Relee
Releul este un aparat care, sub acţiunea mărimii de intrare, realizează o variaţie în salt (de multe ori prin comutarea unor contacte) a mărimii de ieşire, în scopul comenzii altor elemente (contactoare, etc.).
Clasificarea releelor
Releele pot fi clasificate după mai multe criterii, cum ar fi:
- după natura elementului de comutare : relee cu contacte şi relee fără contacte (statice);
- după mărimea de intrare: relee de curent, de tensiune, de impedanţă, de putere, de temperatură, de turaţie, etc.;
- după principiul de funcţionare: relee electromecanice (electromagnetice, magnetoelectrice, electrodinamice, de inducţie, magnetice, termice) şi electronice;
- după modul de conectare se deosebesc: relee primare, la care mărimea de intrare se aplică direct; relee secundare, conectate prin intermediul unui transformator de curent sau de tensiune; relee acţionate prin intermediul altor relee (relee de timp, relee intermediare, relee de semnalizare);
- după modul de acţionare asupra obiectului comandat: relee cu acţiune directă şi relee cu acţiune indirectă;
- după valoarea mărimii de intrare la care acţionează: relee maximale, a căror acţionare are loc când valoarea mărimii de intrare devine egală sau mai mare decât o anumită valoare maximă, dinainte stabilită; relee minimale care acţionează în momentul când valoarea mărimii de intrare devine egală sau mai mică decât o anumită valoare minimă, dinainte stabilită; relee diferenţiale, a căror acţionare are loc când diferenţa valorilor a două mărimi aplicate la intrare devine în valoare absolută, mai mare decât o valoare dinainte stabilită.
- după destinaţie: relee pentru protecţia sistemelor electrice, relee pentru comanda acţionărilor şi relee pentru automatizări sau telecomunicaţii.
Caracteristicile releelor
Caracteristicile principale ale releelor sunt: caracteristica „intrare-ieşire” şi caracteristica de timp.
Prin caracteristica „intrare-ieşire ” a releelor se înţelege funcţia y = f(u), unde u este mărimea de intrare, iar y este mărimea de ieşire. Caracteristica „intrare-ieşire” este o caracteristică neliniară, discontinuă. La releele cu contact normal deschis, figura 2.1 a, până la o anumită valoare a mărimii de intrare ua, numită valoare de acţionare (de pornire sau de lucru), valoarea mărimii de ieşire y = 0. Pentru u= ua, valoarea mărimii de ieşire se modifică brusc la valoarea y1 şi rămâne constantă sau variază foarte puţin chiar dacă mărimea de intrare continuă să crească.
La micşorarea mărimii de intrare, mărimea de ieşire rămâne constantă până la
u = ur, numită valoare de revenire, când se modifică brusc până la valoarea zero.
La releele cu contact normal închis, figura 2.1 b, pentru u < ua, y = y1, apoi y =0 pentru u > ua, iar la micşorarea mărimii de intrare, revenirea la starea iniţială are loc pentru u = ur < ua. Se defineşte factorul de revenire, prin raportul dintre valoarea de revenire şi valoarea de acţionare
Factorul de revenire este subunitar (kr < 1) la releele maximale şi supraunitar
(kr > 1) la releele minimale. Calitatea relelor este cu atât mai bună, cu cât acest factor este mai apropiat de unitate. Un alt parametru important al releelor este factorul de comandă, definit prin raportul
, Pc
kc = -f (2.2)
Pa
unde Pc este puterea comandată de contactele releului (puterea de rupere, capacitatea de rupere), iar Pa este puterea de acţionare (putere consumată).
a) releu cu contact normal deschis b) releu cu contact normal închis
Figura 2.1. Caracteristica statică a releelor
Prin eroarea unui releu sa se înţelege diferenţa dintre valoarea de acţionare reală ua şi valoarea pentru care releul a fost reglat să acţioneze uR
Ci ua - uR (2.3)
Caracteristica de timp a releelor este definită prin funcţia ta = f(u), în care ta este timpul propriu de acţionare al releului, iar u este mărimea de intrare.
Prin timp propriu de acţionare a releelor se înţelege intervalul de timp, definit prin momentul aplicării mărimii de intrare (u > ua) şi momentul închiderii sau deschiderii depline a contactelor.
Un releu este caracterizat şi prin capacitatea de rupere care se dă în cataloage, prin valoarea curentului maxim care poate fi întrerupt şi tensiunea maximă între contacte la starea deschis.
Capacitatea de rupere a releelor este foarte redusă, curenţii ce pot fi întrerupţi sunt de ordinul amperilor sau fracţiunilor de amper, iar tensiunile între contacte de ordinul zecilor sau sutelor de volţi. Acelaşi releu are o capacitate de rupere mult mai redusă în curent continuu decât în curent alternativ, datorită faptului că la rupere arcul electric de curent continuu se stinge mult mai greu, pe când arcul electric de curent alternativ se stinge mai uşor (curentul alternativ având în mod natural treceri prin zero).
Rezistenţa mecanică a contactelor poate fi asigurată pentru câteva zeci de milioane de manevre, iar frecvenţa de conectare şi deconectare de câteva mii de cicluri pe minut.
Consumul de putere al bobinei electromagnetului este redus, de ordinul waţilor.
Relee electromecanice
Primele relee au fost utilizate în telegrafie, începând cu anul 1837. Cele mai simple relee electromagnetice constau dintr-un dispozitiv care produce forţa sau cuplul activ, un element (arc cilindric, arc spiral) care produce cuplul rezistent şi unul sau mai multe elemente de comutare (contacte electrice). După natura dispozitivului pentru producerea forţei sau a cuplului activ, releele pot fi: electromagnetice, magnetoelectrice, de inducţie, electrodinamice, termice şi cu contact reed.
Relee electromagnetice
Releele electromagnetice se construiesc într-o mare diversitate de tipuri, fiind larg utilizate la protecţia sistemelor electrice, în telecomunicaţii şi automatizări. După principiul care stă la baza funcţionării lor, se deosebesc relee electromagnetice neutre şi relee electromagnetice polarizate.
Releele electromagnetice neutre constau dintr-un miez magnetic (armătura fixă) pe care se dispun una sau mai multe bobine, o armătură mobilă, un resort şi unul sau mai multe contacte electrice, figura 2.2.
Principiul de funcţionare al unui releu electromagnetic este foarte simplu: când bobina electromagnetului este alimentată în curent continuu sau alternativ, ea exercită asupra armăturii mobile o forţă de atracţie care pune în mişcare această armătură în cazul în care forţa de atracţie a resortului antagonist este depăşită.
În mişcarea sa, armătura mobilă închide (sau deschide, după caz) o pereche sau mai multe contacte electrice, închizând (sau deschizând) un circuit electric de acţionare a unui anumit dispozitiv.
Dacă valorii zero a mărimii de intrare îi corespunde valoarea zero a mărimii de ieşire, releul se numeşte „cu contacte normal deschise”, iar dacă valorii zero a mărimii de intrare îi corespunde valoarea maximă a mărimii de ieşire, releul se numeşte „ cu contacte normal închise ”.
Din forma caracteristicii intrare - ieşire a unui releu electromagnetic (fig. 2.1) se observă că întregului domeniu de variaţie al mărimii de intrare u îi corespund doar două valori stabile ale mărimii de ieşire y. Această comportare caracterizează un sistem binar. Acelaşi releu poate avea mai multe contacte normal deschise şi alte contacte normal închise.
Acţionarea releului are loc dacă este satisfăcută condiţia:
(lw)2
Fa = Kfa >Fr = Frn + Kfr(8n -8) (2.4)
8
pentru releele a căror armătură execută o mişcare de translaţie şi respectiv,
pentru releele care execută o mişcare de rotaţie.
În relaţiile (2.4) şi (2.5): Fa şi Ma reprezintă forţa respectiv cuplul activ; Fr şi Mr - forţa respectiv cuplul rezistent; Frn şi Mrn - forţa şi cuplul rezistent corespunzătoare poziţiei normale (bobina nu este parcursă de curent); I - curentul prin bobină; w - numărul de spire; 8 - întrefierul; 8n - întrefierul în poziţie normală.
Figura 2.3 Forţa de atracţie şi forţa rezistentă la releul electromagnetic de c.a.
La releele electromagnetice alimentate în curent alternativ pot apărea vibraţii ale armăturii, deoarece deşi este satisfăcută condiţia (2.8), există intervale de timp în care valoarea forţei de atracţie este mai mică decât valoarea forţei rezistenţe, fig. 2.3. În fig. 2.3 s-a presupus Fr = const. corespunzătoare unei anumite valori a întrefierului. Pentru înlăturarea vibraţiei armăturii, pe miezul releelor electro-magnetice de curent alternativ se dispune o spiră în scurtcircuit care îmbrăţişează doar o parte din suprafaţa miezului.
În sistemele de acţionări se utilizează deseori relee cu temporizare reglabilă în privinţa închiderii sau deschiderii contactelor, figura 2.4. a, b, această temporizare fiind diferită de întârzierea naturală a releului (adică intervalul de timp dintre momentul aplicării sau dispariţiei tensiunii la bornele bobinei electromagnetului până în clipa închiderii sau deschiderii contactelor).
Întârzierea naturală (la acţionare, de exemplu) este cauzată de creşterea treptată în timp a curentului de intrare -funcţie de constanta de timp L/R a circuitului bobinei electromagnetului - şi de timpul necesar deplasării armăturii până la realizarea efectivă a închiderii contactelor - funcţie de inerţia armăturii şi de spaţiul de parcurs.
Temporizarea suplimentară se poate realiza pe diferite căi:
- mecanisme de ceasornicărie (temporizări de ordinul 0,5 ... 20 s);
- antrenarea cu motor şi reductor cu roţi dinţate (temporizări de ordinul secundelor până la ore);
- prin circuite electrice (RC) în serie sau paralel cu bobina electromagnetului (0,2 ... 10 s);
- prin circuite electronice (0,1 ... 200 s).
a) b)
Figura 2.4 Caracteristicile releelor cu temporizare
Se mai construiesc: relee electromagnetice de curent (minimale, maximale), de tensiune (minimale, maximale), relee intermediare, relee de semnalizare.
Releele de tensiune minimală funcţionează când tensiunea cade în intervalul 0,4 - 0,85 din tensiunea nominală.
Ele sunt folosite îndeosebi pentru a deconecta motoarele electrice de la reţea, cu o anumită temporizare, pentru ca întreruperea să se producă numai în cazul unei căderi prelungite de tensiune. Releul este prevăzut cu un sistem de ajustare a valorii tensiunii la care acţionează.
Releele de tensiune maximală funcţionează la valori cuprinse între 1,2 - 2 ori tensiunea nominală şi se folosesc îndeosebi pentru protecţia generatoarelor electrice. Releele maximale de curent lucrează după acelaşi principiu ca şi cele de tensiune şi pot fi ajustate pentru a deconecta practic instantaneu motoarele sau reţelele electrice la curenţi de scurtcircuit.
Principalii parametri ai releelor electromagnetice neutre au valori cuprinse în limitele: puterea de acţionare 10-1 - 103 W; puterea comandată10 - 104 W; factorul de comandă 5 - 100; frecvenţa de lucru 1500 - 4000 comutări/h; durata de viaţă (10 - 20) 106 comutări.
Releele electromagnetice polarizate se deosebesc de releele electromagnetice neutre prin aceea că circuitul magnetic este excitat de două fluxuri: fluxul magnetic principal creat de bobina parcursă de curentul de lucru şi fluxul magnetic de polarizare produs de un magnet permanent sau (mai rar) de o bobină parcursă de curent. În funcţie de construcţia circuitului magnetic se deosebesc relee electromagnetice polarizate cu circuit magnetic serie, cu circuit magnetic paralel şi cu circuit magnetic punte.
În figura 2.5 s-a prezentat schematic construcţia unui releu cu circuit magnetic paralel.
Magnetul permanent creează fluxurile
5 • 10~3 -10~2 W, puterea de comandă 1-20 W, factorul de comandă 20 - 50000, iar timpul de acţionare este 1 - 3 ms. Deoarece puterea de acţionare este mică şi bobina este fixă, stabilitatea termică a releelor polarizate este ridicată, ele permiţând trecerea prin bobină a unui curent cu valori de până la 20 - 30 ori curentul de acţionare. Frecvenţa de comutaţie a releelor electromagnetice utilizate în telecomunicaţii este de ordinul a 100 Hz, iar durata de viaţă 107 comutaţii.
. Relee termice
Funcţionarea releelor termice se bazează pe modificarea proprietăţilor fizice ale corpurilor datorită încălzirii. Cel mai simplu releu termic constă dintr-un tub de sticlă închis, prevăzut cu doi electrozi, în interiorul tubului găsindu-se mercur. Închiderea contactului are loc ca urmare a dilatării mercurului, în momentul în care nivelul mercurului aduce în contact electric doi electrozi. Cele mai răspândite relee termice sunt releele cu bimetal.
Principala parte componentă a releului este lamela din bimetal, alcătuită din două benzi de metal cu coeficienţi de dilatare termică mult diferiţi. Aceste benzi sunt lipite una de alta. Prin încălzire, lamela se îndoaie în direcţia metalului cu coeficientul de dilatare mai mic. După modul în care se realizează încălzirea bimetalului se deosebesc relee cu încălzire directă, indirectă şi mixtă.
La cele cu încălzire directă, figura 2.6, curentul electric trece prin bimetal, iar la cele cu încălzire indirectă, bimetalul se încălzeşte de la un rezistor, prin care trece curentul electric.
Releu cu bimetal
Folosirea releelor bimetalice ca relee de supracurent se bazează pe faptul că acţionarea lor este determinată nu de valoarea instantanee a curentului (ca la releul electromagnetic maximal de curent), ci de efectul termic al acestuia.
Apariţia unui supracurent este sesizată de releul termic numai după un anumit interval de timp, necesar încălzirii lamelei şi deformării ei.
Ajustarea timpului de declanşare se face acţionând asupra distanţei dintre contactele releului. Acţionarea contactului la releele termice cu bimetal, are loc pentru:
Fa = KI2R > Fr (2.11)
unde: Fa este forţa activă determinată de încovoierea lamelei bimetalice ca urmare a încălzirii; Fr - forţa de apăsare a contactelor. produsă de resort. Releul termic cu bimetal prezintă avantajul esenţial al simplităţii şi robusteţei sale.
În schimb ca dezavantaje pot fi amintite: precizia redusă, puterea mică de rupere a contactelor (datorită vitezei reduse de deplasare a contactelor) şi revenirea lentă în poziţia iniţială.
Releele termice sunt utilizate, în special, la protecţia motoarelor electrice împotriva supracurenţilor de durată.
. Relee „reed”
Releele „reed” constau dintr-un tub de sticlă în care se găsesc două lamele elastice, figura 2.7. În zona contactului, pe suprafaţa lamelelor este dispus un strat de iridiu, platină sau aliaje ale acestora. Tubul de sticlă este vidat sau este umplut cu un gaz inert (azot, argon ş.a.). Acţionarea contactului se face cu ajutorul unui câmp magnetic creat de un magnet permanent sau de o bobină parcursă curent.
În cazul acţionării prin bobină, închiderea contactului are loc pentru:
F =^- > F=*Y
a 2ji0S r 2
(2.12)
Figura 2.7 Releu Reed în care: Fa este forţa activă; Fr - forţa elastică a lamelelor;
spaţiul dintre lamele; S - suprafaţa pe care lamelele se acoperă; S0 - distanţa dintre lamele; y- coeficientul de elasticitate al materialului din care sunt confecţionate lamelele.
Releele „reed” se realizează sub formă de elemente capsulate paralelipipedice din mase răşinoase, în care se introduc tubul şi bobina releului, la exterior aflându-se doar picioruşele metalice pentru conexiuni.
Releele „reed” au consum neglijabil, timp de acţionare mic (1 — 2 ms), frecvenţa de comutare mare (500 comutări/s), durata de viaţă ridicată (108 — 1012 comutări).
2.2. Contactoare
Contactoarele sunt aparate de comutaţie care efectuează închiderea, deschiderea sau comutarea unor circuite în instalaţiile electrice automatizate ca urmare a unei comenzi date de un releu, de un traductor sau de un operator prin intermediul unor butoane de comandă.
Spre deosebire de relee, contactoarele au o capacitate mare de rupere, ajungând la 8 — 10 ori curentul nominal. Contactoarele au contactele principale normal deschise. Aparatele de comutaţie cu o construcţie similară contactoarelor, dar cu contactele normal închise se numesc ruptoare.
În prezent, în sistemele electrice automate, se folosesc contactoare şi ruptoare electromagnetice sau electropneumatice şi contactoare statice cu elemente semiconductoare.
Contactoarele electromagnetice sunt contactoare acţionate cu ajutorul electromagneţilor. Contactoarele electromagnetice se clasifică astfel:
- după felul curentului din circuitul pe care-l comută: contactoare de curent continuu şi contactoare de curent alternativ;
- după felul curentului din circuitul de comandă: contactoare comandate în curent continuu şi contactoare comandate în curent alternativ;
- după numărul polilor: contac-toare monopolare şi contactoare multipolare (bipolare, tripolare, etc.);
Figura 2.8 Contactor electromagnetic de curent continuu
Figura 2.9 Contactor electromagnetic de c.a.
Figura 2.10 Contactor cu relee termice
- după felul mişcării armăturii electromagnetului: cu mişcare de translaţie şi cu mişcare de rotaţie.
Închiderea, deschiderea sau comutarea circuitelor se realizează cu ajutorul unui electromagnet (de curent continuu sau de curent alternativ) şi a unor contacte denumite principale (de mare intensitate de curent).
Contactorul mai poate fi înzestrat şi cu mai multe perechi de contacte auxiliare pentru alte comenzi, pentru semnalizare, pentru autoblocare (de mică intensitate).
Schema de principiu a unui contactor de curent continuu este dată în figura 2.8.
Contactoarele de curent continuu se execută, de obicei, în construcţie monopolară, cu mişcare de rotaţie.
Sunt compuse din următoarele părţi principale: electromagnetul de acţionare 1, resortul 2 pentru readucerea armăturii mobile a electromagnetului în poziţia iniţială, contactele principale (piesa fixă 3 şi piesa mobilă 4), dispozitivul (camera) de stingere a arcului electric 5, contacte auxiliare (de reţinere, auxiliare, de semnalizare, de blocare, etc.), placa suport şi carcasa. Stingerea arcului electric, la contactoarele de curent continuu, se face, în majoritatea cazurilor, cu suflaj magnetic, având în serie cu contactul o bobină de stingere 5.
Contactoarele de curent alternativ se execută în ambele variante (cu mişcare de rotaţie sau cu mişcare de translaţie).
Schema constructivă de principiu a unui contactor tripolar (pentru curent alternativ trifazat), cu mişcare de translaţie este prezentată în fig. 2.9.
Contactoarele de curent alternativ cu mişcare de translaţie sunt utilizate în general pentru curenţi mici (până la 63 -100 A), iar cele cu mişcare de rotaţie la curenţi nominali mai mari. Stingerea arcului electric la contactoarele de curent alternativ, se face, de obicei, prin fracţionarea arcului, cu ajutorul unor plăcuţe de cupru dispuse în vecinătatea contactelor. Contactoarele şi ruptoarele posedă o rezistenţă mecanică deosebită. Astfel, ele pot fi manevrate de câteva sute de ori pe oră. Rezistenţa la uzură a contactoarelor poate atinge şi ea câteva milioane de manevre. Contactoarele se fabrică pentru curenţi de 6 - 3000 A, la tensiuni până la câţiva kilowaţi.
Pentru comanda automatizată sau manuală a motoarelor electrice se folosesc contactoare cu relee. Aceste aparate asigură în plus şi protecţia motoarelor electrice. Pe lângă contactor ele conţin şi relee termice şi electromagnetice.
În figura 2.10 se prezintă schema electrică de principiu a unui contactor având numai relee termice e pe fiecare fază, precum şi schema de acţionare cu butoane de revenire, bl - de alimentare şi b2 - de întrerupere a alimentării bobinei contactorului.
Releele termice acţionează prin contactul normal închis e în serie cu bobina contactorului. În paralel pe butonul b1 se află un contact auxiliar normal deschis c al însuşi contactorului considerat.
Acest contact, denumit de autoblocare, serveşte la a asigura alimentarea bobinei contactorului chiar atunci când butonul b1 de comandă nu mai este apăsat şi revine singur în poziţia normală.
Contactoarele de tip TCA, fabricate în ţară, sunt contactoare de curent alternativ utilizate pentru comutaţia circuitelor motoarelor electrice de curent alternativ cu puteri cuprinse între 4 - 100 kW.
Sunt contactoare cu mişcare de translaţie, bobina
electromagnetului fiind alimentată în curent alternativ cu tensiuni cuprinse 24 - 500 V. Au prevăzute contacte auxiliare şi anume:
de la 10 - 63 A cu două contacte ND (normal deschise) şi două contacte NI (normal închise);
de la 125 - 400 A cu 2 contacte ND şi 2 contacte NI, iar la cerere pot fi prevăzute cu 4 contacte ND şi 4 contacte NI.
Trimiteți un comentariu