132

Modulul 3

CONSTRUCIA , FUNCIONAREA I UTILIZAREA APARATELOR ELECTRICE. MENTENANTA.

CUPRINS:

Unitatea de nvare 10 .Contactoare electromagnetice de curent continuu. Utilizarea acestora n schemele de comand a instalaiilor electrice...132

Unitatea de nvare 11.Contactoare electromagnetice de curent alternativ. Utilizarea acestora n schemele de comand a instalaiilor electrice..143 Unitatea de nvare 12.Relee electrice. Clasificare. Parametri. Utilizarea

acestora n schemele de comand a instalaiilor electrice158 Unitatea de nvare 13. Sigurane fuzibile de joas tensiune. Calcule de alegere.

Selectivitatea proteciei..187 Teste de autoevaluare...142,157,185,204 Lucrare de verificare....142,157,186,204

OBIECTIVE:

- s descrie elementele constructive ale contactoarelor electromagnetice de curent continuu i alternativ, ale releelor electrice i ale siguranelor fuzibile;

- s explice principiul de funcionare al contactoarelor electromagnetice de curent continuu i alternativ, al releelor electrice i al siguranelor

fuzibile; - s citeasc schemele pentru diferite tipuri de instalaii cu aparate i

echipamente electrice;

- s depisteze posibilele defeciuni ce intervin n exploatarea aparatelor i echipamentelor electrice i modul de remediere al acestora;

Unitatea de nvare 10

Cuprins

CONTACTOARE ELECTROMAGNETICE DE CURENT CONTINUU.

UTILIZAREA ACESTORA N SCHEMELE DE COMAND A INSTALAIILOR ELECTRICE.

10.1. Obiective

10.2. Test de autoevaluare.......................................................................... 10.3. Lucrare de verificare....................................................................

133

10.1. Obiective :

- s descrie elementele constructive ale contactoarelor electromagnetice de

curent continuu - s explice principiul de funcionare al contactoarelor electromagnetice de

curent continuu

- s citeasc schemele pentru diferite tipuri de instalaii cu aparate i echipamente electrice;

- s depisteze posibilele defeciuni ce intervin n exploatarea aparatelor i echipamentelor electrice i modul de remediere al acestora;

CONTACTOARE ELECTROMAGNETICE DE CURENT

CONTINUU. UTILIZAREA ACESTORA N SCHEMELE DE

COMAND A INSTALAIILOR ELECTRICE

Contactorul este un aparat cu comutaie mecanic, acionat altfel dect

manual i care are o singur poziie de repaus. Contactorul trebuie s fie capabil s nchid, s suporte i s ntrerup curenii n toate regimurile de funcionare normal a circuitelor electrice inclusiv supracurenii de pornire ai motoarelor electrice. Orice

contactor este destinat a efectua un numr mare (105 ... 106) de comutaii sub sarcin i un numr mai mare (107) de comutaii fr sarcin.

Contactorul electromagnetic este acionat de un electromagnet de curent continuu sau de curent alternativ. Orice contactor are rolul de a conecta sau deconecta un circuit la darea unei

comenzi i de a- l menine n starea respectiv, atta timp ct dureaz comanda. Contactele unui contactor electromagnetic pot fi normal deschise i/sau normal

nchise, cu urmtoarele semnificaii: - contactul normal deschis este contactul care se afl deschis cnd aparatul este n stare de repaus, adic n lipsa curentului n bobina de excitaie a

electromagnetului. Acest contact va deveni nchis, la alimentarea excitaiei. - contactul normal nchis este contactul care se afl nchis atunci cnd

aparatul este n stare de repaus. Acest contact se va deschide la alimentarea excitaiei. Contactorul care are contactele principale normal nchise este numit ruptor.

Criterii de clasificare a contactoarelor (ruptoarelor) electromagnetice: 1. Dup felul reelei n care funcioneaz, contactorul poart denumirea de

contactor de curent alternativ sau de contactor de curent continuu. 2. Dup modul de stingere a arcului electric care apare ntre elementele de contact se deosebesc: contactoare n aer i contactoare n ulei.

3. Dup cinematica armturii (purttoare a contactelor principale), contactoarele se pot clasifica n:

134

- contactoare cu micare de translaie a contactelor mobile i a electromagnetului (cazul contactoarelor de curent alternativ);

- contactoare cu micare de rotaie a echipajului mobil (cazul contactoarelor de curent continuu); - contactoare cu micare combinat, de rotaie i translaie (cazul

contactoarelor de curent alternativ pentru cureni mari). Construcia de contactoare electromagnetice (de curent continuu i de curent

alternativ) este tipizat i standardizat, n funcie de diversele grade de protecie i de aplicaiile caracteristice n care sunt folosite. Contactoare electromagnetice utilizate n circuite de curent continuu, au

simbolurile: - DC1, folosit la comanda diferitelor receptoare cu sarcini neinductive sau

slab inductive (cuptoare cu rezisten); - DC2, utilizat la pornirea motoarelor de curent continuu cu excitaie derivaie i la oprirea acestor motoare n plin mers;

- DC3, utilizat la pornirea motoarelor de curent continuu cu excitaie derivaie, la mersul cu ocuri i la inversarea sensului de rotaie a motoarelor;

- DC4, folosit la pornirea motoarelor de curent continuu cu excitaie serie i la oprirea acestor motoare n plin mers; - DC5, utilizat la pornirea motoarelor de curent continuu cu excitaie serie, la

mersul cu ocuri i la inversarea sensului de rotaie a motoarelor.

Construcia contactoarelor

Din punct de vedere constructiv, la orice contactor electromagnetic

distingem figura 1. 1. Elementul motor (sau sistemul de acionare) - este cel care asigur

deplasarea contactelor mobile. La contactorul electromagnetic elementul motor este un electromagnet. Electromagnetul de acionare poate fi alimentat cu tensiune alternativ sau cu tensiune continu.

2. Contactele principale (fixe i mobile) mpreun cu bornele de intrare i de ieire, cile de curent i punile conductoare sunt cele care asigur continuitatea

circuitului principal. Numrul lor este multiplu de trei, n cazul contactoarelor de curent alternativ trifazat sau de doi n cazul contactoarelor de curent continuu. Ele sunt robuste astfel nct s reziste la frecvene mari i la un numr ct mai ridicat de

manevre. 3. Camerele de stingere au rolul de a activa stingerea arcului care apare ntre

contactele principale. La contactoarele de curent continuu se folosesc camere de stingere bazate pe principiul deionizrii n contact cu pereii reci, asociat cu suflajul magnetic. La contactoarele de curent alternativ camerele de stingere funcioneaz pe

baza principiului efectului de electrod asociat cu efectul de ni. Stingerea arcului electric se realizeaz astfel:

135

- prin suflaj magnetic. Ionizarea spaiului de arc se face prin nclzire, deci pentru stingerea lui trebuie acionat prin rcire. Pentru aceasta vom deplasa arcul

electric n aer sub aciunea unei fore electromagnetice, produs ca interaciunea dintre curentul arcului electric i cmpul electromagnetului de suflaj. Cmpul electromagnetic poate fi produs de : bobine cuplate n serie cu contactele electrice

(curent alternativ); bobine cuplate n paralel cu contactele (curent continuu); magnei permaneni. Pereii izolani ai camerei de stingere se execut din materiale ceramice

rezistente la tensiuni mari sau din azbociment i au rolul de a evita scurtcircuitul dintre arc i armtur. Fora care acioneaz asupra arcului electric este direct

proporional cu ptratul curentului de tip electromagnetic : . - prin efect de autosuflaj. Aceast metod are la baz eficacitatea pe care o au

contactele electrice construite sub form de coarne, la care deplasarea arcului electric este datorat forelor electrodinamice de interaciune dintre curent i cmpul

magnetic propiu. Metoda este utilizat i pentru arcul n curent alternativ. - prin efect de electrod. Efectul de electrod const n divizarea arcului electric n n segmente n scopul creterii de n ori a cderilor de tensiune la electrozi.

Aceast metod este utilizat, n general, la stingerea arcului de curent alternativ. Stingerea arcului electric se poate realiza i cu ajutorul unor contacte auxiliare. La

deschiderea circuitului se face transferul total din contactul principal n cel de arc electric, prin autosuflaj. Pentru ca acest transfer s se fac ct mai repede inductivitatea buclei stabilit ntre dou contacte trebuie s fie ct mai redus.

- n camere nchise etan. Se ntlnete la sigurane fuzibile cu filet i la sigurane cu mare putere de rupere. n interiorul patronului se afl un fuzibil sub

form de fir sau band, nconjurat cu nisip cuaros. ntreruperea curentului are loc prin topirea i volatilizarea fuzibilului. Arcul electric ptrunde ntre granulele de nisip unde este deionizat prin preluarea cldurii de ctre acesta. La nisipul cuaros se

formeaz n jurul fuzibilului topit un nveli de zgur care intervine favorabil n procesul stingerii. Se exclude posibilitatea reaprinderii arcului electric, prin efectul

de rcire puternic deionizator al materialului granulat. 4. Contactele auxiliare, mpreun cu bornele i cile de curent aferente, sunt cuplate mecanic cu contactele principale. Ele pot fi normal nchise i/sau normal

deschise i sunt folosite n circuitele auxiliare ale contactorului. Contactele auxiliare sunt necesare meninerii sub tensiune a bobinei electromagnetului, semnalizrii i

asigurrii interblocajului comenzilor. 5. Releele de protecie folosite sunt cele termobimetalice i cele electromagnetice.

6. Carcasa aparatului i sistemul de prindere sunt formate din ansamblul de piese izolante i metalice care asigur protecia, ghidajul i fixarea aparatului n

poziia normal de funcionare, ct i izolarea electric a tuturor pieselor sub tensiune, ntre ele i fa de mas.

136

n figura 1 este reprezentat schema contactorului cu micare de rotaie, cu o singur ntrerupere, folosit, n circuitele de curent continuu. Elementul motor este electromagnetul cu armtura fix 4, pe care este plasat nfurarea de excitaie 5 i

armtura mobil 3. Cnd bobina electromagnetului este parcurs de curent, armtura fix 4 atrage armtura mobil 3, solidar cu contactul mobil 2, care se deplaseaz

pn la nchiderea acesteia peste contactul fix 1. n acest fel, calea de curent, de la A la B, se nchide prin contactul fix, contactul mobil i legtura flexibil 8. La ntreruperea alimentrii electromagnetului, sub aciunea resortului antagonist 7,

armtura mobil revine n poziia iniial, iar arcul electric ce ia natere ntre contactele principale 1 i 2 se stinge n interiorul camerei de stingere 6. Utilizarea

acestui tip de contactor n circuitele de curent continuu este determinat de realizarea unei distane relativ mari ntre contacte deci, o alungire mare a arcului electric la o distan relativ mic, de 4-10 mm a ntrefierului electromagnetului. Circuitul

magnetic este de tip clapet, cu armtura mobil sprijinit pe o prism (pentru asigurarea unei rezistene mari la uzur).

Fig. 1 Contactor electromagneticcu o singur ntrerupere

137

La consumatorii cu ocuri mari de curent se recomand ca electromagnetul de acionare s fie de curent continuu figura 2. - schema electric de conectare a unui

contactor trifazat de curent alternativ, echipat cu electromagnet de curent continuu, alimentat prin intermediul unui redresor monofazat. n poziia nchis, fora dezvoltat de electromagnet la ntrefier minim, este

maxim. n schem este prevzut rezistena economizoare Re, legat n serie cu contactul de automeninere 11-12. n momentul nchiderii butonului b1, bobina BC a

electromagnetului este parcurs de curentul maxim, iar dup momentul eliberrii butonului b1, bobina BC, fiind alimentat prin contactul de automeninere 11-12 nseriat cu rezistena economizoare Re, va fi parcurs de un curent mai mic.

n figura 3, este prezentat schema electric de conectare a unui contactor bipolar de curent continuu. ntruct contactorul este echipat cu un electromagnet de

curent continuu, n schem este prevzut rezistena economizoare Re, care are rolul de a diminua curentul prin bobina de excitaie BC. Astfel, n poziia deschis a contactorului, rezistena Re este scurtcircuitat de contactul auxiliar normal nchis

11-12 al contactorului. n momentul nchiderii butonului de pornire b1, curentul care parcurge bobina BC are o valoare iniial mare, fiind limitat doar de rezistena

bobinei. Dup momentul acionrii, se deschide contactul auxiliar 11-12 i se nchide contactul de automeninere 9-10, nct curentul prin bobina BC va fi limitat i de rezistena Re.

Fig.2. Schema de conexiuni a contactorului

trifazat cu electromagnet de curent continuu

138

Contactorul electromagnetic propriu-zis nu este un echipament de protecie.

Dac, n serie, n circuitul contactelor principale se conecteaz att sigurane fuzibile, ct i relee termobimetalice i/sau relee electromagnetice, contactorul

electromagnetic va ndeplini i funcia de echipament de protecie mpotriva supracurenilor. Aceste relee pot fi montate individual cte unul pe fiecare faz sau se pot realiza sub forma unor blocuri de cte trei relee termobimetalice, respectiv

electromagnetice. Pentru protecia mpotriva scurtcircuitelor, contactoarele sunt asociate cu sigurane fuzibile. Pentru protecia mpotriva scderii sau dipariiei

tensiunii, contactoarele pot fi prevzute cu relee minimale de tensiune, dar acest rol este ndeplinit chiar de bobina contactorului, care i va elibera armtura mobil, atunci cnd tensiunea scade sub 0,8 UN.

Ansamblul format din contactorul electromagnetic i din relee de protecie constituie echipamentul electric cel mai des utilizat pentru comanda i protecia

motoarelor electrice. Majoritatea contactoarelor cu relee de protecie se execut n varianta cu contactele n aer, fiind prevzute i cu contacte auxiliare att normal deschise, ct i

normal nchise. Dintre contactele auxiliare, un contact normal deschis are ntotdeauna rolul de automeninere, iar celelalte contacte auxiliare se folosesc fie

pentru semnalizare, fie pentru interblocaje. Schemele electrice de for, de comand, de protecie i de semnalizare realizate cu contactoare electromagnetice cu relee se pot reprezenta grafic:

1) schema complet - se caracterizeaz prin faptul c toate elementele componente din circuitul electric (contactele principale, contactele auxiliare, releele,

bobina de comand etc.) sunt grupate mpreun; 2) schema funcional - reproduce legturile electrice dintre elementele componente i reprezint separat circuitele de for i separat circuitele de comand,

de automeninere, de protecie, de semnalizare etc.

Fig.3. Schema de conexiuni a contactorului

de curent continuu

139

Spre deosebire de contactoarele de curent alternativ, cele de curent continuu funcioneaz cu comutaie forat, fiind necesare circuite speciale pentru

stingerea tiristorului care a condus curentul, n schimb, nu sunt necesare circuite speciale pentru comanda grilelor tiristoarelor. Deoarece tiristoarele nu pot fi blocate prin intermediul comenzii pe gril, n structura contactoarelor de curent

continuu este necesar prezena unei ramuri de comutaie. La majoritatea contactoarelor de curent continuu ntlnite n practic, blocarea tiristorului principal

se realizeaz prin aplicarea unei tensiuni inverse, obinut de la un condensator. n momentul n care se dorete blocarea tiristorului principal, ramura de comutaie este conectat n paralel cu tiristorul principal, prin intermed iul unui tiristor

auxiliar, astfel nct tensiunea condensatorului s foreze prin tiristorul principal un curent invers. n funcie de modul n care se realizeaz ncrcarea

condensatorului din ramura de comutaie, deosebim mai multe scheme de contactoare statice de curent continuu.

U

)(

)(

1T

2T

1DC

SL

SR

1R

Astfel, n figura 4, se prezint schema unui contactor static de curent continuu,

cu circuit de ncrcare R, C.

Aplicnd un impuls de comand pozitiv pe poarta tiristorului princ ipal T1, acesta intr n conducie i curentul strbate consumatorul (Rs, Ls). Tiristorul

auxiliar T2 fiind blocat, condensatorul C se ncarc prin rezistena R1 cu tensiunea sursei i polaritatea din figur. Pentru a ntrerupe alimentarea sarcinii se comand conducia tiristorului auxiliar T2, care descarc condensatorul C peste tiristorul

principal T1. Prin anularea curentului prin tiristorul principal T1 (polarizat invers de condensatorul C) acesta se blocheaz, iar condensatorul C se ncarc prin

impedana sarcinii (Rs, Ls) i tiristorul T2 la polaritatea invers fa de situaia anterioar (polaritatea din parantez). Tiristorul T2 continu s conduc un curent mic, limitat de rezistena R1 de valoare mare. La o nou comand a tiristorului

principal T1, acesta intr din nou n conducie, condensatorul C apare legat n paralel pe tiristorul T2 polarizndu-1 n sens invers i determinnd ieirea lui din

conducie. Prin tiristorul T1 se alimenteaz consumatorul i prin rezistena R1 condensatorul C se ncarc cu polarita tea iniial, starea schemei revenind la

Fig.4. Contactor static de curent continuu, cu circuit de ncrcare R, C

140

situaia iniial. Acest contactor se folosete la frecvene de comutaie reduse. Pentru a asigura blocarea tiristoarelor este necesar ca valoarea condensatorului

C s fie suficient de mare, astfel ca procesul de ncrcare al condensatorului s aib o durat suficient de lung, asigurnd polarizarea invers pe un interval de timp mai mare dect timpul de revenire al tiristorului. Din teoria chopperelor

(variatoare de curent continuu), al crui caz particular l reprezint contactorul static de curent continuu, rezult c pe rezistena i inductivitatea de sarcin, dup

comanda de blocare a tiristorului principal, apare o tensiune tranzitorie ce poate atinge valoarea 2U, motiv pentru care se prevede dioda de mers n gol D1 pentru amortizarea supratensiunilor. Pentru frecvene mari de comutaie se utilizeaz

contactoare statice de curent continuu, cu circuit de ncrcare L, C, reprezentate n figura 5. Funcionarea acestui contactor este condiionat de aplicarea

primului impuls de comand, tiristorului auxiliar T2. n caz contrar, funcionarea contactorului nu este posibil, deoarece la comutarea direct a tiristorului principal, condensatorul este descrcat. Astfel, prin comanda lui T2

condensatorul C se ncarc la tensiunea sursei i polaritatea din figur, conducia fiind asigurat prin sarcina (Rs, Ls). La sfritul procesului de ncrcare a

condensatorului curentul ia valoarea zero, iar conducia prin tiristorul T2 nceteaz. Condensatorul C fiind ncrcat (Uc =U), la comutarea tiristorului T1, circuitul de sarcin este legat la sursa de alimentare, iar n circuitul oscilant T1,

D2, L, C curentul ic variaz sinusoidal.

U

)(

)(

1T

2T

1DC

LR

SL

SR2

D

tL

Uic sin (10.1)

unde:

Fig.5. Contactor static de curent continuu, cu circuit de ncrcare L, C

141

CL

1; CLTc 2 (10.2)

Deoarece dioda D2 nu permite trecerea curentului n sens invers, curentul

se anuleaz dup o semiperioad (Tc/2), iar tensiunea pe condensator i schimb polaritatea (Uc = -U)), aa cum se reprezint n parantez n figura 5. Pentru oprirea alimentrii consumatorului se aplic un impuls de comand tiristorului auxiliar T2, care conecteaz condensatorul C n paralel cu tiristorul

T1, cu polaritatea invers fa de sensul de conducie al acestuia. Curentul principal prin tiristorul T1 este anulat, iar condensatorul se descarc i se ncarc

apoi cu polaritatea iniial. Dup terminarea procesului de ncrcare, tiristorul T2 se blocheaz, iar schema este pregtit pentru o nou conectare. i n aceast schem, n cazul sarcinilor inductive dioda D1 are rolul de a elimina

supratensiunile de comutaie. La frecvene de comutaie mici exist pericolul descrcrii condensatorului prin rezistena invers a ventilelor i prin rezistena

dielectricului. Descrcarea condensatorului are ca urmare imposibilitatea blocrii tiristorului principal. Pentru evitarea acestui fenomen se poate introduce n circuit rezistena R, reprezentat n schema din figura 5.

O alt schem de contactor static de curent continuu figura 6- folosete un condensator montat n braul unei puni de tiristoare. La nceput se comand

tiristoarele auxiliare T1 i T2 i condensatorul C se ncarc la polaritatea din figur, dup care cele dou tiristoare se blocheaz. Prin comanda tiristorului principal T, consumatorul Rs, Ls este strbtut de curentul de sarcin. Oprirea

funcionrii consumatorului se face prin comanda tiristoarelor auxiliare T3 i T4, cnd condensatorul C polarizeaz invers tiristorul principal provocnd blocarea

lui. Un timp, circuitul se nchide prin T2, C i T4, ncrcnd condensatorul cu polaritatea invers (din paranteze). Dup ncrcarea condensatorului, tiristoarele T3 i T4 se blocheaz. Pentru o nou acionare se comand

tiristorul T, iar pentru o nou oprire se comand tiristoarele auxiliare T1 i T2 .a.m.d.

SL

SR

1T

4T

1D

)( )(

C 3T

2T

T

U

Fig.6 Contactor static de curent continuu

142

10.2. Test de evaluare

1.Elementul motor al contactorului electromagnetic are rolul:

a. de a asigura continuitatea cilor de curent b. de a asigura protecia, ghidajul i izolarea pieselor component

c. de a asigura deplasarea contactelor mobile R: c 2.La alimentarea bobinei de excitaie a contactorului de curent continuu cu

micare de rotaie: a. se atinge armtura mobil

b. se ntrerupe alimentarea circuitului de for c. are loc stingerea arcului electric R: a

3.Contactoarele de curent continuu care funcioneaz cu comutaie forat au: a. circuite special pentru comanda grilelor tiristoarelor

b. circuite speciale pentru stingerea tiristorului care a condus curentul c. o ramur de comutaie R: b.c

10.3. Lucrare de verificare

1.Contactorul electromagnetic. Definiie i clasificri. 2.Explicai schema de conexiuni a contactorului de curent continuu.

3.Care sunt particularitile contactorului de curent continuu cu comutaie forat?

Unitatea de nvare 11

143

Cuprins

CONTACTOARE ELECTROMAGNETICE DE CURENT

ALTERNATIV. UTILIZAREA ACESTORA N SCHEMELE DE

COMAND A INSTALAIILOR ELECTRICE.

11.1. Obiective 11.2. Test de autoevaluare.......................................................................... 11.3. Lucrare de verificare....................................................................

11.1. Obiective : - s descrie elementele constructive ale contactoarelor electromagnetice de

curent alternativ - s explice principiul de funcionare al contactoarelor electromagnetice de

curent alternativ - s citeasc schemele pentru diferite tipuri de instalaii cu aparate i

echipamente electrice;

- s depisteze posibilele defeciuni ce intervin n exploatarea aparatelor i echipamentelor electrice i modul de remediere al acestora;

CONTACTOARE ELECTROMAGNETICE DE CURENT

ALTERNATIV. UTILIZAREA ACESTORA N SCHEMELE DE

COMAND A INSTALAIILOR ELECTRICE.

Contactoare electromagnetice folosite n circuite de curent alternativ au simbolurile: - AC1, utilizat la comanda receptoarelor cu sarcini electrice neinductive sau

slab inductive (cuptoare electrice cu rezistene); - AC2, utilizat la pornirea motoarelor asincrone cu inele i la frnarea n

contracurent; - AC3, utilizat la demarajul motoarelor asincrone cu rotorul n scurtcircuit i la oprirea motoarelor lansate;

- AC4, folosit la pornirea motoarelor asincrone cu rotorul n scurtcircuit, la mersul cu ocuri i la inversarea sensului de rotaie al motoarelor.

144

n figura 1 este reprezentat un contactor cu micare de translaie, cu dubl ntrerupere, folosit n circuitele de curent alternativ. Elementul motor este un electromagnet monofazat cu spir n scurtcircuit, cu armtura fix 8, nfurarea de

excitaie 6 i armtura mobil 5. Alimentarea bobinei 6, pe la bornele 7, determin atragerea armturii 5 i, odat cu ea, a casetei izolante 11. n acest mod, puntea

conductoare 9, pe care se gsesc cte dou contacte mobile 1, stabilete cele dou contacte, realiznd astfel continuitatea circuitului principal, ntre bornele 3. Resortul 10, comprimat n interiorul casetei 11, realizeaz presiunea de contact necesar

contactelor principale. La ntreruperea alimentrii electromagnetului, sub aciunea resorturilor antagoniste 4, armtura mobil revine n poziia iniial i ntrerupe

circuitul principal al contactorului. Avantajele acestei variante constructive sunt legate de ntreruperea circuitului pe fiecare faz i de eliminarea legturilor flexibile. Cinematica contactoarelor cu micare de translaie se poate urmri din figura 1.

La excitarea electromagnetului, puntea mobil de contact 9 stabilete continuitateacircuitului principal n dou puncte, prin comprimarea, iniial, a resorturilor 4 ce asigur revenirea contactorului i apoi i a resorturilor 10 ce asigur

presiunea de contact. n figura 2, se reprezint diagrama forei rezistente n funcie de mrimea

ntrefierului.

Fig.1. Contactor electromagnetic

cu dubl ntrerupere

145

rF

i c

e

O

Cinematica contactoarelor cu micare combinat se poate urmri n figura 3.

Fig.2. Diagrama Fr = f() la contactoarele cu

micare de translaie

Figura 3. Cinematica contactului cu

micare combinat

146

Electromagnetul de acionare este figurat prin armtura mobil 7, bobina 8 i armtura fix 9. Transmiterea micrii de la armtura mobil 7 la puntea 3 cu

contactele mobile se realizeaz prin sistemul de prghii 12, 11 i 10 i caseta 4 ce cuprinde resortul precomprimat 5 cu rolul de a asigura presiunea de contact. Resortul precomprimat 6 asigur fora rezistent Fr1 necesar meninerii contactorului

n poziia deschis (ntrefier e). Prghiile 11 i 12 solidarizate ntre ele se pot roti n jurul unui ax O3, iar cuplarea prghiilor 11 i 10 i a resortului antagonist 6 se face n

punctul O2. n aceast poziie legtura ntre contactele fixe 1 i 2 este ntrerupt, puntea de contact 3 aflndu-se la distana c (c < e). Urmrind cinematica contactorului din figur se poate trasa diagrama forei rezistente n funcie de ntrefier, ca n figura 4.

MCx

0 1 2 3 4 5 6 7

Ex

Rp

1C

Astfel, la poziia de ntrefier maxim e, fora rezistent dat de resortul antagonist 6 este Fr1. Odat cu deplasarea armturii mobile 7 ce execut o micare de

translaie pe vertical, prin rotirea prghiilor 12 i 11 n jurul punctului O3, se transmite tijei 10 i implicit punii de contact mobile 3 o micare de translaie pe orizontal. Deoarece resortul 6 se destinde, fora rezistent scade pe msura micorrii ntreferului. La

atingerea ntrefierului e, puntea de contact mobil atinge contactele fixe, moment n care apare un salt al forei rezistente, determinat de tensiunea resorturilor precomprimate 5,

destinate asigurrii presiunii de contact. n continuare, n timpul cursei n contact, prin comprimarea resorturilor 5 i 6, fora rezultant crete ca n figura 4. Se obine n final o diagram a forei rezistente n funcie de ntrefier mai aplatizat dect n cazul

contactoarelor cu micare de translaie - figura 2. Prin alegerea ntrefierului la contacte c mai mic dect ntrefierul electro-

magnetului e (c < e) se asigur o dubl ciocnire, nti la nchiderea contactelor principale 1 i 2 i apoi la suprapunerea armturii mobile 5 peste cea fix 8, interval de timp n care, prin comprimarea resorturilor 10, se asigur o presiune de

Fig. 4. Diagrama contactorului cu micare combinat

147

contact mrit la contactele principale. Aceste contactoare sunt destinate n special pentru conectarea motoarelor electrice, a reostatelor de pornire i reglaj ca i pentru

diverse comutaii n reelele de for i de iluminat. Pentru intensiti mai mari ale curentului nominal, 100 400 A, masele n

micare sunt mari, energia cinetic necesar este important. n aceste cazuri este

necesar a se diminua viteza de nchidere a contactelor, iar cinematica aparatului comport o micare de translaie dubl a contactelor i electromagnetului, prin

intermediul unei micri de rotaie. La contactorul cu micare de rotaie, organul motor - electromagnetul,

transmite micarea contactului mobil prin intermediul unei prghii articulate.

Aceast construcie este folosit la cureni nominali redui, cnd sunt necesare fore de apsare mici la contacte.

La contactoarele cu micare de rotaie pentru cureni nominali mai mari, se folosete un sistem de transmisie patrulater cu utilizarea poziiei de punct mort a prghiilor conductoare n faza final a micrii de nchidere a contactelor figura

5, unde este prezentat cu linie continu poziia cnd contactorul este nealimentat. La acionarea electromagnetului, prghiile 1 i 2 ocup poziia reprezentat prin

linia punctat, realizndu-se aa numit poziie de punct mort. n aceast poziie, momentul orict de mare al cuplului de acionare aplicat prghiei 3, ce poart contactul mobil, nu poate s produc deschiderea contactelor. Pentru soluionarea

presiunii de contact, la contactoarele cu micare de rotaie se folosesc sisteme simple figura 6. Contactul mobil 3 este acionat de prghia transmisiei patrulatere

antrenat de electromagnetul de acionare (nereprezentat n figur). Dup atingerea de ctre contactul mobil 3 a contactului fix 4, ca urmare a aciunii prghiei de antrenare, are loc comprimarea resortului 1 care realizeaz presiunea de

contact optim. Scutul 2 este prevzut pentru protecia resortului 1 mpotriva aciunii arcului electric produs la deschiderea contactelor. Calea de curent

principal ntre bornele de intrare i ieire se face prin intermediul contactelor fixe i mobile i a legturii flexibile 5. Mecanismul de antrenare este prevzut cu poziie de punct mort.

Pentru ntrefierul iniial e al electromagnetului, fora rezistent are o valoare determinat de precomprimarea resorturilor 4. Prin micorarea ntrefierului

de la valoarea ini ia l e la valori mai mici, n timpul cursei libere, fora rezistent crete prin comprimarea resorturilor 4.

148

La atingerea ntrefierului c, se ating contactele mobile 1 de contactele fixe 2 i apare brusc fora de precomprimare a resortului 10, ceea ce provoac un salt al

forei rezistente. n timpul cursei n contactor, corespunztor anulrii ntrefierului i = e - c, se comprim att resorturile 4 ct i resorturile 10, panta forei rezistente fiind mai mare. Se obine caracteristica din figura 2, ce impune alegerea

unui electromagnet a crui for de acionare s fie situat deasupra caracteristicii forei rezistente.

Uzual, astfel de contactoare sunt destinate conectrii motoarelor electrice de curent alternativ, a reostatelor de pornire si reglaj, dar i pentru diverse comutaii n reelele de for i de iluminat de curent alternativ.

Comanda contactoarelor

Contactoarele sunt comandate printr-un buton dublu de acionare, format din nserierea a dou contacte, unul normal deschis, iar cellalt normal nchis, prevzute

cu revenire, alimentarea bobinei electromagnetului fcndu-se fie n curent alternativ, fie de la o surs de curent continuu, n funcie de tipul acestuia.

Fig.5. Cinematica unui contactor cu

micare de rotaie utiliznd poziia

de punct mort

Fig.6.Asigurarea presiunii de

contact, la contactoarele cu micare

de rotaie

149

Schema electric de conectare a unui contactor trifazat, echipat cu

electromagnet de curent alternativ, cu buton dublu de comand figura 7 - se caracterizeaz prin faptul c toate contactele contactorului sunt grupate pe acelai ax. Prin apsarea butonului de acionare b1 i, nchiderea contactului 1-2 este alimentat

bobina BC a electromagnetului contactorului. Aceasta va determina atragerea armturii i nchiderea contactelor principale 5-6, 7-8, 9-10 care vor permite

alimentarea consumatorului pe la bornele A, B i C.

Fig.7. Schema de conexiuni a contactorului

trifazat cu electromagnet de curent alternativ

Fig.8. Schema electric cu electromagnet de curent alternativ

150

Simultan cu contactele principale, se nchide i contactul de automeninere 11-12 n paralel cu contactul 1-2 al butonului de pornire, prin care se asigur

meninerea sub tensiune a bobinei BC a electromagnetului i dup revenirea n poziia deschis a butonului de pornire b1. Deconectarea consumatorului de la reea se face prin intermediul butonului de oprire b2, care va ntrerupe alimentarea bobinei

contactorului, prin deschiderea contactului 3-4. Se consider cazul unui motor asincron trifazat M - figura 8, alimentat

printr-un contactor electromagnetic prevzut cu un bloc de relee termobimetalice e1, un bloc de relee electromagnetice e2 i siguranele fuzibile f1, f2, f3. Comanda se realizeaz cu dou butoane de acionare b1 i b2. Bobina electromagnetului de

acionare BC de curent alternativ este alimentat cu tensiunea de faz URO. n schem apar contactele principale ale contactorului 1-2, 3-4, 5-6; contactul normal

deschis de automeninere 11-12; contactele: normal nchis 13-14 i normal deschis 15-16, conectate n circuitele de semnalizare; blocul de protecie termic e1 cu aciune asupra contactului normal nchis 7-8; blocul de protecie electromagnetic e2

cu aciune asupra contactului normal nchis 9-10; siguranele fuzibile f1, f2, f3; lmpile de semnalizare L1, L2; butonul de pornire (cu revenire) b1; butonul de oprire

(cu revenire) b2 i motorul asincron trifazat M. Funcionarea schemei figura 9 - cnd motorul nu este conectat, butonul b1 n-a fost nc apsat, lampa L1 este alimentat ntre o faz (R) i nulul (O) prin

contactul normal nchis 13-14 i semnalizeaz aceast poziie. Pentru conectarea motorului la reea se apas butonul de pornire b1, iar

bobina BC a contactorului va fi alimentat ntre faza R i nulul O - prin contactele butoanelor b2, b1. i prin contactele normal nchise 7-8 i 9-10 ale celor dou blocuri de protecie. Are loc atragerea armturii electromagnetului contactorului, ceea ce va

conduce la alimentarea motorului asincron M prin contactele principale 1-2, 3-4 i 5-6 ale contactorului. Prin nchiderea contactului normal deschis 11-12, revenirea

butonului de pornire b1 nu va conduce la ntreruperea alimentrii bobinei electromagnetului. n acelai timp, prin schimbarea poziiei contactelor normal nchis 13-14 i normal deschis 15-16 se ntrerupe alimentarea lmpii L1 i simultan

se conecteaz lampa L2 care va semnaliza funcionarea motorului. Pentru ntreruperea alimentrii motorului se apas butonul b2. Prin aceast

manevr se ntrerupe alimentarea bobinei electromagnetului i armtura cu toate contactele contactorului vor reveni n poziia iniial. n cazul unei suprasarcini, n funcie de mrimea supracurentului, poate

aciona temporizat protecia termic e1, deschiznd contactul normal nchis 7-8 sau poate aciona instantaneu protecia electromagnetic e2, prin deschiderea contactului

normal nchis 9-10, ntrerupnd alimentarea bobinei contactorului, ceea ce va conduce la deconectarea motorului de la reea. n caz de scurtcircuit, ntr-un timp foarte scurt, vor aciona siguranele

fuzibile (f1, f2, f3), montate n amonte de contactele principale, ntrerupnd astfel alimentarea motorului.

151

Protecia mpotriva scderii tensiunii la borne este asigurat intrinsec, chiar de bobina contactorului. Electromagnetul acestuia va dezvolta o for activ de

atracie mai mic dect fora rezistent, atunci cnd tensiunea de alimentare scade. Dac U= 0,8UN armtura electromagnetului cade, contactele principale ale contactorului se deschid, iar motorul va fi deconectat de la reea.

S-au reprezentat separat circuitul de for i separat circuitul de comand, circuitul de automeninere i circuitele de semnalizare. Citirea funcionrii schemei

din figura 9 se face n mod identic cu a schemei din figura 8.

Dezvoltarea unor componente semiconductoare pentru cureni inteni, cum sunt dioda, tiristorul sau triacul au creat posibilitatea introducerii lor n tehnica comutaiei ca nlocuitoare pentru contactoarele electromagnetice.

Structura circuitului electroenergetic al contactoarelor statice de curent continuu i curent alternativ este asemntoare cu a variatoarelor, diferind doar

dispozitivul de comand. Contactoarele statice pot intrerupe i conecta sarcini la comenzi individuale sau periodice. ntruct contactoarele statice pot fi privite ca variatoare cu funcionare n regim nchis-deschis, funcionarea lor poate fi dedus

din cunoaterea variatoarelor statice.

Fig.9. Schema funcional a schemei complete

152

L

R

1T

2T

Pentru analiza fenomenelor ce au loc in cazul comutaiei statice

considerm un contactor static de curent alternativ monofazat cu tiristoare ideale, legate n antiparalel figura 10; tensiunea de alimentare sinusoidal;

parametrii sarcinii R, L constani. Pentru ca circuitul consumatorului (R, L) s fie parcurs de curent se dau celor dou tiristoare comenzi la fiecare semiperioad, n mod alternativ. La ntreruperea comenzilor se ntrerupe curentul din circuit. Dac

se ia ca origine momentul trecerii prin zero spre valori pozitive a tensiunii de alimentare, ecuaia diferenial a circuitului din figura 10 este:

tUiRdt

diL sin2 (11.1)

Soluia acestei ecuaii este suma dintre termenul corespunztor

regimului permanent i cel corespunztor regimului tranzitoriu.

tp iii

(11.2)

unde:

)sin()(

222

tLR

Uip

n care: R

Ltg (11.3)

iar soluia pentru it se deduce din ip cu luarea n considerare a condiiilor iniiale. Astfel, dac comanda tiristorului T1 se face la momentul t , din cauza inductivitii circuitului n primul moment curentul total este zero, deci:

Fig.10. Contactor de curent

alternativ monofazat

153

)sin()(

222)(

teLR

Ueii t

t

t

t

pt

(11.4)

relaie n care:

R

LT (11.5)

Soluia general are, deci, forma:

)sin()sin()(

2 )(

22

tL

R

t etLR

Ui (11.6)

Din relaia (11.6) se observ c n cazul particular = termenul

tranzitoriu din soluia general dispare, deci, n circuit se stabilete de la nceput regimul permanent. n cazul n care situaia este invers. Se mai constat c la un circuit puternic inductiv, 2/ i 0 , primul maxim al curentului are

valoarea dubl fa de valoarea maxim din regimul permanent i are loc pentru

2t .

Contactoarele de curent alternativ cu dou tiristoare n antiparalel figura 10, au o structur simpl, dar prezint urmtoarele dezavantaje: necesit dou dispozitive de comand izolate galvanic ntre ele; n cazul apariiei unei

supratensiuni dinspre reea sau din cauza sarcinii, exist pericolul distrugerii tiristoarelor. ntr- adevr, la apariia unei supratensiuni, dac tiristorul care este

polarizat direct nu amorseaz ca urmare a depirii tensiunii de basculare de

nul, sau prin efect , cellalt tiristor se poate strpunge.

De aceea, n figura 11 se prezint schema unui contactor static de curent continuu cu punte redresoare semicomandat, la care catozii tiristoarelor sunt

legai direct, iar fiecare tiristor are montat n antiparalel cte o diod. Prezena diodelor n antiparalel nu permite apariia unor tensiuni inverse pe tiristoare i,

deci, asigur protecia la supratensiuni. Un alt avantaj al schemei este acela c

154

permite utilizarea unui singur dispozitiv de comand, deoarece tiristoarele au catodul comun.

U

CU

SZ

1R

2R

1D

2D

1T

2T

R L T

1D

2D

3D

4D

U

Schema unui contactor static cu un singur tiristor montat n braul unei

puni cu diode este prezentat in figura 12. n acest caz, cu preul a 4 diode, se

face economie de un tiristor. Tiristorul trebuie s conduc n ambele alternane ale curentului alternativ, de aceea comanda lui trebuie s fie permanent sau

sincron la nceputul fiecrei semiperioade. La aceast schem, solicitarea termic a tiristorului T este chiar mai mare dect dubl fa de schemele anterioare. Un dezavantaj al schemei este acela c, la funionarea contactorului

cu sarcin rezistiv - inductiv, n momentul ieirii din conducie a tiristorului, pe el apare brusc tensiunea sursei, ceea ce poate duce la pierderea controlu1ui

asupra comenzii tiristorului, acesta rmnnd n conducie tot timpul. Contactoarele statice de curent alternativ se pot realiza i cu ajutorul unui

triac figura 13. Triacul este un element semiconductor care ndeplinete funcia a

dou tiristoare n antiparalel. Grupul R, C realizeaz o reducere a vitezei de

Fig. 11. Contactor static de curent alternativ cu punte de comand

cu redresare semicomandat

Fig. 12. Schema unui contactor de curent alternativ cu un

singur tiristor

155

cretere a tensiunii pe triac, fiind indispensabil n cazul sarcinilor puternic inductive.

SZ

UR

C

T

Din punctul de vedere al cderii de tensiune pe tiristor, cea mai mare cdere

de tensiune o are schema din figura 12. Structura dispozitivelor de comand ale contactoarelor de curent alternativ depinde de natura ventilelor (tiristoare, triacuri)

i de regimul de funcionare. n cazul consumatorilor trifazai se pot folosi pe fiecare faz contactoare

statice monofazate sau contactoare statice cu o structur proprie. Astfel, n figura

14, se prezint schema electric a unui contactor trifazat (AEG), destinat conectrii de motoare asincrone cu puteri mici (200 - 650W), cu o frecven de conectare mare (2000-10000 conectri/h) i durata relativ de conectare DA=20-

80%. n aceast schem, elementul semiconductor este triacul. Se mai constat prezena siguranelor fuzibile ca protecie mpotriva scurtcircuitelor, a

inductivitilor L pentru reducerea pantei di/dt a curentului de scurtcircuit i a filtrelor R, C ca protecie mpotriva supratensiunilor. Acionarea este comandat de un releu reed (Rr) trifazat excitat la 24 V curent continuu, iar semnalizarea

nchiderii se face prin LED.

M3

R S T

L L L

R

C

A B C

1Tri

2Tri

3Tri

rR

Fig.13. Schema unui contactor de curent alternativ cu

triac

Fig.14. Schema unui contactor trifazat, utiliznd triacuri

156

Pentru cureni inteni se utilizeaz contactoare hibride figura 15- compuse din elementele semiconductoare pentru preluarea regimului tranzitoriu

la nchidere i un contactor electromagnetic pentru poziia nchis (regim permanent).

M3

A B C

R S T

1T 2

T3

T

1D

2D

3Da

b1

2

3

4

5

6

13

14

O T

CT

a

b

Aa cum rezult din figur, pe fiecare faz se afl un tiristor i o diod n antiparalel, ca la contactoarele monofazate de curent alternativ i n plus contactul normal deschis al unui contactor electromagnetic C. Impulsul de comand necesar

intrrii n conducie a tiristoarelor T1 , T2 , T3 , se obine de la punile redresoare montate n trei nfurri secundare ale transformatorului T. Pentru a realiza

poziia nchis (acionarea motorului M), se apas pe butonul de pornire 1, se alimenteaz astfel primarul transformatorului T, iar tiristoarele primesc comenzile de conducie de la cele 8 nfurri secundare ale transformatorului, prin

intermediul punilor de redresare. n acest fel, motorul electric este alimentat iar la bornele B, C se obine tensiunea necesar excitrii contactorului electromagnetic

C. Acesta i nchide contactele principale 21c , 43c i 65c , prin care se

scurtcircuiteaz tiristoarele i prin nchiderea lui 1413c realizeaz automeninerea

alimentrii contactorului, dup revenirea butonului de pornire I. Pentru realizarea poziiei deschis (oprirea motorului), se apas pe butonul de oprire O, oprindu-se

alimentarea bobinei contactorului, care i deschide contactele principale 21c , 43c i

65c . Cum contactul de automeninere 1413c este prevzut cu o temporizare la

deschidere, pentru scurt timp alimentarea motorului se face prin tiristoare i diode, pn cnd tensiunea de comand a tiristoarelor este anulat, moment n care

Fig.15. Schema unui contactor trifazat hibrid

157

motorul M rmne nealimentat. Cum alimentarea i ntreruperea funcionrii acestui contactor hibrid se realizeaz prin intermediul tiristoarelor, el funcioneaz

fr arc electric, nefiind prevzut cu camere de stingere.

11.2. Test de evaluare

1. Contactoarele se folosesc n instalaii pentru: a. conectarea motoarelor electrice de curent alternativ. b. comutaii n reelele de for i iluminat n curent alternativ.

c. realizarea de semnalizri optice i acustice. R: a,b

2.La schema electric de conectare a unui contactor trifazat, echipat cu electromagnet de curent alternativ: a. toate contactele contactorului sunt grupate pe acelai ax

b.toate contactele contactorului nu sunt grupate pe acelai ax c. se alimenteaz contactele principale i cel de automeninere

R: a,c 3.Contactoarele de curent alternativ cu dou tiristoare n antiparalel prezint urmtoarele avantaje:

a.necesit dou dispositive de comand isolate galvanic ntre ele b.n cazul apariiei unei supratensiuni exist pericolul distrugerii tiristoarelor

c.au o structur simpl R: c

11.3. Lucrare de verificare

1. Care sunt elementele componente ale unui contactor electromagnetic cu dubl ntrerupere? 2. Explicai comanda contactoarelor trifazate cu electromagnet de curent

alternativ. 3. Avantajele i dezavantajele folosirii contactorului de curent alternativ cu un

tiristor.

Unitatea de nvare 12

158

Cuprins

RELEE ELECTRICE. CLASIFICARE. PARAMETRI. UTILIZAREA

ACESTORA N SCHEMELE DE COMAND A INSTALAIILOR ELECTRICE.

12.1. Obiective

12.2. Test de autoevaluare.......................................................................... 12.3. Lucrare de verificare....................................................................

12.1. Obiective : - s descrie elementele constructive ale releelor electrice

- s explice principiul de funcionare al releelor electrice - s citeasc schemele pentru diferite tipuri de instalaii cu aparate i

echipamente electrice;

- s depisteze posibilele defeciuni ce intervin n exploatarea aparatelor i echipamentelor electrice i modul de remediere al acestora;

RELEE ELECTRICE. CLASIFICARE. PARAMETRI.

UTILIZAREA ACESTORA N SCHEMELE DE COMAND A INSTALAIILOR ELECTRICE.

Generaliti. Clasificri. Caracteristici.

Rolul releelor este de a proteja instalaiile electrice impotriva funcionrii n regimuri anormale, prin transmiterea unor semna le electrice ce determin izolarea locului defect prin intermediul aparatajului de comutaie.

Un releu se compune din trei elemente funcionale distincte: elementul sensibil ;

elementul comparator ; elementul executor .

Releul are un singur semnal de intrare (x) i un numr nelemitat de semnale

de iesire (y1 yn). Elementul sensibil S primeste semnalul de intrare x i l transform ntr-o mrime fizic necesar funcionrii releului. De exemplu, la un

releu electromagnetic, acest rol este ndeplinit de un electromagnet ce transform tensiunea sau curentul ntr-o for sau un cuplu ce permite funcionarea releului. Elementul comparator C compar mrimea transformat de elementul sensibil cu

o mrime de referin i la o anumit valoare a mrimii transformate, trimite aciunea asupra elementului executor. La releele electromagnetice, rolul

159

elementului comparator l ndeplinete resortul antagonist. Elementul executor E, constituit din contactele releului n urma comenzii primite, acioneaz asupra

semnalelor de ieire y1 yn., figura 1.

Releele electrice sunt deci aparate automate, care sub aciunea

parametrului electric de intrare produc variaia brusc a parametrilor de ieire, la o

anumit valoare a parametrului de intrare. Ele funcioneaz pe baza ciclului da-nu (deschis - nchis), fcnd parte din categoria aparatelor cu comenzi discontinue.

Releele de protecie trebuie s ndeplineasc patru condiii fundamentale: selectivitate, rapiditate, sensibilitate i siguran. Aciunea releelor de protecie este selectiv, dac acestea comand deconectarea numai a prii defecte din

sistem prin contactoarele respective, celelalte pri ale sistemului rmnnd mai departe n funciune. Condiia de rapiditate este necesar, deoarece deconectarea

rapid a elementelor defecte din reea prezint o serie de avantaje ca: - mrete stabilitatea funcionrii n paralel a generatoarelor sincrone; - reduce timpul de alimentare cu tensiune sczut a consumatorilor;

- micoreaz distrugerile elementelor defecte; - permite folosirea reanclanrii automate rapide a liniilor aeriene.

Cele dou condiii de selectivitate i rapiditate nu se pot satisface ntotdeauna simultan. Releele de protecie trebuie s fie suficient de sensibile att la defecte ct i la regimurile anormale de funcionare, ce pot aprea n elementele

protejate ale sistemelor electrice. Releele folosite n protecii se pot clasifica dup mai multe criterii:

a) Dup principiul de funcionare al mecanismului motor deosebim relee: - termice; - electromagnetice;

- de inducie; - magnetoelectrice;

- electrodinamice;

1y

2y

ny

S C Ex y

Fig.1. Schema bloc a unui releu

160

- electronice. b) Dup mrimea fizic la care acioneaz deosebim relee:

- de curent; - de tensiune; - de putere;

- de impedan; - de frecven;

- de timp; -de temperatur.

c) Dup felul n care este realizat aciunea fa de o anumit valoare a mrimii de

intrare, releele se clasific n: - maximale, care acioneaz dac mrimea protejat depete o anumit

valoare; - minimale, care acioneaz cnd mrimea protejat scade sub o anumit

valoare;

- direcionale, care acioneaz dac se schimb sensul mrimii protejate (de exemplu sensul de circulaie a puterii).

d) Dup modul n care acioneaz asupra aparatelor de comutaie se deosebesc: - directe, la care elementul de protecie acioneaz direct asupra aparatului

de comutaie;

- indirecte, la care aciunea se transmite prin intermediul unor contacte din circuitul electric auxiliar al aparatului de comutaie.

e) Dup modul de conectare n circuit se deosebesc relee: - primare, a cror nfurare este parcurs de mrimea din circuitul de

protejat;

- secundare, a cror nfurare este alimentat din secundarul unui transformator de msur, prin al crui primar trece mrimea din circuitul de

protejat. Caracteristica de baz a releelor o constituie caracteristica intrare - ieire, y

= f(x), care reprezint legtura cu caracter discontinuu dintre mrimea de intrare x

i mrimea de ieire y figura 2. Aa cum se vede din figur, dac mrimea de intrare crete n intervalul de la 0 la 1, mrimea de ieire rmne nul. n

momentul n care mrimea de intrare atinge valoarea xa, mrimea de ieire variaz brusc la valoarea ymax (poriunea 1-2). Mrimea xa poart denumirea de parametrul de acionare i reprezint valoarea mrimii de intrare la care sistemul

mobil se pune n micare i acioneaz contactele. Dac x crete (poriunea 2-3), mrimea de ieire rmne constant. n procesul de micorare a mrimii de intrare

pn la xr (poriunea 3-4) mrimea y rmne constant i numai la x= xr variaz brusc pn la valoarea zero (poriunea 4-5). Mrimea xr poart denumirea de parametrul de revenire i reprezint mrimea de intrare la care sistemul mobil

ncepe s se deplaseze n sens contrar celui de acionare, spre poziia de repaus. Raportul:

161

kr=a

r

x

x

se numete factor de revenire, subunitar pentru releele maximale i supraunitar la releele minimale. Cu ct kr este mai apropiat de unitate, cu att releul este mai

sensibil. Eroarea de reglaj se calculeaz:

r= [%]100

R

Ra

x

xx

Dac se noteaz cu Pa puterea de acionare, care este puterea absorbit de releu pentru a funciona i cu Pc puterea comandat, adic puterea din circuitul de

ieire, atunci se definete factorul de comand:

a

cc

P

Pk

care este supraunitar i trebuie s fie ct mai mare.

Poziia normal a contactelor este acea poziie pe care o ocup contactele cnd releul nu este conectat n circuit i poate fi normal deschis sau normal nchis.

ymax 4 2 3

y=f(x)

5 1xr xa0

x

y

O caracteristic important a releelor o reprezint caracteristica temporal

sau de funcionare, care ne d dependena dintre durata de acionare i valoarea parametrului de intrare. Figura.3:

Fig.2. Caracteristica intrare - ieire a releului

162

a)

a) relee cu caracteristic dependent, la care timpul de acionare scade pe

msura creterii curentului din nfurarea releului (cazul releelor termice i de inducie);

b)

b) relee cu caracteristic independent, la care timpul de acionare nu

depinde de valoarea curentului (cazul releelor electromagnetice);

c)

c) relee cu caracteristic semidependent, la care timpul de acionare este

n funcie de curent numai pn la o anumit valoare a curentului I1, de la care n sus timpul devine constant;

Fig. 3. Caracteristicile temporale ale releelor de curent

163

IIk

d)

d) relee cu caracteristic limitat dependent sau mixt, la care timpul de acionare este funcie de curent, ns la o anumit valoare mare a curentului Ik

(curent de scurtcircuit) timpul de acionare devine foarte mic, aproape zero (cazul releelor RTpC sau combinaii de relee termice i electromagnetice).

n funcie de valoarea timpului de acionare ta, definit ca timpul din momentul apariiei semnalului de intrare care acioneaz asupra elementului sensibil al releului i pn n momentul acionrii releului, releele se clasific n:

- fr inerie (ultrarapide) - ta < 10 ms; - rapide, cnd ta

164

de dilatare mai mare reprezint componenta activ. Aliajele din fier-nichel, cu proprietile lor specifice, stau la baza realizrii termobimetalelor. Aliajul Fe-Ni

cu 36 % Ni, avnd coeficientul de dilatare minim, se folosete n calitate de component pasiv, iar aliajele cuprului cu zinc, staniu sau nichel, care au coeficieni de dilatare mari se folosesc drept componente active.

Lamela bimetalic are proprietatea de a-i schimba forma n mod automat, n funcie de valoarea temperaturii atinse. Parametrul de intrare este temperatura,

iar parametrul de ieire curbarea lamelei. Bimetalul are avantajul c sgeata care se obine la captul liber al lamelei este cu mult mai mare dect cea obinut prin simpla dilatare termic. La nivelul bimetalului se obine cea mai simpl

transformare de energie termic n energie mecanic. Termobimetalele, avnd proprietatea transformrii unei variaii de

temperatur ntr-o micare, datorit deformrii, au o larg utilizare la realizarea releelor de protecie. De asemenea, bazat pe proprietatea de elasticitate a termobimetalelor, prin aplicarea unei fore de sens contrar deformrii, se pot

obine tensiuni interne, proporionale cu variaiile de temperatur. Din punct de vedere tehnic, se pot utiliza urmtoarele funcii ale

termobimetalelor, figura 4: - efectul de deformare (curbare); - efectul de for datorit tensiunilor interne;

- efectul combinat de deformare i for; - efectul de temporizare la transmiterea unor comenzi;

- efectul de compensare a temperaturii mediului ambiant.

Fig.4. Relee termobimetalice cu nclzire direct, utiliznd efectul de

deformare Dup modul de nclzire a elementului sensibil bimetalic se deosebesc

mecanisme bimetalice cu nclzire direct, indirect sau combinat. La nclzirea direct, lamela se nclzete prin efect electrocaloric datorit trecerii curentului

electric prin ea nsi, efectul de deformare a termobime talelor ncastrate la un capt este cel mai frecvent folosit. Se poate utiliza concomitent sau succesiv

165

efectul de deformare i efectul de for astfel nct lamela bimetalic ncastrat se deplaseaz nti liber, propor ional cu temperatura, apoi acioneaz cu o for provocnd deschiderea unui contact din circuitul electric al bobinei contactoralui.

n cazul folosirii ncalzirii indirecte, bimetalul este nclzit prin intermediul unui rezistor bobinat pe lamel sau sub forma unei plcue de mare

rezistivitate. n cazul nclzirii combinate, lamela este nclzit pe cale direct i indirect prin rezistor, curentul parcurgnd lamela termobimetalic i rezistorul,

legate n serie. Cnd curentul din circuitul de sarcin este prea mare, bimetalul se leag n circuit prin intermediul unui transformator de curent.

Pentru a obine o temporizare a unei acionri se poate folosi efectul de

deformare al bimetalului, obinndu-se temporizri de la cteva secunde la cteva minute,figura 4..

Caracteristica de protecie a releului termobimetalic exprim dependena dintre timpul de acionare a releului i valoarea curentului care parcurge bimetalul. Este o caracteristic de protecie dependent figura 5 - constatndu-

se c, odat cu creterea curentului ce parcurge bimetalul timpul de acionare al releului scade.

12

3

10 10 xIr

t

Curba 2 reprezint caracteristica de protecie a bimetalului n stare rece,

curba 3 caracteristica de protecie a bimetalului prenclzit, iar curba 1 caracteristica termic a obiectului de protejat, unde reprezentarea timpului este fcut la scar logaritmic. O protecie bun se realizeaz atunci cnd caracteristicile 2 i 3

se afl sub caracteristica 1, pentru toat gama curenilor posibili. Datorit alurii dependente a caracteristicii, releele termobimetalice sunt indicate pentru protecia

motoarelor electrice (deoarece supracurenii de scurt durat, la pornirea

Fig.5. Caracteristicile de protecie a releelor

termobimetalice

166

motoarelor, nu sunt suficieni ca prin nclzirea termobimetalului s produc declanarea motorului de la reea). La supracurenii de durat (la rmnerea n dou

faze) se obine o declanare dup un anumit timp, n funcie de valoarea curentului. Caracteristica de protecie poate fi obinut prin calcul sau se poate determina experimental pentru releele construite.

Reprezentarea releelor termobimetalice n schemele electrice se face folosind modalitaile prezentate n figura 6. n toate cazurile se constat existena a dou

circuite: unul de sarcin, parcurs de curentul de protejat (bornele 1 -2) i un circuit de comand (circuitul bobinei de comand a contactorului n care este amplasat contactul releului), ce poate fi normal nchis (contactul 11-12 din

figura.6. a) i c) sau normal deschis -contactul 13 -14 din figura.6 b) i d).

1

2

11

12

)a

1e

1

2

2e13

14

)b

1 2

11 12

1e

)c1 2

13 14

)d

2e

Pentru protecia motoarelor asincrone trifazate, releele termobimetalice sunt grupate n blocuri de relee. n afara lamelelor termobimetalice, aceste blocuri cuprind un mecanism format dintr-o prghie, un bimetal de compensare, o pies

care mpinge o lamel elastic i care basculeaz contactul mobil dintr-o poziie n alta.

n cazul supracurenilor de scurt durat (pornirea motorului) sau a funcionrii ndelungate la curentul nominal, lamelele de bimetal se ncovoaie, dar nu suficient pentru a aciona contactul. Pentru a face blocul de relee termobimetalice

insensibil la modificrile temperaturii ambiente, acesta se echipeaz cu dispozitive de compensare termic, prin utilizarea unui bimetal de compensare. La creterea

temperaturii mediului ambiant, bimetalul de compensare, care este un bimetal

Fig.6. Modul de reprezentare n schemele electrice

167

pasiv (neparcurs de curent), deplaseaz spre stnga o prghie cu o distan mic i deoarece i bimetalele principale se ncovoaie cu aceeai distan n acelai sens,

cursa ce urmeaz a o strbate bimetalele principale n cazul unui curent de suprasarcin rmne constant. Menionm c dup acionarea blocului de relee de protecie, oprirea motorului i rcirea lamelelor bimetalice, releul trebuie rearmat

prin intermediul unui buton,care readuce contactul mobil n poziia iniial. Reprezentarea n schemele electrice a blocului de relee termobimetalice este

artat n figura 7. Bornele 1,3,5 se leag la ieirea d in contactele principale ale contactorului; bornele 2, 4, 6 se leag la intrarea n motor; contactul 11-12 normal nchis se nseriaz cu circuitul de comand al contactorului. Dac curentul din

circuitul de protejat depete valoarea reglat, se deschide contactul 11-12 ntrerupndu-se alimentarea bobinei contactorului i astfel se declaneaz motorul

de la reea.

1

2

11

12

1e

3

4

5

6

b) Relee electromagnetice au ca element sensibil un electromagnet, ca

element comparator un resort antagonist i element executor unul sau dou contacte (normal deschise i normal nchise). Cnd parametrul de intrare depete valoarea reglat, se nvinge tensiunea resortului antagonist i are loc acionarea instantanee

a contactelor. Releele electromagnetice pot fi neutre, cnd aciunea mecanismului

electromagnetic este independent de sensul solenaiei bobinei, respectiv polarizate, cnd aciunea depinde de sensul solenaiei.

Relee electromagnetice maximale de curent (RC)- sunt relee cu aciune

instantanee, destinate pentru protecia instala iilor electrice mpotriva suprasarcinilor sau scurtcircuitelor. Prile componente ale unui releu maximal de

curent (RC) sunt prezentate n figura 8. Armtura mobil 3 are forma literei Z i

Fig. 7. Reprezentarea n scheme

electrice

168

se execut din tabl de oel pentru a micora timpul de acionare. Ea se satureaz repede la valori mici ale curentului din nfurare, astfel c factorul de revenire al

releului crete i implicit, sensibilitatea releului. Curentul de supravegheat parcurge nfurrile 2, ce pot fi legate n serie sau paralel, aflate pe miezul feromagnetic al electromagnetului 1.

Dac curentul depete valoarea reglat, fixat pe scara de reglaj 8,

armtura 3 se rotete rapid, nvingnd tensiunea resortului antagonist 4 i nchide contactele mobile 5 peste cele fixe 6, lansndu-se un semnal n circuitul

comandat. Reglarea curentului de acionare se face prin prghia 7, schimbndu-se tensionarea resortului antagonist. Prin legarea n serie sau n paralel a nfurrilor 2 se poate dubla domeniul de reglaj. Timpul de acionare al acestor relee (tp) este

de cteva sutimi de secund ( 0,05s) i nu poate fi reglat. Caracteristica de protecie (timp-curent) a releului este o caracteristic independent. Dac valoarea

curentului la care releul acioneaz este Ia i valoarea curentului la care releul revine este Ir, atunci factorul de revenire al acestor relee kr =Ir/Ia 0,85 . Cu ct factorul de revenire este mai apropiat de unitate, cu att releul este mai sensibil.

n schemele electrice, releele electromagnetice maximale de curent pot fi reprezentate ca n figura 9. n schemele din figura 9. a i c se prezint un releu

avnd contactul din circuitul de ieire normal nchis (folosit n cazul acionrii contactoarelor) iar n figura 9. b i d un releu avnd contactul din circuitul de ieire normal deschis (folosit n cazul acionrii ntreruptoarelor).

pt

aI I

t

0

I 2I

serie paralel

Fig. 8. Releu electromagnetic

maximal de curent

169

2

11

12

)a

1e

1

2

1

2e13

14

)b

1 2

11 12

1e

)c

I

1 2

I

13 14

2e

)d

Relee electromagnetice de tensiune (RT)- pot funciona ca relee maximale

de tensiune (RT-1) sau ca relee -minimale de tensiune (RT-2) i au aceeai form constructiv ca i releele de curent RC, cu deosebirea c nfurarea lor este

format dintr-un numr mare de spire subiri i se leag n paralel cu instalaia de protejat.

Releele maximale de tensiune acioneaz prin atragerea armturii mobile

dac tensiunea depete valoarea reglat, pe cnd releele minimale de tensiune acioneaz prin eliberarea armturii mobile dac tensiunea scade sub valoarea

reglat sau la dispariia tensiunii. Releele maximale de tensiune au contactul normal deschis - figura.10. a, iar cele minimale au contactul normal nchis -figura.10. b. Factorul de revenire kr = Ur/Ua este subunitar la releele maximale

(kr 0,85) i supraunitar (kr 1,15) la cele minimale de tensiune. De asemenea, se utilizeaz numeroase scheme de automatizri din sistemul energetic.

Fig. 9. Reprezentarea n schemele electrice

170

1 2

13 14

1e

)a

U

1 2

U

11 12

)b

Releele electromagnetice intermediare (RI)- se utilizeaz n calitate de

relee auxiliare cnd n circuitul de ieire este nevoie de un numr mai mare de contacte cu capacitate de rupere mrit. Se utilizeaz n instalaiile de automatizare, comand i semnalizare, ca elemente amplificatoare cu funcionare

discontinu i sunt excitate de relee de curent sau de relee de tensiune. n circuitul de ieire au mai multe contacte normal deschise i normal nchise. Se pot realiza,

d in punct de vedere constructiv: - cu armtura basculant sau cu mi care de translaie pe vertical; - cu aciune instantanee sau temporizat.

n figura 11 este prezentat schia unui releu intermediar cu micare de translaie, avnd un contact normal deschis (13-14) i unul normal nchis (11-12).

La primirea unui semnal la bornele 1-2, releul acioneaz instantaneu ( 0,04 s) provocnd nchiderea contactului normal deschis i deschiderea celui normal nchis.

1

2

11

13

12

14

Fig.10. Reprezentarea n schemele

electrice

Fig.11. Releu intermediar cu micare de

translaie

171

Figura12.a prezint reprezentarea n schemele electrice a releelor

intermediare, iar n figura 12. b, modul de acionare al releului electromagnetic intermediar (e2) excitat de un releu maximal de curent (e1). Se constat c dac se depete valoarea reglat a curentului, releul acioneaz i transmite semnalul din

circuitul su de ieire la intrarea releului intermediar e2, care acioneaz modificndu-i poziia contactelor din circuitele sale de ieire.

1 2

11 12

1e

13 14

I1e

1 2

2e

Releele electromagnetice de semnalizare - realizeaz semnalizri optice i

acustice la apariia, dispariia curentului sau tensiunii. Semnalizarea optic se face printr-o clapet i cea acustic prin nchiderea unui contact ntr-un circuit de

alarm. Dac clapeta este czut atunci protecia a acionat. Readucerea clapetei n poziia iniial se face manual.

Releele electromagnetice polarizate se caracterizeaz prin existena a dou

fluxuri: unul de lucru, produs de o nfurare parcurs de curent i unul de polarizare, produs de un magnet permanent. Releul are n compunere figura13:

a) circuitul feromagnetic 1; b) doi magnei permaneni 2; c) armtura mobil basculant 3;

d) nfurarea 4. Dac nfurarea 4 nu este parcurs de curent i armtura mobil 3 se afl n

poziia indicat n figura 13.a, fluxurile determinate de cei doi magnei permaneni se nchid pe cile indicate n figur.

Magnetul permanent din stnga determin fluxul principal 1, care se

nchide prin circuitul feromagnetic 1, armtura mobil 2, conform liniei continue

i fluxul de dispersie '1, ce se nchide conform liniei punctate. Magnetul

permanent din dreapta determin la rndul su fluxul principal 2, ce parcurge

miezul feromagnetic i armtura mobil conform liniei continue i fluxul de

dispersie '2, ce se nchide conform liniei punctate.

Fig.12. Reprezentarea n schemele electrice

172

`

1

`

1 1

1 2

2

`

2

`

21

2

3 4

NN

S S 2U

C

iiL

R

21

1T 2T

i

U i

U

t

)a )b )c

Contactul releului legat de axul armturii mobile se afl n una din cele dou poziii posibile (deschis sau nchis). Pentru modificarea poziiei contactului, deci pentru a trece armtura mobil n cealalt poziie de echilibru, se transmite

un impuls de scurt durat prin bobina de excitaie 4, care s determine un flux

magnetic de sens contrar cu fluxurile 1 i

2 prin armtura mobil. Acest

flux anuleaz fluxurile 1 i '

1, respectiv

2 i '

2 n zonele de ntrefier minim

ale armturii mobile i are acelai sens cu fluxurile '1, respectiv '

2 n zonele de

ntrefier maxim ale armturii mobile, determinnd bascularea armturii n cealalt

poziie. Pentru a trece din nou n prima poziie trebuie schimbat sensul curentului n bobina de excitaie. Acest lucru poate fi realizat cu un consum minim de energie.

c) Releele de inducie funcioneaz pe baza principiului aciunii reciproce dintre fluxurile magnetice variabile n timp i curenii indui de acestea n

elementul mobil al releului. Pentru crearea cuplului de rotaie, sistemul de inducie trebuie s aib cel puin dou fluxuri magnetice, decalate n spaiu i timp. n acest caz, curenii indui de aceste fluxuri n elementul mobil al releului

creeaz cupluri de rotaie prin interaciunea cu fluxurile magnetice. Releele de inducie se utilizeaz ca:

-relee de curent, cu caracteristic de temporizare dependent; -relee direcionale, care acioneaz atunci cnd sensul de circulaie al

puterii prin releu nu este corespunztor sensului ales;

-relee de impedan, care msoar distana (impedana) pn la locul defect i comand acionarea dac aceast impedan este sub o valoare reglat.

Releele de inducie se realizeaz n dou variante: cu element mobil n form de disc i cu element mobil n form de rotor cilindric. Pentru realizarea celor dou fluxuri defazate n spaiu i timp, releele de inducie se construiesc fie

cu spir n scurtcircuit, fie cu circuit magnetic complex. Relee de inducie cu spir n scurtcircuit i element mobil n form de disc - ca

relee de curent, au o caracteristic temporal dependent figura 14.a- i se

Fig.13. Releul electromagnetic polarizat

173

reprezint n schemele electrice similar celorlalte relee de curent figura 14.b- . Constructiv, un asemenea releu este prezentat n figura 15.

t

h In0

I>

13 14

I

3

6

c

1

2

1

5

84

2

7

Circuitul magnetic al releului este format din electromagnetul 1, avnd o

nfurare parcurs de curentul din circuitul de protejat i n ntrefierul cruia

este plasat discul 2, care se poate roti solidar cu axul 7. Polii electromagnetului

Fig. 14. Caracteristica temporal a releului de inducie

Fig.15. Releu de inducie cu spir n scurtcircuit

174

sunt parial ecranai cu spirele n scurtcircuit 3. Fluxul total0 produs de curentul

ce parcurge nfurarea releului se mparte n fluxurile 1 (care strbate

poriunea ecranat a polului) i 2 (care strbate poriunea neecranat). Aceste

fluxuri induc n disc tensiunile electromotoare Ue1, respectiv Ue2, care foreaz apariia n disc a curenilor I1 respectiv I2 figura 15). Din interaciunea fluxului

1 cu curentul I2 datorat tensiunii electromotoare Ue2 indus de fluxul 2 i a fluxului

2 cu curentul I1 datorat tensiunii electromotoare Ue1, iau natere cuplurile de

rotaie Mrot1 respectiv Mrot2, a cror rezultant este cuplul motor Mm care acioneaz asupra discului mobil 2. Cnd curentul din bobina releului este mai mare dect curentul de acionare, cuplul motor nvinge tensiunea resortului

antagonist 6 i discul ncepe s se roteasc. n timpul micrii, discul taie liniile de cmp magnetic ale magnetului permanent 4, producndu-se un cuplu rezistent

(de frnare) care frneaz rotaia d iscului, stabiliznd-o la o vitez practic constant. Dup parcurgerea cursei, puntea mobil de contact 8 nchide circuitul format din contactele fixe 5, provocnd acionarea releului. Cu ct curentul care

parcurge nfurarea releului este mai mare, timpul necesar pentru parcurgerea cursei i implicit pentru acionarea releului este mai mic, de unde rezult

caracteristica temporal dependent prezentat n figura14.a). Reglarea curentului de acionare al acestor relee se realizeaz prin

modificarea numrului de spire ale bobinei, iar reglarea timpului de acionare prin

schimbarea poziiei contactelor fixe fa de contactul mobil. La releele de inducie cu rotor cilindric, cele dou fluxuri defazate n

spaiu i timp se obin prin intermediul a dou nfurri distincte. Din figura 16, pe polii circuitului magnetic 1 este montat nfurarea de curent strbtut de curentul Ir i pe jugurile circuitului magnetic este montat nfurarea de tensiune legat la

tensiunea Ur. Elementul mobil al releului are forma unui tambur cilindric 2 format dintr-un miez feromagnetic, pentru a micora reactana magnetic, ce se opune

fluxurilor i i u , acoperit cu o cma de aluminiu sau cupru 3, n care se induc

tensiunile electromotoare ce foreaz curenii din circuitul rotoric. Puntea mobil de contact 4a este fixat de axul rotorului i n cazul unui cuplu activ n sensul acelor de ceasornic va nchide contactele fixe 4b, provocnd acionarea releului.

n cazul unui cuplu de sens contrar, opritorul 5 mpiedic rotirea rotorului. Contactul releului este un contact normal deschis fiind meninut n aceast poziie de

un resort.

175

UI

rU

U

i

U

rIrI

1

2

3

54a4b

i

Curenii i Iu din nfurrile de curent i tensiune ale releului dau

natere fluxurilor i u decalate n spaiu cu 90o i n timp cu unghiul Cuplul

activ al releului este:

sinuikM (12.1)

Pe poriunea nesaturat se poate considera:

riIk

1 ruUk

2 (12.2)

astfel nct expresia cuplului este:

sinrr IUkM (12.3)

Fig.16. Releu de inducie cu rotor cilindric

176

rUu r

/ 2r

I

r

uI

u

Diagrama fazorial este prezentat n figura 17. Se constat c unghiul

dintre Ur i Ir, determinat de parametrii reelei de protejat, este r, iar unghiul

dintre Ur i Iu , determinat de rezistena i reactana nfurrii de tensiune i care

nu depinde de reea, este u- figura 15. Se introduce notaia:

u2

(12.4)

este unghiul interior al releului, care este o mrime constant i

caracteristic releului. Curenii Ir i Iu foreaz fluxurile i i u , defazate fa de

acetia cu unghiul , unghi ce depinde de reluctana magnetic a circuitului. Din diagram se observ c unghiul dintre cele fluxuri se poate scrie sub forma:

)(22

rrru

(12.5)

relaia cuplului (7.34) se scrie:

)cos()(2

sin rrrrrr IUkIUkM (12.6)

Fig.17. Diagrama fazorial

177

i reprezint expresia cuplului activ al releelor de inducie cu rotor cilindric. Cuplul activ al releului, la valori constante ale mrimilor Ur i Ir, este maxim cnd

0r i poate fi pozitiv sau negativ, dup cum r este pozitiv sau

negativ. La o valoare constant pentru releu a unghiului , rotorul are tendina de

a se roti ntr-un sens sau altul n funcie de unghiul r.

Releele de inducie cu rotor cilindric sunt folosite ca relee direcionale de putere, acionnd cnd se schimb sensul de circulaie a puterii n eleme ntul de reea protejat fa de sensul de circulaie n regim normal de funcionare. Bornele

nfurrilor de curent i tensiune a le releelor direcionale sunt marcate (*), primind convenional o polaritate pentru a putea fi corect conectate n schem,

figura 18. Dup cum se constat, nfurarea de curent a releului direcional 2 este

nseriat cu nfurarea de curent a unui releu maximal de curent 1, nfurarea de

tensiune este legat n paralel cu reeaua U, iar contactele normal deschise ale celor 2 relee sunt legate n serie cu circuitul bobinei releului intermediar 3, care

prin contactul su normal deschis poate transmite un semnal de comand.

1 I 2 3

* *

U

d) Releele de timp determin un semnal n circuitul de ieire dup un

anumit interval de timp din momentul aplicrii sau ntreruperii tensiunii din circuitul lor de intrare. Se deosebesc:

-relee de timp cu temporizare la acionare, care determin un semnal n circuitul de ieire dup un anumit interval de timp reglabil, din momentul aplicrii semnalului de intrare;

-relee de timp cu temporizare la revenire, care determin un semnal n circuitul de ieire dup un anumit interval de timp din momentul

ntreruperii semnalului de intrare.

Fig.18. Conectarea n schemele electrice

178

T

1 2

T

1 2

T

1 2

T

1 2

1e

13 1314 1411 1112 12

2e 3e 4e

1e

1

2

13 1314 14

1 1

2 2

11 1112 121

2 22e 3e

4e

2)a )b )c )d

n figura 19. a) este reprezentat un releu de timp cu temporizare la

acionare, avnd un contact normal deschis (13-14) ce se nchide dup un anumit timp din momentul aplicrii semnalului de intrare la bornele (1-2); n figura 19.b)

este reprezentat un releu de timp cu temporizare la acionare avnd un contact normal nchis (11-12) care se deschide dup un anumit timp din momentul aplicrii semnalului de intrare la bornele (1-2); n figura 19.c) este reprezentat un

releu de timp cu temporizare la revenire, avnd un contact normal deschis (13-14) care se deschide dup un anumit timp din momentul dispariiei semnalului de

intrare (1-2) i n figura 19.d) este reprezentat un releu de timp cu temporizare la revenire avnd un contact normal nchis (11-12) care se nchide dup un anumit interval de timp din momentul dispariiei semnalului de intrare (1-2).

Un releu de timp este deci format din: - circuitul de intrare;

- un ansamblu de temporizare; - circuitul de ieire. Dup principiul de funcionare al ansamblului de temporizare, releele de

timp pot fi: - cu temporizare electromagnetic, cnd se folosete un electromagnet

ce acioneaz un mecanism de ceasornic cu roi dinate; - cu temporizare prin relee de inducie, datorit caracteristicii temporale

dependente a acestor relee;

- cu temporizare electric prin folosirea unor circuite R, C; - cu temporizare electronic, prin utilizarea elementelor

semiconductoare, diode i tranzistoare; - cu temporizare electrotermic, prin utilizarea efectului de deformare n

timp a termobimetalelor;

- cu temporizare realizat prin motoare electrice, ce utilizeaz

Fig.19. Modul de reprezentare al releelor de timp n schemele electrice

179

micromotoare sincron-reactive; - cu temporizare pneumatic.

Aceste relee se folosesc n automatizri i n sistemele electroenergetice navale, unde realizeaz temporizarea necesar unei protecii selective. Sunt excitate de relee de curent sau tensiune i transmit un semnal unui releu

intermediar. Figura 20 prezint un releu de timp 2, excitat de un releu maximal de curent 1 care transmite un semnal pentru acionarea unui releu intermediar 3.

La apariia unui defect, acioneaz releul 1 care excit releul de timp 2, care fiind cu temporizare la acionare i nchide contactul dup un anumit timp reglat, provocnd acionarea releului intermediar 3.

1 I 2 T 3

Elementele componente ale unui astfel de releu sunt n - figura 21.- : 1 -

electromagnetul de acionare; 2-armtura mobil a electromagnetului; 3-resortul antagonist; 4-resort spiral; 5,6-melc, roat melcat; 7-prghie; 8-ax; 9,10-roi dinate; 11 -roat dinat; 12-balansier; 13-clichet; 14- lagre; 15-bra oscilant 16-

contragreuti; 17-cam; 18,19-contacte; 20-prghie; 21 -contact mobil; 22-contact fix reglabil; 23-scal de reglaj; 24-urub de fixare; 25- legtura flexibil.

Fig.20. Conectarea releului de timp n schemele electrice

180

Releele de timp electromagnetice sunt compuse dintr-un electromagnet solenoidal, care armeaz un mecanism de ceasornic i care nchide temporizat un

contact normal deschis. La primirea semnalului de intrare la electromagnetul 1, mecanismul se

pune n micare i i nchide contactele din circuitul de ie ire dup un anumit

timp. Schema simplificat a mecanismului de ceasornic se compune din electromagnetul solenoidal 1, a crui armtur 2 este legat prin prghia 3 cu

sectorul dinat 4 care se poate roti n jurul punctului de articulaie O. Asupra sectorului mai acioneaz resortul spiral antagonist 5. Pornirea sectorului dinat pune n micare roile dinate 7, 6 i 9. Roata 7 tinde s se roteasc n sensul

indicat n figur, ns este oprit deoarece prin dinii si oblici este blocat de clichetul 8 fixat de roata 6 i care nu permite micarea liber dect n sens invers

(la revenirea n poziia iniial). Deplasarea sectorului dinat 4 determin pornirea roii 6, care la rndul ei este angrenat cu roata dinat 9. Aceasta nu permite micarea ntregului angrenaj

dect dup parcurgerea, dinte cu dinte, a danturii sale, datorit sistemului de ancor 10 i a balansierului cu contragreuti 11. Sectorul dinat 4 avanseaz cu o vitez

constant, pn la sfritul cursei, cnd contactul mobil 12 nchide contactele fixe 13. Schema simplificat a mecanismului de ceasornic este prezentat n figura 22

Fig. 21. Releu de timp cu mecanism de ceasornic

181

Temporizarea releului poate fi reglat n limite largi prin modificarea poziiei contactelor fixe i n limite restrnse prin modificarea poziiei contragreutilor 11.

Releele de timp sunt alctuite dintr-un releu de inducie, care acioneaz cu temporizare i un releu electromagnetic, ce acioneaz instantaneu. Cuplul motor

dezvoltat de acest releu de inducie este:

sin21kM (12.7)

unde:

- 1i

2 sunt fluxurile dezvoltate n ariile seciunilor ecranate, respectiv

neecranate ale polului;

- unghiul este defazajul dintre cele dou fluxuri.

Deoarece ambele fluxuri sunt excitate de curentul ce strbate nfurarea

releului, ele se scriu:

Ik11 , Ik22 (12.8)

cuplul activ este:

sin2' IkM (12.9)

Relaia (12.9) arat c viteza de rotaie a discului depinde de intensitatea

curentului. La obinerea de ctre curent a unei valori de (0,2 0,3)Ir, unde Ir este

Fig.22. Schema simplificat a mecanismului de ceasornic

182

valoarea reglat a curentului. Discul ncepe s se roteasc n jurul axului O1 cu o turaie meninut constant de cuplul de frnare determinat de magnetul

permanent. Dac intensitatea curentului prin releu depete valoarea reglat Ir, cuplul motor M nvinge cuplul rezistent dat de resortul antagonist i are loc o rotaie a tijei de susinere a d iscului n jurul axei O2. Se realizeaz astfel cuplarea

roii melcate cu sectorul dinat i odat cu rotirea discului se rotete sectorul dinat 8 n jurul axei O3, realiznd bascularea n jurul axului O4 determinnd

nchiderea contactelor . Funcionarea instantanee a releului este determinat de atragerea armturii feromagnetice de talpa polar a circuitului feromagnetic i prin rotaia ei n jurul axei O4 provoac nchiderea contactelor . Releul de tip RTpC

are trei posibiliti de reglare: -reglarea curentului reglat Ir, care se realizeaz prin scurtcircuitarea unui

numr de spire a bobinei 2, astfel ales ca solenaia s rmn constant

(21 21

NINI rr );

-reglarea temporizrii, prin intermediul poziiei unei componente mecanice(se modific cursa acesteia);

-reglarea valorii limit a curentului de la care se produce acionarea instantanee, prin modificarea ntrefierului armturii feromagnetice din talpa polar

a circuitului feromagnetic. Caracteristicile temporale ale acestui releu -figura.23 corespund astfel: curba 1 corespunde reglrii timpului reglat la valoarea 6 s i a

curentului limitat (de acionare instantanee) la =8Ir; curba 2 corespunde la un

reglaj tr = 4 s i = 6Ir; curba 3 corespunde la un reglaj tr = 2 s i = 4Ir. Se obine astfel o caracteristic de protecie temporal mixt (limitat dependent).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 kI

1

2

3

2

4

6

8

10

F(s)

Fig.23 Caracteristicile releului RTpC

183

Releele de timp cu temporizare electric se realizeaz cu scheme electrice

(R, C) ce utilizeaz ncrcarea sau descrcarea unui condensator. Astfel, n figura 24, se prezint schema electric a unui releu cu temporizare la acionare.

RTcUc

RK

U

La aplicarea semnalului de intrare, prin nchiderea contactului K, tensiunea

la bornele condensatorului C i implicit tensiunea aplicat releului de timp, RT, variaz n timp dup relaia:

T

t

c eUU 1 (12.10)

unde T = RC este constanta de timp a circuitului. La atingerea tensiunii de prag Uc

=Ucp se produce acionarea releului, cu o temporizare dependent de constanta de timp a circuitului T i de tensiunea de alimentare U. Reprezentnd relaia

(12.10), pentru diferite valori ale tensiunii de alimentare figura 25.a - respectiv pentru diferite valori ale constantei de timp T, la tensiune constant - figura 25.b - rezult c, dac se fixeaz nivelul tensiunii de prag Ucp la care acioneaz releul,

timpul de acionare scade cu creterea tensiunii aplicate sau cu micorarea constantei de timp a releului.

Fig.24. Releu de timp cu temporizare la acionare

184

Uc Uc

U2 U

2 (T)U1

1 (T)Uc0

0 t2 t1 t

Uc0

2 (T)

(T)1

t0 t1t2

Fig.25. Modalitile de reglare a timpului de acionare

n figura 26, se prezint schema unui releu de timp cu temporizare la revenire. n acest caz, la aplicarea semnalului de intrare, prin nchiderea contactului K, se aplic releului ntreaga tensiune la borne U i releul acioneaz

instantaneu. n acelai timp, prin rezistena R, condensatorul C se ncarc la tensiunea reelei.

La deschiderea contactului K, condensatorul C se descarc peste rezistorul variabil R i releul de timp RT i releul mai rmne acionat un timp pn ce tensiunea aplicat releului nu scade sub tensiunea de prag UCp .

i n acest caz reglarea timpului de revenire a releului se poate face fie prin modificarea constantei de timp a circuitului de descrcare (modificarea

rezistenei R), sau prin modificarea tensiunii aplicate releului. Se obine n acest fel un releu cu temporizare la revenire.

K

U

ccU

R

RT

Fig.26. Releu de timp cu temporizare la revenire

185

Releele de timp cu temporizare electronic analogice au temporizarea

realizat cu ajutorul circuitelor R, C, elementul semiconductor putnd fi o triod sau un tranzistor. n figura 27,se prezint schema unui releu de timp analogic cu tranzistor, cu temporizare la acionare. La nchiderea contactului K, condensatorul

C se ncarc prin rezistena R1 i cnd tensiunea la bornele sale atinge o valoare determinat, tranz