Лабораторная работа: Реле часу

Лабораторна робота №1

Дослідження напівпровідникових реле часу

Стислі теоретичні відомості

Електричне реле з нормованим часом вмикання або вимикання називають реле часу. Подібне реле забезпечує витримку часу від мілісекунд до декількох годин. Для отримання невеликих витримок часу (декілька секунд) використовують реле в поєднанні із схемами, сповільнюючими зміну струму в котушці реле. Такі реле часу не відзначаються стабільністю, але вони знаходять достатньо широке застосування завдяки своїй простоті і невисокій вартості.

В схемі на рис. 1.1, а, для сповільнення спрацювання паралельно котушці реле КТ ввімкнено конденсатор С . При замиканні керуючого контакту К конденсатор шунтує обмотку, і струм в обмотці починає протікати тільки після того, як конденсатор зарядиться (другий закон комутації) і його опір зросте.

Рис. 1.1 – Схеми витримок часу

Додатковий резистор R обмежує початкове значення струму в колі.

Всі схеми сповільнення відпускання реле основані на використанні енергії, накопиченої в магнітному полі котушки для підтримування струму після розриву кола живлення реле. В схемах на рис. 1.1, б, в після розмикання контакту К , магнітний потік, що зменшується, наводить ЕРС в обмотці реле, під дією якої в колі проходить струм спрацювання і_k , що стримує якір в притягнутому стані. Схеми характеризуються додатковими втратами потужності, що виникають в резисторі. Цього не відбувається в схемі, показаній на рис. 1.1, г , в якій послідовно з резистором ввімкнено діод D . Тому в стаціонарному режимі струм через резистор не проходить. Для отримання значної витримки часу реле повинно бути достатньо масивним, щоб забезпечити необхідний запас магнітної енергії.

Аналогічний принцип використовують в реле часу постійного струму з електромагнітним сповільненням і демпфуючою короткозамкненою обмоткою (рис. 1.2). При вмиканні обмотки реле 1 до мережі магнітний потік в осерді 2 зменшується. Це приводить до виникнення ЕРС в масивній шайбі 3 , що знаходиться на осерді. Опір шайби дуже малий, тому в ній виникають великі вихрові струми, що підмагнічують осердя. В результаті магнітний потік в осерді реле зменшується значно повільніше, якір 5 залишається в притягненому стані і контакти реле 4 розмикаються з витримкою часу до 10 с .

Рис. 1.2

Існують конструкції реле часу, в яких роль короткозамкненої обмотки виконує мідна гільза, надіта на осердя. Витримку часу регулюють зміною зазору між якорем і осердям або натягом пружини 6 . Це змінює значення магнітного потоку відпускання Фвід (рис. 1.2., б), при якому починається рух якоря. При сильному послабленні пружини відпускання якоря відбувається на пологій ділянці кривої Ф (t), величина витримки часу стане невизначеною, що обмежує діапазон регулювання реле. Витримку часу можна також регулювати на основі використання котушки, що вмикається зустрічно і створює розмагнічуючий магнітний потік. В результаті магнітний потік в осерді зменшується швидше (штрихова крива на рис. 1.2, б) і витримка часу змінюється від t₂ до t₁ . Для одержання великої витримки збільшують об’єм магнітної системи реле і застосовують матеріали з високою магнітною проникністю. Магнітопровід реле працює в режимі насичення, тому зміна напруги живлення практично не впливає на початковий потік, і, відповідно, на стабільність витримки часу. Однак витримка часу сильно залежить від зміни температури шайби 3 , що впливає на електричний опір і величину підмагнічуючого струму. Це збільшує похибку реле до 5–19%.

В даний час в промисловості використовують конденсаторні реле часу , що базуються на інерційних властивостях RC – ланки. Принципова схема реле з зарядом конденсатора показана на рис. 1.3, а. При замиканні керуючого контакту К1 в колі проходить струм і напруга на затискачах конденсатора зростає за законом.

Uc = U_ж (1 – exp [-t/]),

де U_ж – напруга живлення; =RC – постійна часу кола.

Ця напруга подається на високоомний вхід напівпровідникового підсилювача, що містить пороговий елемент, який спрацює при заданій напрузі U_спр.1. Через час

t=ln [U_ж /(U_ж -U_спр1 )]

напруга на конденсаторі досягає величини U_спр.1 , вихідне електромагнітне реле К2 виконує необхідні перемикання в зовнішньому колі. В схемі (рис. 1.3, б) конденсатор попередньо заряджається до U_ж ; при перемиканні керуючого контакту К1 він починає розряджатись на резистор R .

а)	б)
Рис. 1.3 – Конденсаторні реле часу а) – з зарядом конденсатора; б) – з розрядом конденсатора

Напруга на конденсаторі зменшується:

U_c =U_ж ∙exp (-t/)

і через час

t=·(U_ж /Uспр2)

понижується до величини U_спр.2 , при якій напівпровідникова схема переходить з одного стану в інший.

Величину витримки часу регулюють зміною постійної часу . Ступінчате регулювання здійснюють зміною ємності конденсатора С , а більш плавне – зміною опору резистора R . Стабільність витримки часу в значній мірі залежить від коливання напруги в мережі. Тому в подібних схемах необхідні стабілізовані джерела живлення. Конденсаторні реле часу достатньо прості, надійні і дозволяють отримувати максимальну витримку часу 50 с з похибкою 5–15%.

Подальше збільшення витримки часу досягається живленням конденсатора імпульсною напругою з великою щільністю імпульсів (рис. 1.4.).

Рис. 1.4. Конденсаторні реле часу з імпульсним живленням

При цьому короткочасні періоди t ₁ зміни напруги конденсатора чергуються тривалими періодами часу T-t , коли ця напруга залишається незмінною. В результаті витримка часу збільшується в декілька раз. Подібний принцип використовується в багатьох сучасних реле часу, при цьому виникає можливість отримання витримки часу 10–20 хв . В схемі реле (рис. 1.4, б) конденсатор С1 заряджається імпульсами, які генеруються блокінг – генератором Г1 з частотою 50 – 100 Гц. Тривалість імпульсів 3–5 мкс. Конденсатор ввімкнений за мостовою схемою, в діагоналі якої ввімкнено пороговий елемент – діод VD , який відкривається при перевищенні напруги спрацювання, що знімається з подільника R1-R2 .

Після заряду конденсатора діод VD відкривається, і через розподільний конденсатор С2 видає керуючий імпульс на вихідний тригер Т , що комутує коло електромагнітного реле К . Приведена похибка подібних реле може бути знижена до 1,5%.

Великі витримки при високій точності відрахунку можуть забезпечити лічильно-імпульсні реле. Прикладом такого реле часу може служити трьох – ланкове реле типу ВЛ – 34 , принципова схема якого приведена на рис. 1.5. При подачі напруги живлення на схему реле починає працювати стабілізований імпульсний генератор 1 .

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--