Рекомендации по выполнению лабораторной работы

6.1 Требования по выполнению лабораторной работы

Прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы студент должен изучить содержание работы и порядок её выполнения, а так же пройти инструктаж по технике безопасности.

В процессе выполнения лабораторной работы студент производит записи на черновом бланке, который проверяется и подписывается преподавателем. Расчёты следует производить с точностью до двух, а в необходимых случаях до трёх, цифр после запятой.

После выполнения лабораторной работы студент должен представить отчёт о проделанной работе.

Отчёт о выполненной работе следует выполнять согласно принятым требованиям к оформлению текстовых документов в учебном заведении, и который должен содержать:

- тему и цель работы;

- таблицу с техническими и экспериментальными данными;

- экспериментальную схему;

- расчёты с формулами и необходимыми пояснениями;

- выводы о проделанной работе.

Отчёт сдаётся преподавателю в указанные им срок и защищается индивидуально каждым студентом в процессе собеседования с преподавателем.

Зачёт по лабораторной работе студент получает, если:

- расчёты выполнены правильно и в полном объёме;

- студент может пояснить выполнение любого этапа работы;

- отчёт выполнен в соответствии с требованиями к оформлению текстовых документов в учебном заведении;

- студент отвечает на контрольные вопросы на удовлетворительно и выше.

К выполнению следующей лабораторной работы студент может приступить только после предоставления отчёта по предыдущей работе.

Зачёт по лабораторным работам студент получает при условии выполнения всех предусмотренных программой лабораторных работ после сдачи отчёта по работам и зачётами по каждой из них.

6.2 Краткие теоретические сведения

Реле – это электрические или электронные устройства, предназначены для включения, отключения и переключения различных цепей, а так же для выявления предельных значений контролируемых величин.

Реле называют самые различные устройства, замыкающие или размыкающие контакты при изменении некоторой, не обязательно электрической величины. Например, это устройства чувствительные к температуре (тепловые реле), освещённости (фотореле), уровню звукового давления (акустические реле) и др. Также, часто реле называют различные таймеры включения и выключения различных приборов и устройств (реле времени). Обычно под этим термином подразумевается электромагнитные реле, которое являются наиболее распространенными в системах автоматики и телемеханики, благодаря простому принципу действия и надёжности.

Электромагнитные реле делятся на реле постоянного и переменного тока. Реле постоянного тока делятся на нейтральные и поляризованные. Нейтральные реле одинаково реагируют на постоянный ток обоих направлений, протекающий по его обмотке, а поляризованные реле реагируют на полярность управляющего сигнала. По характеру движения якоря нейтральные электромагнитные реле подразделяются на два типа: с угловым движением якоря (клапанные) и с втяжным якорем. По функции контактов: с замыкающимися контактами и размыкающими контактами.

Конструкция электромагнитного реле постоянного тока клапанного типа с замыкающими контактами представлена в соответствии с рисунком 1.

1 – электромагнит реле; 2 – сердечник; 3 – ярмо;

4 – возвратная пружина; 5 – якорь; 6 – контакты

Рисунок 1 – Конструкция электромагнитного реле постоянного тока

клапанного типа с замыкающими контактами

При прохождении тока по обмотке электромагнита 1 создаваемый им магнитный поток проходит через сердечник 2, ярмо 3, якорь 5 и воздушный зазор δ между якорем и сердечником. Магнитный поток создаёт электромеханическую силу, притягивающею якорь к сердечнику и замыкая контакты 6 управляемой цепи. Величина магнитного потока будет тем больше, чем больше ток в обмотке и количества витков в ней. При снятии напряжения с обмотки электромагнита, контакты реле возвращаются в исходное положение под действием силы, создаваемой возвратной пружиной 4.

Реле переменного тока имеют худшие параметры, чем реле постоянного тока, так как при одинаковых размерах имеют меньшее электромагнитное усилие и менее чувствительны. Кроме того, они сложнее и дороже, поскольку имеют шихтованный магнитопровод (набранный из отдельных листов), а также применяться специальные конструктивные меры для устранения вибрации якоря. Электромагнитное усилие меняется (пульсирует) с удвоенной частотой, обращаясь в нуль дважды за период питающего переменного напряжения. Следовательно, якорь реле может вибрировать, периодически оттягиваться от сердечника возвратной пружиной, что вызывает дрожание якоря и, как следствие, износ оси якоря, обгорание контактов и прерывание электрической цепи. Короткозамкнутый виток, охватывающий часть конца сердечника (расщепленный сердечник), является более эффективным способом.

В управляемой цепи величина тока может быть намного больше чем в управляющей. Источником управляющего сигнала могут быть: слаботочные электрические схемы (дистанционного управления), различные датчики (света, давления, температуры и т.п.), и другие приборы которые на выходе имеют минимальные значения тока и напряжения. Таким образом, реле по сути выполняют роль дискретного усилителя тока, напряжения и мощности в электрической цепи.

К достоинствам электромагнитных реле можно отнести:

- способность коммутации нагрузок мощностью до 4 кВт при объеме реле менее 10 см³;

- устойчивость к импульсным перенапряжениям и разрушающим помехам, появляющимся при разрядах молний и в результате коммутационных процессов в высоковольтной электротехнике;

- исключительная электрическая изоляция между управляющей цепью (катушкой) и контактной группой, что является недоступной мечтой для подавляющего большинства полупроводниковых ключей;

- малое падение напряжения на замкнутых контактах, и, как следствие, малое выделение тепла, что, во-первых, требует интенсивного охлаждения, а во-вторых, усугубляет парниковый эффект на планете;

- экстремально низкая цена электромагнитных реле по сравнению с полупроводниковыми ключами.

К недостаткам электромагнитных реле можно отнести:

- малая скорость работы;

- создание радиопомех при замыкании и размыкании контактов;

- ограниченный ресурс и наличие подвижных контактов, которые подвергаются интенсивному разрушению (износу).

Разрушение контактов определяется:

- механическим износом, вследствие ударов подвижного контакта о неподвижный контакт;

- химическим износом – коррозией, вследствие окисления материала при высоких температурах и взаимодействии с окружающей средой;

- электрическим износом – эрозией, вследствие разрушения поверхности контактов под действием электрической дуги и переноса металла с одного контакта на другой.

Основные характеристики реле определяются зависимостями между параметрами выходной и входной величины.

Величина срабатывания – это значение сигнала, подаваемого на катушку реле, при котором происходит замыкание контактов и реле включается.

Время срабатывания – это промежуток времени от момента подачи сигнала на катушку реле до момента надёжного замыкания контактов.

Установившаяся величина – это значение сигнала установившегося в катушке реле после срабатывания реле.

Величина отпускания – это значение сигнала, подаваемого на катушку реле, при котором происходит размыкание контактов и реле отключается.

Время отпускания – это промежуток времени от момента снятия сигнала с катушки реле до момента полного размыкания контактов. Это время состоит из двух частей: времени собственного отпускания и времени гашения дуги.

Коэффициент запаса – это отношение установившейся величины к величине срабатывания (1,5÷8).

Коэффициент возврат – это отношение величины отпускания к величине срабатывания (0,4÷0,8).

Коэффициент усиления – это отношение максимального значения выходной величины к минимальному значению входной величины, при которой происходит срабатывания реле.

6.3 Описание лабораторной установки

Экспериментальная схема представлена в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2 - Экспериментальная схема

Катушка электромагнитного реле тока КА подключена к источнику постоянного тока U_п через потенциометр R. Контакты электромагнитного реле тока КА включены в цепь переменного тока U с лампой НL, которая является индикатором работы реле.

6.4 Порядок выполнения лабораторной работы

Собрать экспериментальную схему, представленную в соответствии с рисунком 2.

При положении движка потенциометра в положении 1 ток через катушку электромагнитного реле не протекает. Амперметр РА покажет ноль. При плавном перемещении движка потенциометра (от положения 1 к положению n) ток, проходящий через катушку электромагнитного реле тока, будет увеличиваться (что можно наблюдать по показаниям амперметра) и когда достигнет определённого значения (величины срабатывания), катушка притянет контакты, которые замкнут цепь и лампа загорится. Амперметр покажет ток срабатывания электромагнитного реле тока. При положении движка потенциометра в положении n (к катушке реле приложение напряжение источника питания) через катушку реле будет протекать установившийся ток реле, значение которого покажет амперметр. При обратном движении движка (от положения n к положению 1) ток, проходящий через катушку электромагнитного реле тока, будет уменьшаться (что можно наблюдать по показаниям амперметра) и когда достигнет определённого значения (величины отпускания), катушка отпустит контакты, которые разомкнут цепь и лампа погаснет. Амперметр покажет ток отпускания электромагнитного реле.

Результаты измерений записать в таблицу технических и экспериментальных данных.

По значению этих токов можно определить основные характеристики электромагнитного реле.

Время срабатывания электромагнитного реле постоянного тока t_ср, с, определяется по формуле

(1)

где τ₁ – постоянная времени цепи катушки реле при отпущенном якоре, с;

I_уст – установившийся ток, А;

I_ср – ток срабатывания реле, А.

Постоянная времени цепи катушки реле при отпущенном якоре τ₁, с, определяется по формуле

(2)

где L₁ – индуктивность катушки при отпущенном якоре, Гн;

R – активное сопротивление катушки, Ом.

Время отпускания электромагнитного реле постоянного тока t_отп, с, определяется по формуле

(3)

где τ₂ – постоянная времени цепи катушки реле при притянутом якоре, с,

I_отп – ток отпускания реле, А.

Постоянная времени цепи катушки реле при притянутом якоре τ₂, с, определяется по формуле

(4)

где L₂ – индуктивность катушки при притянутом якоре, Гн.

Коэффициент запаса электромагнитного реле К_зап определяется по формуле

(5)

Коэффициент возврата электромагнитного реле К_в определяется по формуле

(6)

Коэффициент усиления (по мощности) электромагнитного реле К_у определяется по формуле

(7)

где Р_y – максимальная мощность в нагрузке управляемой цепи (мощность лампы), Вт;

Р_ср – минимальная мощность входного сигнала, при которой происходит срабатывания реле, Вт.

Минимальная мощность входного сигнала, при которой происходит срабатывания реле Р_ср, Вт, определяется по формуле

(8)

6.5 Пример выполнения расчёта

Технические и экспериментальные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические и экспериментальные данные

Технические характеристики электромагнитного реле	Токи, снимаемые с реле
Напряжение питания, Uп, В	Сопротивление обмотки, R, Ом	Индуктивность катушки при отпущенном якоре, L1,Гн	Индуктивность катушки при притянутом якоре, L2,Гн	Максимальная мощность в нагрузке управляемой цепи (лампы), Ру, Вт	Ток срабатывания, Iср, мА	Установившийся ток, Iр, мА	Ток отпускания, Iотп, мА

Экспериментальная схема представлена в соответствии с рисунком 1.

Постоянная времени цепи катушки реле при отпущенном якоре

Время срабатывания электромагнитного реле постоянного тока

Постоянная времени цепи катушки реле при притянутом якоре

Время отпускания электромагнитного реле постоянного тока

Коэффициент запаса электромагнитного реле

Коэффициент возврата электромагнитного реле

Минимальная мощность входного сигнала, при которой происходит срабатывания реле

Коэффициент усиления (по мощности) электромагнитного реле

В ходе лабораторной работы были изучены конструкция и принцип действия электромагнитного реле постоянного тока, его применение, достоинства и недостатки. Так же определены и рассчитаны основные характеристики электромагнитного реле тока: ток срабатывания 10 мА; установившийся ток 30 мА; ток отпускания 8 мА; время срабатывания 0,006 с; время отпускания 0,026 с; коэффициент запаса 3; коэффициент возврата 0,8; коэффициент усиления 600.

Контрольные вопросы

1) Дайте определение реле.

2) Какие реле наиболее распространены в системах автоматики?

3) Как классифицируются электромагнитные реле?

4) Конструкция и принцип действия электромагнитных реле.

5) Какими достоинствами и недостатками обладает электромагнитные реле?

6) Основные характеристики реле.

7) Что такое величина и время срабатывания реле?

8) Что такое величина и время отпускания реле?

9) Что такое установившаяся величина и коэффициент запаса?

10) Что такое коэффициент возврата и усиления реле?

Дата добавления: 2015-07-17