Лабораторная работа № 3. Тема: Снятие времятоковой характеристики электротеплового реле

Лабораторная работа № 3

Тема: Снятие времятоковой характеристики электротеплового реле

Цель: Научиться собирать схему, проводить опыт и строить времятоковую характеристику электротеплового реле

Теоретическое обоснование

1Принцип действия. Долговечность энергетического оборудования в значительной степени зависит от перегру­зок, которым оно подвергается во время работы. Для лю­бого объекта можно найти зависимость допустимой дли­тельности протекания тока от его значения, при котором обеспечивается надежная и длительная его эксплуатация (кривая 1 на рис. 1). При номинальном токе допусти­мая длительность его протекания стремится к бесконечно­сти. Протекание тока, превышающего номинальный, при­водит к дополнительному повышению температуры и до­полнительному старению изоляции. Поэтому чем больше ток перегрузки, тем меньше должна быть ее длительность. Кривая 1 на рис. 1 устанавливается исходя из необхо­димого срока службы оборудования. Чем меньше срок службы, тем большие перегрузки допустимы.

 

Рисунок 1. Времятоковые характеристики теплового реле и защищаемого объекта

Для защиты энергетического оборудования от токовых пере­грузок широко распространены тепловые реле с биметаллическим элементом.

Очевидно, что в идеальном случае зависимость t_Cp(I) лля ре­ле защиты должна идти чуть ни­же кривой 1 на рис. 1.

Биметаллический элемент состоит из двух пластин с различным коэффициентом линей­ного расширения а. В месте прилегания друг к другу пла­стины жестко скреплены за счет проката в горячем состоя­нии, либо сваркой. Если такой элемент закрепить неподвиж­но и нагреть, то произойдет его изгиб в сторону материала с меньшим а.Максимальный прогиб элемента определяется расчётами

Незакрепленный конец элемента развивает усилие

Широкое распространение в тепловых реле получили такие материалы, как инвар (малое значение а) и хромо-никелевая сталь (большое значение а).

Для получения большего прогиба необходим элемент большой длины и малой толщины. В то же время при необ­ходимости получения большого усилия целесообразно иметь широкий элемент с малой длиной и большой толщиной.

При работе в компонентах биметаллической пластины возникаютнапряжения сжатия и растяжения, которые не должны превышать допустимых значений.

Нагрев биметаллического элемента может производить­ся за счет тепла, выделяемого током нагрузки в самой пла­стине или в специальном нагревателе. Лучшие характе­ристики получаются при комбинированном нагреве, когда пластина нагревается и за счет проходящего через нее то­ка, и за счет тепла, выделяемого специальным нагревате­лем, обтекаемым тем же током нагрузки.

Основной характеристикой теплового реле является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки (времятоковая характеристика). До начала перегрузки через биметаллическую пластину протекает ток /₀, который на­гревает ее до температуры @_0. Из-за инерционности теплового процесса тепловые реле, имеющие такой биметаллический элемент, непригодны для защиты цепей от КЗ. Нагревательные элементы в данном случае могут перегореть до срабатывания реле. Поэтому защита с помощью таких реле должна быть дополнена электро­магнитными реле, предохраните­лями или автоматическими вы­ключателями.

Для оценки эффективности защиты строятся времятоковыехарактеристики защищаемого объекта и биметаллического элемента теплового реле.

Рисунок 2. Характеристики теплового реле:

1 – при ε = 0; 2 - при ε =1.

Для построения этих характери­стик, называемых защитными, используются паспорт­ные или расчетные данные. Ток /_ср реле составляет (1,2-1-1,3) I ном. Защитные характеристики биметаллическо­го элемента строятся для е = 0 и е=1. При правильном вы­боре реле времятоковая характеристика при е = 0 должна проходить вблизи и ниже характеристики защищаемого объекта. Тогда при предварительном подогреве номиналь­ным током реле обеспечивает надежную защиту. На рис. 1 представлены времятоковые характеристики двигателя (кривая 1) и двух тепловых реле с различными токами срабатывания. У одного реле (кривая 2) ток срабатывания равен номинальному току двигателя, у другого па 20% больше (кривая 3). Лучшее согласование характеристик реле и двигателя во втором случае.

Необходимо отметить, что постоянная времени нагрева защищаемого объекта (например, двигателя) зависит от длительности перегрузки. При кратковременных перегруз­ках в нагреве участвует только обмотка двигателя и по­стоянная времени невелика (5—10 мин) ввиду относитель­но малой массы обмотки. При длительной перегрузке в на­греве участвует вся масса двигателя. Постоянная времени нагрева для мощных двигателей—40—60 мин. Для совер­шенной защиты необходимо, чтобы постоянная времени на­грева реле была такой же, как и у защищаемого объек­та. Это удается в том случае, если реле разрабатывается для защиты конкретного двигателя. На практике разработ­ка теплового реле для каждого типа двигателя нецелесооб­разна и одно и то же реле используется для защиты двига­телей различной конструкции. При этом обеспечить надеж­ную защиту во всем диапазоне перегрузок не удается.

Для быстродействующей защиты объекта и реле целе­сообразно биметаллический элемент объединять с элект­ромагнитным, имеющим большой ток срабатывания при малом времени срабатывания.

Номинальный ток реле выбирается равным номиналь­ному току защищаемого объекта. Срабатывание реле про­исходит при (1,2-7-1,3) /ном. Время срабатывания 20 мин.

Температура биметаллического элемента зависит от тем­пературы окружающей среды, с ростом которой ток сра­батывания реле уменьшается. При температуре окружающей среды, сильно отличающейся от номинальной, необходимы либо дополнительная регулировка реле,

либо подбор нагреватель­ного элемента с учетом этой температуры. Для того чтобы температура окружающей среды меньше влияла на ток сра­батывания, значение 0_СР необходимо выбирать возможно большим. Тепловые реле желательно располагать в одном помещении с защищаемым объектом. Нельзя располагать реле вблизи концентрированных источников тепла — на­гревательных печей, систем отопления и т. д. Эти ограниче­ния не относятся к реле с температурной компенсацией.

2. Конструкция тепловых реле. Любые тепловые воздействия инер­ционны по своей природе, и прогиб биметаллической пластины проис­ходит медленно. Если с пластиной непосредственно связать подвижный контакт, то малая скорость его движения не обеспечивает гашение дуги при отключения цепи. Поэтому воздействие пластины на контакт пере­дастся, как правило, через ускоряющие устройства, наиболее совершен­ным из которых является «прыгающий» контакт (рис. 3). В холодном состоянии биметаллическая пластина 3 занимает крайнее левое поло­жение. Пружина 1 создает силу Р, которая замыкает контакты 2. При нагреве пластины 3 она изгибается вправо (по стрелке). В момент, ког­да пластина 3 направлена на центр 0, пружина 1 развивает максимальную силу. Придальнейшем нагреве пружина 1 быстро переходит вкрайнее правое положение и контакты 2 размыкаются с большой ско­ростью, обеспечивая надежное гашение дуги

Современные контакторыи магнитные пускатели комплектуются с однофазными (ТРП) или двухфазными (ТРН) тепловыми реле. Реле типа ТРП (рис. 4) имеет комбинированную систему нагрева. Биметаллическая пластина 1 нагревается как за счет прохождения через нее тока, так и за счёт нагревателя 5. При прогибе конец биметаллической пластины воздействует на прыгающий контактный мостик 3. Реле до­пускает плавную ручную регулировку тока срабатывания в пределах ±25 % номинального тока уставки. Эта регулировка осуществляется ручкой 2, меняющей первоначальную деформацию биметаллической пла­стины. Возврат реле в исходное положение после срабатывания произ­водится кнопкой 4. Возможно исполнение и с самовозвратом после остывания биметалла. Высокая температура срабатывания (выше 200*0) уменьшает зависимость работы реле от температуры окружающей сре­ды. Уставка меняется на 5 % при изменении температуры окружающей среды на 10 °С. Реле обладает высокой ударо- и вибростойкостью.

 

 

 

 

 

 

 

2.Перечень аппаратуры

 

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
G1	Однофазный источник питания		-220 В /16 А
А1	Регулируемый автотрансформатор	318.1	-0...240В /2А
А4	Однофазный трансформатор		120 ВА/ 220/24 В
А5	Электротепловое реле		Главная цепь: -3x220 В/10 А. Уставка реле: 0,42...0,58 А.
А6	Сдвоенный реактор		-220 В/2x5 А/ 0,005 Гн
АН	Автоматический однополюсный выключатель		- 230 В / 0,5 А
Р1	Блок мультиметров	508.2	3 мультиметра ~0...1000В / ~0...10А / 0...20МОм
Р2	Измеритель тока и времени		0...5А/ 0,01...999 с

 

Схема электрических соединений

 

 

Указания по проведению эксперимента

• Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

• Соедините гнезда защитного заземления устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" автотрансформатора А1.

• Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений.

• Отключите выключатель А11.

• Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 в крайнее против часовой стрелки положение.

• Вращая регулировочный винт, установите желаемую уставку электротеплового реле А5.

• Если выступает шток электротеплового реле А5, то нажмите его.

• Включите автоматический выключатель и устройство защитного отключения в однофазном источнике питания G1.

• Включите выключатели «СЕТЬ» автотрансформатора А1, блока мультиметров Р1, измерителя тока и времени Р2.

• Активизируйте используемый мультиметр Р1.1.

• Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А1, установите по вольтметру Р1.1 напряжение, на выходе автотрансформатора А1 равное, например, 200 В.

• Включите выключатель АН.

• После срабатывания электротеплового реле А5 считайте показания тока I и времени t, высвечивающиеся на индикаторах измерителя тока и времени Р2, и занесите их в таблицу 1.2.1.

Таблица 1.2.1

I,А
t,c

• Отключите выключатель All.

• Нажмите выступающий шток электротеплового реле А5.

• Уменьшите напряжение на выходе автотрансформатора А1, например, на 20 В.

• Спустя, например, 5 минут повторите операции начиная с включения выключателя А11 и заканчивая уменьшением напряжения на выходе автотрансформатора А1.

• Операции повторяйте до тех пор, пока после включения выключателя АН электротепловое реле А5 не перестанет отключаться.

• Отключите автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

• Отключите выключатели «СЕТЬ» автотрансформатора А1, блока мультиметров Р1, измерителя тока и времени Р2.

• Используя данные табл. 1.2.1, постройте искомую времятоковую характеристику t=f(I) электротеплового реле.