Робота електромагнітного реле | Типи електромагнітних релей

Електромагнітне реле

Електромагнітні релє — це релє, які працюють завдяки електромагнітному дії. Сучасні електричні захисні релє в основному базуються на мікропроцесорах, але все ж електромагнітні релє зберігають свою позицію. Заміна всіх електромагнітних релє на статичні релє на базі мікропроцесора займе значно більше часу. Тому, перед тим як детально розглянути систему захисного релє, ми повинні ознайомитися з різними типами електромагнітних релє.

Робота електромагнітного релє

Практично всі релейні пристрої базуються на одному або декількох з наступних типів електромагнітних релє.

1. Вимірювання величин,

2. Порівняння,

3. Вимірювання співвідношення.

Принцип роботи електромагнітного релє базується на деяких основних принципах. В залежності від принципу роботи, їх можна розділити на такі типи електромагнітних релє.

1. Релє з приваблюваним якорем,

2. Релє з індукційним диском,

3. Релє з індукційною чашкою,

4. Релє з рівноважною балкою,

5. Релє з рухомою котушкою,

6. Релє з поляризованим рухомим залізом.

Релє з приваблюваним якорем

Релє з приваблюваним якорем є найпростішим як у конструкції, так і у своїх принципах роботи. Ці типи електромагнітних релє можуть бути використані як релє величини, так і релє співвідношення. Ці релє використовуються як допоміжне релє, керувальне релє, релє перевищення струму, недостатнього струму, перевищення напруги, недостатньої напруги та релє вимірювання опору.

Конструкції з шарнірним якорем та плунжерним типом є найбільш поширеними для цих типів електромагнітних релє. Серед двох конструктивних варіантів, тип з шарнірним якорем є більш поширеним.

Знаємо, що сила, яка діє на якор, прямо пропорційна квадрату магнітного потоку у повітряному зазорі. Якщо ігнорувати ефект насичення, рівняння для сили, яку відчуває якор, можна виразити так,

Де F - загальна сила, K' - константа, I - ефективне значення струму обмотки якоря, а K' - сила, що протидіє.
Порогова умова для роботи реле буде досягнута, коли KI2 = K'.
Якщо детально проаналізувати це рівняння, стане зрозуміло, що робота реле залежить від констант K' і K для певного значення струму в обмотці.
З вищенаведеного пояснення та рівняння можна підсумувати, що робота реле залежить від

1. Ампер-витків, створених обмоткою реле,

2. Розміру повітряного зазору між сердцевиною реле та якорем,

3. Сили, що протидіє, на якор.

Конструкція реле типу притягування

Це реле є, по суті, простим електромагнітним катушком і шарнірно прикріпленим плунжером. Коли катушка збуджується, плунжер притягується до сердцевини катушки. Деякі контакти NO-NC (звичайно відкриті та звичайно замкнені) механічно організовані з цим плунжером так, що контакти NO стають замкненими, а контакти NC стають відкритими за завершення руху плунжера. Зазвичай реле типу притягування якоря є реле, що працює від постійного струму. Контакти так організовані, що після роботи реле, вони не повертаються до своїх початкових положень, навіть після деенергізації якоря. Після роботи реле, ці типи електромагнітних реле відновлюються вручну.
Реле типу притягування якоря, завдяки своїй конструкції та принципу роботи, є миттєвим у роботі.

Реле типу індукційного диска

Реле типу індукційного диска в основному складається з одного обертального диска.

Принцип роботи реле типу індукційного диска

Кожен реле індукційного дискового типу працює за відомим принципом Феррарі. Цей принцип стверджує, що момент сили виникає завдяки двом фазово зміщеним магнітним потокам, який пропорційний добутку їх амплітуди та фазового зміщення між ними. Математично це можна виразити так-


Реле індукційного дискового типу базується на тому ж принципі, що і амперметр, вольтметр, ваттметр або ватт-годинник. У релє індукції момент сили виникає завдяки вихровим струмам у алюмінієвому або медному диску через магнітний потік AC електромагніта. Тут, алюмінієвий (або медний) диск розташований між полюсами AC магніта, який створює черговий потік φ, який запізнюється від I на невеликий кут. Оскільки цей потік з'єднується з диском, там повинен бути викликаний ЕМФ E2 в диску, який запізнюється від потоку φ на 90o. Оскільки диск є чисто опорним, викликаний струм в диску I2 буде в фазі з E2. Оскільки кут між φ і I2 становить 90o, загальний момент сили, вироблений в цьому випадку, дорівнює нулю. Оскільки,

Для отримання моменту сили в релє індукційного дискового типу необхідно створити обертове поле.

Метод затінення полюсів для вироблення моменту сили в релє індукційного дискового типу

У цьому методі половина стовпа оточена медним кільцем, як показано на малюнку. Нехай φ1 — це потік незахищеної частини стовпа. Насправді загальний потік розподіляється на дві рівні частини, коли стовп розбивається на дві частини шлицом.

Оскільки одна частина стовпа захищена медним кільцем, в ньому буде викликаний струм, який спричинить інший потік φ2‘ у захищеному стовпі. Отже, результативний потік захищеного стовпа буде векторною сумою φ1 і φ2. Скажімо, це φ2, а кут між φ1 і φ2 дорівнює θ. Ці два потоки створять результативний момент,

Основних типів форм обертального диска для реле індукційного диска є три: спіралевидні, круглі та вазоподібні, як показано на малюнку. Спіралевидна форма призначена для компенсації змінного тормозного моменту керуючої пружини, яка намагається, коли диск обертається, закриваючи свої контакти. Для більшості конструкцій диск може обернутися на 280o. Більше того, рухомий контакт на диску розташований так, що він зустрічається з нерухомими контактами на рамі реле, коли найбільша радіусна частина диску знаходиться під електромагнітом. Це робиться для забезпечення задовільного тиску контакту в реліях індукційного диска.
Там, де потрібна високоскоростна робота, наприклад, в диференціальній захисті, кутова подорож диска значно обмежена, і тому використовуються круглі або навіть заступник типи в реле індукційного диска електромагнітного типу.
Іноді потрібно, щоб робота реле індукційного диска відбувалася після успішної роботи іншого реле. Так, взаємозапобіжні реле перевантаження загалом використовуються для захисту генераторів та шин. У цьому випадку, захисна стрічка замінюється захисним котушком. Два кінці цього захисного котушка виводяться через зазвичай відкритий контакт іншого керуючого пристрою або реле. Коли останній працює, зазвичай відкритий контакт замикатиметься і захисний котушок буде коротко замкнуто. Лише після цього диск реле перевантаження починає обертатися.
Можна також змінити характеристики час/струм реле індукційного диска, використовуючи змінне опірне розташування до захисного котушка.
Реле індукційного диска, підключене до фільтра негативної послідовності, також можна використовувати як пристрій захисту від негативної послідовності для генераторів.

Реле індукційного кубка

Індукційний реле типу чашка можна вважати іншою версією індукційного реле типу диск. Принцип роботи обох типів релей більш-менш однаковий. Індукційні реле типу чашка використовуються там, де потрібна дуже висока швидкість роботи разом з поляризацією та/або диференціальним намотуванням. Зазвичай доступні конструкції з чотирма та вісімма полюсами. Кількість полюсів залежить від кількості намоток, які необхідно розмістити.
Інерція конструкції типу чашка набагато менша, ніж у конструкції типу диск. Тому дуже висока швидкість роботи можлива в індукційному релей типу чашка. Крім того, система полюсів спроектована так, щоб забезпечити максимальний момент обертання на кожну кВА вхідної енергії. У чотиполюсному пристрої майже всі вихрові струми, що виникають в чашці через одну пару полюсів, з'являються безпосередньо під іншою парою полюсів — тому момент/ВА приблизно у три рази більший, ніж у індукційному диску з C-подібним електромагнітом.
Індукційне реле типу чашка практично підходить для напрямкових або фазопорівняльних пристроїв. Це тому, що, окрім своєї чутливості, індукційне реле типу чашка має стабільний непульсовий момент і їх паразитний момент через струм або напругу самостійно невеликий.

Індукційне реле типу чашка напрямкового або потужностного типу

У чотиполюсному індукційному релей типу чашка одна пара полюсів створює потік, пропорційний напругі, а інша пара полюсів створює потік, пропорційний струму. Векторна діаграма представлена нижче,
Момент T1 = Kφvi.φi. sin(90o − θ), припустивши, що потік, створений котушкою напруги, буде відставати на 90° від її напруги. За проектом, кут можна зробити таким, щоб підійти до будь-якого значення, і отримати рівняння моменту T = K.E.I.cos(φ − θ), де θ — це кут системи E – I.
Відповідно, індукційне реле типу чашка можна спроектувати так, щоб воно створювало максимальний момент, коли кут системи θ = 0o або 30o або 45o або 60o. Перше відоме як потужнісні реле, оскільки вони створюють максимальний момент, коли θ = 0o, а друге відоме як напрямкові реле — вони використовуються для напрямкової дискримінації в захисних схемах при аварійних умовах, оскільки вони спроектовані так, щоб створювати максимальний момент при аварійних умовах.

Реактивне або Мхо-тип індукційного реле типу чашка

Змінюючи розташування котушок струму або напруги та відносний фазовий кут зсуву між різними потоками, індукційне реле типу чашка можна зробити так, щоб воно вимірювало чисту реактивну складову електричного контуру.

Релей збалансованого пучка

Релє балансного типу можна вважати варіантом релє з привабливою якорною системою, але все ж ці релє вважаються різними типами, оскільки вони застосовуються у різних галузях.
Релє балансного типу використовувалися в схемах диференційної та дистанційної захисту. Використання цих релє стало абсолютним, коли їх замінили більш сучасні індукційні дискові та чашеподібні індукційні релє.
Принцип роботи балансного релє дуже простий. Тут одна балка підтримується одним шарніром. Шарнір підтримує балку приблизно посередині. На обох кінцях балки діють дві сили, відповідно. Напрямок обидвох сил однаковий. Не тільки напрямок, але й в нормальних умовах роботи моменти, створені цими силами відносно шарніра, також однакові. Через ці два однакові моменти, балка утримується в горизонтальному положенні в нормальних умовах роботи. Один з цих моментів є затримуючим моментом, а інший - робочим моментом.
Затримуючий момент може бути наданий або затримуючим катушкою, або затримуючою пружиною.
Це вид релє з привабливою якорною системою. Але балансне релє вважається окремо з точки зору його застосування. Коли відбувається будь-яка аварія, стрімкість через робочу катушку перевищує свій пороговий значення, тому магнітний поток робочої катушки збільшується і перевищує свій пороговий значення. Через цей збільшений магнітний потік, катушка більш сильно притягує кінець балки, і, отже, момент на відповідному кінці балки збільшується. Якщо цей момент збільшується, то баланс балки порушується. Через це незбалансоване умови моменту, кінець балки, пов'язаний з робочим моментом, опускається, щоб закрити контакти релє.
Типові варіанти обох типів балансного релє показані нижче :


На сьогоднішній день, балансні релє стали застарілими. У минулі роки ці релє широко використовувалися для диференційних та імпедансних вимірювань. Їх використання було замінено більш сучасними індукційними дисками та чашеподібними релє.
Основні недоліки балансного релє - це погана відношення скидання/активації, чутливість до фазового зсуву між двома живленнями та невірна робота на перехідних процесах.

Релє з переміщувальною катушкою

Релє з переміщувальною катушкою або поляризованим ДП релє з переміщувальною катушкою є найчутливішим електромагнітним релє. Завдяки своїй високій чутливості, це релє широко використовується для точних вимірювань для дистанційної та диференційної захисту. Цей тип релє природно придатний для DC систем. Хоча цей тип релє може бути використаний і для AC систем, але необхідно забезпечити необхідну схему прямокутника в трансформаторі.
У релє з переміщувальною катушкою переміщення катушки може бути обертальним або осевим. Обидва типи були вдосконалени до великої міри різними виробниками, але врождений обмеження релє з переміщувальною катушкою залишаються, тобто проводити стрімкість в і з рухомої системи катушок, яка, з причини чутливості, має бути спроектована дуже деликатно.
Між цими двома типами релє з переміщувальною катушкою, осевий тип має удвічі більшу чутливість, ніж обертальний. З релє з переміщувальною катушкою, чутливість порядку 0,2 мВт до 0,5 мВт є типовою. Швидкість роботи залежить від демпфування, наданого в релє.

Заява: Поважайте оригінал, добре статті варті поширення, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зверніться для видалення.