cap ix aparate comanda

48
7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 1/48  9. APARATE DE COMAND Ă  Ş I SUPRAVEGHERE Cele mai semnificative aparate de comanda sunt contactoarele ce constituie aparate de comuta  ţ ie  şi releele ce sunt aparate de supraveghere si protectie Contactoarele - sunt aparate de comutaţie cu o singur ă poziţie de repaus, capabile să închidă, suporte şi deconecta curenţi nominali şi de suprasarcină; Construcţia contactorului contine camere de stingere a arcului electric. Construc ţ ia camerei de stingere implicit a aparatului este puternic influen ţ at ă  de mediul de stingere. Mediul cel mai utilizat în camerele de stingere ale contactoarelor de tensiune este aerul atmosferic. Arcul electric ce se formează între contacte trebuie, pentru a fi stins, să fie alungit artificial prin  suflaj magnetic (contactoarele de cc)  sau prin divizarea coloanei arcului electric într-o sumă de arcuri scurte şi alungite sub efectul de electrod  şi ni  şă.  Releele  – sesizeaza curentii din circuitele de forta si produc prin actionarea lor modificari in circuitele de comanda ,semnalizare . 9.1 CONTACTORUL ELECTROMAGNETIC DE CA Contactorul  este un aparat de comutaţie f ăă acţionare manuală, cu o singur ă poziţie stabilă, capabil de a stabili, suporta şi întrerupe curenţi în condiţii normale de exploatare ale unui circuit, inclusiv curen ţi de suprasarcină. Componentele principale ale unui contactor sunt:  Organul motor constituit dintr-un electromagnet alimentat in cc sau ca cu o tensiune de comand ă  Circuitul de comandă al bobinei electromagnetului  Poli principali plasati in camera de stingere  Contacte auxiliare pentru semnalizare. 303

Upload: cornea-cristinel

Post on 04-Mar-2016

300 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 1/48

 

9.

APARATE DE COMANDĂ ŞISUPRAVEGHERE

Cele mai semnificative aparate de comanda sunt contactoarele ce constituieaparate de comuta ţ ie  şi releele ce sunt aparate de supraveghere si protectie

Contactoarele - sunt aparate de comutaţie cu o singur ă poziţie de repaus,capabile să  închidă, suporte şi deconecta curenţi nominali şi de suprasarcină;Construcţia contactorului contine camere de stingere a arcului electric.

Construcţia camerei de stingere implicit a aparatului este puternic influenţată demediul de stingere. Mediul cel mai utilizat în camerele de stingere alecontactoarelor de tensiune este aerul atmosferic. Arcul electric ce se formează între contacte trebuie, pentru a fi stins, să  fie alungit artificial prin  suflajmagnetic (contactoarele de cc) sau prin divizarea coloanei arcului electric într-osumă de arcuri scurte şi alungite sub efectul de electrod  şi ni şă. 

 Releele  – sesizeaza curentii din circuitele de forta si produc prinactionarea lor modificari in circuitele de comanda ,semnalizare .

9.1 CONTACTORUL ELECTROMAGNETIC DE CAContactorul   este un aparat de comutaţie f ăr ă  acţionare manuală, cu o

singur ă poziţie stabilă, capabil de a stabili, suporta şi întrerupe curenţi în condiţiinormale de exploatare ale unui circuit, inclusiv curenţi de suprasarcină.Componentele principale ale unui contactor sunt:

•  Organul motor constituit dintr-un electromagnet alimentat in cc sauca cu o tensiune de comandă 

•  Circuitul de comandă al bobinei electromagnetului•  Poli principali plasati in camera de stingere

• 

Contacte auxiliare pentru semnalizare.

303

Page 2: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 2/48

Pârtile componente ale unui contactor si accesoriile acestuia suntevidenţiate in figura 9.1

Figura 9.1 Elemente componente ale contactoarelor

9.1.1 Principiul de funcţionareFigura 9.2.a, ilustrează  funcţionarea unui contactor electromagnetic la

închiderea circuitului de alimentare al bobinei Bf   a electromagnetului, armăturamobilă  Am  este atrasă  şi circuitul principal se închide prin deplasarea 0δ δ  −   acontactului mobil solidar cu echipajul mobil. Contactele r ămân închise numaiatât timp cât bobina electromagnetului se află sub tensiune; în momentul în carese întrerupe alimentarea bobinei electromagnetului, circuitul principal sedeschide sub acţiunea resortului antagonist R r .

304

Page 3: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 3/48

 Fig. 9.2 Contactor cu mişcare simplă de translaţie

Schema cinematică a contactorului electromagnetic (fig.9.2.b) este funcţiede curentul admis al căii de curent. Astfel până la curenţi de 63A schema este cumişcare simplă de translaţie, iar pentru curenţi de 125, 250, 400A masele aflateîn mişcare sunt mult mai mari, iar pentru creşterea for ţei necesare deplasării seutilizează dubla translaţie (pârghie) conform figurii 9.3.b.

a.constructie b. schema cinematicaFig. 9.3 Contactor cu mişcare dublă 

Schita cinematica a unui asemenea contactor contine conductoarele 1 si 2 pe care sunt plasate contactele fixe si bornele aparatului A,B. Pe punteaconductoare 3 sunt plasate contactele mobile .In caseta 4 se afla resortul

 precomprimat 5 pentru asigurarea presiunii pe contacte. Electromagnetul deacţionare este figurat prin armatura mobila 7, bobina 8 si armatura fixa 9.Transmiterea mişcării de la armatura mobila 7 la puntea 3 cu contacte mobile serealizează prin sistemul de pârghii 12, 11, 10. Resortul precomprimat 6 asigurafor ţa Fr necesara menţinerii contactorului deschis. Daca se face abstracţie de

305

Page 4: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 4/48

frecări din egalitatea de momente F el 1cosα =F 1l 2 cosα    pentru poziţia închis α=0cu l1=2l2 se determina F1=2F rezultând dublarea for ţei din pârghie. unde Fe este for ţa dezvoltata de electromagnet iar F1 for ţa dezvoltata in pârghia10.

O altă  consecinţa a raportului k=l2/l1=0.5 este de reducere la jumătate avitezei de deplasare a contactelor faţa de viteza armaturii mobile aelectromagnetului

Din schemele cinematice se observă  existenţa unor resoarte distincte pentru acţionare (Rr. la simpla translaţie sau C1 la dubla translaţie) şi resoarte pentru asigurarea presiunii pe contact R  p  respectiv Fr 5. Diagrama for ţelorrezistente nu trebuie să  se intersecteze cu for ţa activă  dezvoltată  deelectromagnet

.Fig. 9.4 Corelarea for ţelor pentru a- mişcare simpla b- miscare dubla

9.1.2. Simbolizarea contactorului în schemele electriceStandardul 12120/2 – 83 în acord cu recomandările Comitetului

Electrotehnic Internaţional prezintă  literele  pentru identificarea categorieielementului, stabile şte regulile de formare  şi utilizare a echipamentelor electrice 

 precum şi  semnele conven ţ ionale ata şate în schemele electrice. Conform

descrierii funcţionale contactorul este un aparat alcătuit din elementul decomandă  (bobină), contacte principale (de for ţă) şi contacte auxiliare.  Literareper  ce identifică contactorul  conform standardului amintit este K , liter ă ataşată întregii construcţii (bobină, contacte principale şi auxiliare). Reprezentareasimbolică  într-o schemă  electrică a contactorului se face prin bobină, contactelede for ţă  cu func ţ ia de contactor  şi contacte auxiliare reprezentate prin contactnormal deschis sau închis funcţie de tipul contactorului. Modul de reprezentareîn schema electrică este funcţie de tipul reprezentării monofilare sau multifilareconform figurii 9.5. a şi b.

306

Page 5: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 5/48

 Fig. 9.5 Simbolizarea contactoarelor

În figura 9.5 contactelor principale li se ataşează  func ţ ia de contactor  redată  prin  simbolul semicerc  ataşat păr ţii fixe a contactelor de for  ţă şi numailor, simbol ce exprimă prezenţa camerei de stingere la întreruperea curentului.

În execuţie normală contactorul nu este un aparat de protecţie. Dacă însă înserie cu polii principali se conectează  un bloc de relee termice (figura 9.6),contactorul îndeplineşte şi funcţia de aparat de protecţie la supracurent.

Figura 9.6 Ansamblul contactor-releu termic

Schema tipică de utilizare a unui contactor  cu relee termice este redată înfig.9.7 unde contactele principale cu funcţia unui contactor sunt unite printr-olinie întreruptă  ce exprimă  legătura mecanică  dintre cele trei contacte adică acţionarea simultană a lor. Această simultaneitate a acţionării nu se mai prezintă 

şi asupra contactelor auxiliare dar se subînţelege acest lucru prin principiul de

307

Page 6: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 6/48

funcţionare al contactorului ce-şi schimbă poziţia contactelor numai sub existenţaunei tensiuni de comandă aplicată bobinei contactorului..

Fig.9.7 Schema de acţionare a contactorului cu relee termice

Electromagnetul de acţionare poate fi de cc sau curent alternativ caz incare bobina electromagnetului este de cc sau de ca . Alimentarea de la o sursa decurent alternativ a bobinei electromagnetului se realizează conform figurii 9.7 ain varianta electromagnetului de ca sau prin punte redresoare si rezistentaeconomizoare se face alimentarea bobinei electromagnetului de cc.

Recomandarea CEI 158-1 admite variaţii de –15% , respectiv de +10%ale tensiunii de alimentare (intre 0,85Un - 1,1Un ) a electromagnetului pentru ofuncţionare corecta a contactorului (poziţia armaturii mobile) atât la anclanşare

cat si la declanşare

308

Page 7: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 7/48

Conform graficului din figura 9.8 la o viteză  de creştere a tensiunii de0,2Un  pe secundă  daca tensiunea la anclanşare atinge 65% Un  armatura mobilavibrează  iar la 75% Un  anclanşarea este sigur ă  . La declanşare scădereatensiunii de alimentare sub 65% conduce la vibraţii ale armăturii respectiv

declanşare sigura la 0,1Un. Constructorii de aparate au adoptat valoarea de 0,5Un pentru declanşare ferma a contactorului .

Figura 9.8 Corelarea tensiune alimentare –poziţie armătur ă 

9.1.3. Alegerea şi utilizarea contactoarelor în circuitele electrice

a. Alegerea categoriei de utilizareContactoarele electromagnetice sunt clasificate internaţional(CEI 158/1)

după categoria de utilizare. În acest sens distingem patru categorii de utilizare

notate AC – 1 4 pentru contactoarele trifazate÷ 

Categoriade utilizare

Utilizare

AC-1 Sarcini slab inductive, cuptoare cu arcAC-2 Motoare asincrone bobinateAC-3 Motoare asincrone pornire şi decuplare inclusiv impulsuriAC-4 Pornire frânare motor asincron cu rotor colivie

309

Page 8: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 8/48

Categoria de utilizare a contactelor, cuprinde situatii foarte diferite inceea ce priveste natura circuitului comandat si solicitarile pe care acesta leimpune contactorului. Astfel, de exemplu:

- la conectarea si deconectarea unui circuit simplu cu rezistente,

contactorul este strabatut de un curent cel mult egal cu cel de sarcina ;- daca contactorul comanda pornirea unui moror asincron cuinele, el este strabatut la inchidere de un curent de 2,5... 3 ori mai mare decatcurentul nominal al motorului  , in timp ce la deschiderea circuitului, curentulintrerupt este in mod normal cel mult egal cu curentul de sarcina al motorului;

- daca motorul este de aceeasi putere, dar cu rotorul in scurtcircuit,curentul de pornire ce strabate contactorul la inchidere poate fi de 6 ... 8 orimai mare decat curentul nominal al motorului ;

Fiecărei categorii de utilizare îi corespund condiţii tehnice prin care se

stabileşte sarcina comutată (recomandarea CEI 947 – 4 – 1/1990).Condiţiile tehnice precizează  valoarea curentului cuplat si decuplat decontactor faţă de curentul nominal In 

Valoarea curentului cuplat sau decuplat de contactor este dependenta atatde natura consumatorului-exprimata prin categoria de utilizare- cat si de serviciulde functionare al consumatorului. Serviciilor de functionare ale consumatorilor lecorespund din punct de vedere al curentilor cuplati-decuplati ai contactoarelorurmatoarele servicii atasate contactactoarelor :

•  Serviciul de lung ă durat ă S1 (de 8 ore) definit de curentul termic.•  Serviciul de scurt ă durat ă S2 este caracterizat printr-o durată a cuplării şi

una de repaus, astfel încât calea de curent să  ajungă  la temperaturamediului ambiant.

•  Serviciul intermitent periodic S3 este caracterizat prin durata conect ării şinumărul de manevre pe or ă  efectuate (f c  = 1/Tc). În acest serviciu sedefineşte capacitatea unui contactor de a efectua cu certitudine un numărde cicluri pe or ă.

Condiţiile tehnice date de recomandarea CEI 947 – 4 – 1 si CEI 158-1 stabilescvaloarea curentului cuplat si decuplat de contactor faţă de curentul nominal In  ,

 pentru functionarea normala aferenta serviciului S1 dar si pentru functionareaocazionala pentru serviciile S2 sau S3, coresunzatoare categoriilor de utilizare acontactoarelor de curent alternativ

Funcţionare normală Conectare DeconectareCategoria

I U cosϕ1 I Ur  Ucosϕ1

AC1 In Un 0,95 In Un 0,95AC2 2,5 In Un 0,65 2,5 In Un 0,65AC3 6 In Un 0,35 In 0,17 Un 0,35AC4 6 In Un 0,35 6 In Un 0,35

310

Page 9: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 9/48

 Funcţionare ocazională 

Conectare DeconectareCategoriaI U cosϕ1 I Ur  Ucosϕ1

AC1 - - - - - -AC2 4 In 1,1 Un 0,65 1,1 Un 0,65

AC3 )3n

)2n

I8

I10  1,1 Un 0,35

)3n

)2n

I6

I8  1,1 Un 0,35

AC4 )3n

)2n

I10

I12  1,1 Un 0,35

)3n

)2n

I8

I10  1,1 Un 0,35

La funcţionarea în serviciile S2 şi S3 curentul suportat de calea de curenta unui contactor poate fi mai ridicat decât curentul de la funcţionarea în serviciulS1. Încălzirea căii de curent în serviciul S3 este dependentă de durata conectării.Valorile curentilor de suprasarcina si a tensiunii de restabilire in functie decategoria de utilizare pentru serviciul S2 (scurta durata ) sunt redate in figura 9.9

Figura 9.9 Curentii categoriilor de utilizare in serviciul S2

Pentru serviciul S3 (intermitent periodic) curentii in functie de categoriade utilizare sunt prezentati in diagramele din figura 9.10

Figura 9.10 Curentii categoriilor de utilizare in serviciul S3

311

Page 10: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 10/48

Contactoarelor ce cupleaza consumatori de ca monofazat le corespundurmatoarele categorii de utilizare. Categoriadeutilizare

Suprasarcină  Ur/Un

Cos ϕ  Duratatreceriicurentului

 Nr.cicluri

 pe or ă 

Utilizare

a3In

1,05 0,45 0,05 CEI 947-4-1/1990

Comanda lămpilor cu descărcareAC-5

 b1,5In

1,05 * 0,05 CEI 947-4-1/1990

Comanda lămpilor cuincandescenta

a * * * * * Comanda transformatoarelorAC-6 b * * * * * Comanda bateriilor de

condensatoarea

1,5In1,05 0,8 0,05 * Sarcini mici inductive pentru

aparate casniceAC-7

 b

8In

1,05 * 0,05 * Motoare pentru aparate casnice

a6In

1,05 * 0,05 * Comanda motoarelor cucompresor pentru frigider curearmare manuala după declanşare

AC-8

 b6In

1,05 * 0,05 * Comanda motoarelor cucompresor pentru frigider curearmare automata după declanşare

*- valori precizate de CEI 947-4-1/1990Ur- Tensiunea de restabilire la frecventa industrialaUn- Tensiunea nominala 

b. Alegerea tipului de contactorCunoscând categoria de utilizare a contactorului funcţie de tipul

consumatorului se poate alege contactorul. Alegerea acestuia implică:•  alegerea  curentului maxim suportat de aparat ceea ce implică 

determinarea prin calcul funcţie de puterea consumatorului a curentului suportatde caile de curent. Funcţie de valoarea acestui curent se alege valoareacurentului nominal al contactorului ce trebuie să  fie superioar ă  celei din calcul.Curentul nominal al contactorului reprezintă  valoarea efectivă  a curentuluisuportat de aparat timp de 8h f ăr ă  ca încălzirea cailor de curent să  depăşească limita admisă.

Valorile uzuale ale curentiilor nominali ai contactoarelor (STAS 4479-61)2 - 3 4 (5) 6 (8)

10 (12) 16 (20) 25 32 40 (50) 63 80100 (125) 160 200 250 315 400 (500) 630 (800)

1000 (1250) 1600 2000 (2500) 3150 A

Valorile cursive sunt cele uzuale pană acum în construcţia contactoarelordin ţara noastr ă; cele în paranteză nu sunt recomandate de standardele noastre.

312

Page 11: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 11/48

Pentru a tine seama de condiţiile reale de utilizare (serviciul defunctionare) a contactoarelor este necesara definirea curentului nominal termic(pentru funcţionarea in regim permanent) si a curentului nominal de utilizare(indicat de producător în funcţie de frecventa de acţionare, regimul de lucru sau

tipul de protecţie). Acest curent de utilizare intervine în stabilirea capacităţiinominale de închidere şi de rupere a contactorului.

•   Frecven ţ a de ac ţ ionare f c reprezintă numărul maxim de acţionări pe carecontactorul le poate executa pe or ă (prin acţionare înţelegandu-se o inchidere şio deschidere) sau numărul de cicluri de manevr ă suportate de caile de curent faradistrugerea electrica a contactelor

•   Durata relativa de conectare DC   este raportul (exprimat in procente)dintre timpul de lucru (timpul în care aparatul este sub curent) şi durata totală aciclului de acţionareAceasta durata este egală  cu suma timpului de lucru si atimpului de repaus. Valorile standardizate ale frecvenţei nominale de acţionaresi ale duratei relative de conectare sunt indicate in tabelul urmator in care se

 poate citi timpul de lucru in secunde, la diferite durate relative de conectare.

Timpul de lucru se determina ca durata a ciclului inmultita cu duratarelativa de conectare. Spre exemplificare pentru clasa 0 durata ciclului este

 sT c 6006

3600==   la o durata relativa de conectare de 100%. Timpul de lucru

este 6006

36001===== c

cc f   f 

 f T t  s. La o durata relativa de conectare de 15%

se obtine  sT t  c f  90100

15== .

Durata deconectare

Frecventa de actionare f c

Clasa 0 I II III IV VDC Cicluri

 pe ora6 30 150 600 1200 3000

15% 90 18 3,6 0,9 0,45 0,1825% 150 30 6 1,5 0,75 0,340% 240 48 9,6 2,4 1,2 0,4860% 360 72 14,4 3,6 1,8 0,72

100% 600 120 24 6 3 1,2Din acest tabel rezulta ca cel mai mic timp de lucru este de 0,18 s.Spre exemplificare sa determinam caracteristicile unui contactor pentru

 pornirea unui motor trifazat cu rotor in scurtcircuit cu datele :Un = 380 V ; Pn = 5.5 kW ; cosφ = 0.8 ; η = 0.85 ;durata pornirii: 3 sec ;

factor de incarcare DC=40%.Mod de utilizare :

313

Page 12: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 12/48

 A. 16 ore/zi ; 150 conectari/h ; 230 zile/an ;o revizie /an. B. 16 ore/zi ; 1200 conectari/h ; 200.000 manevre fara revizie.

 Regim de functionare pentru modul A

Alegerea implica:

•  Definirea categoriei de utilizare a aparatului :

-durata ciclului : sec24150

3600==cT  .

- pentru durata conectarii DC = 40%, timpul conectarii este :

.sec6,94.024100

  =⋅=⋅

= DC T 

t  c f   

Intrucat durata conectarii de 9,6 secunde este superioara timpului de pornire amotorului de 3 secunde, curentul decuplat de contactor este curentul nominal al

consumatorului.Din acest motiv se alege un contactor dimensionat pentru AC3.•  Calculul curentului intrerupt de aparat  :

- curentul nominal al motorului nominal  AU 

 P  I 

n

nn 5.12

cos3  =

⋅⋅⋅=

η ϕ  

-curent intrerupt de aparat:  A I  I  nc 5.12==  

•  Calculul numărului de manevre .conectari N  61055,023016150   ⋅=⋅⋅=Curentului maxim suportat de aparat  trebuie sa fie mai mare decat curentul

intrerupt si se alege un TCA-32 in AC3 cu Ie = 32 A, 3 milioane de conectari Regim de functionare corespunzator modului B

•  Definirea categoriei de utilizare a aparatului: la o cadenta de 1200 conectari pe ora, durata ciclului si a conectarii este :

sec;31200

3600==cT  . sec2.14.03   =⋅= f t   

Durata conectarii de 1.2 secunde este inferioara timpului de pornire amotorului de 3 secunde , curentul deconectat de aparat este mai mare decat

curentul de mers normal•  Calculul curentului intrerupt de aparat  :

- curentul nominal al motorului nominal  AU 

 P  I 

n

nn 5.12

cos3  =

⋅⋅⋅=

η ϕ  

-Curentul întrerupt  A I  I  nc 755.1266   =⋅=⋅=  

Curentului maxim suportat de aparat  trebuie sa fie mai mare decat curentulintrerupt , motiv pentru care se poate alege un contactor de 32A in regimulAC4 sau se poate alege si un contactor in AC1 dimensionat la un curent mai

314

Page 13: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 13/48

mare de 75A, solutie care nu-i agreata din punct de vedere tehnic(gabarit mare)si economic(pret mult mai mare).

•   Puterea nominal ă –pentru pornirea motoarelor  – reprezintă puterea unuimotor alimentat de contactor la tensiunea nominală  . La contactoarele folosite

 pentru comanda motoarelor, uzinele producătoare indica de obicei în loculcurentului de utilizare, puterea maximă  a motorului care poate fi comandat decontactorul respectiv, la diferite tensiuni de serviciu.

•  Tensiunea nominala U n:  pentru care este construit contactorul, la care sedimensioneaza si se verifica izolatia aparatului, distantele de strapungere si deconturnare, cum si capacitatea sa de rupere. Tensiunile nominale alecontactoarelor (STAS 553-67):

Un[V] c.c. 24 48

110

sau125

220

sau250 440 -

800*)

(750) 1200

Un[V]  c.a. 2448

(42)110sau127

220 380660

(500) - 1000

*) Pentru instalatii de tractiune de 750 V.

•  Tensiunea de serviciu U: este tensiunea circuitului in care esteutilizat contactorul si care este mai mica sau cel mult egala cu tensiunea

nominala.•  Tensiunea de comanda U c : este tensiunea de alimentareainfasurariielectromagnetului de actionare (in cazul contactoarelorelectromagnetice) si a bobinei electrovalvei (in cazul contactoarelorelectropneumatice). In functie de alimentarea bobinei, Uc=U, daca bobina este

alimentata intre faze si3

U U c  =   daca bobina este legata intre faza si nul. In

cazul cand bobina ste conectata la o sursa exterioara, tensiunea de comanda esteegala cu tensiunea sursei.Tensiunile nominale ale bobinelor (STAS 4479-61)

Uc[V]c.c. 12 24 - 48 60 110 220 440 600 800

(750)

Uc[V] 

c.a. 12 24 36 48

(42)

- 110

sau

127

220 380 660

(500)

-

315

Page 14: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 14/48

9.1.4 Tipuri constructiveConstructorii de aparate -firmele româneşti- in acord cu recomandările

CEI produc contactoare cu următoarele valori ale curenţilor nominali: 10, 32, 63,125, 250, 400 A.

Firma Moeller produce contactoare in AC3 din seria DILM la 380V cuurmătoarele valori ale curenţilor nominali pana la :•  15,5A -pentru curenti ai consumatorilor cuprinsi intre 7 si 15,5 A

sau puteri nominale intre 3-7,5kW;•  32A -pentru curenti ai consumatorilor cuprinsi intre 18 - 32A sau

 puteri nominale intre 7,5 – 15 kW;•  65A-pentru curenti ai consumatorilor cuprinsi intre 40-65A sau

 puteri nominale intre 18,5– 30 kW;•  150 A -pentru curenti ai consumatorilor cuprinsi intre 80-150A sau

 puteri nominale intre 37– 75 kW;•  250 A- pentru curenti ai consumatorilor de 185,225 sau 250A sau puteri nominale de 90,110,132kW;

•  700A pentru curenti ai consumatorilor de 400,500 sau 700A sau puteri nominale de 160,200,250kW;

•  1000A pentru curenti ai consumatorilor mai mari de 800A

a.pana la 150A b.pana la 1000AFigura 9.10 Contactoare Moeller

9.2. CONTACTORUL ELECTROMAGNETIC DE CC

9.2.1 Principul de functionare

Contactorul de c.c. se mai numeşte şi ruptor. Acesta poate fi monopolarRMC sau bipolar RBC în funcţie de numărul căilor de curent întrerupte. Schiţaunui contactor de c.c. este redată în figura 9.11 :

316

Page 15: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 15/48

 

1 – contact fix; 2 – contact mobil; 3 – circuit magnetic de suflaj; 4 – spir ă de suflaj; 5 – polmagnetic; 6 – resort contacte; 7 – camera de stingere; 8 – rampă; 9 – placă  refractar ă  dinceramică; 10 – rampă; 11 – dispozitiv de acţionare.

Fig.9.11 . Contactor de curent continuu RMC

Arcul este introdus în camera de stingere şi alungit sub acţiunea for ţei deinteracţiune dintre un câmp magnetic şi curentul electric din coloana de arc,

 principiu ce poartă  denumirea de  suflaj magnetic.  Extragerea căldurii dincoloana arcului se face prin contactul acesteia cu pereţii reci din camera destingere ( principiu denumit de ion, deoarece o mare cantitate de căldur ă  din

coloana arcului este absorbită de pereţii reci ai camerei de stingere).Pentru a prelua energia din coloana arcului camerele de stingere pot fi

înguste cu fantă  dreaptă  sau ondulată  şi camerele de stingere cu pereţi

transversali din material izolant – refractar – (9.12 a, b, c).  Arcul este suflat

de pe contacte spre pereţii camerei de stingere cu ajutorul unui electromagnet

de suflaj realizandu-se alungirea coloanei de arc, deplasarea rapidă a arcului

 prin aerul rece şi frecarea arcului de pereţii reci ce duc in final la stingerea

arcului

a). cu fantă dreaptă  b). cu fantă ondulată  c). cu plăci izolante

Fig.9.12 . Camere de stingere pentru c.c.

317

Page 16: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 16/48

9.2.2 Alegerea contactoarelor de cc Alegerea contactoarelor de cc este similara alegerii contactoarelor de ca

singura diferenta fiind categoria de utilizare. Contactoarele electromagnetice decc sunt clasificate internaţional (CEI 158/1) după  categoria de utilizare,notata

DC – 1 5 , astfel :÷  Curentul Simbolul Aplicaţii caracteristice

DC1 Sarcini neinductive sau puţin inductive, cum suntcuptoarele cu rezistenţă  ce au constanta de timpL/R ≤1ms.

DC2 Demarajul motorului derivaţie, întreruperea motoruluiderivaţie lansat

DC3 Demarajul motorului derivaţie, mers prin impulsuri,

inversare de mersDC4 Demarajul motorului serie, întreruperea motorului serielansat

Continuu

DC5 Demarajul motorului serie, mers prin impulsuri,inversare de mers

Fiecarei categorii de utilizare ii corespund condiţii de conectare si deconectarecorespunzătoare functionarii normale si ocazionale redate in tabelele urmatoare

Funcţionare normală Conectare DeconectareCategoria

I U T[ms] I Ur T[ms]DC1 In Un 1 In Un 1DC2 2,5 I U 2 2 I 0,10 U 7,5DC3 2,5 I U 2 2,5 I U 2DC4 15 I U 7,5 I 0,30 U 10DC5 15 I U 7,5 2,5 I U 7,5

Funcţionare ocazională Conectare DeconectareI U T[ms] I U T[ms]

DC1 - - - - - -DC2 4I 1,1 U 2,5 4I 1,1 U 2,5DC3 4I 1,1 U 2,5 4I 1,1 U 2,5DC4 4I 1,1 U 15 4I 1,1 U 15DC5 4I 1,1 U 15 4I 1,1 U 15

Tuturor contactoarelor indiferent sunt de ca sau cc li se mai definesc:•   Durata de viata mecanica definită  de numărul de cicluri de manevr ă 

318

Page 17: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 17/48

suportate de caile de curent fara distrugerea mecanică  a contactelor se mainumeste si rezisten ţ a la uzur ă  indică durata de viaţă a contactoarelor. Numărulde acţionări în gol (f ăr ă  curent) pe care contactorul le poate suporta faradefectări, fiind acţionat cu dispozitivul său propriu de acţionare, reprezintă 

rezistenţa sa la uzur ă  mecanică. Numarul de acţionări sub sarcină, pe carecontactorul le poate suporta f ăr ă defectări şi f ăr ă schimbarea pieselor de contact,reprezintă  rezistenţa sa la uzur ă  electrică  (durata de serviciu a pieselor decontact).

Conform normelor internaţionale C.E.I. 158-1, contactoare se pot încadra,din punctul de vedere al rezistenţei la uzur ă mecanică, în patru clase, carora lecorespunde numărul de acţionări(conform tabel)

Rezistenţa la uzur ă electrică reprezintă cel puţin un procent de 5-10% dinrezistenţa la uzur ă mecanică, conform indicaţiilor din tabelul urmator

Rezistenta la uzura mecanica (RUM) si rezistenta la uzura electrica(RUE) a contactoarelor de c.a. (AC) si a celor de c.c. (DC)

RUE (%) fata de RUM si mii actionariClasa RUM miiactionari AC-1-2 si DC-1 AC-3-4 si DC-2-5

III

2501200

10%120

25  

IIIIV

500010000

10%1000

500   5%500

250  

Capacitatea de inchidere nominal ă se poate defini pe baza curentului pecare contactorul îl poate închide de un anumit număr de ori, far ă  producereasudurii contactelor, pentru anumite valori ale tensiunii, ale factorului de puteresau ale constantei de timp a circuitului.

Capacitatea de rupere nominala se poate defini pe baza curentului pe carecontactorul îl poate întrerupe de un anumit număr de ori, f ăr ă o uzur ă exagerată a contactelor sau f ăr ă  producerea unui arc electric puternic, pentru anumitevalori ale tensiunii de restabilire, ale factorului de putere sau ale constantei detimp a circuitului.

Valorile respective sunt prevăzute în normele diferitelor tari cum si  înnormele internaţionale.

Consumul bobinei contactoarelor electromagnetice,  exprimat in VA, infuncţionare de regim si la anclansare, prezintă de multe ori importanţă  pentru

 proiectantul instalaţiei, in vederea dimensionării conductorilor si a surselor dealimentare.

9.2.3 Tipuri constructiveÎn fig.9.13 este reprezentat un contactor electromagnetic de c.c., de 3000

V şi 40 A, fabricaţie Electroaparataj, folosit în echipamentul electric alvagoanelor de călători.

319

Page 18: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 18/48

 Fig.9.13 . Contactor monopolar de c.c., 3000 V, 40 A

Acesta este un contactor de c.c. care asigur ă  o deschidere mare acontactelor la un întrefier relativ mic, deoarece raza contactelor principale 2 estede trei ori mai mare decât raza clapetei electromagnetelor 9. Contactele

 principale 1 şi 2 sunt din cupru, realizând mişcarea necesar ă de rostogolire şi de

frecare, iar contactele auxiliare (1-ND, 1-NI) sunt din argint. Stingerea esterealizată  cu ajutorul unui puternic electromagnet de suflaj 3 ce impinge arculîntr-o camer ă  îngustă şi înaltă 5, în care arcul se r ăceşte puternic şi se divide în

 patru păr ţi, datorită  electrozilor 7   fixaţi în partea inferioar ă  a celor trei pereţiceramici intermediari 6. 

În fig.9.14 este reprezentat un contactor de c.c. de 150 A, fabricaţieElectroaparataj, folosit în echipamentul electric al locomotivei Diesel – electrice.Electromagnetul este de tip clapetă; armatura mobilă (clapeta) acţionează un ax

 pătrat izolat 6  pe care sunt fixate contactele mobile 2 legate electric prin trese

flexibile de bornele de ieşire 5. Toate piesele fixe sunt solidarizate pe o bar ă desusţinere 8, care se fiexază pe panou în două puncte cu ajutorul unor elementeelastice. Sunt de remarcat două  particularităţi ale acestei construcţii: în primulrând, ea nu are caracteristicile unei construcţii specifice pentru c.c. (pentrucomparaţie v. fig.9.13), neexistând o diferenţă sensibilă între raza contactului şiraza electromagnetului, caractenstică  contactoarelor de c.c, iar o a doua

 particularitate constă în faptul că palierele axului principal fac parte din circuitulmagnetic, care se înclude prin ele şi prin bara de susţinere.

Stingerea este asigurată de un electromagnet de suflaj 3 şi de o camer ă destingere largă  cu pereţi ceramici 9. Se remarcă  rezistenţa economizoare 7conectată printr-unul din contactele auxiliare.

320

Page 19: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 19/48

 

Fig.9.14 Contactor de c.c. 150 A pentru locomotive

9.3. RELEE SI DECLANSATOARE

În instalaţiile electrice pot surveni diferite feluri de deranjamente în urmacărora locul avariat trebuie imediat izolat de restul întregului sistem prinsistarea alimentarii cu energie a locului defect, urmând ca întreaga instalaţie să fie protejată împotriva deranjamentului, precum si a extinderii lui. Operaţiile deizolare a locului avariat se realizează prin intermediul instala ţ iilor de protec ţ ie .

În compoziţia unei instalaţii de protecţie intr ă  următoarele categorii deaparate:

a)dispozitivele de mă surare, care măsoar ă  mărimea supravegheată  ocompar ă  cu valoarea reglată  si emite semnalul diferenţă. Asemenea aparatesunt releele de protec ţ ie.

b)Dispozitivele de executie (elemente de execu ţ ie) - care primesc semnalul

dat de dispozitivele de măsurare si, ca urmare, întrerup circuitul energiei spreinstalaţia protejată. Dispozitivele de execuţie sunt, de fapt, aparatele decomutaţie (întreruptoare contactoare ).

Releele de protecţie se clasifică  în relee propriu-zise si declanşatoare (încazul - foarte des întâlnit - în care mărimea de intrare este electrica, releul senumeşte releu electric). Releul electric propriu-zis este element component sauanexă a aparatului de comutare; el este un organ sensibil la un curent anormal,fiind format dintr-un  senzor si un  sistem de contacte  auxiliare instalate încircuite secundare (de comandă), cu ajutorul cărora se transmite un impuls

electric  în vederea deschiderii aparatului.  Declan şatorul   este elementcomponent al întrerupătorului; el este un organ sensibil la un curent anormal,

321

Page 20: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 20/48

fiind format dintr-un  senzor si un sistem mecanic  care transmite un impulsmecanic unui mecanism, în scopul deschiderii aparatului. Pentru a se face mai

 bine distincţia între releu si declanşator, în fig.9.15 s-au desenat alături schemaunui întrerupător automat si schema unui contactor cu relee termice. În figura

9.15.a elementele 1 reprezintă  un declanşator, pentru ca prin intermediullegăturii reprezentate întrerupt, ele determină deblocarea resoartelor montate îndispozitivul de zăvorâre , ceea ce conduce la deschiderea contactelorîntrerupătorului. Elementele 5 din fig. 9.15.b corespund definiţiei unui releu,

 pentru că ele determină deschiderea contactului 6,contact instalat în circuitul dealimentare a bobinei contactorului, prin aceasta, se deblochează resoartele caredeschid contactele principale ale contactorului.

Întru-cât în principiu, funcţionarea releelor si a declanşatoarelor esteidentică, iar pe de altă  parte nu există  un termen care să  le exprime peamândou

ă, în continuare “releu” va fi utilizat pentru a desemna si no

ţiunea de

“declanşator”.

1-declansator (de exemplu termic); M-dispozitiv de blocare (zăvorâre); 3-contactele principale ale întreruptorului; 4-mecanismul de acţionare al întreruptorului; 5-bloc de relee(termice); 6-contact actionat de releu; 7-bobina (electromagnetul) contactorul; 8-contactele

 principale ale contactorului; Q-întreruptor; K-contactor; Ft -aparat de protectieFig 9.15 Compararea acţiunii unui declanşator cu acţiunea unui releu

9.3.1 Declanşatorul combinat al întrerupătorului compactÎntrerupătoarele compacte sunt echipate cu un declanşator termic si

electromagnetic (figura 9.16). În zona declanşatorului calea de curent 1 iaforma literei U . În paralel cu calea de curent şi suprapus peste aceasta este

aşezată lama bimetal 2 ,care se încălzeşte ,deoarece conductorul caii de curentsub formă de U are aria secţiunii transversale uşor diminuată. Armătura fixă 3 adeclanşatorului electromagnetic , sub forma literei L , se află plasată sub caleade curent, in timp ce armătura mobilă  4 se află  deasupra , pe clapeta 6, care

 poate oscila în jurul axului 7. În cazul scurtcircuitelor acţionează declanşatorulelectromagnetic prin for ţa dezvoltată intre calea de curent şi armătura mobilă 4.La apariţia unei suprasarcini, lama bimetal se curbează, iar vârful piesei dereglaj 5 împinge clapeta 6. Axul 7 comandă declanşarea întreruptorului

322

Page 21: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 21/48

 

1-cale curent2-bimetal3-armatura fixa4-armatura mobila5-piesa reglaj6-clapeta

7-ax

Figura 9.16 Declanşatorul combinat şi caracteristica de protecţie pentru USOL- 250

9.3.2 Declanşatorul electronicIntrerupatoarele automate Schneider- Masterpact M08 pana la M63 sunt

echipate cu unitati de control electronice cu microprocesor, care asiguraindeplinirea functiilor de baza ale aparatului.

Caracteristicile de protectie realizate cu declansatoarele electronice(figura 9.17) pot fi :

• 

instantanee•   protectie la distributie•   protectie selectiva•   protectie universala

a.instantanee b.la distributie

c.selectiva d.universala

Figura 9.17 Caracteristici de protectie

323

Page 22: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 22/48

Practic pe panoul frontal al unitatii de control se regleaza conformcaracteristicii din figura 9.18 pragurile de declansare si timpii de actionare

Figura 9.18. Reglajul caracteristicilor de protectie

In functie de tipul caracteristicii de protectie realizate sunt diferente intreunitatile de control STR ale firmei Schneider , diferente redate in figura 9.19

Figura 9.19 Unitati de control electronic de tip STR

324

Page 23: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 23/48

9.3.3 Releea. Clasificarea releelor 

Releul este un dipozitiv care poate realiza un contact - pe cale mecanică, încazul comutatiei cu contacte sau pe cale electronică, în cazul comutatiei statice

- ce poate fi închis sau deschis în mod brusc de un semnal de comandă.Funcţionarea releelor se bazează  doar pe două  stări distincte: închis -deschis, releul aflându-se într-o stare sau alta, după  valoarea semnalului decomandă.

 Releul nu este un dispozitiv analogic  (sau cu funcţionare continuă),deoarece mărimea de ieşire nu variază în mod continuu (analog) cu mărimea deintrare; releul este un dispozitiv discret , întrucât funcţionează pe baza cicluluiînchis - deschis (da - nu) si având deci caracter numeric ( digital, cifric sau cufuncţionare discontinuă). Cele două  stări distincte sunt una de funcţionare sialta de repaus.

Releul are un singur canal de intrare (comandă) si oricâte canale de ieşire(r ăspuns), pe care se transmite însă  un singur semnal de ieşire la toatesemnalele de intrare (comandă) care depăşesc valoarea numit ă  de prag  (valoare minimă  sau maximă  a semnalului de intrare la care funcţionează releul).

Releul se compune din trei elemente funcţionale distincte care se pot urmărisi pe schema bloc din fig. 9.20.

a) elementul sensibil (de control) S - primeşte semnalul de intrare(parametru x) si îl transformă  într-o mărime fizică  necesar ă  funcţionariireleului.

 b) elementul comparator C   - compar ă  mărimea transformată  (tradusă) deelementul sensibil, cu mărimea de referinţă  (etalon) si la o anumită  valoare amărimii transformate transmite acţiunea înspre elementul executor - în urmacomenzii primite actionează asupra semnalului de iesire (parametru y).

c) element de execu ţ ie (contacte)

S E C

S C E

 Fa

y

Fr

a - elemente principale ale unui releu; b - elementele unui releu electromagnetic;S - element sensibil; E - element de execuţie; C - element comparator; X - semnal de

intrare; Y-semnal de ieşire.Figura 9.20 Schema bloc a unui releu:

325

Page 24: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 24/48

În instalaţiile electrice, mărimile care pot determina producerea de avariisunt temperatura ridicată si efectul mecanic exagerat de mare. În prezent, tehnicanu dispune de mijloace suficient de precise pentru a măsura direct si eficienttemperatura si efortul mecanic; de aceea, în locul acestor mărimi, în instalaţiile

electrice, se supraveghează  intensitatea curentului si tensiunea reţelei dealimentare sau alte mărimi direct legate de acestea (puterea, frecventa). Cândaceste mărimi depăşesc limitele tehnico-economice de realizare a releelor (sideclanşatoarelor), elementele sensibile (senzorii) primesc informaţiile necesare(mărimile de intrare) prin intermediul convertoarelor numite reductoare decurent, sunturi, reductoare de tensiune.

Marea diversitate de relee impune o clasificare după o serie de criterii de func ţ ionale:

1. După principiul de func ţ ionare a elementelor sensibile, se deosebescurm

ătoarele relee:

a)electromagnetice (neutre); b)electromagnetice polarizate ;c)magnetoelectrice;d)electrodinamice;e)de inducţie;f)magnetice;g)electrotermice

2. După principiul de func ţ ionare a elementelorde executie , distingem:a) relee cu contacte; b) relee f ăr ă  contacte (variatie bruscă  a inductivitătii, capacitătiielectrice, bazate pe amplificatoare electrice, electromagnetice -relee magnetice si electronice).

3.După caracterul parametrilor de intrare, deosebim relee de:a)  curent;

 b)  tensiune;c)  putere;d)  frecventa;e)  timp.

Aceste relee acţionează  fie la depăşirea unei anumite valori (releemaximale), fie sub o anumită valoare (relee minimale), fie la diferenţe de valori(relee diferen ţ iale).4. După modul de legare a elementului sensibil , avem relee:

a)  primare - conectate direct în circuitul de comandă (intrare); b)  secundare - conectate prin intermediul convertoarelor;c)  intermediare - acţionate prin intermediul elementelor de

execuţie ale altor relee, având destinaţia amplificăriisemnalului şi distribuirii lui pe mai multe canale.

5.După modul de ac ţ ionare asupra obiectului comandat, distingem relee:a)  cu acţiune directă;

326

Page 25: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 25/48

 b)  cu acţiune indirectă (prin intermediul altor aparate).6.După destina ţ ie, deosebim relee:

a)  de protec ţ ie a sistemelor energetice  (mai ales relee secundarecu acţiune indirectă  - parcurse de curenţi mici de ordinul

amperului); b)  de comand ă a ac ţ ionărilor electrice (mai ales relee primare cuacţiune directă  si indirectă  - parcurse de curenţi de ordinulzecilor de amperi);

c)  de automatizări si telecomunica ţ ii  (primare sau secundare, cuacţiune directă  - valoarea curenţilor de intrare si ieşire sub unamper).

În figura 9.21 se prezintă modul de conectare a unui releu electromagneticde curent maxim RC cu acţiune indirectǎ pentru declanşarea unui întreruptor deînalt

ǎ tensiune.

~

13

6

5

42

9+ -

~

13

5

7

9

8

a - releu primar ; b – releu secundar ; 1 - întreruptor de putere ; 2- releu de curent maxim ; 3-

zǎvor ; 4-releu intermediar ; 5- bobinǎ de declanşare ; 6- sursǎ de curent operativ ; 7-

transformator de curent ; 8- releu maximal de curent ;

Fig.9.21 Modul de conectare al unui releu de curent(RC) cu acţiune indirectǎ 

b. Caracteristicile şi parametrii principali ai releelor

1.Caracteristica intrare-ie şire  , reprezintă  legătura , cu caracter discontinuu ,

între mărimea de intrare x şi mărimea de ieşire y , (fig.9.22). 

327

Page 26: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 26/48

 

Xa – parametru de acţionare ; Xr - parametru de revenire ; Xf – valoarea de funcţionarecontinuǎ a mǎrimii de intrare ; Ymin - mǎrimea de ieşire pentru repaos Ymax - mǎrimea de

ieşire pentru acţionareFig.9.22 Caracteristica intrare- ieşire (staticǎ) a unui releu (cu contacte)

De la zero la Xa  , mărimea de ieşire y r ămâne nulǎ sau în cazul releelorf ǎr ǎ contacte , este egalǎ cu Ymin  .În momentul când mărimea de intrare atingevaloarea Xa , mărimea de ieşire y variază brusc , f ăcând un salt până la valoareaYmax  şi r ămâne constantǎ  chiar dacǎ  în continuare X creşte. În procesul demicşorare a mărimii de intrare până  la Xr   , mărimea de ieşire y r ămâneconstantǎ şi numai la Xr  variazǎ brusc pânǎ la valoarea zero (sau până la Ymin lareleele f ǎr ǎ contacte)

2. Parametrul de ac ţ ionare X a , mărimea de intrare de valoare X

a , la care

se produce acţionarea releului.3. Parametrul de revenire X r  , mǎrimea de intrare de valoare Xr  , la care

releul începe sǎ revinǎ la starea iniţialǎ.Pentru o funcţionare continuǎ sigur ǎ a releului trebuie ca parametrul de intrare sǎ aibǎ valoarea Xf  >Xa , unde Xf  – valoarea de funcţionare continuǎ a mǎrimii deintrare.

4. Factor de revenire – definit de raportul  K r  = X r  / X aPentru releele maximale K r   <1 (variazǎ  între 0,2 şi 0,99) ,iar pentru releeleminimale K r   >1. Cu cât K r   va avea o valoare mai apropiatǎ  de unitate cu atât

releul este mai sensibil.5. Factor de siguran ţă la ac ţ ionare :  K a  = X a / X  f  

Parametrului de acţionare Xa îi corespunde o putere de acţionare (care pune înmişcare elementul executor) iar parametrului de ieşire Ymax  îi corespunde o

 putere de comandă (pentru care elementul executor are stabilitatea necesar ă).6. Factor de comand ǎ  :   K c =P c / P a 

 Exemplu : la un releu electromagnetic : Pa  =10¹-10³ [W] ; Pc =10-10³ [W] ; K c =5-10².Observa ţ ie : aria cuprinsă între curbele de acţionare şi revenire a caracteristicii y

= f(x), din fig. 9.22 , reprezintă pierderile corespunzătoare magnetice, electrice,mecanice şi frecării uscate a echipajului mobil.

328

Page 27: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 27/48

7. Durata de ac ţ ionare : ta – timpul ce se scurge din momentul apariţieisemnalului de intrare care acţionează  asupra elementului sensibil , până  înmomentul acţionării complete a releului. Funcţie de valoarea lui ta releele seîmpart în :

a) 

relee ultrarapide (f ăr ă iner ţie) – ta < 0,001 [s] b)  relee rapide - ta < 0,05 [s]c)  relee normale - ta = 0,05 – 0,15 [s]d)  relee lente - ta = 0,15 – 1 [s]e)  relee de timp (cu temporizare) – ta  > 1 [s]Toate releele cu contacte se caracterizează prin faptul că  energia primită 

de elementul sensibil se transformă  în energie mecanică  necesar ă  mişcăriiechipajului mobil , pe baza acestui transfer de energie se mai trasează  altecaracteristici : Fa =f (δ) şi Fr  = f(δ) – for ţa de atracţie şi for ţa rezistentă funcţie decursa echipajului mobil.

9.3.4 Tipuri reprezentative de relee

a Relee electromagnetice

a.1 Constructia releelor Releele electromagnetice  au ca organ principal un mecanism

electromagnetic (electromagnet  cu armătur ă mobilă) care cumulează  func ţ ia deelement sensibil si element comparator .Caracteristicile stabilite laelectromagneţii de curent continuu si curent alternativ sunt valabile, după caz,si la releele electromagnetice.

Releele electromagnetice sunt constituite dintr-un electromagnet a căruiînf ăşurare este parcursă de curentul electric corespunzător circuitului protejat.Când curentul depăşeşte valoarea pentru care a fost reglat, adică  atunci cândfor ţa electromagnetică dezvoltată depaseste for ţa resortului de reglaj 9 (figura9.23), armătura liber ă va fi atrasă şi va acţiona asupra unui zăvor sau contactmobil aflat în circuitul de comandă al bobinei de acţionare. Acţiunea lui fiindinstantanee, el este foarte potrivit pentru protecţia la scurtcircuit.

Figura 9.23 Schita si caracteristica releului de curent

329

Page 28: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 28/48

a.2 Caracteristica timp-curentTemporizarea releelor electromagnetice  (acţionarea întârziată) se obţine

 prin mărirea duratei necesare de creştere a for ţei de atracţie aelectromagnetului până  la valoarea for ţei rezistente sau/si prin mărirea duratei

de mişcare a echipajului mobil al releului; acest lucru se poate realiza prinmărirea constantei de timp a circuitului electric a bobinei de excita ţ ie si prinamortizoare ata şate echipajului mobil .

O caracteristică  principală  a releelor electromagnetice este caracteristicatemporal ă - durata de ac ţ ionare a releului la închidere si deschidere.

Releele cu acţiune temporizată  au diferite caracteristici temporale, funcţiede mărimea de intrare (curent, tensiune, putere, etc.).

Caracteristicile temporale tipice ale releelor electromagnetice de curenttemporizate, pot fi (figura 9.24):

a) dependente - timpul de actionare al releului se micsoreaz

ă pe masur 

ă ce

curentul din înf ăsurarea releului creste;b) independente  - timpul de actionare nu depinde practic de valoarea

curentului din înf ăsurarea releului;c) limitat - dependente  - partea initială  a curbei este dependentă, iar

începând de la o anumită  valoare a curentului, caracteristica devineindependentă;

d) mixte  - până  la o anumită  valoare a curentului curba este limitat -dependentă, iar pentru valorile curentului I>Ik   (la scurtcircuit), releulactionează f ăr ă temporizare (instantaneu).

a) -dependentă; b) -independentă 

c) -limitat - dependentă; d) -mixtă 

Figura 9.24 Caracteristicile temporale tipice ale releelor electromagnetice de curenttemporizate:

330

Page 29: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 29/48

a.3 Tipuri de relee electromagneticeReleu maximal de curent. Releul (figura 9.25.a)la sesizarea depăşirii unuicurent stabilit, acţionează  direct asupra unui întreruptor automat trifazat. Dacă intensitatea curentului I din circuitul protejat depăşeşte o anumită valoare limită,

electromagnetul 1 al releului maximal învinge for ţa rezistentă  a arcului 2 şiatrage armătura mobilă 3, rotind astfel zăvorul 4 în jurul axului 5; în felul acestazăvorul eliberează  pârghia 6, care permite arcului de declanşare 7 să  deschidă contactele 8 ale întreruptorului automat.

a.releu maximal de curent b.releu cu reglajul curentului de declanşare

c.releu de tensiuneFigura 9.25 Relee electromagnetice

Releele electromagnetice de protecţie la scurtcircuit si reglajul curentului dedeclanşare sunt formate (fig. 9.25.b) dintr-un miez feromagnetic 1, prevăzut cu o

înf ăşurare realizată cu câteva spire din conductor de diametru mare. În cazul defaţă, curentul prin înf ăşurare este egal cu curentul prin circuitul protejat. Dacă curenţii de sarcină sunt mari, înf ăşurarea releului se alimentează prin intermediulunui transformator de curent. Atunci când curentul prin circuit depăşeşte oanumita valoare, armătura mobilă 2 este atrasă de miez si contactul de comanda3 se deschide. In situaţia normala, armătura 2 este menţinută  de resortul 4 ladistanta de miez. Prin ajustarea acestei distanţe, cu ajutorul pârghiei 5 serealizează reglajul curentului de declanşare a releului de protecţie.

În figura 9.25.c se reprezintă, principial, modul de acţiune al unui releuminimal de tensiune, cu acţiunea directă  asupra unui întreruptor automattrifazat. Se observă că bobina electromagnetului 1 este legată  la tensiunea între

331

Page 30: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 30/48

faze şi menţine atrasă  armătura mobilă  3 atât timp cât tensiunea între faze nuscade sub o anumită valoare limită. Dacă tensiunea reţelei scade sub (40 50)%din tensiunea nominală, for ţa de atracţie a electromagnetului scade şi arcul poatedeplasa armătura mobilă 3, deschizându-se astfel contactele întreruptorului 8. 

÷

 a.4 Simbolizarea releului de curentIn conformitate cu recomandarile CEI litera reper de identificare a

categoriei elementului de circuit este F- releul are functia de protectie- iarsimbolul atasat este al unei bobine ce-n interior are litera I > (releu maximal decurent). Similar se simbolizeaza si releul de minima tensiune prin litera U<.

a.actionareinstantanee b actionare temporizataFigura 9.26 Simbolizare releu maximal de curent

b.Relee termice

In instalaţiile electrice una din masurile care pot determina producerea deavarii este temperatura ridicata; dar în tehnica actuala nu se dispune demijloace suficient de precise pentru a masur ă direct si eficient temperatura.

Pentru protecţia electromotoarelor si mai ales a motoarelor asincrone este

indicat a se utiliza un dispozitiv de protecţie  sensibil la încălzire,  bazat pecontrolul direct   al temperaturii; se folosesc astfel termocuple, microbimetale,termistoare, plasate în punctele critice ale masinii protejate (iar aparateleconstruite cu un astfel de element sensibil se numesc termostate).

La unităţile mari, generatoare sincrone din centralele electrice si motoaresincrone de mare putere, aceasta soluţie presupune plasarea acestor traductoarede temperatura la uzinarea maşinii.

La unităţile mici utilizarea imaginii termice  este interesantă  din punct devedere teoretic si consta în a reproduce pe o rezistentă, temperatura maşinii.

Rezistentă  este parcursa fie de curentul maşinii, fie de un curent propor ţionalcu curentul acesteia.Metoda imaginii termice nu este utilizata  la maşini cu porniri si opriri

repetate si la maşini cu viteza variabila, deoarece r ăcirea unei maşini depindede viteza să, cunoscând ca în majoritatea cazurilor ventilatorul este direct plasat

 pe axul maşinii. Aceasta modelare a ventilaţiei este greu de reprodus peimaginea termică.

Utilizarea lamelei bimetal,  ca soluţie de compromis   pentru protecţiainstalaţiilor împotriva suprasarcinilor, este de larga r ăspândire. Cu bimetale se

echipează  declanşatoarele termice ale întrerupătoarelor de protecţie de joasatensiune si releele termice ale contactoarelor. Prin folosirea bimetalului nu se

332

Page 31: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 31/48

măsoar ă  direct temperatura obiectului protejat, ci efectul termic asupra bimetalului, efect produs de curentul controlat.

b.1 Principiul de functionare a mecanismului bimetalic

Elementul bimetalic este o lamele conductoare compusă  din două  straturide metale diferite intim unite pe toata suprafaţa de contact (placate), prin sudurasau lipire, metalele având coeficienţii de dilatare liniara α1 si α2 diferiţi. Stratulmetalic cu α  mai mare se numeşte  strat (material) activ  - componentatermoactiva - si este un aliaj de Ni-Fe-Ce-Mn-Cr; stratul metalic cu α  mic senume şte strat (material) pasiv - componenta termoinerta - si este un aliaj de tipinvar Ni-Fe36.( Fe-Ni (36/64) – invar) Presupunem ca la temperatura de θ0 lamela bimetalica este rectilinie de lungimel0 si asupra ei nu actionează nici o forta exterioara sau interioara

Spirala

f

l

F

O

Forma U

f lα 

Figura 9.26 Variante constructive de lamela bimetal

La temperatura mai mare lamela bimetalica, cu starturile strans legate intre ele,se curbează  după  un arc de cerc - datorita for ţelor interne dependente detemperatura. expresia săgetii termice: fiind

h

k h

 f l C 

 f 

222

2

)(   ⋅

=

+⋅

=

  θ θ  θ 

θ    (9.1) Astfel, bimetalul are proprietatea de a-si schimba forma în mod automat

funcţie de valoarea temperaturii materialului lamelei; parametrul de intrare estetemperatura, iar parametrul de iesire este curbarea lamelei.

Fata de alte dispozitive bazate pe dilatare, bimetalul are avantajul casageata care se obtine la capatul lamelei bimetalice este cu mult mai mare dacătcea obtinuta prin simpla dilatare termică.

În esenţa, la nivelul bimetalului se poate obtine cea mai simpla transfomarede energie termică  în energie mecanică, cu multiple aplicaţii în tehnica

moderna Pentru a determina forta de actionare a lamelei se face analogia intre

333

Page 32: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 32/48

forta mecanica F ce produce , pentru lamela de lungime l, latime b si grosime h,incastrata la o extremitate, sageata mecanică :

bh

l  F 

 I  E 

l  F  f m 3

33 4

3

⋅=

⋅⋅

=   cu12

3bh I  =   (9.2)

Deoarece deformarea mecanică  si cea termică  se considera fenomenelineare, sageata rezultata f devine:

m f  f  f    −=   θ   Se poate alege forta mecanică F în mod potrivit pentru ca sageata rezultata

să  fie: f=0; acestea echvaleaza cu aplicarea din exterior la capatul liber allamelei, în sens invers, a fortei F care să producă lamelei neexcitate sageata f m

Egaland relatiile se obtine aceasta forta:

k  E bh F 

4

2

0θ ⋅

=   (9.3)

b.2 Caracteristica timp-curent a lamelei bimetalCu ajutorul lamelei se realizează  o caracteristica dependenta a unui releu

sau a unui declansator; lama bimetal poate ajunge la o supratemperatura θ  sideci la o sageata f la diverse valori ale timpului, în functie de intensitateacurentului care parcurge lama bimetal.

Intrucat sageata atinsa de către bimetal depinde liniar de temperatura,inseamna ca variatia în timp a săgetii este descrisa de către ecuatiile incalzirii .

Astfel în regim de lunga durată, în cazul incalzirii “pure”(din stare rece)

sageata bimetalului variază în timp conform relatiei:

⎟⎟ ⎠

 ⎞⎜⎜⎝ 

⎛ −=

  −T 

eh

kl  f  1max

2

θ    (9.4)

Dacă tinem cont ca rezistivitatea nu depinde de tempetatura, atunci:

                     S 

 P 

 A I 

 p p

α α  ρ θ θ  0

2

max0max   ==≈   (9.5)

unde: P0=RI2 

R - rezistentă bimetalului sau a elementului incalzitorI - intensitatea curentuluiS - suprafata de schimb de cadura cu mediul ambiant a bimetalului sau

elementului incalzitorα- coeficientul de transmisie globala prin convectie si radiatieAtunci relatia (9.4) poate fi scrisa sub forma:

2

1

1ln

⎟ ⎠

 ⎞⎜⎝ 

⎛ −

=

 I 

 I T 

 R

  (9.6)

unde:

334

Page 33: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 33/48

  Rkl 

Shf  I  R 2

α =   (9.7) 

Dacă  , f este sageata pe care bimetalul trebuie să o atingă pentru a actiona,IR  va fi acea intensitate a curentului, care va determina declansarea intr-un timp

infinit de lung. Cu alte cuvinte, IR   este curentul minim care provoacadeclansarea releului termic sau curentul maxim care nu provoaca aceastadeclansare.

Valoarea IR   se regleaza prin modificarea săgetii: IR   - se numeste  valoareareglata a curentului releului termic.

Caracteristica:

⎟⎟ ⎠

 ⎞⎜⎜⎝ 

⎛ =

 R I 

 I  f 

t   (9.8)

corespunzătoare relatiei (9.6) - se numeste  caracteristica generalizata areleului termic.Dacă  suprasarcina apare după  un regim permanent, temperatura initială 

fiind diferita de zero - regim de stare cald ă  - relatia care descrie crestereatemperaturii în timp este:

( )⎟⎟ ⎠

 ⎞⎜⎜⎝ 

⎛ −−=−

  −T 

e10max00   θ θ θ θ    (9.9)

Din relatia (9.1) in care se inlocuieste supratemperatura prin cea data derelatia (9.9), cu notatia:

 R

S  I  0

0

θ α =   (9.10) 

în cazul în care incalzirea bimetalului se porneste din starea caldă  aacestuia, temporizarea la actionare se determina din relatia:

1

ln2

2

0

2

 ⎠

 ⎞

⎝ 

⎛ 

⎟⎟ ⎠

 ⎞⎜⎜⎝ 

⎛ −⎟⎟

 ⎠

 ⎞⎜⎜⎝ 

⎛ 

=

 R

 R R

 I 

 I 

 I 

 I 

 I 

 I 

t   (9.11) 

unde raportul:

 f h

kl 

 I 

 I 

 R

022

0   θ =⎟⎟

 ⎠

 ⎞⎜⎜⎝ 

⎛   (9.12) 

reprezintă  de fapt raportul dintre sageata initială  a bimetalului (latemperatura θ0) si sageata la actionarea f.

Timpul de declansare are expresia:

335

Page 34: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 34/48

 

max0

max0

0

1

1

ln

θ 

θ 

θ 

θ 

d d  T t 

−=   (9.13) 

Este evident ca, pentru aceeasi valoare a raportului I/IR , temporizarea laactionare a releului termic este cu atât mai mică, ca cât temperatura initială  -deci raportul I0/IR  - este mai are.

 Normele interne si internationale fac deosebire intre conditiile impusecaracteristicîlor releelor termice din starea rece si celor din starea caldă; acesteconditii sunt date în tabela la θma=20(0C); încărcare simetrică tripolar ă 

I/IR  temporizare  stare initială  Motor cu pornire1,051,02

>2h<2h

rececaldă 

1,56,0

<2min<2s<5s

caldă recerece

normală grea

Este evident ca motoarele care au conditii de pornire grele vor trebui să suporte mai mult timp supracurentul de pornire f ăr ă  ca releele termice să  ledeconecteze. De aceea, caracteristica lor trebuie să  se găsească  deasupracaracteristicii motoarelor cu conditii de pornire normale, mai cu seama înzonele curentilor de pornire (cca 6In al motorului). 

 În ceea ce priveste modul de încălzire al bimetalelor,  practica cunoasteurmătoarele variante –

- incalzirea direct ă  - benzile bimetalice sunt intercalate în circuit si vor fistrabatute de intreg curentul sau de o parte a acestuia;

- încălzire indirect ă - benzile bimetalice se înf ăsoar ă  în rezistente electricede încălzire, de la care caldura se propaga prin conductie; în alte cazuri, benzîlese incalzesc prein radiatia unor rezistente invecinate, parcurse de curentiisupravegheati;

- încălzire semidirecta (mixta)  - benzîle bimetalice vor fi încălzite partial

 prin curentul care le strabate si partial prin efectul incalzitor al unei rezistenteconectate în serie sau în paralel;- încălzire prin reductor de curent  - reductoarele utilizate pot fi:

•  reductoare care transforma liniar supracurenti de până la circa 6 orimai mari decat curentul nominal;

336

Page 35: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 35/48

•  reductoare care transforma liniar curentii de intensitate până  lavaloarea nominala; pentru curentii mai mari miezul magnetic alreductorului se satureaza si curentul secundar rezulta mai mic decatcel care s-ar calcula cu raportul de transformare. De aceea, benzîle

 bimetalice montate în secundarele reductoarelor cu saturatiemagnetica vor fi solicitate si încălzite în mai mică masur ă de cătresupracurentii primari.

Directa

Ich

Figura 9.27 Încălzirea lamelei

Indirecta

Ich

b.3 Tipuri de relee termiceÎn figura 9.28.a se reprezintă principial, modul de acţiune al unui releu

termic cu acţiune directă, asupra unui întreruptor automat trifazat. Elementulesenţial a releului termic este o lamela bimetalică. Bimetalul este format dindoua foite sudate, din metale cu coeficienţi de dilatare foarte diferiţi. Prin

încălzire bimetalul se încovoie înspre metalul cu coeficientul de dilatare maimic. Pe fiecare fază se montează în serie câte un releu termic 1, care comandă deschiderea contactelor 8 atunci când suprasarcina depăşeşte o anumită durată,suficientă  pentru ca elementele de încălzire ale releului termic să  degaje ocantitate de căldur ă care să producă dilatarea lamelelor bimetalice şi dezăvorâreaîntreruptorului prin pârghia 3.

a.cu actiune directa b.cu actiune liberaFigura 9.28 Relee termice

În figura 9.28.b este prezentat un tip caracteristic de releu termic tripolar cu actiune libera. Lamela bimetalică L acţionează prin intermediul tijei izolante

comune T, asupra pârghiei B, care eliberează  colţarul C, provocând astfeldeschiderea contactelor K din circuitul de comandă (contactele K se intercalează 

337

Page 36: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 36/48

în serie cu bobina unui contactor care comandă  deschiderea contactelor principale de for ţă). Reglajul se face prin deplasarea articulaţiei A, modificandastfel distanţa dintre capătul tijei T şi pârghia B. Se observă că acest tip de releuare declanşare liber ă, adică, la apăsarea pe butonul O, contactele K sunt

menţinute deschise în tot cursul operaţiei de deszăvorâre. Dacă  condiţiile dedeclanşare există încă, pârghia B este înclinată iar colţarul C nu poate reveni în poziţia iniţială, nepermiţând închiderea contactelor K, închiderea contactelor seface prin apăsarea pe butonul I

In figura 9.29b este prezentată  schema de principiu a unui întrerupătorautomat prevăzut cu un releu termic trifazat cu încălzire directă  si actiuneindirecta, pentru protecţia la suprasarcină a instalaţiei si protectie antibifazica.În cazul unei suprasarcini de durată, bimetalele 3, datorită curentului de sarcină care trece prin acestea se dilată şi prin încovoiere acţionează  asupra tijei 4 dinmaterial izolator. Mi

şcarea se transmite prin pârghie la contactul de comand

ă.

Astfel se va deschide contactul normal închis a-b, întrerupând alimentarea cutensiune a bobinei întrerupătorului automat şi deci scoaterea de sub tensiune ainstalaţie prin deschiderea contactelor normal deschise K, respectiv închidecontactul electric a-c, care semnalizează defect în instalaţie. Reglarea curentuluila care să  declanşeze releul termic se face prin ajustarea distantei δ  între

 bimetalele 3 si piesa 4. Releul termic lucrează atât la apariţia de suprasarcină petoate cele trei faze cât şi numai pe una sau pe doua faze.

a. Constructia releului TSA b. Schema de conectareFigura 9.29 Releu termic antibifazic

În figura 9.29.a este ar ătat un releu termic din seria TSA. Releele dinaceastă  serie sunt folosite pentru curenţi cuprinşi între 0,4 şi 400A. Releul secompune din cutia 1 şi capacul 2 din materiale izolante termorezistente care

 protejează  cele trei bimetale 3, unul pentru fiecare fază. Aceste bimetaleacţionează prin intermediul pârghiei din textolit 4 asupra lamelei elastice 5, iaraceasta asupra lamelei elastice 6 ce conţine contactul mobil 7.Pentru rearmare seapasă asupra tijei din material plastic 8. Prin rotirea şurubului cu excentric 9 sereglează  , în intervalul (0,6 .. 1 ) Ir valoarea curentului pentru care releul vaacţiona.Gama de releele termice fabricate in tara nostra este descrisa in tabbelulde mai jos :

338

Page 37: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 37/48

 Tip TSA – 10 TSA – 16 TSA – 32 TSAW–

400–630

TSAW– PG–630

Curent

nominal

10 16 32 400 630 630

Gama dereglaj

0,4 – 11 0,4 – 16 0,4 – 32 80 – 400 315 – 630 63 – 630

Scara curenţilor de reglaj  I  r ; 0,4–0,55–0,75–1–1,3–1,8–2,4–3,3–4,5–6–8– 11–16–20–25–32–40–50–63–80–100–125–160–200–250–320–400–500–580– 630–700–800 A

Reglajul protecţiei la releul termic se face în limita : IRT = ( 0,67 – 1)Ir 

  Standardele în vigoare impun următoarele condiţii releelor termice destinate

 protecţiei motoarelor electrice:•  să nu declanşeze în timp de două ore la un curent egal cu 1,05 I motor ;•  să declanşeze în timp de două ore la un curent egal cu 1,2 I motor ;•  să declanşeze la un curent egal cu 6 I motor , într-un timp > 2secunde.

Principalul dezavantaj al releelor termice este iner ţia mare, motiv pentrucare nu pot fi utilizate în cazul protecţiei la suprasarcină  de scurtă  durată (scurtcircuit).De aceea ele se cuplează  în majoritatea cazurilor fie cu releeelectromagnetice, fie cu siguranţe fuzibile.

Cele două tipuri de relee se reglează astfel:

releul termic pentru curentul nominal al motorului, iner ţia lui fiindmare, el nu va acţiona la curentul de pornire (6 .. 8 ori )n I 

-  releul electromagnetic pentru curenţi mai mari decât cei de pornire( ).Prin cuplarea celor două relee se realizează o protecţie deplină  sc I 

 

b.4 Simbolizarea releului termicIn conformitate cu recomandarile CEI litera reper de identificare a

categoriei elementului de circuit este F- releul are functia de protectie-.Simbolulatasat in circuitul de forta este de efect termic iar in circuitul de comanda de

contact normal inchis ce se deschide sub efect termic

Figura 9.30 Simbolizarea releului

c Releu diferential (releu de curent rezidual RCD)  - detecteaza

curentul care se scurge la pamânt si foloseste acest curent pentru a actiona unmecanismul de deconectare a circuitului defect. Principiul de functionare al unui

339

Page 38: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 38/48

releu diferential se bazeaza pe trecerea conductoarelor de linie si neutru printr-un miez magnetic toroidal(figura 9.31). Un curent de sarcina normal va produceîn miezul magnetic fluxuri magnetice egale dar de sensuri contrare. Daca existao punere la pamânt, curentul prin conductorul de linie este mai mare decât cel ce

se întoarce prin conductorul neutru si va produce un flux magnetic mai mare.Apare astfel un flux rezultant care induce un current într-o înfasurare montata peacelasi miez magnetic si se obtine o comanda de actionare asupra mecanismuluide deconectare a circuitului. Curentul de comanda este de 10, 30, 100, 300, 500mA, timpul de deconectare este instantaneu sau selectiv, cu întârzieri de 40-300ms.

Figura 9.31 Releu de curent rezidual

d Relee de timp .Aceste relee determină un semnal în circuitul de ieşire după un

anumit interval de timp din momentul aplicării sau întreruperii tensiunii din circuitul lor

de intrare.

Se deosebesc relee de timp cu temporizare la acţionare, care determină  un

semnal în circuitul de ieşire după un anumit interval de timp (reglabil), din momentul

aplicării semnalului de intrare şi relee de timp cu temporizare la revenire, care

determină  un semnal în circuitul de ieşire după  un anumit interval de timp din

momentul întreruperii semnalului de intrare. Aceste relee se folosesc în automatizări şi

în sistemele energetice, unde realizează  temporizarea necesar ă unei protecţii selective.

Sunt excitate în general de relee de curent sau tensiune şi transmit un semnal unui releu

intermediar.

Modul de reprezentare în schemele electrice ale acestor relee este prezentat în

figura 9.32. Astfel, în figura a) este reprezentat un releu de timp cu temporizare la

acţionare având un contact normal deschis (13-14) ce se închide după un anumit timp

din momentul aplicării semnalului de intrare la bornele (1-2) si un contact normal

inchis ce se deschide dupa acelasi interval de timp; în figura b) un releu de timp cu

temporizare la revenire având un contact normal închis (11-12) care se deschide

instantaneu la aplicarea tensiunii la bornele (1-2)si revine temporizat la anularea

340

Page 39: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 39/48

alimentarii bobinei si un un contact normal deschis (13-14) ce se inchide instantaneu si

deschide temporizat.

a. cu temporizare la actionare b. cu temporizare la revenire

Figura 9.32 Relee de timp

După principiul de funcţionare al ansamblului de temporizare releele de timp pot fi cu :

• 

temporizare electromagnetică, când se foloseşte un electromagnet ce acţionează un mecanism de ceasornic cu roţi dinţate;

•  temporizare prin relee de inducţie, datorită caracteristicii temporale dependente a

acestor relee;

•  temporizare electrică, prin folosirea unor circuite R,C;

•  temporizare electronică, prin utilizarea elementelor semiconductoare, diode şi

tranzistoare;

•  temporizare electrotermică, prin utilizarea efectului de deformare în timp a

termobimetalelor;

• 

temporizare realizată prin motoare sincrone ;•  temporizare pneumatică. 

9.4 APARATE PENTRU ACTIONAREA MAŞINILOR

ELECTRICE

Aceste aparate servesc la echiparea instalaţiilor de automatizare cucomandă  secvenţială. Aparatele se construiesc într-o mare varietate detipodimensiuni. Ele sunt prevăzute a funcţiona in curent continuu, în curentalternativ sau atât în curent continuu, cât şi alternativ. Aceste aparate secaracterizează printr-un mare număr de manevre mecanice şi electrice. 

9.4.1  Butoane de comandă Butoanele de comandă  se utilizează  în instalaţiile electrice pentru comanda

aparatelor de acţionare (fig.9.33). Funcţie de modul de acţionare ,în schemaelectrică, butonul se reprezintă  printr-un contact normal deschis sau închiscăruia i se ataşează  funcţiile de:

-  acţionare normală prin apă sare simbolul [- -\-  funcţia de revenire prin  simbolul   ∆  în care unul din vârfurile

triunghiului indică sensul revenirii.

341

Page 40: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 40/48

Butoanele sunt colorate, aceste culori având un urmatoarele coduri: 1 –roşu, 2 – portocaliu, 3 – galben, 4 – verde, 5 – albastru, 6 – transparent, 7 – alb, 8

 – gri, 9 – negru.Prescripţii pentru culoarea butoanelor  -  roşu – oprire sau scoatere de sub tensiune

galben – intervenţie-  verde – pornire, punere sub tensiune-  albastru – orice semnificaţie neacoperită de cele de mai sus-  alb, negru, gri – f ăr ă semnificaţie.

1 – buton ciupercă ; 2 – buton cu lacăt şi cheie de blocare ; 3 – buton cu lampă desemnalizare şi transformator de alimentare a lămpii ; 4 – buton dublu de acţionare ; 5 – buton

selector ; 6 –buton de comandă Figura 9.33  Tipuri de butoane de comandă 

Butoanele de comandă  sunt acţionate numai manual. Ele au o singur ă  poziţie stabilă, la care revin îndată ce butonul nu mai este acţionat; de aceea, prin butoanele de comandă se dau numai comenzi de scurtă durată. Acelaşi buton decomandă  poate fi însă  prevăzut cu mai multe contacte, astfel încât, printr-osingur ă  apăsare, să  comande mai multe circuite, pe unele închizându-le şi pealtele deschizându-le. Butoanele sunt prevăzute cu unul sau mai multe grupuride contacte normal-închise Bornele butoanelor sunt marcate cu numere cu so ţ  (începând cu cifra 2) pentru contactele normal deschise  şi cu numere f ăr ă  so ţ  

 pentru contactele normal închise.

9.4.2 

Lămpi de semnalizare Lampile sunt montate pe panouri şi pupitre de comandă  si se utilizează  pentrusemnalizarea luminoasă  a poziţiei de funcţionare a aparatelor de comandă,

 pentru a indica situaţiile normale sau anormale din instalaţia supravegheată (fig.9.34 b).Spre exemplificare in figura 9.34a este redat un intrerupator automatce alimenteaza un consumator iar in figura 9.34 b s-a reprezentat circuitul desemnalizare al starii intreruptorului. Lampa E1 senmalizeaza cuplareaintrerupatorului, E2 decuplarea acestuia , E3 deconectarea intrerupatorului lasuprasarcina iar E4 deconectarea la scurtcircuit.

342

Page 41: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 41/48

 a.Intrerupator

 b.Circuitul de semnalizare

Figura 9.34 Utilizarea lampilor de semnalizare

Lampile de semnalizare se execută  în mai multe variante constructive:lămpi normale, lămpi de control, casete de semnalizare. Elementele constructiveale unei lampi sunt redate in figura 9.35. Casetele de semnalizare sunt tot lămpide semnalizare, având cutia de dimensiuni mai mari şi o placă frontală din sticlă opacă pe care se pot aplica anumite inscripţii, în scopul de a uşura supravegherearegimului de funcţionare a instalaţiei.

1 2

 3 4 5 6 7 8

 a

 

Figura 9.35 Lămpi si casete de semnalizare

343

Page 42: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 42/48

9.4.3  Chei de comandă Cheile de comandă  sunt aparate care servesc numai la conectarea

circuitelor de comandă. Cheile de comandă au curentul nominal mic (2…6 A) şi puterea de rupere micşorată  corespunzător, astfel încât nu pot servi direct ca

aparate de conectare a unor circuite de putere, ci numai ca aparate de conectare acircuitelor de comandă, îndeplinind aceeaşi funcţie ca butoanele de comandă.Cheile de comandă se mai aseamănă cu butoanele de comandă şi prin faptul că şiîn acest caz comanda se execută voit, de către un operator.

O altă deosebire faţă de butoanele de comandă, este aceea că  în timp ce butoanele de comandă  stabilesc de obicei un singur circuit, cheile de comandă  pot închide concomitent mai multe circuite (de comandă, de semnalizare, dezăvorâre etc.).

1 – contacte mobile de argint; 2 – buton de ac ţ ionare;3 – resort de o ţ el inoxidabil; 4 – borne de racord la circuitul exterior; 5 – sanie mobil ă pentru bascularea mecanismului de contact.

9.4.4 

MicroîntreruptoareMicroîntreruptoarele (fig. 9.36) reprezintă aparate miniaturale de comandă 

cu acţionare instantanee caracterizate printr-o mare capacitate de comutare,realizată într-un gabarit redus.

Microîntreruptoarele se utilizează  la automatizarea organelor mobile alemaşinilor-unelte, lucrând în spaţii cu umiditate sporită şi praf. Aparatele pot fiacţionate prin camă  sau patină. Închiderea sau deschiderea contactului serealizează printr-un mecanism cu lamelă arcuitoare. 

Figura 9.36. Microîntreruptor

9.4.5 

Limitatoare de cursă Limitatoarele de cursă  (fig. 9.37) sunt aparate de conectare care întrerup

sau stabilesc circuite sub acţiunea unui element mecanic al instalaţiei, aflat înmişcare.

Astfel, în instalaţiile cu piese în mişcare, acţionate electric, cum sunt :maşini – unelte, poduri rulante, ascensoare, instalaţi de ridicat, maşini deambalat etc. , apare în mod frecvent necesitatea fie de a întrerupe automatacţionarea întregii instalaţii, când cursa organelor în mişcare a depăşit zona dedeplasare permisă, fie de a comanda o anumită succesiune de operaţii, în funcţie

de poziţia unor piese în mişcare.

344

Page 43: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 43/48

De exemplu :7  la podurile rulante este necesarsă  se oprească  automat acţionarea

 podului, în cazul în care, din cauza

unui defect sau din neatenţiamanipulantului, podul se apropie prea mult de marginea căii derulare, riscând să lovească anumiteobiecte aflate în acea zonă ;7  la ascensoare este, deasemenea, necesar să  se oprească automat motorul de antrenare acabinei, atunci când, datorită  unui

defect de instalaţie, cabina urcă depăşind uşa ultimului etaj saucoboar ă  sub nivelul celei mai de

 jos uşi ;7  la maşini –unelte de tipul rabotezelor este necesar să se comande automat lacapătul fiecărei curse, inversarea sensului de mers al mesei port – cuţit.

Figura 9.37 . Limitatoare

 

9.4.6 Aparate de reglareDin categoria aparatelor de reglare şi pornire, destinate reglării unor

 parametric de funcţionare (tensiune, curent, viteză) şi pornirii motoarelorelectrice fac parte:

•  reostatele de reglare•  reostatele de pornire•  reostatele de pornire şi reglare

Reostatele de reglare sunt montate în serie cu înf ăşurarea de excitaţie şireglează  fie tensiunea de la bornele generatorului, fie intensitatea curentului deexcitaţie care duce la variaţia turaţiei motoarelor de c.c.. În cazul motoarelor

trifazate asincrone cu rotorul bobinat, reostatele de reglare a turaţiei suntmontate în circuitul rotorului şi au ca principal scop pornirea motorului.Reostatele de pornire  sunt montate fie în serie cu înf ăşurarea rotorului

(pentru pornirea motorului de c.c.), fie în circuitul rotorului, la periile care calcă  pe inele, în cazul motorului asincron trifazat cu rotorul bobinat.

Reostatele de pornire şi reglare  , utilizate la motoarele de c.c., asigur ă  prin aceeaşi construcţie atât pornirea cât şi reglarea turaţiei. Există  reostate de pornire şi reglare utilizate fie în circuitul înf ăşur ării rotorului, la motoareleasincrone trifazate cu rotorul bobinat, fie în circuitul statorului, la motoarele

asincrone trifazate cu rotorul în scurtcircuit, care însă au o utilizare practică mairestrânsă.

345

Page 44: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 44/48

  După materialul folosit pentru construcţia elementelor rezistive, reostatele pot fi:

•  reostate metalice, la care elementele rezistive sunt din sârmă de fierzincat, nichelină sau fontă;

• 

reostate cu lichid, la care se foloseşte o soluţie de % sodă dizolvată în apă;1510÷

  După modul de r ăcire, reostatele pot fi r ăcite în aer sau în ulei După modul de construcţie al dispozitivului care comută  elementele rezistive,deosebim: reostate cu cursor, reostate cu ploturi şi reostate cu controller(utilizate pentru pornirea motoarelor cu peste 20 de porniri pe or ă).

9.4.7 Automate programabileAutomatul programabil (PLC) este un aparat electronic care controlează 

regimurile de funcţionare ale masinilor si proceselor. PLC-ul recepţionează semnale prin intermediul intr ărilor sale, le prelucrează  după  un program sitransmite semnale la iesirile sale.

Programul se realizează  cu ajutorul unui software de programare; prin program se pot comanda intr ările si iesirile după dorinţă, se pot măsura timpi siefectua operaţii de calcul

Caracteristicile principale ale unui automat programabil sunt numărulmaxim de intr ări/iesiri, capacitatea memoriei si viteza de calcul.

Automatele programabile pot fi :•  compacte (figura 9.38 a) pot fi echipate cu numeroase elemente cum suntde exemplu potenţiometre de setare valori impuse, intr ări/iesiri analogice sauextinderea memoriei Automatele programabile compacte sunt definite prinurmătoarele caracteristici de sistem : programare cu acelasi pachet software,

 posibilităţi de extindere locale si la distanţă, interfaţă  integrată  pentrucomunicaţie, blocuri terminale detasabile, cu suruburi, gabarit compact•  modular(figura9.38b). Automatele programabile modulare ofer ă următoarele caracteristici deosebite: viteză  mare de procesare, construcţiemodular ă, numeroase opţiuni de legare în reţea, memorie cu capacitateridicată 

a. compacte b. modulareFigura 9.38 Automate programabile

346

Page 45: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 45/48

 Un automat programabil, PLC este de fapt un minicalculator industrial

specializat pentru tratarea problemelor de logică  secvenţială  şi combinaţională.Într-o formă generală poate fi considerat ca un echipament care permite legături

logice între un număr mare de intr ări şi ieşiri. Funcţional acest echipamentsimulează structuri logice cu relee sau cu por ţi integrate, substituind configuraţiacablată printr-o structur ă elastică, modificabilă prin programare.

Un PLC este format din doua elemente:•  Unitatea centrala de procesare (CPU)•  Intrari-iesiri (I/O)

Unitatea centrala de procesare (CPU) este partea ce primeste, decodeaza,stocheaza si proceseaza informatia. De asemenea executa programulimplementat din memoria PLC-ului. In esenta CPU este creierul PLC-ului fiindalcatuit din trei parti:

• 

Procesor-este partea ce codeaza, decodeaza si proceseaza datele•  Memorie – sectiunea in care se stocheaza controlul programului si datele

echipamentului conectat la PLC•  Alimentarea- ce asigura tensiunea si curentul pentru a opera .

Figura 9.39 Unitatea centrala a PLC-ului

Intrari-iesiri (I/O)  reprezinta bratele PLC-ului prin care executacomenzile stocate in memorie. Au rolul de a conecta PLC-ul cu echipamenteleexterioare Intrarile alimenteaza cu semnale sau date PLC-ul iar iesirile preiausemnalele sau datele si le transmite echipamentului pe care-l controleaza PLC-ul(figura 9.40). Utilizatorul are posibilitatea sa defineasca orice interdependentalogica intre intrari, iesiri, timere, precum si sa execute comenzi sau sa transmitainformatii de la, sau catre un computer conectat la interfata seriala RS232.

347

Page 46: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 46/48

 Figura 9.40 Intrari/Iesiri PLC

Doua tipuri de intrari/iesiri pot fi utilizate:•  discrete -ce au doua stari 0 si 1 in transmiterea primirea informatiilor

catre PLC in special de stari de tip on-off•  analogice – ce au o un infinit numar de stari si nu pot fi de tip on-off

Figura 9.40 Intrari/Iesiri discrete vs. analogice

Gestionarea resurselor PLC-ului se face prin intermediul unui "program".Un program este o secventa ordonata de "instructiuni"  , care codifica

anumite operatii de executat asupra resurselor sistemului. Setul de instructiuni 

este astfel conceput incat sa asigure controlul deplin asupra resurselorenumerate mai sus. Majoritatea PLC-urilor ofera diferite categorii de instructiunidar toate utilizeaza, pentru intrari /iesiri, doua tipuri de baza de instructiuni sianume:

•  contacte - sunt instructiuni care se refera la conditii ale intrarilor pentru programul de control al PLC-ului si reprezinta alimentarea cu informatii aPLC-ului. Contactele in codul procesorului monitorizeaza stareaintrarilor (figura 9.41.a)

•   bobine - sunt instructiuni care se refera la iesirile programul de control al

PLC-ului. Fata de contacte aceste instructiuni monitorizeaza echipamentulcomandat spunand PLC-ului ce sa faca in programul de control.  Bobinelein codul procesorului monitorizeaza starea iesirilor(figura 9.41b)

a. contacte b. bobineFigura 9.41 Instructiuni

348

Page 47: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 47/48

Practic PLC scaneaza – starea intrarilor –executa programul din CPU- sischimba starea iesirilor conform figurii 9.42

Programarea automatului se face extrem desimplu, cu ajutorul unui computer, pe linia seriala

RS232. Odata memorat, programul se pastreaza inmemorie un timp nedefinit de lung. Memoria de program este de etip EEPROM poate fi stearsa sirescrisa de circa 100.000 de ori.

Programarea consta in scrierea unei secventede instructiuni plecand de la o diagrama de faza,un graf de stare, ecuatii booleene etc. Uneleautomate permit utilizarea limbajelor grafice,utilizand pe un monitor circuitul implementat.Conform prescriptiilor CEI- 1131-3 suntrecunoscute urmatoarele limbaje standardizate :

- IL (instruction list);-ST (structured text), limbaj de nivel

inalt bazat pe Pascal;-LD -Ladder Diagram-FBL(function blok language), limbaj bazat

 pe elemente logice;-SCF(sequential function chart), pentru

 programarea pasi de secventa;Primele doua sunt limbaje text, celelalte sunt limbaje grafice.

Figura 9.42

Echivalenta dintre simbolurile logice, tabela de adevar si limbajul Ladderde programare al PLC-urilor este [9] redata in tabelul de mai jos

Avantajele utilizării automatelor programabile apar cu uşurinţă la o analiză comparativă a unui sistem automat clasic cu un sistem automat numeric

 Fiabilitate ridicat ă: fiabilitatea componentelor de tip industrial utilizate înrealizarea hardware a sistemului este o garanţie pentru fiabilitatea acestuia. Pe dealtă  parte însă  înlocuirea logicii cablate, folosită  la realizarea sistemelorclasice,cu logică  implementată  software conduce la simplificarea şi reducerea

numărului de legături fizice lucru ce evident are consecinţe pozitive asuprafiabilităţii în funcţionare.

 Automatizarea func ţ ionării, funcţie specifică sistemelor automate numerice, permite darea unor semnalizări la detectarea defectelor interne şi scurtareaduratelor cât echipamentul ar putea fi indisponibil.

Comunica ţ ia la distan ţă:  este de asemenea o funcţie specifică  sistemelornumerice cu toate avantajele ce decurg din aceasta: urmărirea unor proceseaflate la distanţă, descentralizarea funcţiilor de automatizare, înregistrareaautomată a evoluţiei proceselor, etc.

Testarea  şi punerea în func ţ iune: a sistemelor moderne de automatizare estefacilitată pe de o parte de similitudinea noilor sisteme comparativ cu cele clasice

349

Page 48: Cap IX Aparate Comanda

7/21/2019 Cap IX Aparate Comanda

http://slidepdf.com/reader/full/cap-ix-aparate-comanda 48/48

în partea de interfaţă cu procesul, iar pe de altă parte de interfeţele om-maşină care ofer ă  rapid informaţii despre funcţionare dar şi posibilitatea for ţării unorvariabile pentru a simula anumite situaţii de funcţionare.

 Flexibilitatea sistemelor moderne: sub aspectul modificărilor care pot apareîn timp este un alt avantaj care se datorează pe de o parte posibilităţii de a definicomponente software adecvate noilor cerinţe apărute iar pe de alta modulelorhardware ce permit preluarea în cadrul aceluiaşi sistem de noi componente ale

 procesului tehnic controlat.Flexibilitatea sistemelor moderne, uşurinţa parametrizării şi a punerii în

funcţiune, preluarea mărimilor din procesul tehnologic f ăr ă  risipă  de resurse,fiabilitatea sistemului de-a lungul anilor de funcţionare conduc împreună  la