Przekaźnik czasowy z opóźnieniem elektromagnetycznym i mechanicznym
Podczas pracy z obwodami zabezpieczeń i automatyki często konieczne jest utworzenie opóźnienia czasowego między działaniem dwóch lub więcej urządzeń. Przy automatyzacji procesów technologicznych może być konieczne wykonanie operacji w określonej sekwencji czasowej.
Aby utworzyć opóźnienie czasowe, stosuje się urządzenia zwane przekaźnikami czasowymi.
Wymagania dotyczące przekaźników czasowych
Ogólne wymagania dotyczące przekaźników czasowych to:
a) stabilność opóźnień niezależnie od wahań napięcia zasilania, częstotliwości, temperatury otoczenia i innych czynników;
b) niskie zużycie energii, waga i wymiary;
c) wystarczająca moc układu styków.
Przekaźnik czasowy z reguły powraca do swojej pierwotnej pozycji, gdy jest wyłączony. W związku z tym nie ma specjalnych wymagań co do stopy zwrotu i może ona być bardzo niska.
W zależności od przeznaczenia przekaźnika nakładane są na nie określone wymagania.
Przekaźniki są wymagane w układach automatycznego sterowania napędami o dużej częstotliwości rozruchów na godzinę przy dużej odporności mechanicznej na zużycie. Wymagane opóźnienia czasowe mieszczą się w zakresie 0,25 — 10 s. Przekaźnikom tym nie stawia się wysokich wymagań co do dokładności działania. Rozkład czasu odpowiedzi może wynosić do 10%. Przekaźnik czasowy musi pracować w warunkach hal produkcyjnych, przy wibracjach i wstrząsach.
Przekaźniki czasowe do zabezpieczania systemów elektroenergetycznych muszą charakteryzować się dużą dokładnością zwłoki czasowej. Przekaźniki te działają stosunkowo rzadko, więc nie ma specjalnych wymagań dotyczących wytrzymałości. Opóźnienia takich przekaźników wynoszą 0,1 — 20 s.
Przekaźnik czasowy z elektromagnetycznym opóźnieniem czasowym
Konstrukcja przekaźnika elektromagnetycznego opóźnienia czasowego typu REV-800. Obwód magnetyczny przekaźnika składa się z obwodu magnetycznego 1, twornika 2 i przekładki niemagnetycznej 3. Obwód magnetyczny jest zamocowany na płycie 4 za pomocą aluminiowej podstawy 5. Ta sama podstawa służy do zamocowania układu styków 6 .
Na jarzmie prostokątnego odcinka obwodu magnetycznego zamocowane jest zwarcie w postaci spłaszczonej tulei 8. Cewka magnetyczna 7 osadzona jest na cylindrycznym rdzeniu. Zwora obraca się względem pręta 1 pryzmatu. Siłę wytwarzaną przez sprężynę 9 zmienia się za pomocą nakrętki koronowej 10, która po regulacji jest ustalana za pomocą sworznia. Obwód magnetyczny przekaźnika wykonany jest ze stali EAA. Rdzeń cewki ma okrągły przekrój poprzeczny, co umożliwia zastosowanie cylindrycznej cewki, która jest wygodna w produkcji.Pręt 1 ma przekrój poprzeczny wydłużonego prostokąta, co zwiększa długość linii styku pomiędzy zworą a końcem jarzma oraz zwiększa trwałość mechaniczną przekaźnika.
Aby uzyskać długi czas uwalniania, konieczne jest posiadanie dużej przewodności magnetycznej szczelin roboczych i pasożytniczych w stanie zamkniętym układu magnetycznego. W tym celu końce jarzma i rdzenia oraz przylegająca powierzchnia twornika są dokładnie polerowane.
Odlewana aluminiowa podstawa tworzy dodatkowy zwój zwarciowy, zwiększając opóźnienie czasowe (w obwodzie zastępczym wszystkie zwarcia uzwojeń są zastępowane jednym zwojem o wspólnej przewodności elektrycznej).
W rzeczywistych materiałach magnetycznych po wyłączeniu cewki magnesującej strumień spada do Fosta, co jest określone przez właściwości materiału obwodu magnetycznego i wymiary geometryczne obwodu magnetycznego. Im mniejsza siła koercji materiału magnetycznego dla danego rozmiaru obwodu magnetycznego, tym mniejsza wartość indukcji szczątkowej i odpowiednio szczątkowego strumienia. Zwiększa to najdłuższy czas opóźnienia, jaki można uzyskać z przekaźnika. Zastosowanie stali EAA umożliwia zwiększenie czasu opóźnienia przekaźnika.
Aby uzyskać duże opóźnienie, pożądana jest wysoka przenikalność magnetyczna w nienasyconej części krzywej magnesowania. Stal EAA również spełnia to wymaganie.
Opóźnienie czasowe, przy innych parametrach równych, jest określone przez początkowy strumień Fo równania. Strumień ten jest określony przez krzywą namagnesowania układu magnetycznego w stanie zamkniętym.Ponieważ napięcie i prąd w cewce są do siebie proporcjonalne, zależność Ф (U) powtarza, tylko w innej skali, zależność Ф (Iw). Jeżeli system przy napięciu znamionowym nie jest nasycony, to strumień Fo będzie zależał w dużej mierze od napięcia zasilania. W tym przypadku opóźnienie czasowe będzie również zależeć od napięcia przyłożonego do cewki.
W obwodach napędowych napięcie poniżej napięcia znamionowego jest często przykładane do cewki przekaźnika przez pewien czas, podczas gdy przekaźnik będzie miał zmniejszone opóźnienia czasowe. Aby uniezależnić opóźnienie przekaźnika od napięcia zasilania, obwód magnetyczny jest mocno nasycony. W niektórych typach przekaźników czasowych spadek napięcia o 50% nie powoduje zauważalnej zmiany czasu opóźnienia.
W obwodach automatyki napięcie do cewki zasilającej przekaźnika czasowego może być podawane na krótki czas. Aby stabilność czasu wyzwolenia była stabilna, konieczne jest, aby czas podawania napięcia do cewki zasilającej był wystarczający do osiągnięcia stabilnego prądu. Czas ten nazywany jest czasem przygotowania przekaźnika lub czasem ładowania. Jeżeli czas trwania zasilania napięciem jest krótszy niż czas przygotowania, wówczas opóźnienie ulega skróceniu.
Na opóźnienie przekaźnika duży wpływ ma temperatura zwarcia. Średnio możemy założyć, że zmiana temperatury o 10°C powoduje zmianę czasu retencji o 4%. Zależność opóźnienia od temperatury jest jedną z głównych wad tego przekaźnika.
Przekaźniki REV811…REV818 zapewniają opóźnienie czasowe od 0,25 do 5,5 s. Produkowane z cewkami 12, 24, 48, 110 i 220 V DC.
Schematy przełączania przekaźników czasowych
Czas odpowiedzi przekaźnika po podaniu napięcia jest bardzo krótki, od pm s. uruchomienie jest znacznie mniejsze niż wartość stanu ustalonego. W związku z tym możliwości elektromagnetycznego przekaźnika opóźnienia podnoszenia są bardzo ograniczone. Jeśli konieczne są duże opóźnienia podczas zamykania styków sterujących, zaleca się stosowanie obwodu z przekaźnikiem pośrednim RP. Cewka przekaźnika czasowego PB jest pod napięciem, cały czas będąc pod napięciem przez styk rozwierny przekaźnika RP. .Po przyłożeniu napięcia do cewki RP, ta ostatnia otwiera swój styk i odłącza zasilanie przekaźnika PB. Zwora PB znika, tworząc niezbędne opóźnienie czasowe. Przekaźnik PB w tym obwodzie musi być zwarty.
W niektórych obwodach przekaźnik czasowy może nie być zwarty. Rolę tego zwoju pełni sama zwarta cewka magnesująca. Cewka RV jest zasilana przez rezystor Radd. Napięcie na RV musi być wystarczające do uzyskania strumienia nasycenia w stanie zamkniętym obwodu magnetycznego. Zamknięcie styku sterującego K powoduje zwarcie cewki przekaźnika, co zapewnia powolny zanik strumienia w obwodzie magnetycznym. Brak zwarcia pozwala na zajęcie całego okna układu magnetycznego przez cewkę magnesującą i utworzenie dużego marginesu w ppm.s. W tym przypadku zwłoka czasowa nie zmniejsza się nawet w przypadku, gdy napięcie zasilania cewki wynosi 0,5 Un. Ten schemat jest szeroko stosowany w napędach elektrycznych. Przekaźnik jest połączony równolegle ze stopniem rezystora rozruchowego w obwodzie twornika.Gdy ten stopień jest zamknięty, cewka przekaźnika czasowego zamyka się iz opóźnieniem przekaźnik ten włącza stycznik, omijając kolejny stopień rezystora rozruchowego.
Schematy włączania przekaźnika czasowego z elektromagnesem opóźniającym
Zastosowanie zaworu półprzewodnikowego umożliwia również zastosowanie przekaźnika bez zwarcia. Gdy cewka zasilająca jest włączona dla przekaźnika czasowego, prąd płynący przez zawór jest praktycznie zerowy, ponieważ jest on włączony w kierunku nieprzewodzącym. Kiedy styk K jest zamknięty, strumień w obwodzie magnetycznym maleje, a na zaciskach cewki pojawia się siła elektromotoryczna. z polaryzacją. W tym przypadku prąd przepływa przez zawór, który jest określony przez tę EMF, rezystancję czynną cewki i zaworu oraz indukcyjność cewki.
Aby bezpośrednia rezystancja zaworu nie prowadziła do zmniejszenia opóźnienia czasowego (zwiększa się rezystancja czynna zwarcia), rezystancja ta musi być o jeden do dwóch rzędów wielkości mniejsza niż rezystancja cewki magnesującej przekaźnika .
We wszystkich obwodach cewka magnesująca przekaźnika musi być zasilana ze źródła prądu stałego lub prądu przemiennego za pomocą półprzewodnikowego mostka zaworowego.
Przekaźnik czasowy z opóźnieniem mechanicznym
Przekaźnik czasowy z pneumatycznym opóźnieniem i mechanizmem zatrzaskowym. W takich przekaźnikach elektromagnes prądu stałego lub przemiennego oddziałuje na układ styków połączony z urządzeniem opóźniającym w postaci amortyzatora pneumatycznego lub w postaci mechanizmu zegarowego (twornika). Opóźnienie zmienia się poprzez regulację zwalniacza.
Ogromną zaletą tego typu przekaźnika czasowego jest możliwość stworzenia przekaźnika AC i DC.Działanie przekaźnika praktycznie nie zależy od wartości napięcia zasilania, częstotliwości zasilania, temperatury.
Pneumatyczny wyłącznik czasowy RVP stosowany w układach automatyki do sterowania napędami maszyn do cięcia metalu i innych mechanizmów. Po uruchomieniu elektromagnesu 1 zwalniany jest blok 2, który pod działaniem sprężyny 3 opada i działa na mikroprzełącznik 4. Blok 2 jest połączony z membraną 5. Szybkość ruchu bloku jest określona przez przekrój otworu, przez który powietrze jest zasysane do górnej wnęki do moderatora. Opóźnienie jest regulowane za pomocą igły 6, która zmienia przekrój otworu ssącego.
Pneumatyczny przekaźnik czasowy opóźnienia bardzo ułatwia regulację opóźnienia.
Działanie przekaźnika czasowego ze zwalniaczem w postaci mechanizmu twornika przebiega w następującej kolejności. Po przyłożeniu napięcia do elektromagnesu zwora uruchamia sprężynę, pod działaniem której mechanizm przekaźnika jest wprawiany w ruch. Styki przekaźnika są połączone z mechanizmem twornika i zaczynają się poruszać dopiero po odliczeniu przez mechanizm twornika określonego czasu.
Przekaźnik czasowy RVP ma również nieregulowane, chwilowe styki, które są podłączone do twornika solenoidu. Przekaźniki czasowe niezawodnie pracują przy napięciach do 0,85 Un.
Przekaźnik rozrządu silnika
Aby utworzyć opóźnienie czasowe 20-30 minut, stosuje się przekaźniki czasowe silnika.
Zasada działania przekaźnika rozrządu silnika RVT-1200
Gdy przekaźnik czasowy jest uruchomiony, napięcie jest podawane jednocześnie do elektromagnesu 1 i silnika 2.W tym przypadku silnik obraca tarcze 5 z krzywkami 6 działającymi na układ styków 7 poprzez sprzęgło 3,4 i koło zębate 8, a przekaźnik opóźniający jest obracany poprzez zmianę początkowego położenia tarczy 5.
Przekaźnik umożliwia ustawienie różnych opóźnień czasowych w pięciu całkowicie niezależnych obwodach. Styki wyjściowe przekaźnika czasowego mają długookresowy dopuszczalny prąd 10 A.