Рассмотрим конструкцию индукционного реле на примере реле типа РТ-81 (рис. 5). Цоколь реле изготовляется из немагнитного сплава путем отливки. Он имеет приливы для крепления деталей. В пазы цоколя уложена резиновая уплотняющая прокладка. В верхней части цоколя в прямоугольном вырезе запрессована контактная колодка 5 с зажимами. Для крепления реле цоколь снабжен двумя отверстиями с резьбой. Кожух реле первых выпусков представлял собой железный каркас со стеклянным окошком. Он оказывает влияние на распределение магнитных потоков. Для проверки электрических характеристик кожух необходимо надеть, а для регулировки снять, что создает неудобства. Поэтому в настоящее время кожух изготовляется из прозрачного полимерного материала. В верхней его части расположен поворотный рычажок с возвратной пружиной и фасонным винтом, служащий для установки сигнального флажка в исходное положение.
Магнитопровод реле является общим для индукционного и электромагнитного элементов. Он имеет две ветви и делит магнитный поток на две составляющие. Основная ветвь (собственно магнитопровод) 16 представляет прямоугольник с воздушным зазором, образованным полюсами. Полюсы магнитопровода разделены на две части таким образом, что часть каждого полюса охвачена короткозамкнутым витком (экраном) 17; назначение экранов объяснено ранее. Другая ветвь магнитопровода - это магнитный шунт 15, образующий магнитную цепь совместно с якорем отсечки и его правым воздушным зазором.
Катушка реле 12- это измерительный орган, включаемый во вторичную обмотку трансформатора тока. По катушке протекает ток, пропорциональный току защищаемого присоединения. Катушка насажена на правый стержень магнитопровода. Один ее конец выведен на контактную колодку, а отпайки - на семь гнезд штепсельного мостика 13, который также имеет вывод на контактную колодку. Гнезда имеют обозначения токов срабатывания. В одно из них ввернут винт 14 с фасонной пластмассовой головкой. Винт снабжен пружинящей шайбой, предотвращающей нарушение контакта в случае усыхания карболита штепсельного мостика. Восьмое гнездо является холостым, в него ввернут запасной винт.
Якорь отсечки 9 представляет неуравновешенное коромысло, ось которого укреплена на шунте магнитопровода. На левом, более тяжелом плече, укреплены фигурный рычаг 4 и текстолитовая пластина 8. Посредством фигурного рычага осуществляется воздействие индукционного элемента на якорь и на сигнальный флажок. Текстолитовая пластина непосредственно переключает контакты.
Рис. 5. Устройство реле типа РТ-81:
1 — зубчатый сектор; 2 — верхняя опора диска; 3 — червяк; 4 — фигурный рычаг; 5 - контактная колодка; 6 - неподвижный контакт; 7 - подвижный контакт; 8 — текстолитовая пластина; 9 — якорь отсечки; 10 — регулировочный винт отсечки; 11 — короткозамкнутый виток якоря; 12 — катушка; 13 — штепсельный мостик; 14 - штепсельный винт; 15 — шунт магнитопровода; 16 — магнитопровод; 17 - экраны; 18 — диск; 19 — скоба; 20 — толкатель; 21 — упор; 22 — нижняя опора диска; 23 — упорный винт; 24 — фасонный винт; 25 — регулировочный винт пружины; 26 -пружина; 27 — постоянный магнит; 28 - нижняя опора рамки; 29 - рамка; 30 - полуось сектора; 31 — верхняя опора рамки
Вибрация якоря отсечки в притянутом состоянии, вызванная пульсацией магнитного потока, может привести к неустойчивому замыканию контактов. Для устранения этого нежелательного явления на правый конец якоря насажен короткозамкнутый виток Л, охватывающий часть его торцевой стороны. Магнитный поток расщепляется на две составляющие, сдвинутые по фазе, что приводит к сглаживанию пульсации. Для предотвращения залипания якорь снабжен немагнитной заклепкой.
Как установлено ранее, ток срабатывания электромагнитного элемента можно регулировать воздушным зазором. Для этой цели предназначен фасонный винт 10. На нем укреплено кольцо со шкалой, проградуированной в кратностях тока срабатывания отсечки току срабатывания индукционного элемента. Например, цифра 6 на шкале отсечки совмещена с неподвижной риской, а уставка индукционного элемента - 5 А. Следовательно, уставка отсечки 30 А. Кольцо со шкалой закреплено стопорным винтом. Ослабив винт, можно повернуть кольцо.
Постоянный магнит 27 является составной частью магнитной системы реле. Он создает тормозной момент, пропорциональный частоте вращения диска, что необходимо для получения стабильных характеристик реле. Этим, однако, не исчерпываются функции постоянного магнита. Он участвует в создании системы сил, действующих на подвижную часть реле и вызывающих его срабатывание. И наконец, магнит останавливает вращение диска после сброса тока, сводя к минимуму инерционный выбег реле. Тормозной магнит крепится к приливу цоколя осевым винтом и фиксируется тремя стопорными винтами. При отпускании стопорных винтов положение магнита можно изменять.
Подвижная часть индукционного элемента представляет алюминиевый диск 18, вращающийся между полюсами магнитов. Ось диска установлена на двух опорах в поворотной рамке 29. В свою очередь, поворотная рамка также на опорах 28, 31 двух полуосей установлена в приливах цоколя. Ось диска имеет утолщение, на котором нарезан одно- или четырехзаходный червяк 3. Вторым элементом червячной пары служит зубчатый сектор 1, поворачивающийся на двух полуосях 30. Сектор снабжен толкателем 20, воздействующим на якорь отсечки. Упор 21, на котором лежит толкатель, определяет его исходное положение. Упор фиксируется фасонным винтом 24, выведенным вместе с указателем в прорезь со шкалой времени на щитке реле. Его положением устанавливается выдержка времени. Время на шкале указано в независимой части характеристики.
Крайние положения поворотной рамки ограничены упорным винтом 23. Винт закреплен контргайкой. При отпущенной контргайке винт имеет ход около 3 мм, необходимый для регулировки глубины зацепления червяка с сектором. Рамка оттянута в крайнее положение возвратной пружиной 26 с винтом 25, служащим для регулировки ее натяжения. Рамка заканчивается стальной скобой 19, которая за счет притяжения к магнитопроводу обеспечивает надежное сцепление червячной передачи. Скобу можно слегка подгибать и отгибать, регулируя тем самым коэффициент возврата.
Механический указатель срабатывания выполнен в виде фигурного коромысла с красным кружком справа.
Рис. 6. Нижний подпятник и цапфа диска реле серий РТ-80 и PT-90:
а — общий вид; 6 — микроподшипник по сечению А—А в увеличенном масштабе (50/1); I - корпус подпятника; 2 — микроподшипник № Э625; 3 — шайба; 4 — цапфа нижнего конца оси диска; 5 — наружное кольцо; 6 — чашечка; 7 — шарик
Контактные системы реле имеют различные исполнения в зависимости от модификации. Реле типа РТ-81 имеет замыкающий контакт, управляемый якорем отсечки и толкателем сектора. Неподвижный контакт 6 с серебряной или металлокерамической накладкой и изоляционный упор укреплены на контактной пластине. На упругой пластине подвижного контакта 7 помещена вторая накладка. Если поменять местами изоляционный упор с неподвижным контактом, а пластину подвижного контакта перевернуть, то контакт будет переделан на размыкающий.
Верхний опорный узел оси диска представляет латунный винт, в который запрессована стальная цапфа. Ее отполированная боковая поверхность является рабочей. Винт фиксируется гайкой. Цапфа вращается в бронзовой втулке. Аналогично устроены верхний и нижний опорные узлы рамки.
Конструкция нижнего опорного узла оси диска иная (рис. 6). В кратере подпятникового винта 1 на глубине 4 мм помещен микроподшипник 2 в виде чашечки 6 с четырьмя шариками 7. В подшипник погружена коническая цапфа оси 4 с закруглением на конце. Подшипниковый винт также закреплен гайкой.
Следует особо остановиться на конструкции контактов усиленной мощности. Реле, оснащенные этими контактами, применяются в устройствах защиты на переменном оперативном токе. Переключающий контакт усиленной мощности выполняется таким образом, что при срабатывании реле раньше замыкается контакт, подготавливающий цепь отключающей катушки (реле прямого действия РТМ), а затем размыкающий контакт дешунтирует эту катушку (рис. 7). По катушке протекает вторичный ток трансформатора тока, вызывающий срабатывание механизма отключения.
Рис. 7. Принцип выполнения контактов усиленной мощности:
а — нормальный режим; б — дешунтирование; ТА — трансформатор тока; КА реле РТ-85; YAT— токовый электромагнит отключения
Рис. 8. Конструкция контактов усиленной мощности:
а - элементы контактной системы; б — общий вид; 1 — изоляционный упор; 2 — пластина подвижного размыкающего контакта; 3, 4 — токоотводящие шунты; 5 — угольник; 6 — пластина подвижного замыкающего контакта; 7 — верхняя упорная пружина; 8 — нижняя упорная пружина; 9 — ось
Конструкция контактной системы показана на рис. 8. Подвижная контактная пластина 6 поворачивается на оси 9, укрепленной на жестком угольнике 5. Ход контактной пластины ограничен упорными пружинами 7 и 8. К концу пластины приварена контактная накладка замыкающего контакта. Вторая подвижная контактная пластина 2 также закреплена за угольник. Она имеет две контактные накладки замыкающего и размыкающего контактов. Ход пластины ограничен неподвижным размыкающим контактом и изоляционным упором 1. Все контактные накладки изготовлены из композиции серебро-оксид кадмия. Серебро обеспечивает контактам наименьшее переходное сопротивление, а оксид кадмия - тугоплавкость. Подвижные контактные пластины снабжены гибкими токоотводящими шунтами, которые необходимы для отвода тока и тепла при протекании больших токов. Такая конструкция контактов обеспечивает возможность безобрывного переключения в токовых цепях во время короткого замыкания (КЗ).
На щитке реле нанесены: товарный знак, наименование и тип реле, модификация, климатическое исполнение и категория, месяц и год изготовления. Приведены следующие технические данные: номинальный ток, две предельные характеристики для минимальной и максимальной уставок по времени, показывающие зависимость времени от кратности тока току уставки, и схема внутренних соединений. Стрелка указывает направление вращения диска.
Теперь рассмотрим, как происходит работа реле. При токе около 20% тока уставки диск, преодолевая момент силы трения, начинает вращаться, как было объяснено ранее. При этом возникают дополнительные моменты и усилия. В диске, пересекающем магнитные силовые линии постоянного магнита, наводится ЭДС и циркулируют токи, препятствующие вращению. Их взаимодействие с полем постоянного магнита создает тормозной момент Мт. Диск пересекается потоком электромагнита, в результате этого наводится ЭДС "резания" и циркулируют токи "резания". Они создают момент М реэ, также препятствующий вращению. Когда рабочий момент уравновесится тормозными моментами, частота вращения установится постоянной. Для упрощения пренебрежем силой, вызванной токами "резания". Тогда можно считать, что на диск действуют две силы, стремящиеся повернуть рамку, F1 - сила, созданная электромагнитом, и F2 - сила тормозного магнита (рис. 9). Интересно отметить, что на вращение диска эти силы оказывают противоположное действие, а на рамку они действуют согласно. Их равнодействующая, приближенно равная 2F2, приложена к оси рамки. Теперь становится ясным основное назначение постоянного магнита. Если бы он отсутствовал, уравновешенные силы были бы приложены к одной точке, а их равнодействующая равнялась нулю.
Рис. 9. Силы, действующие на подвижную систему. Обозначения элементов те же, что и на рис. 5
С увеличением тока возрастает частота вращения. Одновременно возрастают силы F1 и F2. Наконец, при токе уставки суммарное усилие преодолевает силу возвратной пружины. Рамка поворачивается, и зубчатый сектор приходит в зацепление с червяком. С этого момента начинается отсчет времени срабатывания. Теперь возрастает сила трения, стремящаяся вызвать расцепление. Но значительно возрастет и удерживающая сила F1 из-за уменьшения зазора между скобой и магнитопроводом.
Итак, при дальнейшем вращении диска сектор с толкателем движется вверх. Придя в соприкосновение с фигурным рычагом 4 (рис. 5), он поворачивает якорь отсечки. Правый зазор якоря уменьшается, и возрастающая сила электромагнитного притяжения ускоряет движение якоря. Текстолитовая пластина якоря переключает контакты, а фигурный рычаг выталкивает механический указатель срабатывания.
После исчезновения тока подвижные части реле кроме механического указателя срабатывания возвращаются в исходное положение: рамка - возвратной пружиной, якорь - собственной массой.
При токе уставки отсечки электромагнитный элемент работает самостоятельно: срабатывание реле происходит без выдержки времени. При необходимости отсечка может быть выведена из работы вывинчиванием винта 10 до упора.
