Индукционные реле

Работа индукционных реле основана на использовании сил, возникающих при взаимодействии переменных магнитных полей неподвижных обмоток с токами, индуцированными этими полями в подвижной части реле. На индукционном принципе выполняют реле тока, направления мощности, сопротивления, частоты, разности частот.

В сельских сетях широко применяют реле серии РТ-80 (РТ-90). Они состоят из трех элементов: электромагнитного мгновенного действия (отсечки); индукционного с зависящим от тока временем срабатывания; указательного, сигнализирующего о срабатывании реле.

Основными элементами реле являются два электромагнита 1 и 2 и подвижная система 3, расположенная в магнитном поле электромагнитов (рис. 3.2). Подвижная система выполняется из немагнитного электропроводящего материала в виде медного или алюминиевого диска, либо полого цилиндра (барабанчика), закрепленного на вращающейся оси 4. С осью 4 жестко связан подвижный контакт реле 5, замыкающий при повороте неподвижные контакты 6. Движению диска в сторону замыкания контактов противодействует спиральная пружина 7.

Обмотки электромагнитов 1 и 2 питаются переменными (синусоидальными) токами , которые создают переменные магнитные потоки . Положительное направление токов и соответствующее им положительное направление потоков, определяемое по правилу буравчика, показаны на рис. 3.2. Векторная диаграмма их изображена на рис. 3.3.

Магнитный поток , пронизывая подвижную систему 3, наводит в диске ЭДС , поток - ЭДС . Наведенные ЭДС отстают по фазе на 90^о от вызывающих их магнитных потоков. Под действием ЭДС и в подвижной системе возникают вихревые токи и , замыкающиеся вокруг оси индуктирующего их магнитного потока. Положительные направления и , определенные по правилу буравчика по положительному направлению потоков , показаны на рис. 3.3. Вследствие малой индуктивности контура вихревых токов их векторы и принимаются совпадающими по фазе с вызвавшими их ЭДС ( и ).

В рассматриваемой конструкции возникают две силы: - обусловленная взаимодействием магнитного потока и тока , наведенного другим потоком , и , вызванная воздействием потока на ток , наведенный потоком .

Силы взаимодействия потока со «своим» током и с вихревым током равны нулю.

Направление сил и и создаваемые ими моменты вращения и определяются их средними значениями за период, которые зависят от угла сдвига фаз между взаимодействующими потоками и токами в диске. Силы и определяются по правилу «левой руки» и показаны на рис. 3.2. Результирующая электромагнитная сила . Результирующий электромагнитный момент , где d – плечо силы F_Э относительно оси вращения. Момент М_Э приводит в движение подвижную систему 3, которая в зависимости от знака (направления) М_Э действует в сторону замыкания или размыкания контактов реле 5.

Электромагнитная сила F_Э и ее момент М_Э.

Значение результирующей электромагнитной силы F_Э выражается через магнитные потоки , создаваемые токами, питающими обмотки электромагнитов реле, угол сдвига фаз между ними ψ и частоту входных токов f:

.

Соответственно электромагнитный момент

, (3.4)

где Ф₁ и Ф₂ – действующие значения магнитных потоков; - постоянные величины.

Анализируя выражение (3.4), можно сделать следующие выводы:

1. Результирующий момент пропорционален действующим (или амплитудным) значениям магнитных потоков и зависит от сдвига фаз ψ между токами, подведенными к реле. Это означает, что индукционные реле могут служить для сравнения фаз входных токов. Реле имеет максимальный момент при ψ = 90^о и не действует при ψ = 0;

2. Знак момента зависит от sin ψ. Результирующая сила F_Э направлена от оси опережающего к оси отстающего магнитного потока;

3. Конструкция реле должна обеспечить создание не менее двух переменных магнитных потоков (Ф₁ и Ф₂), пронизывающих подвижную систему в разных точках и сдвинутых по фазе на угол ;

4. Поскольку действующие значения магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ являются постоянными величинами, то мгновенное значение моментов индукционных реле в отличие от электромагнитных не изменяется во времени. Поэтому у индукционных реле отсутствует вибрация контактов, если токи и напряжения, создающие соответствующие потоки, синусоидальны;

5. На индукционном принципе могут выполняться только реле переменного тока: реле тока, направления мощности, сопротивления и др.