誘導カップリレーの動作原理構造と種類

インダクションカップリレー

このリレーは、インダクションディスクリレーの一種です。インダクションカップリレーは、インダクションディスクリレーと同じ原理で動作します。このリレーの基本構造は、四極または八極のインダクションモーターに似ています。保護リレーの極数は、収容する巻線の数によって異なります。図は四極のインダクションカップリレーを示しています。
実際、インダクションリレーのディスクをアルミニウム製のカップに置き換えると、リレーの回転系の慣性が大幅に減少します。低機械慣性により、インダクションカップリレーの動作速度はインダクションディスクリレーよりも大幅に高速になります。さらに、投影型の極システムは、VA入力あたりの最大トルクを得られるように設計されています。

例示された四極ユニットでは、一対の極によってカップ内で生じた渦電流が、直接他の一対の極の下に現れます。これにより、このリレーのVAあたりのトルクは、C字形電磁石を使用したインダクションディスクタイプのリレーの約3倍になります。もし、極の磁気飽和を設計によって避けることができれば、リレーの動作特性は広範な動作範囲で直線的かつ正確にすることができます。

インダクションカップリレーの動作原理

前述の通り、インダクションカップリレーの動作原理は、インダクションモーターと同じです。回転磁界は異なる極のペアによって生成されます。四極設計では、両方の極のペアが同じ電流変換器の二次側から供給されますが、二つの極のペア間の電流の位相差は90度です。これは、一つの極のペアのコイルにインダクタを直列に挿入し、もう一つの極のペアのコイルには抵抗を直列に挿入することで達成されます。

回転磁界はアルミニウム製のカップまたはドラム内に電流を誘導します。インダクションモーターの動作原理に基づいて、カップは回転磁界の方向に、回転磁界の速度よりもわずかに低い速度で回転します。アルミニウム製のカップはヘアスプリングに取り付けられています。正常状態では、スプリングの復元トルクの方がカップの偏向トルクよりも大きいため、カップは動きません。しかし、システムの故障時には、コイルを通る電流が非常に高くなるため、カップで生じる偏向トルクはスプリングの復元トルクよりも大きくなり、カップはインダクションモーターのロータのように回転し始めます。カップの移動に応じて特定の角度で接点が作動します。

インダクションカップリレーの構造

リレーの磁気システムは、円形に切断された鋼板を積層して構築されます。これらの積層鋼板の内周に磁極が突出しています。
フィールドコイルはこれらの積層磁極に巻かれています。向かい合った二つの極のフィールドコイルは直列に接続されています。
アルミニウム製のカップまたはドラムは、ベアリングまたはジュエルカップに取り付けられたスピンドル上に取り付けられた積層鉄心に取り付けられています。カップまたはドラムの内部には、カップを通過する磁界を強化するための積層磁場が設けられています。

インダクションカップ方向またはパワーリレー

インダクションカップリレーは、方向または位相差ユニットに非常に適しています。これは、感度だけでなく、インダクションカップリレーには安定した非振動トルクがあり、電流または電圧だけによる寄生トルクが小さいためです。

インダクションカップ方向またはパワーリレーでは、一対の極のコイルは電圧源に接続され、別の一対の極のコイルは電流源に接続されます。従って、一対の極によって生じる磁束は電圧に比例し、別の一対の極によって生じる磁束は電流に比例します。
このリレーのベクトル図は以下のようになります。

ここでのベクトル図では、システムの電圧Vと電流Iの間の角度はθです。
電流Iによって生じる磁束φ1はIと位相一致しています。
電圧Vによって生じる磁束φ2はVに対して直角です。
従って、φ1とφ2の間の角度は(90o – θ)です。
したがって、これらの二つの磁束によって生じるトルクTdは以下の式で表されます。

ここで、Kは比例定数です。
この式では、電圧コイルによって生じる磁束がその電圧に対して90o遅れると仮定しています。設計によってこの角度を任意の値に近づけることができ、トルク方程式T = KVIcos (θ – φ) を得ることができます。ここで、θはVとIの間の角度です。従って、インダクションカップリレーは、角度θ = 0または30o, 45oまたは60oで最大トルクを生じるように設計することができます。
θ = 0で最大トルクを生じるリレーはPインダクションカップパワーリレーです。
θ = 45oまたは60oで最大トルクを生じるリレーは方向保護リレーとして使用されます。

リアクタンスおよびMHO型インダクションカップリレー

電流電圧コイルの配置と、さまざまな磁束間の相対位相差を操作することで、インダクションカップリレーは純粋なリアクタンスまたはアドミタンスを測定することができます。このような特性は、電磁距離リレーに関するセッションでより詳細に説明されています。

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