電磁リレーの動作 | 電磁リレーの種類
電磁リレー
電磁リレーは、電磁作用によって動作するリレーです。現代の電気保護リレーは主にマイクロプロセッサベースですが、それでも電磁リレーはその位置を保っています。すべての電磁リレーをマイクロプロセッサベースの静止リレーに置き換えるには、かなり長い時間がかかるでしょう。したがって、保護リレーシステムの詳細を検討する前に、さまざまな電磁リレーの種類をレビューする必要があります。
電磁リレーの動作原理
実際には、すべてのリレーデバイスは以下のいずれかまたはそれ以上の電磁リレーの種類に基づいています。
大きさの測定
比較
比率の測定
電磁リレーの動作原理はいくつかの基本的な原理に基づいています。動作原理によってこれらは以下の電磁リレーの種類に分けることができます。
アームチャタータイプのリレー
誘導ディスクタイプのリレー
誘導カップタイプのリレー
バランスビームタイプのリレー
可動コイルタイプのリレー
極化された可動鉄タイプのリレー
アームチャタータイプのリレー
アームチャタータイプのリレーは、構造と動作原理の両方で最も単純なものです。これらの電磁リレーは、マグニチュードリレーまたは比率リレーとして使用することができます。これらのリレーは、補助リレー、制御リレー、過電流、低電流、過電圧、低電圧、およびインピーダンス測定リレーとして使用されます。
ヒンジ式アームチャターとプラグナータイプの構造が、これらの電磁リレーの種類で最も一般的に使用されています。二つの構造設計の中で、ヒンジ式アームチャター型の方が一般的に使用されています。
アームチャターに働く力は、エアギャップ内の磁束の2乗に比例します。飽和の影響を無視すると、アームチャターに働く力の式は以下のように表現できます。
ここで、Fは総合力、K’は定数、Iはアームチャターコイルの有効値電流、K’は制約力です。
リレー動作の閾値条件は、KI2 = K’に達するときです。
上記の式を注意深く観察すると、特定のコイル電流値に対して、リレーの動作は定数K’とKに依存していることがわかります。
上記の説明と式から、リレーの動作は以下の要因によって影響されることがまとめられます。
リレー動作コイルによって発生するアンペアターン
リレー芯とアームチャター間のエアギャップのサイズ
アームチャターに対する制約力
アトラクションタイプのリレーの構造
このリレーは本質的に単純な電磁コイルとヒンジ付きプラグナーで構成されています。コイルが励起されると、プラグナーはコイルの芯に向かって引き寄せられます。一部のNO-NC（通常開・通常閉）接点はこのプラグナーと機械的に配置されており、プラグナーの動きの終わりにNO接点が閉じ、NC接点が開きます。通常、アームチャタータイプのリレーはDC操作のリレーです。接点は、アームチャターが非励起状態に戻った後でも元の位置に戻らないように配置されています。リレー動作後、これらの電磁リレーの種類は手動でリセットされます。
アームチャタータイプのリレーは、その構造と動作原理により、動作が瞬時的です。
誘導ディスクタイプのリレー
誘導ディスクタイプのリレーは主に一つの回転ディスクで構成されています。
誘導ディスクタイプのリレーの動作原理
すべての誘導ディスクタイプのリレーは、同じよく知られたフェラーリの原理に基づいて動作します。この原理によれば、位相がずれた2つの磁束によってトルクが生じ、そのトルクは磁束の大きさとそれらの間の位相差に比例します。数学的には、以下のように表現できます。
誘導ディスクタイプのリレーは、アメータやボルトメータ、ワットメータ、ワットアワーメータと同じ原理に基づいています。誘導リレーでは、誘導コイルによってアルミニウムまたは銅のディスクに発生する渦電流によって偏向トルクが生成されます。ここでは、アルミニウム（または銅）のディスクがAC電磁石の極間に配置され、その磁束φがIからわずかな角度だけ遅れて発生します。この磁束がディスクにリンクすると、ディスク内に誘導電圧E2が磁束φから90°遅れて誘導されます。ディスクが純粋に抵抗性であるため、誘導電流I2はE2と位相が一致します。φとI2の間の角度が90°の場合、その場合のネットトルクはゼロになります。なぜなら、
誘導ディスクタイプのリレーでトルクを得るためには、回転磁場を生成することが必要です。
誘導ディスクリレーにおけるトルク生成のポールシェーディング法
この方法では、ポールの半分が銅リングで囲まれています。φ1がポールの非シェーディング部分の磁束です。実際には、ポールがスロットによって2つに分割されると、全磁束が2つの等しい部分に分割されます。
ポールの一部が銅リングでシェーディングされているため、シェーディングリングに誘導電流が生じ、シェーディングされたポールに別の磁束φ2‘が生じます。したがって、シェーディングされたポールの結果の磁束はφ1とφ2のベクトル和となります。これをφ2とし、φ1とφ2の間の角度をθとします。これらの2つの磁束は、以下の結果のトルクを生成します。
誘導ディスクタイプのリレーには、主に3種類の回転ディスクの形状があります。これらは、らせん形、円形、花瓶形です。螺旋形状は、ディスクが回転して接点を閉じるときにコントロールスプリングの制約トルクが変動することを補償するために行われます。ほとんどの設計では、ディスクは最大280°まで回転することができます。さらに、ディスク上の移動接点は、ディスクの最大半径部分が電磁石の下にあるときにリレーフレーム上の固定接点と接触するように配置されています。これは、誘導ディスクタイプのリレーでの満足のいく接点圧力を確保するためです。
差動保護など、高速動作が必要な場合は、ディスクの角度移動が大幅に制限され、円形または翼形のタイプが使用されます。
ある誘導ディスクタイプのリレーが他のリレーの成功した動作後に動作する必要がある場合もあります。たとえば、ジェネレータやバスバー保護用の相互連携過電流リレーが一般的に使用されます。その場合、シェーディングバンドはシェーディングコイルに置き換えられます。そのシェーディングコイルの両端は、他の制御装置またはリレーの通常開接点に取り出されます。後者が動作すると、通常開接点が閉じてシェーディングコイルがショート回路になります。その後、過電流リレーのディスクが回転し始めます。
また、誘導ディスクタイプのリレーの時間/電流特性を、シェーディングコイルに可変抵抗配列を使用することで変更することもできます。
負のシーケンスフィルタから供給される誘導ディスクリレーは、発電機の負のシーケンス保護装置としても使用できます。
誘導カップタイプのリレー
誘導カップタイプのリレーは、誘導ディスクタイプのリレーの異なるバージョンと考えることができます。両タイプのリレーの動作原理はほぼ同じです。誘導カップタイプのリレー
