Реле часу з хімічним і електрохімічним уповільненням
1. ПРОСТЕЙШИЕ СХЕМНІ МЕТОДИ ОТРИМАННЯ ВИТРИМКИ ЧАСУ
В реле часу різних типів широке застосування знаходять нейтральні електромагнітні реле постійного струму. У ряді випадків для отримання витягу часу досить той чи інший спосіб просто уповільнити їх спрацьовування або відпускання (або спрацьовування і відпускання).
Час спрацювання реле, т. Е. Час з моменту включення напруги на обмотку до замикання контактів, складається з двох складових:
де t'тр - час початку руху при спрацьовуванні;
t'дв - час руху якоря при спрацьовуванні.
Часом зрушення при спрацьовуванні називається проміжок часу від моменту включення напруги на обмотку реле до початку руху якоря. За час руху приймається проміжок часу від початку руху якоря до замикання контактів (після замикання контактів якір продовжує рух, долаючи опір контактних пружин).
Час відпускання електромагнітного реле, т. Е. Час з моменту виключення реле до розмикання його контактів, складається з часу початку руху при відпуску t "тр і часу руху якоря при відпуску t" дв
Час рушання при відпуску - час з моменту відключення реле до початку руху якоря.
У нормальних електромагнітних реле з малопотужними контактами час руху якоря становить не більше 10-30% від часу початку руху.
Для отримання порівняно невеликої витримки часу (до 5 сек) часто застосовуються найпростіші схемні методи уповільнення спрацьовування або відпускання
Мал. 1. Найпростіші схемні методи уповільнення спрацьовування реле.
малогабаритних електромагнітних реле з малопотужними контактами. Стабільність витримки часу при цьому невелика, але через простоту здійснення, описані нижче методи набули широкого поширення.
Найпростіші схемні методи уповільнення спрацьовування або відпускання реле складаються в зменшенні швидкості наростання або спаду струму в обмотці реле, т. Е. В збільшенні часу рушання реле шляхом застосування різних схем його включення.
Час руху, що вимірюється одиницями мілісекунд, в цьому випадку не має істотного значення, і ми його враховувати не будемо.
На рис. 1 наведено кілька схем, що дозволяють отримати витримку часу при спрацьовуванні реле.
У схемі на рис. 1, а для уповільнення спрацьовування реле використано включення лампи розжарювання з металевою ниткою паралельно обмотці реле і додаткового опору послідовно з джерелом струму. У холодному стані лампа має малий опір. Тому при замиканні вимикача До в ланцюзі лампи буде протікати великий струм, що зумовить велике падіння напруги на опорі R і, отже, мала напруга на обмотці реле. У міру розігріву нитки лампи струмом опір її збільшується і зростає напруга на обмотці реле, в результаті чого реле спрацьовує з уповільненням. У ланцюг лампи можна включити контакт реле (рис. 1, б), що відключає лампу після спрацьовування реле. Таке відключення необхідно для усунення впливу лампи при відпуску реле і усунення впливу попереднього нагрівання нитки лампи при повторних включеннях схеми.
Схема дозволяє отримати витримку часу до 1,5 сек. Недоліком схеми є дуже низька стабільність витримки часу.
На рис. 1, в зображена схема, в якій послідовно з обмоткою реле включена лампа з вугільною ниткою. У холодному стані опір лампи настільки велике, що струм в ланцюзі значно менше струму спрацювання реле. У міру нагрівання вугільної нитки протікає по ній струмом опір її поступово зменшується і струм в ланцюзі зростає, завдяки чому реле спрацьовує з уповільненням. Замість лампи з вугільною ниткою може бути застосовано будь-яке інше нелінійне опір з негативним температурним коефіцієнтом.
У схемі рис. 1, г послідовно з обмоткою реле включений дросель з великою індуктивністю. Схема дозволяє отримати витримку часу при спрацьовуванні до 2 сек. Час уповільнення може бути знайдено за формулою
де L1 - індуктивність обмотки реле в положенні спокою (т. е. при максимальному робочому зазорі);
R- опір обмотки реле;
L1 і R1 - відповідно індуктивність і активний опір дроселя;
U- напруга живлення схеми;
t'тр - ток зрушення якоря при спрацьовуванні реле.
Для отримання значних витягів часу в схемі рис. 1, г постійна часу дроселя повинна бути більше постійної часу обмотки реле, т. Е. Має дотримуватися нерівність
Тому вага застосовуваного дроселя може значно перевищувати вагу реле. Крім того, застосування дроселя тягне за собою збільшення тривалості дугового або іскрового розряду між контактами До при їх розмиканні.
Час відпускання реле при використанні схеми рис.1, г зміниться незначно.
На рис. 1, д показаний спосіб уповільнення спрацьовування реле за допомогою шунтування його обмотки конденсатором С. В цьому випадку при замиканні вимикача До струм перехідного режиму спочатку спрямовується через ємність в обхід індуктивності обмотки реле, що представляє для нього значний опір. Тому наростання струму через обмотку реле сповільнюється і, отже, час спрацьовування реле збільшується. Тривалість витримки часу можна змінювати підбором ємності конденсатора С і опору R1.
Час спрацювання реле в схемі рис. 1, д можна знайти графічно по кривій наростання струму в обмотці реле, описуваної рівнянням
Витримка часу буде відповідати точці i = i'тр на кривій i (t), яка виражається рівняннями (2) і (3).
При використанні схеми рис. є небезпека виникнення періодичного режиму, при якому реле може спрацьовувати і відпускати кілька разів, що викличе появу помилкових імпульсів в керованої ланцюга.
Щоб отримати апериодический процес, зазвичай ємність С вибирають досить великий і дотримуються умова
Крім того, при використанні схеми рис. 1, д збільшується також час відпускання реле, так як якір деякий час залишається притягнутим за рахунок енергії, накопиченої в конденсаторі. При розряді конденсатора також може виникнути коливальний процес. Щоб зробити процес розряду конденсатора апериодическим, послідовно з ним ставлять додатковий опір (див. Пояснення до рис. 2, д).
Для порівняно невеликого збільшення часу спрацьовування реле може бути застосована схема рис. 1, е. Витримка часу при цьому може бути знайдена за формулою
Змінюючи R1 і R2 можна регулювати час наростання струму в обмотці реле до величини струму спрацьовування.
Та ж схема може бути застосована для отримання уповільнення при відпуску реле, де вона дозволяє отримати значно більшу витримку часу, ніж при спрацьовуванні.
Кілька схем, що дозволяють отримати витримку часу при відпуску реле, зображено на рис. 2.
Схема рис. 2, а являє собою схему рис. 1, е при R1 = 0. Після розмикання контактів До то до в ланцюзі обмотки реле та опору R2 на деякий час зберігається за рахунок е. д. з. самоіндукції обмотки реле. Цей струм поступово зменшується, і реле відпускає з уповільненням, яке можна визначити за формулою
де L "- індуктивність обмотки реле при притягнутому якорі;
i "тр - ток зрушення при відпуску реле. Недоліком схеми рис. 2, а є додатковий витрата енергії при замкнутих контактах К.
Мал. 2. Найпростіші схемні методи уповільнення відпускання реле.
Підвищення економічності схеми може бути досягнуто включенням послідовно з опором R2 елемента з односторонньою провідністю (напівпровідникового вентиля) У, як показано на рис. 2, б. Вентиль В показує великий опір току, утвореному джерелом U при замкнутих контактах K, внаслідок чого струм по опору R2 не проходить. При розмиканні ключа К е. д. з. самоіндукції обмотки реле підтримує деякий час струм, що протікає по опору R2 в напрямку провідності вентиля.
При зменшенні величини опору R2 в схемах рис. 2, а і б витримка часу при відпуску збільшується. У межі обмотка реле закорачивается. Тому для отримання значних витягів часу порядку десятих часток секунди і більше застосовують схеми рис. 2, в і р Схема рис. 2, в виходить зі схеми рис. 2, б при закорачіваніі опору R2 .Видержку часу в схемі рис. 2, в можна знайти за формулою (6), підставивши в неї замість величини опору R2 величину прямого опору вентиля В, яке, втім, зазвичай буває незначним.
У схемі рис. 2, г витримка часу при відпуску здійснюється шляхом замикання накоротко обмотки реле, яка перед замиканням перебувала під напругою. Так само як і в розглянутих вище схемах (рис. 2) витримка часу виходить внаслідок уповільненої спадання магнітного потоку. Величину уповільнення можна знайти за формулою (6), поклавши в ній R2 = 0.
У розглянутих вище схемах уповільнення опускання реле накопичувачем енергії, за рахунок якої утримується якір, є магнітна система і обмотка реле. Тому значні витримки часу (десяті частки і одиниці секунд) можна отримати тільки у великогабаритних реле, обмотки яких мають велику індуктивність і мале активний опір.
У схемі рис. 2, д час відпускання реле збільшується за рахунок того, що (при розмиканні контактів До в ланцюзі, що складається з обмотки реле, конденсатора С і опору R2. Деякий час зберігається струм. Щоб перехідний процес в цьому ланцюзі мав апериодический характер, застосовують конденсатор порівняно великий ємності і великий опір R2. Схема застосовується для отримання значних вповільнень реле по відпускання (до 2 сек). для цього використовуються конденсатори з малими витоками, і дроти, з'єднані з конденсатором, добре ізолюються. Витяг в Ємені можна знайти графічно (при t = t "тр; i = i" тр) з рівняння