Курсовая работа: Электромеханические элементы

Таким образом, мгновенное значение электромагнитной силы состоит из постоянной и переменной составляющих. В результате их сложения получается электромагнитная сила F₃ „ изменяющаяся во времени с двойной частотой. При этом в некоторые моменты времени она становится меньше противодействующей силы F_M , что вызывает вибрацию якоря. Для устранения вибрации необходимо, чтобы результирующая электромагнитная сила F_{3 i} при изменении тока во времени оставалась все время больше противодействующей силы F_M .

Этого можно достичь, например, при наличии двух электромагнитных сил и F^, смещенных друг относительно друга по фазе. Результирующая электромагнитная сила, равная их сумме, изменяется во времени незначительно, оставаясь все время больше противодействующей силы

Для получения двух электромагнитных сил необходимо иметь два магнитных потока Ф. При этом магнитный поток Ф, отстает от потока Ф₂ на угол.

Для выполнения измерительного органа с двумя электрическими величинами можно использовать так называемую балансную электромагнитную систему с двумя катушками и подвижным якорем в виде коромысла. Эта система производит сравнение квадратов абсолютных значений токов /, и /₂ . На подвижную систему действуют в противоположные стороны электромагнитные силы

Реле срабатывает, если F,, > F^,. В комплексной плоскости Wграничная линия определяется условиеми имеет вид окружности. Зона действия реле располагается вне окружности.

Для релейной защиты и автоматики важными параметрами являются время срабатывания и время возврата реле, под которыми понимают время от момента, когда входная воздействующая величина принимает в заданных условиях определенное значение, до момента, когда реле завершает срабатывание или возврат. У электромагнитных реле время срабатывания складывается из двух составляющих:

где t„ — время от момента достижения воздействующей величиной значения срабатывания до момента начала движения якоря, с; t_n — время от начала движения якоря до момента завершения срабатывания реле, с.

Время t_H зависит от скорости нарастания тока в обмотке реле, а время t_R — от хода якоря и скорости его перемещения. У обычных электромагнитных реле без специальных дополнительных устройств время срабатывания составляет f_cp = 0,02...0,I с.

Для релейной зашиты и автоматики требуются также реле, замыкающие или размыкающие контакты с некоторым замедлением, у промежуточных реле это замедление обычно получают за счет увеличения времени t„, а у реле времени — за счет увеличения времени /_я . Для увеличения времени /_н , а следовательно, и времени срабатывания реле необходимо замедлить нарастание магнитного потока при включении.

Замедления нарастания магнитного потока в реле можно достичь с помощью медной втулки, располагаемой концентрически с основной обмоткой на общем магнитопроводе. При этом удается получить время срабатывания реле около /^, _с1 , = 0,1...0,5 с. Применение медной втулки для замедления возврата реле более эффективно в связи с тем, что магнитный поток затухает при малом воздушном зазоре, т. е. при большой индуктивности цепи обмотки реле. Время возврата реле удается получить около нескольких секунд. Реле с медной втулкой получили название реле с магнитным демпфированием. Они используются в цепях постоянного тока и при включении их через выпрямители могут быть применены в схемах переменного тока.

Реле времени, у которых выдержка времени создается путем увеличения составляющей t_R , называются реле с механическим демпфированием. Их можно разделить на две группы: реле с замедленным движением якоря и реле с часовым механизмом. Реле с замедленным движением якоря обычно имеют зависимую характеристику выдержки времени. Для получения замедленного движения якоря в конструкциях реле применяют, как правило, жидкостные или воздушные демпферы и используют торможение вихревыми токами. С помощью часового механизма выполняют реле как с независимой, так и с ограниченно зависимой характеристикой выдержки времени.

3. Электромагнитные измерительные реле

Электромагнитные измерительные реле, как и другие, в зависимости от их включения в защищаемую цепь делят на первичные и вторичные. По способу воздействия на выключатель защищаемого объекта различают измерительные реле прямого и косвенного действия.

Первичные реле прямого действия. Эти реле напрямую подключаются к главной электрической цепи и непосредственно воздействуют на механическое исполнительное устройство выключателя. В связи с этим они не требуют ни первичных измерительных преобразователей, ни источников оперативного тока. В системах электроснабжения первичные реле прямого действия применяются сравнительно редко. Исключение составляют электроустановки постоянного тока, в частности тяговые сети электрифицированного транспорта. Что касается систем переменного тока, здесь еще можно встретить такие реле, называемые расцепи-телями. Они являются составной частью автоматического выключателя АВМ-10, используемого в электроустановках напряжением до 1 кВ.

Для выполнения защиты, надежно и селективно действующей при коротком замыкании и перегрузках, максимальные расцепители снабжают элементами выдержки времени в виде часовых механизмов.

При этом обеспечиваются необходимая выдержка времени срабатывания расцепителя при малых токах и мгновенное отключение автоматического выключателя при больших токах. Такой максимальный расцепитель имеет две уставки тока срабатывания: замедленного срабатывания и мгновенного срабатывания. В ряде случаев такой расцепитель не обеспечивает селективного действия при коротких замыканиях. Для получения селективного действия не только при перегрузках, но при всех допустимых для данных автоматических выключателей токах КЗ возникает необходимость ввести некоторое небольшое замедление в действие максимального расцепителя при коротком замыкании. Автоматические выключатели с такими расцепителями называют селективными.

На рис. 5 дана характеристика выдержки времени максимального расцепителя АВМ. При наличии замедлителя расцепления выдержка времени в независимой части может устанавливаться в пределах t_c = 0,25...0,4 с или /_ср = 0,4...0,6с.

Таким образом, с помощью максимальных расцепителей в установках напряжением до 1 кВ можно выполнить двухступенчатую токовую защиту: максимальную токовую защиту и токовую отсечку без выдержки или с выдержкой времени.

В системах постоянного тока, например на тяговых подстанциях и постах секционирования тяговой сети, в качестве коммутационных аппаратов используют быстродействующие поляризованные автоматические выключатели АБ2/3, АБ2/4, ВАБ-2 и др.. Они конструктивно выполнены так, что сами без специальных расцепителей выполняют и функции защиты, т. е. являются коммутационным аппаратом и первичным реле прямого действия одновременно. Конструктивная схема магнитной системы выключателя показана на рис. 6. Она состоит из сложного магнитопровода 4, подвижного якоря 2 и обмоток 5, б и 7. С якорем связаны главные контакты выключателя, обмотка 7 включается непосредственно в главную цепь защищаемого элемента. Поэтому ток в обмотке определяется режимом работы электроустановки. Он создает магнитный поток Ф_р , замыкающийся через полюсы магнитопровода. Обмотка б яв ляется включающей. Оперативное напряжение U_B подводится к ней кратковременно только в момент включения выключателя. Во включенном положении выключатель удерживается за счет магнитного потока Ф_д1 , являющегося частью магнитного потока Ф_д , создаваемого током в держащей обмотке 5. Вторая часть Ф_й этого потока замыкается через левый полюс магнитопровода. Обмотки 5 и 7 включены так, что магнитные потоки Ф_р и Ф_д1 в правом полюсе направлены противоположно, а магнитные потоки Ф_р и Ф^ в левом полюсе направлены согласно. В зависимости от соотношения результирующих магнитных потоков в полюсах якорь 2 может быть притянутым к одному или другому полюсу. В нормальном режиме работы, когда ток в обмотке 7 является током нагрузки, результирующий магнитный поток в правом полюсе превосходит результирующий магнитный поток в левом полюсе. Поэтому якорь 2 после включения вы ключателя остается притянутым к правому полюсу, удерживая контакты замкнутыми. При КЗ ток в защищаемом элементе, а следовательно, и в обмотке 7 резко возрастает. В связи с этим результирующий магнитный поток в правом полюсе уменьшается, а в левом полюсе увеличивается и якорь 2 притягивается к левому полюсу, отключая выключатель. Этому способствует также пружина 3. Полное время отключения, включая и время гашения дуги, составляет не более 0,08 с. При изменении направления тока в обмотке 7 изменит направление магнитный поток Ф_р и начнет действовать согласно с магнитным потоком Ф_д1 . В этом случае выключатель отключиться не сможет при любых значениях тока в обмотке 7. Таким образом, выключатель является поляризованным, т. е. реагирующим на ток определенного направления, и выполняет функции токовой направленной защиты. Ток срабатывания зависит от величины воздушного зазора между левым полюсом и винтом 8 и регулируется этим винтом. На ток срабатывания оказывает влияние также магнитный шунт 1.

Обычно параллельно обмотке 7 подключают индуктивный шунт. Ток между ними распределяется обратно пропорционально их сопротивлениям. При плавном изменении тока, что имеет место в нормальном режиме работы, сопротивление шунта практически не меняется. Оно увеличивается за счет индуктивной составляющей при бросках тока КЗ. При этом доля тока в обмотке 7 резко возрастает и тем самым повышается чувствительность к коротким замыканиям. Таким образом, при наличии индуктивного шунта выключатель реагирует не только на значение и направление тока, но и на скорость его изменения. Выпускаются и находятся в эксплуатации также неполяризованные выключатели. Они выполняют только функции коммутационного аппарата.

Первичные реле косвенного действия. В системах электроснабжения эти реле применяются относительно редко. Они, в частности, используются в защите тяговой сети постоянного тока вместе с неполяризованными быстродействующими выключателями. При срабатывании контакты реле размыкают цепь держащей катушки 5 и выключатель отключается. Распространение получило электромагнитное реле РДШ. Оно использует электромеханическую систему с поворотным якорем На полюсах магнитопровода расположены обмотки 2 и 3. Одна из них выполнена токопрово-дом меньшего сечения, обладающим индуктивностью L, благодаря надетым на него пакетам трансформаторной стали. Обмотки соединены параллельно так, что токи /, и /₂ наводят в магнитопроводе потоки Ф,,, и Ф_д , направленные противоположно. В нормальном режиме результирующий магнитный поток Ф = Ф и реле напряжения АГК прямого действия с втягивающимся якорем. Они различаются некоторыми конструктивными деталями и параметрами. Реле устанавливаются непосредственно в пружинные и грузовые приводы выключателей, например ППМ-10, ПП-67, ПРБА, ВМПП, ВК, ВЭ. Их обмотки включаются в цепь через первичные измерительные преобразователи. Это дает возможность расширить область использования реле и частично исключить недостатки, присущие первичным реле.

С помощью вторичных реле прямого действия можно выполнять защиты в установках напряжением до 35 кВ.