Анализ работы индукционного двухэлементного секторного штепсельного реле

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа №

Анализ работы индукционного реле ДСШ

Введение

Цель работы

Изучить устройство реле ДСШ, их принцип действия, разновидности, установку и подключение реле и штепсельных колодок, научиться снимать электрические характеристики и измерять угол сдвига фаз между напряжением местной обмотки и током путевой.

Реле переменного тока

В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики применяют следующие реле переменного тока: двухэлементные секторные реле ДСШ и ДСР, используемые в основном в качестве путевых реле; огневые реле ОР1, используемые для контроля целостности нитей светофорных ламп и включаемые последовательно с первичной обмоткой сигнального трансформатора; аварийные реле АР, АРП и АРУ, предназначенные для переключения питания устройств на резервный источник при включении основного источника питания.

Огневые и аварийные реле переменного тока являются устаревшими типами реле, поэтому в данной книге их устройство и электрические характеристики не приводятся. Вместо них применяют нейтральные реле постоянного тока с выпрямителями ОМШ, АОШ, АПШ, и АСШ, устройство и электрические характеристики которых были рассмотрены в предыдущей главе.

Двухэлементные штепсельные реле переменного тока ДСШ и не штепсельные ДСР широко применяют как путевые реле в рельсовых цепях переменного тока 50 и 25 Гц. В метрополитенах применяют реле ДСШ-2 в качестве путевых и линейных реле. Реле ДСШ и ДСР 1 класса надежности являются индукционными, работающими только от переменного тока.

Принцип действия двухэлементного реле основан на взаимодействии переменного магнитного потока одного элемента с током, индуцируемые в секторе переменным магнитным потоком другого элемента. В соответствии с законом электромагнитной индукции на проводник с током (сектор), помещённый в магнитное поле, действует сила, приводящая его в движение. Сектор реле поворачивается и переключает контакты. Сила, действующая на сектор, пропорционально произведению токов местного и путевого элементов и зависит от угла сдвига фаз между ними.

Электромагнитная система реле ДСШ(рис.5.1, а) имеет два элемента - местный и путевой. Местный элемент состоит из сердечника 1 и катушки 2. На сердечнике путевого элемента 3 помещена катушка 4. Между полюсами сердечников расположен алюминиевый сектор 5. Ток, проходящий по местной обмотке, образует совпадающий с ним по фазе магнитный поток Фм, который индуцирует в секторе токи iм, отстающие по фазе от потока Фм на угол 90° (рис. 5.1, б.). Под действием тока путевого элемента возникает магнитный поток Фп, индуцирующий в секторе токи iп.

Взаимодействие индуцированных токов iм с магнитным потоком Фп создает вращающий момент М1, а токов iм c магнитным потоком Фм - вращающий момент М2. Под действием суммарного вращающего момента М=М2+М1 сектор перемещается вверх и замыкает фронтовые контакты. При выключении тока в путевой или местной обмотке сектор возвращается в исходное положение (вниз) под действием собственного веса. Поворот сектора ограничивается сверху и снизу роликами, которые для смягчения ударов могут перемещаться в направляющих их держателях.

Положительный вращающий момент и движение сектора вверх возможны только при определённом соотношении фаз между токами (напряжение) путевого и местного элементов. Так как магнитные потоки Фп и Фм и индуцируемые ими в секторе токи iп и iм пропорциональны токами путевого и местного элементов, вращающий момент пропорционален произведению токов путевого и местного элементов и зависит от угла сдвига фаз между ними:

Где ф - угол сдвига фаз Iп и Iм.

Наибольший вращающий момент реализуется при угле сдвига фаз между токами путевого и местного элементов, равном 90°.Таким образом, токи и совпадающие с ними потоки путевого и местного элементов должны быть сдвинуты на угол 90°. Если бы катушки и сердечники путевого и местного элементов были одинаковы, то и опережающие ток напряжения Uп и Uм также были бы сдвинуты между собой на угол 90°.

Однако из-за некоторого отличия характеристик катушек и сердечников путевого и местного элементов Uм опережает по фазе Iм на 72°, а Un опережает по фазе Iп на 65°. Поэтому напряжение Uм и Uп сдвинуты по фазе не на 90 , а на 97°.

Практически для индукционных реле ДСШ и ДСР обычно задается такой угол сдвига фаз между напряжение местного элемента и током путевого элемента, при котором реализуется максимальный вращающий момент.

Для реле ДСШ и ДСР при частотах сигнального тока 50 и 25 Гц для реализации максимального вращающего момента необходимо, чтобы напряжение местной обмотки опережало ток путевой обмотки на угол (162±5) . Этот угол называется идеальным углом сдвига фаз. Напомним, что угол сдвига фаз между токами и магнитными потоками путевого и местного элементов составляет при этом 90°.

Идеальные фазовые соотношения характеризуются следующими углами сдвига фаз (рис. 5.2): 90° между токами и магнитными потоками путевого и местного элементов; 162° между током путевого и напряжением местного элементов; 97° между напряжениями путевого и местного элементов. штепсельный реле железнодорожный автоматика

Если фазовые соотношения отличаются от идеальных, то для обеспечения работы реле и получения необходимого вращающего момента требуются увеличить напряжение Uп на обмотке путевого элемента до величины:

Где фи и фд - идеальный и действительный фазовые углы.

Приведенная формула верна при фи>фд и фи<фд, так как функция cosф одинакова при положительном и отрицательном углах.

Практически в условиях эксплуатации угол расстройки не должен превышать 25-30°. При отклонении угла расстройки на ±30° вращающий момент изменяется незначительно. Так как cos 30°=0,867, то требуется увеличение напряжения на путевой обмотке на 13-14% по сравнению со случаем идеальных фазовых соотношений. При дальнейшей расстройке функции cos(фи - фд) изменяется более резко, рельсовая цепь работает неустойчиво, так как дальнейшие незначительные возрастания расстройки приводят к заметному снижению вращающего момента и силы подъема сектора. При расстройке 60° требуется увеличить напряжение на путевой обмотке в два раза. При угле расстройки более 90° функция cos(фи - фд) изменяет свой знак, поэтому вращающий момент становится отрицательным (сектор стремится переместиться вниз). При изменении фазы на 180° (в случае перестановке проводов на обмотках путевого или местного элемента) вращающий момент, сохраняясь по значению, изменяет направление (усилие на сектор будет направлено вниз). Если будет изменена фаза на обеих обмотках, то сохранится положительный момент.

Для нормальной работы реле ДСШ и ДСР необходимо питание путевой и местной обмоток осуществлять от одной и той же фазы. Сдвиг фазы напряжения на путевой обмотке на 90 - 97° по отношению к напряжению на местной обмотке достигается в рельсовых цепях 50 Гц схемой питающего или релейного конца (включением фазосдвигающего конденсатора), а в рельсовых цепях 25 Гц путем начального жесткого смещения фаз напряжения на 90° преобразователей, питающих путевые и местные обмотки фазочувствительных рельсовых цепей с реле ДСШ и ДСР.

К местным обмоткам реле (кроме реле ДСШ-2) при частоте 50 Гц подводится напряжение 220В, а при частоте 25Гц - 110В. К местной обмотке реле ДСШ-2 подводится напряжение 110В переменного тока частотой 50Гц.

Фазочувствительные индукционные реле ДСШ и ДСР могут работать при более высоких частотах сигнального тока индуктивное сопротивление обмоток возрастает примерно пропорционально частоте. Для сохранения мощности срабатывания =/Z необходимо при увеличении частоты повышать напряжение на обмотках реле примерно пропорционально корню квадратному из значения частоты. Если же напряжение на местной обмотке сохранять неизменным (220В), то с ростом частоты напряжение на путевой обмотке необходимо повышать пропорционально частоте.

На графике зависимости напряжения путевой обмотки реле ДСШ-12 от частоты сигнального тока и неизменном напряжении (220В) на местной обмотке (рис. 5.3) изменение частоты тока от 0 до 275 Гц вызывает возрастание напряжения на путевой обмотке примерно пропорционально частоте. При дальнейшем увеличении частоты напряжение на путевой обмотке, необходимое для срабатывания реле, изменяется более резко. Это связанно с более резким возрастанием потерь в сердечниках путевого и местного элементов. Учитывая, что напряжение на путевом элементе в нормальных условиях эксплуатации по условиям техники безопасности и допустимым напряжениям на приборах не должно превышать 250 В, можно считать, что реле ДСШ - 12 может работать при частотах сигнального тока до 375 Гц. Если изменить параметры обмоток и магнитопровода, то фазочувствительные реле могут работать и при более высоких частотах.

Контактная система ДСШ-2 - 4 фт, 2 ф, 2 т (четыре тройника, два фронтовых и два тыловых контакта) (рис. 5.4). С целью повышения чувствительности ( снижения мощности срабатывания) у реле ДСШ - 12, ДСШ - 13 и ДСШ - 13А уменьшено число контактных групп. Эти реле имеют только два фронтовых 2 ф и два тыловых 2 т контакта. Фронтовые и тыловые контакты выполнены из графита с серебряным наполнением, общие (подвижные) - из серебра. Каждый контакт рассчитан на 100 000 переключений электрических цепей переменного тока 1А при напряжении 110В с индуктивной нагрузкой. Масса реле без штепсельной розетки - 6,14 кг ( реле ДСШ - 2) и 0,65 кг ( реле ДСШ - 12 и ДСШ - 13).

Двухэлементное секторное реле ДСР - 12 с контактно-болтовым соединением является устаревшим, однако его применяют в условиях эксплуатации. При модернизации устройств это реле заменяют реле ДСШ.

Реле ДСР - 12 имеет четыре полных тройника (4фт) (рис. 5.5). Местный элемент имеет две катушки, обмотки которых при напряжении 220В, 50 Гц включают последовательно, в при напряжении 110В - параллельно. При частоте тока 25 Гц обмотки включают последовательно и на них подается напряжение 110 В; масса реле ДСР-12 - 15 кг.

Значение напряжения и тока отпускания сектора у всех типов реле ДСШ и ДСР должны быть не менее 50% фактически измеренных значений полного подъема, т.е. ?0,5.

Основным достоинством реле ДСШ и ДСР является надежная фазовая селективность (избирательность), поэтому эти реле, а также рельсовые цепи, в которых они использованы, называют фазочувствительными. Это свойство позволяет надежно исключить ложное срабатывание фазочувствительного путевого реле от источника тока смежной рельсовой цепи при замыкании изолирующих стыков. Для этого в смежных рельсовых цепях переменного тока делают чередование фаз (мгновенных полярностей) тока, а путевые обмотки реле включают так, что положительный вращающий момент и подъем сектора вверх происходят от тока своей рельсовой цепи. При замыкании изолирующих стыков и попадании в путевой элемент тока смежной цепи сектор будет стремиться повернуться вниз. В процессе эксплуатации не допускается менять местами провода, подходящие к обмотке местного элемента, так как в этом случае путевое реле от тока собственной цепи работать не будет, а при замыкании изолирующих стыков может ложно возбудиться от тока смежной рельсовой цепи, чем создается угроза безопасности движения поездов.

При всех переключениях, связанных с отсоединением кабельных жил, проводов от обмоток путевых трансформаторов, при замене реле ДСР ( при замене реле ДСШ провода не отсоединяют) следует обязательно после окончания работы проверить правильность чередования фаз в смежных рельсовых цепях.

Достоинство фазочувствительных реле является также их надежная защита от влияния помех тягового тока ,отличающихся по частоте от тока сигнальной частоты всего на несколько герц. Реле срабатывает от тока такой частоты, что и частота тока в обмотке местного элемента при определённых фазовых соотношениях между ними.

При питании местной обмотки током частотой Wм>Wп, вектор тока местной обмотки Iм будет как бы вращаться вокруг вектора Iп с разностной частотой (частотой биений) Wм - Wп (рис.5.6). В течении одного полупериода, когда угол между векторами Iм и Iп изменяется от 0 до 180° , будет создавать положительный вращающий момент М=IпIм sin(Wм - Wп), а в течении другого полупериода, когда угол между векторами Iм и Iп изменяется от 180 до 360°, будет создаваться отрицательный вращающий момент; при этих значениях аргумента функция sin(Wм - Wп) становится отрицательной. Суммарный вращающий момент в течение периода равен нулю, и подъема сектора не произойдет. Однако если разностная частота незначительна и составляет не более 2 Гц, то сектор реле начинает реагировать не на суммарный вращающий момент, а на его мгновенные значения. В этом случае в течении положительного полупериода при достаточном напряжении сектор поднимается вверх и замыкаются фронтовые контакты, а в течении отрицательного полупериода сектор опускается вниз и замыкаются тыловые контакты, т.е. сектор реле будет периодически подниматься и опускаться. При разностной частоте выше 2 Гц инерционность сектора не позволяет ему совершать частые колебания, и он начинает дребезжать. Положение сектора при различных значениях разностной частоты Wм - Wп будет следующих.

При разностной частоте 5 Гц и более наблюдается значительное дребезжание сектора, однако фронтовые контакты при этом не замыкаются. Поэтому нужно считать, что реле надежно защищено от токов помех, если последние отличаются по частоте от сигнального тока на ± 5 Гц и более независимо от абсолютных значений частот сигнала и помехи. Такая относительно высокая частота селективность реле наряду с его фазовой селективностью придает ему преимущества, благодаря которым реле ДСШ и ДСР получили широкое распространение, несмотря на их громоздкость и большое потребление энергии по сравнению с реле других типов.

При применении рельсовых цепей с фазочувствительными реле предъявляют более жесткие требования к источникам питания. Для обеспечения определенных фазовых соотношений и выполнения чередования мгновенных полярностей в смежных рельсовых цепях ( сдвиг фазы на 180° ) путевые и местные обмотки реле всех рельсовых цепей на станции должны быть включены от источника питания. Эти же требования предъявляют и к резервному источнику питания. Если рельсовые цепи получают питание от автономных источников, то должна применяться специальная схема фазирования источников питания.

Порядок выполнения работы

3.1. Ознакомиться с инструкцией по эксплуатации испытательного стенда.

3.2. Ознакомиться с внешним видом приборов и реле.

3.3. ответить на контрольные вопросы.

4.Содержание отчета.

4.1.Краткое описание реле ДСШ и его особенности.

4.2.Схема включения обмоток и нумерация контактов.

4.3.Ответы на контрольные вопросы.

6.Контрольные вопросы.

5.1.Как обозначается на схемах реле ДСШ?

5.2.где применяются реле ДСШ?

5.3.На каком принципе основана работа реле ДСШ?

5.4.Как включается реле ДСШ в рельсовую цепь?

5.5.Для каких целей реле ДСШ характеризуется углом сдвига фаз?

5.6.Чем обеспечивается угол сдвига фаз у реле ДСШ?

5.7.Приемущество реле ДСШ по сравнению с другими типами путевых реле.

Размещено на Allbest.ru