Реле часу

Лабораторна робота №1

Дослідження напівпровідникових реле часу

Стислі теоретичні відомості

Електричне реле з нормованим часом вмикання або вимикання називають реле часу. Подібне реле забезпечує витримку часу від мілісекунд до декількох годин. Для отримання невеликих витримок часу (декілька секунд) використовують реле в поєднанні із схемами, сповільнюючими зміну струму в котушці реле. Такі реле часу не відзначаються стабільністю, але вони знаходять достатньо широке застосування завдяки своїй простоті і невисокій вартості.

В схемі на рис. 1.1, а, для сповільнення спрацювання паралельно котушці реле КТ
ввімкнено конденсатор С
. При замиканні керуючого контакту К
конденсатор шунтує обмотку, і струм в обмотці починає протікати тільки після того, як конденсатор зарядиться (другий закон комутації) і його опір зросте.

Рис. 1.1 – Схеми витримок часу

Додатковий резистор R
обмежує початкове значення струму в колі.

Всі схеми сповільнення відпускання реле основані на використанні енергії, накопиченої в магнітному полі котушки для підтримування струму після розриву кола живлення реле. В схемах на рис. 1.1, б, в після розмикання контакту К
, магнітний потік, що зменшується, наводить ЕРС в обмотці реле, під дією якої в колі проходить струм спрацювання іk

, що стримує якір в притягнутому стані. Схеми характеризуються додатковими втратами потужності, що виникають в резисторі. Цього не відбувається в схемі, показаній на рис. 1.1, г
, в якій послідовно з резистором ввімкнено діод D
. Тому в стаціонарному режимі струм через резистор не проходить. Для отримання значної витримки часу реле повинно бути достатньо масивним, щоб забезпечити необхідний запас магнітної енергії.

Аналогічний принцип використовують в реле часу постійного струму з електромагнітним сповільненням і демпфуючою короткозамкненою обмоткою

(рис. 1.2). При вмиканні обмотки реле 1
до мережі магнітний потік в осерді 2
зменшується. Це приводить до виникнення ЕРС в масивній шайбі 3
, що знаходиться на осерді. Опір шайби дуже малий, тому в ній виникають великі вихрові струми, що підмагнічують осердя. В результаті магнітний потік в осерді реле зменшується значно повільніше, якір 5
залишається в притягненому стані і контакти реле 4
розмикаються з витримкою часу до 10 с
.

Рис. 1.2

Існують конструкції реле часу, в яких роль короткозамкненої обмотки виконує мідна гільза, надіта на осердя. Витримку часу регулюють зміною зазору між якорем і осердям або натягом пружини 6
. Це змінює значення магнітного потоку відпускання Фвід

(рис. 1.2., б), при якому починається рух якоря. При сильному послабленні пружини відпускання якоря відбувається на пологій ділянці кривої Ф (t),
величина витримки часу стане невизначеною, що обмежує діапазон регулювання реле. Витримку часу можна також регулювати на основі використання котушки, що вмикається зустрічно і створює розмагнічуючий магнітний потік. В результаті магнітний потік в осерді зменшується швидше (штрихова крива на рис. 1.2, б) і витримка часу змінюється від t2

до t1

. Для одержання великої витримки збільшують об’єм магнітної системи реле і застосовують матеріали з високою магнітною проникністю. Магнітопровід реле працює в режимі насичення, тому зміна напруги живлення практично не впливає на початковий потік, і, відповідно, на стабільність витримки часу. Однак витримка часу сильно залежить від зміни температури шайби 3
, що впливає на електричний опір і величину підмагнічуючого струму. Це збільшує похибку реле до 5–19%.

В даний час в промисловості використовують конденсаторні реле часу

, що базуються на інерційних властивостях RC
– ланки. Принципова схема реле з зарядом конденсатора показана на рис. 1.3, а. При замиканні керуючого контакту К1
в колі проходить струм і напруга на затискачах конденсатора зростає за законом.

Uc = Uж
(1 – exp [-t/]),

де Uж

– напруга живлення; =RC
– постійна часу кола.

Ця напруга подається на високоомний вхід напівпровідникового підсилювача, що містить пороговий елемент, який спрацює при заданій напрузі Uспр.1.

Через час

t=ln [Uж
/(Uж
-Uспр1
)]

напруга на конденсаторі досягає величини Uспр.1

, вихідне електромагнітне реле К2
виконує необхідні перемикання в зовнішньому колі. В схемі (рис. 1.3, б) конденсатор попередньо заряджається до Uж
; при перемиканні керуючого контакту К1
він починає розряджатись на резистор R
.

а)	б)
Рис. 1.3 – Конденсаторні реле часу а) – з зарядом конденсатора; б) – з розрядом конденсатора

Напруга на конденсаторі зменшується:

Uc
=Uж
∙exp (-t/)

і через час

t=·(Uж
/Uспр2)

понижується до величини Uспр.2

, при якій напівпровідникова схема переходить з одного стану в інший.

Величину витримки часу регулюють зміною постійної часу .
Ступінчате регулювання здійснюють зміною ємності конденсатора С
, а більш плавне – зміною опору резистора R
. Стабільність витримки часу в значній мірі залежить від коливання напруги в мережі. Тому в подібних схемах необхідні стабілізовані джерела живлення. Конденсаторні реле часу достатньо прості, надійні і дозволяють отримувати максимальну витримку часу 50 с
з похибкою 5–15%.

Подальше збільшення витримки часу досягається живленням конденсатора імпульсною напругою з великою щільністю імпульсів (рис. 1.4.).

Рис. 1.4. Конденсаторні реле часу з імпульсним живленням

При цьому короткочасні періоди t
1
зміни напруги конденсатора чергуються тривалими періодами часу T-t
, коли ця напруга залишається незмінною. В результаті витримка часу збільшується в декілька раз. Подібний принцип використовується в багатьох сучасних реле часу, при цьому виникає можливість отримання витримки часу 10–20 хв
. В схемі реле (рис. 1.4, б) конденсатор С1
заряджається імпульсами, які генеруються б

локінг – генератором Г1
з частотою 50 – 100 Гц. Тривалість імпульсів 3–5 мкс. Конденсатор ввімкнений за мостовою схемою, в діагоналі якої ввімкнено пороговий елемент – діод VD
, який відкривається при перевищенні напруги спрацювання, що знімається з подільника R1-R2
.

Після заряду конденсатора діод VD
відкривається, і через розподільний конденсатор С2
видає керуючий імпульс на вихідний тригер Т
, що комутує коло електромагнітного реле К
. Приведена похибка подібних реле може бути знижена до 1,5%.

Великі витримки при високій точності відрахунку можуть забезпечити лічильно-імпульсні реле. Прикладом такого реле часу може служити трьох – ланкове реле типу ВЛ – 34
, принципова схема якого приведена на рис. 1.5. При подачі напруги живлення на схему реле починає працювати стабілізований імпульсний генератор 1
.

Рис. 1.5. – Лічильно-імпульсне трьох ланкове реле типу ВЛ-34

Опорні імпульси сталої тривалості, що виробляє генератор, поступають на лічильник імпульсів 2
, з яким зв’язаний дешифратор 3
, що встановлює незалежні витримки часу в трьох вихідних колах.

Коли кількість імпульсів, що поступають на лічильник, досягає необхідноі величини, сигнал з виходу дешифратора через потужний підсилювач 4
поступає на виконавче реле 5
. При повторному вмиканні реле лічильник обнульовується. Час підготовки реле 0,3 с.

Реле виконано на базі інтегральних мікросхем серіі К176, має невеликі габаритні розміри і масу. Основна похибка витримки часу реле може бути визначена за формулою:

d
=(2,2+0,1(Tmax
/T)) %,

де Т, Тмах

– витримка часу реле і її максимальне значення.

Приведена похибка (при Т=Тмах
) відповідає класу точності 2.5. Реле часу ВЛ-34 забезпечує витримку часу до 100 хв
. Існують аналогічні конструкції лічильно-імпульсних реле, розрахованих на витримку до 10 год
.

3. Опис дослідної установки

Лабораторна робота виконується з використанням учбової програми на базі ПЕОМ.

4. Завдання

4.1. Виконується при самостійній підготовці перед виконанням лабораторної роботи.

4.1.1. Для заданих в табл. 1 параметрів дослідної схеми рис. 1.6 визначити для вказаного викладачем варіанту часову затримку.

Рис. 1.6

Таблиця 1

№ варіанту	Значення параметру				tзатр.розр ms	tзатр.вим ms
	V0 , B	R, Om	C, Мкф	Vk , B
1	12	100	200	6
2	15	200	300	6
3	12	150	300	6
4	15	200	250	6
5	10	250	300	6

де U0
– напруга джерела живлення, В;

Uк
– напруга спрацювання реле, В.

tзатр.розр.
– час затримки за результатами розрахунку, мс;

tзатр.вим.
– час затримки за результатами вимірювань, мс.

4.1.2. Для заданих в табл. 2 параметрів дослідної схеми рис. 1.7 визначити для вказаного викладачем варіанту часову затримку. Індуктивність обмотки котушки реле часу К
дорівнює L=1250 мГн.

Рис. 1.7

Таблиця2

№ варіанту	Значення параметру			tзатр.вим ms	t зат.вим ms
	UO , B	R, Om	Uk , B
1	12	100	6
2	15	200	6
3	12	250	6
4	10	300	6
5	15	250	6

4.1.3. Для параметрів дослідної схеми рис. 1.8, що задаються табл. 3, визначити для вказаного викладачем варіанту часову затримку спрацювання реле, якщо періодичність імпульсів складає 10 мс.

Рис. 1.8

Табл.3

№ варіанту	Значення параметру					tзатр.розр ms	tзатр.вим ms
	UO , B	R, Om	C, Мкф	R2 , KOm	tімп , ms
1	12	100	200	5	2
2	15	200	200	10	4
3	10	300	400	20	10
4	12	200	200	20	10
5	15	100	200	15	5

4.2 Виконується в лабораторії

4.2.1. Ввімкнути в мережу ПЕОМ, натиснути Ctrl-Alt-Delete, в стрічках користувача і пароль набрати Zagal.

4.2.2. Зайти у Wіndows Commander на диск С: у папку Programs /Ea/ Lw1.

5. Опрацювання дослідних даних

5.1. Визначити розрахункові дані таблиць табл. 1… табл. 3. Результати вимірювань tзатр. вим.
занести в таблиці.

5.2. Зробити висновок по роботі.

Література

1. Михайлов О.П., Стоколов В.Е. Электрические аппараты и средства автоматизации. – М.: Машиностроение, 1982 г.

2. Таев И.С. Электрические аппараты автоматики и управления. – М.:» Высшая школа», 1975 г.

3. Чунихин А.А. Электрические аппараты (общий курс). – М.:» Энергия», 1975 г.