Для автоматического управления, регулирования, защиты и контроля используют реле, срабатывающие при изменении определенных входных параметров, на которые они реагируют. Электромагнитные реле по принципу действия подобны контакторам. При прохождении тока по катушке реле его якорь притягивается к сердечнику, что вызывает замыкание или размыкание контактов, конструктивно связанных с якорем. Контакты реле включаются в цепи управления и рассчитаны на небольшие токи.
По природе воздействующей величины различают реле электрические (электромагнитные, индукционные, электронные и др.) и неэлектрические (тепловые, механические и др.). Такие реле могут быть мгновенного действия и с выдержкой времени.
Электромагнитные реле по роду воздействующего параметра подразделяются на: реле напряжения (максимального, минимального или пулевого), реле тока (максимального, минимального, обратного), реле мощности (обратной мощности), реле времени, обеспечивающие определенную выдержку времени между моментом поступления возмущающего сигнала и срабатыванием аппарата.
По назначению различают реле управления, защиты и сигнальные.
Численное значение параметра, на которое настраивается реле и при котором оно должно сработать, называется уставкой реле.
Автоматическую защиту электрических систем от нарушения заданного эксплуатационного режима или разрушающих последствий при отклонениях от него осуществляют реле защиты.
Реле максимального тока применяют для защиты электродвигателей от недопустимых перегрузок. Катушки реле включаются последовательно в главную цепь электродвигателя, а его размыкающие контакты — в цепь линейного контактора. При токе, превышающем ток уставки реле, его якорь притягивается к сердечнику и контакты размыкаются. В результате прерывается питание линейного контактора, его якорь отпадает от сердечника и размыкаются главные контакты контактора в силовой цепи электродвигателя. Последний останавливается.
Устройство реле максимального тока серии РЭ показано на рис. 20. Электромагнитная система реле состоит из втягивающей катушки 1, укрепленной на ферромагнитном сердечнике, и якоря 2, свободно вращающегося на оси. На конце якоря укреплен контактный мостик с подвижными 3 и неподвижными 4 контактами.
Настройка реле на ток срабатывания (уставку тока) производится натяжной пружиной, оттягивающей якорь. Ток уставки реле максимального тока мгновенного действия принимают в пределах (2,5-4)Iв.
Втягивающие катушки реле выпускают для систем постоянного тока на 1,5—1200 А, контакты реле обычно рассчитывают на минимальный ток — 5 А.
Для защиты электродвигателей постоянного тока от последствий обрыва цепи его параллельной обмотки возбуждения применяют реле минимального тока (реле обрыва поля). Втягивающая катушка реле включается последовательно в цепь параллельной обмотки. При обрыве цепи реле размыкает свой контакт в цепи управления и двигатель отключается от сети.
Аналогично реле тока устроены реле напряжения, только их катушки включаются не последовательно в цепь тока, а параллельно на напряжение сети. Чаще всего реле используют в качестве минимальных, осуществляющих защите от резкого снижения или исчезновения напряжения (нулевое реле).
Реле выпускают на номинальное напряжение 12, 24, 110 и 220 В и номинальные токи 15—20 А. Напряжение втягивания составляет 60—85%, а отпускания — 20—30% номинального.
Защиту электроприводов от непродолжительных перегрузок обеспечивают грузовые реле. При возникновении в главной цепи перегрузки, превышающей уставку реле, последнее притягивает свой якорь, в результате чего размыкается контакт реле в цепи контактора ускорения, и в цепь якоря двигателя вводится ограничивающее ток сопротивление.
Грузовые реле выполняют с самовозвратом. После снижения тока перегрузки в цепи двигателя якорь реле отпадает от сердечника, контакт в цепи контакторов ускорения замыкается и контакторы, шунтируя своими контактами сопротивления, выводят их из цепи якоря электродвигателя.
Грузовые реле имеют некоторую выдержку времени (от 0,3 до 0,4 с), во избежание многократных срабатываний при кратковременных колебаниях тока в цепи. Выдержка времени создается демпферной гильзой, устанавливаемой на сердечнике реле. Токи уставки реле обычно составляют (1,2-2)Iн.
При параллельной работе генераторов постоянного тока для их защиты от перехода в двигательный режим, а также для защиты аккумуляторов от перехода в процессе заряда в. режим разряда используют реле обратного тока.
В схемах судовых электростанций чаще всего устанавливают электродинамические реле типа ДТ. Реле (рис. 21) имеют две катушки — токовую 6, расположенную на сердечнике магнитной системы прибора, и напряжения 4, намотанную на подвижный якорь 5. Направление тока в катушке напряжения неизменно, а в токовой — может меняться. При прямом направлении тока от генератора к шипам станции якорь прибора стремиться повернуться по часовой стрелке, контакты реле разомкнуты. Перемена направления тока в цепи генератора на обратное вызывает соответствующее изменение его направления в токовой обмотке реле.
Якорь прибора преодолеет сопротивление возвратной пружины 3 и повернется против часовой стрелки. При этом замкнутся его контакты 1 и 2 и включат катушку отключающего расцепителя автоматического выключателя. Генератор отключится от шин электростанции.
Реле обратного тока отключает автоматический выключатель при величине обратного тока в пределах 15% номинального. Катушка напряжения рассчитана на напряжение 50 В. При номинальных напряжениях сети 120 и 220 В последовательно с ней включается добавочное сопротивление (800 и 2200 Ом). Контакты реле допускают длительную нагрузку током до 5 А. Реле выпускают с одним размыкающим контактом на номинальные величины токов 6, 12, 25, 50, 200, 300, 400, 600, 800 А.
Защиту асинхронных генераторов от перехода в двигательный режим, сопровождающийся появлением обратной мощности, осуществляют реле обратной мощности. На судах применяют индукционные реле обратной мощности типа И-149. Конструкция реле подобна устройству однофазного счетчика (рис. 22). Оно состоит из двух магнитных систем 3 и находящегося между ними алюминиевого диска 1. В верхней магнитной системе расположена токовая катушка; она включается в одну из фаз генератора через трансформатор тока. Катушка напряжения, разделенная на две части, находится в нижней магнитной системе. Алюминиевый диск укреплен на вертикальной оси и способен поворачиваться в зазоре между системами.
Угол поворота диска задается ограничителем хода 6 и обусловлен требуемой выдержкой времени при срабатывании реле (0-10 с). Выдержка времени необходима для предотвращения ложных срабатываний реле при вводе генераторов в параллельную работу методом самосинхронизации.
Ось диска через шестеренчатую передачу связана с подвижным контактом 5. В нормальном режиме работы генератора к диску приложен момент, вызывающий размыкание подвижного 5 и неподвижного 4 контактов реле. При изменении направления мощности вращающий момент меняет свой знак на обратный, что приводит к повороту диска в сторону замыкания контактов. Для ограничения инерционного выбега диск охватывают два тормозных постоянных магнита 2.
Уставка на мощность срабатывания регулируется изменением числа витков токовой катушки реле с тремя выводами, позволяющим получить уставки по обратной мощности 8, 12 и 16% от поминальной мощности.
В цепях управления электрических приводов и системах автоматического регулирования для автоматизации управления используют реле управления. При срабатывании эти реле включают или отключают цепи питания исполнительных органов, обычно контакторов, выполняющих отдельные операции по управлению электродвигателем.
Выдержку времени в процессе управления осуществляют электромагнитными или механическими (маятниковыми) реле.
Реле времени получили широкое распространение в системах автоматического пуска электродвигателей постоянного и переменного тока с последовательным шунтированием пусковых сопротивлений через заданные промежутки времени.
Электромагнитное реле состоит из втягивающей катушки 7, укрепленной на стальной скобе 6, с сердечником 9 и подвижного якоря 3 (рис. 23). Якорь оттягивается специальной пружиной 4, натяжение которой регулируется гайкой 5. На конце якоря укреплен контактный мостик 2 с подвижными контактами. Неподвижные контакты 1 закреплены на контактных стойках. Во избежание прилипания якоря к сердечнику со стороны сердечника на якоре укреплена бронзовая прокладка. Выдержка времени в реле создается демпферной медной гильзой 8, надеваемой на сердечник. По истечении заданной выдержки времени якорь отпадает от сердечника и вызывает замыкание (или размыкание) подвижных контактов с неподвижными.
Длительность выдержки времени регулируется изменением натяжения пружины или толщины немагнитной прокладки.
Реле времени серии РЭ-510 и РЭ-580 имеют один размыкающий и один замыкающий контакты и обеспечивают выдержку времени от 0,3 до 15 с.
Катушки реле выпускают на напряжения 12, 24, 110 и 220 В в цепях постоянного тока. В случае применения реле в цепях управления переменного тока они включаются через полупроводниковые выпрямители.
Рис. 23. Электромагнитное реле времени
Рис. 24. Маятниковое реле
В сетях переменного тока часто используют маятниковые реле. По существу это механические реле. Они механически блокируются с контакторами и срабатывают под их воздействием. Выдержка времени задается периодом колебания маятника.
Устройство и принцип действия маятникового реле следующие (рис. 24). На валу контактора 1 закрепляется специальная вилка 13, оказывающая давление на муфту 14, свободно надетую на тягу12, шарнирно связанную с поворотным рычагом 2. Давление на муфту передается пружине 15, заставляя ее сжиматься, и через пружину — тяге. Рычаг начинает поворачиваться на своей оси, однако его движение сдерживается зацеплением зубчатой рейки с зубчатым колесом 3 шестеренчатой редукторной передачи. Редуктор связан с анкерным колесом 4, взаимодействующим с маятником 7, причем одно колебание маятника соответствует одному зацеплению его со звездочкой 8 анкерного колеса.
Время замыкания подвижных контактов 9, закрепленных на выступе подвижного рычага, с неподвижными 10 зависит от периода колебаний маятника и числа зубцов зацепления рейки с зубчатым колесом. Период колебаний маятника регулируется перемещением грузика 5 на оси 6 маятника. В исходное положение поворотный рычаг возвращается возвратной пружиной 11.
Рассматриваемые реле просты по конструкции, могут быть использованы в цепях как постоянного, так и переменного тока, отличаются стабильностью настройки, и их действие не зависит от электрических параметров сети. В то же время они чувствительны к сотрясениям и мало приспособлены к частым включениям.
