Рис. 1. Реле серии РВП-72, участвующее в системе КИПиАСУ аммиачной конденсаторной установки
Устройство реле времени обуславливается его функционалом и принципом действия. Существует довольно много типов таких устройств: электромеханические, электронные, химические, электролитические, газовые, жидкостные, пневматические, биметаллические и множество других. Многие из них делятся на подвиды, кардинально отличающиеся по конструкции. В настоящей статье будут подробно рассмотрены некоторые варианты электромеханических и электронных реле.
Конструкция реле времени электромеханического типа.
Механизм работы реле времени электромеханического типа обобщённо состоит из катушки, намотанной на магнитопровод, в который втягивается якорь (т. е. совокупно –электромагнит), а также демпфирующего элемента. Демпфирующий элемент – промежуточный узел, который при поступлении тока на катушку задерживает втягивание якоря на определённое время, тем самым реализуя функцию реле времени. Именно элемент конструкции реле времени, ответственный за демпфирование электромагнитного воздействия, обуславливает отнесение устройства к одному из двух типов таких реле:
• С механическим замедлением;
• С электрическим замедлением.
Каждый из них делится на несколько подтипов. Некоторые варианты механического замедления:
- часовой механизм;
- моторное реле;
- замедленный якорь.
электрического замедления:
- конденсаторная схема;
- магнитный усилитель;
- магнитное демпфирование.
Часовой механизм.
Рассмотрим, как срабатывает реле времени ЭВ-113. Демпфирование осуществляется пружиной 4, присоединяемой через систему зубчатых колёс и фрикционного сцепления к часовому механизму. Время задержки срабатывания после получения команды по цепи управления определяется конструкцией часового механизма. В некотором диапазоне величина паузы может меняться при помощи скобы 16 посредством изменения взаимного положения вспомогательных контактов 12 и 13, один из которых размещён на шкале 14 и перемещается при подстройке вместе с ней, а второй положения не меняет. Основная область применения таких реле – релейная защита. В качестве оперативного тока преимущественно используется постоянное напряжение, поэтому модели для переменного тока распространены в меньшей степени.
Замедленный якорь.
В таких устройствах устанавливается якорь большей массы, что способствует уменьшению его скорости, а в механизм устанавливаются разные промежуточные демпфирующие узлы – балансир, эксцентрик, пропеллер (воздушная ветрянка), медный диск (метод торможения вихревыми токами), ёмкость для гидравлики – создавая этим успокоительную систему. На рис. 3 изображена принципиальная схема реле времени пропеллерного типа. При подаче напряжения на катушку 7, намотанную на электромагнит 6, якорь 2 начинает тянуть пластину 3. Пластина через шестерёнчатую передачу вращает пропеллер 1. Сопротивление воздуха создает на пропеллере тормозной момент, замедляя якорь. При этом пластина 3 в определённом положении замыкает контакты 5 – т. е. приводит к срабатыванию. Время замедление зависит от конструкции и размеров лопастей пропеллера и регулируется винтом 4.
Конденсаторные.
Рис. 3. Реле Воздушная ветрянка
Техпроцесс, не требующий высокоточных задержек длительностью более нескольких секунд, позволяет прибегать к аппаратам, демпфирование которых реализуется в их RC-, LR- и LC-контурах. Реализовываются такие схемы путём параллельного либо последовательного включения с источником тока нелинейного резистивного элемента – например, лампы накаливания с металлической или угольной нитью, дросселя, конденсатора. При этом реле, собранное на основании RC-цепи, может выступать без электромагнитного узла и уже относиться к электронным реле времени. Также в такие схемы могут быть установлены добавочные резисторы. Это наименее затратный с материальной точки зрения вариант. По мере воздействия тока на нелинейную деталь её сопротивления значительно меняется. Именно на этом явлении основан принцип осуществления задержки срабатывания в устройствах такого типа.
Электромагнитные реле времени на конденсаторах ещё называют релаксационными, так как демпфер такого устройства представляет собой одноимённый контур. При этом конденсатор может создавать с индуктивностью обмотки магнитопровода колебательный контур, что, в свою очередь, приводит к переходным процессам апериодичного характера.
Однако чаще элементы конструкции реле времени конденсаторного типа, создающие релаксационный и колебательный контуры, разделены промежуточными цепями. Конденсаторные реле имеют много разных вариантов схем, но принципиально могут быть разделены на два типа: замедление по времени заряда и замедление по времени разряда. Выдержка регулируется ступенчатым изменением напряжения питающей сети, либо изменением величины сопротивления (переменным или подстроечным резистором). Гораздо реже – изменением ёмкости (переменным конденсатором). Время задержки рассчитывается по формулам:
Конструкция реле времени электронного типа.
Рис. 4. Реле Dold Soehne BC 7930N
Электронные реле строятся преимущественно на полупроводниках и не имеют электромагнитной части. Изначально такие реле собирались на лампах и транзисторах, позже на микросхемах. Сейчас активно внедряются реле на микроконтроллерах. Последние относятся к типу генераторных реле.
Устройство микроконтроллерного реле можно упрощённо представить как схему из двух элементов – импульсного генератора и сумматора. Генератор производит импульсы, а сумматор отсчитывает их. В зависимости от задаваемого режима работы в роли автоколебательного либо ждущего генератора может выступать интегральный таймер совместно с времязадающими элементами RC-цепи. Например, микросхема NE555 в режимах работы одновибратора и мультивибратора.
Параметры таких устройств задаются с помощью расположенных на корпусе кнопок или подстроечных резисторов. На высокотехнологичных устройствах имеются порты разных интерфейсов (например, стандарта RS-232) для подключения периферийных устройств, с помощью которых аппарат может быть настроен максимально тонко. Однако такие устройства, как правило, не ограничиваются исключительно функциями реле времени.