМ4 обеспечивает защиту ЭД от повторного самозапуска (нулевая защита) при исчезновении или значительном снижении напряжения сети. Повторное включение пускателя после восстановления напряжения сети возможно только после нажатия кнопки «Пуск» 5В1. Защита ЭД от перегрузок осущестоиется тепловыми реле КК1 и КК2, нагревательное элементы которых включены в две фазы статора, а контакты — в цепь питания обмотки пускателя. Для нового запуска ЭД, отключенного с помощью теплового реле, необходимо вручную вернуть контакты реле в исходное положение (т. е. замкнуть их), что возможно только после того, как реле остынет после отключения. Защита ЭД и цепей управления от коротких замыканий осуществляется с помошью предохранителей ГШ... РИЗ. Рубильник ЗА предназначен для отключения цепей питания и управления ЭД при осмотрах или ремонтах.

Задвижка с электроприводом (ЗЭП) — устройство массового применения на нефтебазах и нефтепроводах. Привод вдвижки состоит из реверсивного электродвигателя, вращающего червячный редуктор, который через узел соединения поднимает или опускает «клин», перекрывающий проходное сечение задвижки. Схема управления реверсивным двигателем ЗЭП показана на рис. 104, б. Открытие задвижки обеспечивается нажатием кнопки «Открьгь» 8В1, что приводит к срабатыванию магнитного пускателя (МП) КО. Своими контактами К01...К03 он включает ЭД в направлении, соответствующем открытию задвижки. Так как этот процесс длится несколько минут, кнопка 5В1 шунтируется блок-контактом МП К04, благодаря чему обеспечивается включенное состояние КО после того, как отпущена кнопка 8В1. После полного открытия ЗЭП КО отключается конечным выключателем ВП01; одновременно конечный выключатель ВП02 замыкает цепь сигнализации открытия задвижки. Цепь закрытия задвижки работает аналогично. При нажатии кнопки «Закрыть» 8В2 срабатывает МП КЗ, своими контактами К31...КЗЗ включает ЭД в обратном направлении (реверс обеспечивается за счет перекидывания фаз ЭД), контактом К34 самоблокируется; отключение КЗ происходит конечным выключателем ВП31, а сигнализация — ВП32. Остановить ЗЭП в промежуточном состоянии при открытии или закрытии можно нажатием кнопки «Стоп» 8ВЗ. Если запорный узел застопорится в промежуточном состоянии или не сработают

конечные выключатели, отключение ЭД осуществляется моментным выключателем, разрывающим цепь МП аварийным контактом  АКС. Контакт БКС разрывает цепь питания ЭД при переходе на ручное управление задвижкой. В цепь каждого  МП включены размыкающие контакты другого  МП — так, в цепь КО включен блокировочный  контакт К35, а в цепь КЗ — контакт К05. Они не позволяют сработать сразу обоим пускателям при ошибочном одновременном нажатии сразу на две кнопки 5В1 и 5В2.

Список литературы

1.Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями: И. М. Соболь, Р. Б. Статников — Москва, Дрофа, 2006 г.- 176 с.

2.Официальный учебный курс Microsoft. Проектирование безопасности для сети Microsoft Windows Server 2003 (70–298) (+ CD-ROM): Тони Нортрап — Москва, ЭКОМ Паблишерз, 2008 г.- 616 с.

3.Проектирование АСУТП. Книга 1: А. Л. Нестеров — Москва, ДЕАН, 2010 г.- 552 с.

4.Проектирование АСУТП. Книга 2: А. Л. Нестеров — Санкт-Петербург, ДЕАН, 2009 г.- 944 с.

5.Проектирование механического оборудования лифтов: Любомир Яновски — Москва, Издательство Ассоциации строительных вузов, Издательство научно-, 2005 г.- 338 с.

6.Проектирование нечетких регуляторов для систем автоматического управления: В. И. Гостев — Санкт-Петербург, БХВ-Петербург, 2011 г.- 416 с.

7.Проектирование цифровых систем на основе программируемых логических интегральных схем: В. В. Соловьев — Санкт-Петербург, Горячая Линия - Телеком, 2001 г.- 636 с.

8.Радиотехника и телеметрия в промышленности. Практическое руководство: Дэвид Бэйли — Санкт-Петербург, Группа ИДТ, 2008 г.- 320 с.

9.Самоучитель Компас-3D V9. Трехмерное проектирование (+ CD-ROM): Анатолий Герасимов — Санкт-Петербург, БХВ-Петербург, 2008 г.- 400 с.

10.Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий. СП 31-110-2003: — Санкт-Петербург, ПТФ МИЭЭ, 2004 г.- 128 с.

11.Стандарт АВОК-2-2004. Храмы православные. Отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха: Коллектив авторов — Санкт-Петербург, АВОК-ПРЕСС, 2004 г.- 16 с.

12.Экологическое проектирование и экспертиза. Практика: А. В. Дончева — Санкт-Петербург, Аспект Пресс, 2005 г.- 288 с.