Przekaźniki to aparaty elektryczne, które służą do przekazywania sygnałów z jednego obwodu elektrycznego do drugiego, bądź poprzez odpowiednie połączenia w układach powodują zmiany w obwodzie, w którym kontrolują parametry.
Ze względu na konstrukcję i sposób działania rozróżnia się przekaźniki:
- elektromagnetyczne;
- elektrodynamiczne;
- cieplne;
- indukcyjne;
- kontraktonowe.
Ze względu na ich funkcje wyróżnia się przekaźniki:
- zabezpieczające;
- sygnalizacyjne;
- sterujące;
- pomocnicze;
- specjalne.
KONSTRUKCJE I ZASADY DZIAŁANIA
Przekaźnik elektromagnetyczny
Przekaźnik elektromagnetyczny działa na zasadzie przyciągania ruchomej zwory ze stykami umocowanymi na niej do styków stałych dzięki sile pola magnetycznego wytwarzanego przez prąd płynący przez cewkę elektromagnesu. Powrót zwory do położenia zasadniczego następuje pod wpływem sprężyny zwrotnej po osłabnięciu pola.
Konstrukcje przekaźników elektromagnetycznych są różne w zależności od potrzeb, jednak zasada działania jest taka sama. Wielkość cewki zasilającej zależy od prądu płynącego przez nią. Przekaźniki wykonane na duże wartości prądowe posiadają zwykle kilka zwojów, gdyż wystarcza to do wytworzenia pola na tyle silnego, aby zwora została przyciągnięta. Przekaźniki na mniejsze wartości prądowe posiadają dużo zwojów. Liczba styków przekaźnika jest uzależniona od zadań jakie ma spełniać.
Na poniższym rysunku przedstawiony jest przekaźnik typu elektromagnetycznego małej mocy. Składa się on z miedzianej cewki (3) nawiniętej na rdzeń (2) tworząc obwód magnetyczny. Styki stałe (5) umieszczone są na wsporniku (1), a styk ruchomy (6) umocowany jest na ruchomej zworze (4), która połączona jest ze sprężyną zwrotną (8), utrzymującą ją w położeniu jak na rysunku. Zwora ułożyskowana jest we wsporniku. Styki mają swoje zaciski (7), które wkłada się w odpowiednie gniazda. Gdy prąd płynący przez cewkę będzie się zwiększał to przy pewnej wartości pole magnetyczne przyciągnie ruchomą zworę do rdzenia przezwyciężając siłę sprężyn. Styk ruchomy umieszczony na zworze dotknie styku stałego z prawej strony i w obwodzie pomocniczym popłynie prąd, który spowoduje zmianę w innym obwodzie. Jeśli pole to osłabnie to sprężyna pokona siłę pola i zwora zostanie odciągnięta od rdzenia powodując przełączenie styków.
Cewki wykonuje się drutu miedzianego izolowanego, rdzeń w przekaźnikach prądu stałego może być wykonany z litego materiału ferromagnetycznego, natomiast w przekaźnikach prądu przemiennego z pakietu blach co zapobiega powstawaniu dużych prądów wirowych. Styki pokrywa się warstwą srebra co zapobiega przegrzewaniu się i sklejaniu.
Przekaźniki mocowane są do tablicy, lub też jeśli są małych rozmiarów umieszcza się ich kilka w skrzynce mocowanej do ściany.
Przekaźnik indukcyjny
Przekaźnik indukcyjny działa na zasadzie oddziaływania zmiennego strumienia magnetycznego na tarczę aluminiową co w pewnych warunkach wymusza jej ruch powodując przełączenie styków.
Przekaźnik taki wykonany jest z uzwojenia (2) umieszczonego na rdzeniu z pakietu blach (1). Uzwojenie zasilane może być wyłącznie prądem przemiennym. Prąd płynący w tym uzwojeniu powoduje pojawienie się zmiennego strumienia magnetycznego w rdzeniu. Na dzielonym rdzeniu z jednej strony umieszczony jest dodatkowy zwój (3), który sprawia, że strumienie te są względem siebie przesunięte w czasie. Jest to konieczne żeby tarcza przesuwała się w jednym kierunku. Takie zjawisko powoduje, że w tarczy (4), która zamocowana jest na rdzeniu w taki sposób, że ma swobodę ruchów pojawiają się prądy wirowe. Następuje oddziaływanie prądów wirowych na strumienie w rdzeniu, które objawia się drganiem tarczy. Do tarczy zamocowana jest listwa (7), która z jednej strony ma zamocowaną sprężynę (5), a z drugiej ramię. Sprężyna ta hamuje ruchy tarczy a więc i listwy. Gdy prąd płynący przez uzwojenie będzie się zwiększał to oddziaływanie strumienia na prądy wirowe będzie większe. Siła oddziaływania pokona siłę sprężyny i listwa się przesunie, co spowoduje przełączenie styków. Po osłabnięciu tej siły (zmniejszenie się prądu płynącego w uzwojeniu) sprężyna cofnie listwę do położenia pierwotnego.
Przekaźnik elektrodynamiczny
Przekaźnik elektrodynamiczny działa na zasadzie wzajemnego oddziaływania cewek nawiniętych na wspólny rdzeń i ruchomych względem siebie. Tego typu przekaźniki składają się z rdzenia (1), na którym zamocowana jest dwudzielna cewka stała (2) oraz poprzecznie cewka ruchoma (3). Początki i końce cewek doprowadzone są do zacisków (8). Na cewce ruchomej zamocowana jest listwa (4), która na końcu posiada styk stały (7).
Działanie przekaźnika polega na tym, że prądy płynące przez cewki wytwarzają strumienie magnetyczne, które oddziaływując na siebie powodują poruszanie się cewki ruchomej, a wraz z nią listy ze stykiem. Siła z jaką poruszana jest listwa zależy od iloczynu prądów płynących w cewkach. Im większe prądy płyną w uzwojeniach tym siła działająca na listwę jest większa. W czasie działania niewielkich sił drgania listwy tłumione są przez sprężynę (5) oraz specjalne tłumiki. Jeśli prądy w uzwojeniach się zwiększą to siła oddziaływania elektrodynamicznego będzie na tyle duża, że listwa przesunie się co spowoduje zetknięcie się styków.
Jeśli siła przestanie działać to sprężyna cofa listwę do położenia pierwotnego. Kierunek ruchu cewki ruchomej zależy od kierunku strumienia, a więc od kierunku prądu płynącego w cewkach.
Przekaźniki typu elektrodynamicznego rzadko są spotykane w pojazdach trakcyjnych
Przekaźnik cieplny
W przekaźniku cieplnym wykorzystane jest zjawisko rozszerzalności cieplnej metali.
Przekaźnik taki jest prosty w budowie. Składa się z elementu bimetalowego (1), który nagrzewany jest przez element grzejny (2) pod wpływem czego się odkształca i w pewnym momencie (w czasie przepływu nadmiernego prądu) naciska na styk, który z kolei dotyka drugiego styku. W ten sposób zamyka się obwód pomocniczy. Bimetal wykonany jest z dwóch materiałów o różnych rozszerzalnościach cieplnych co powoduje, że wygina się w jedną stronę.
W innych rozwiązaniach tego typu przekaźnika prąd przepływa bezpośrednio przez bimetal, co powoduje odkształcenie się jego przy pewnej wartości prądu i naciskanie na zapadkę ze stykami.
Przekaźnik kontraktonowy
Przekaźniki kontraktonowe zbudowane są pary pozłacanych styków zamkniętych w szczelnej obudowie wypełnionej gazem obojętnym. Dzięki temu możliwe jest wyłączanie prądów bez występowania zjawiska łuku elektrycznego. Działanie kontraktonu możliwe jest poprzez przyłożenie z zewnątrz pola magnetycznego. Kontraktony mają dość duże zastosowanie w budowie czujników, sterowników, a także przekaźników.
RODZAJE I FUNKCJE PRZEKAŹNIKÓW
Przekaźniki zabezpieczeniowe
Przekaźniki zabezpieczeniowe służą do ujawniania niebezpiecznych stanów w obwodach elektrycznych jak: zanik napięcia, zbyt duże natężenie prądu, kierunek przepływu prądu, upływ prądu. Z tego względu przekaźniki można podzielić na:
- nadmiarowo - prądowe - zadaniem ich jest spowodowanie wyłączenia obwodu, gdy wartość natężenia prądu przekroczy nastawioną wartość. Przekaźniki te można także podzielić ze względu na sposób działania: przekaźniki o charakterystyce niezależnej - działają natychmiast po wzroście prądu ponad nastawioną wartość oraz przekaźniki o charakterystyce czasowo-zależnej - czas działania zależy od wartości prądu (zwłoczne);
- zanikowo - prądowe - działające przy spadku wartości prądu poniżej nastawionej wartości;
- podnapięciowe (zanikowo - napięciowe) - działają wówczas, gdy napięcie spadnie do nastawionej wartości. Stosuje się je często w obwodach wysokiego napięcia. Działają przy spadku napięcia do 1800 V (spowoduje zadziałanie wyłącznika szybkiego), ponowne załączenie obwodu następuje przy wzroście napięcia do 2200 V;
- nadnapięciowe - działają wówczas, gdy napięcie przekroczy nastawioną wartość;
- mocy - zadziałanie zależy od wartości nastawionej mocy (czynnej, biernej, pozornej);
- kierunkowe (prądu zwrotnego)- działają, gdy prąd zmieni swój kierunek przepływu, gdy nie jest on wskazany, np. podczas ładowania baterii akumulatorów w wyniku zakłócenia zdarzy się, że napięcie baterii będzie wyższe od napięcia prądnicy i zacznie płynąć prąd z baterii do prądnicy co jest nie wskazane;
- różnicowo - prądowe - działają wtedy, gdy wystąpi zwarcie do masy. Ich działanie polega na oddziaływaniu dwóch strumieni magnetycznych na siebie. Gdy są one równe sobie przekaźnik nie działa, w przypadku ich różnicy przekaźnik zaczyna działać, co powoduje w konsekwencji działanie wyłącznika szybkiego.
Najczęściej jako przekaźniki prądowe, różnicowe i napięciowe stosowane są przekaźniki elektromagnetyczne, w obwodach niskiego napięcia jako nadmiarowo-prądowe stosuje się czasem przekaźniki cieplne, natomiast jako przekaźniki mocy i kierunkowe stosuje się przekaźniki elektrodynamiczne.
Przekaźniki zabezpieczeniowe najczęściej posiadają mechaniczne blokady, które uniemożliwiają powrót przekaźnika do pierwotnego stanu bo zaniku zakłócenia. Wobec tego przekaźniki posiadają dodatkowe elektromagnesy sterowane impulsowo, które zwalniają blokadę - często są to przekaźniki pomocnicze. Ponadto konstrukcje przekaźników często umożliwiają regulowanie wartości przy której mają działać. Zwykle odbywa się to przez naciąg sprężyny, czasem zmianę liczby zwojów cewki.
Przekaźniki sygnalizacyjne
Przekaźniki sygnalizacyjne służą do ujawniania pewnych stanów w obwodach elektrycznych. Przykładowo w niektórych lokomotywach elektrycznych stosowany jest przekaźnik sygnalizacji poślizgu zestawów kołowych, który informuję maszynistę, że zestawy kołowe wpadły w poślizg. Przekaźniki sygnalizacyjne znajdują zastosowanie przede wszystkim w różnych układach automatyki.
Jako przekaźniki sygnalizacyjne stosuje się różne przekaźniki w zależności od potrzeby.
Przekaźniki czasowe
Przekaźniki czasowe służą do włączania poszczególnych urządzeń w układach automatyki z opóźnieniem lub też do włączania urządzenia co jakiś czas.
Jako przekaźniki cieplne stosuje się często przekaźniki elektromagnetyczne, w których opóźnienie włączenia można uzyskać na drodze elektrycznej lub mechanicznej.
Opóźnienie włączania na drodze elektrycznej można uzyskać w wyniku odpowiedniej konstrukcji przekaźnika, a także wykorzystując zjawisko obecności prądu indukującego się w zwartych zwojach cewki. Opóźnienie można także uzyskać włączając w obwód cewkę przekaźnika indukcyjnego lub też kondensator.
Na drodze mechanicznej opóźnienie załączenia można uzyskać stosując mechanizm zegarowy lub silnik synchroniczny.
Jako przekaźniki czasowe można stosować także przekaźniki cieplne.
Przekaźniki pomocnicze
Przekaźniki pomocnicze zwykle stosuje się w układach blokad przekaźników zabezpieczeniowych. Służą one do odblokowywania tych przekaźników. Zwykle odblokowanie następuje poprzez impulsowe zasilenie cewki przekaźnika pomocniczego.
Przekaźniki pomocnicze znajdują zastosowanie także w automatyce do przełączania różnych obwodów.
Do tego celu stosuje się najczęściej przekaźniki elektromagnetyczne.
Przekaźniki specjalne
Do przekaźników specjalnych należy przekaźnik samoczynnego rozruchu (PSR). Jest to przekaźnik, który reguluje wartość prądu rozruchu, a więc wartość siły pociągowej, która w trakcie rozruchu jest bardzo ważna. Największy pobór prądu występuje przy rozruchu i w miarę rozwijania prędkości przez pojazd prąd ten maleje. Co prawda wyłączanie rezystorów zwiększa prąd i utrzymuje siłę pociągową na wysokim poziomie, jednak nie jest ona stabilna. Trudno wymagać od maszynisty aby nastawnikiem utrzymywał prąd rozruchu na takim samym poziomie. W szczególności ma to znaczenie przy ciężkich pociągach towarowych, gdzie zbyt późne przestawienie nastawnika powoduje zbędne straty energii a zbyt wczesne może spowodować poślizg zestawów kołowych. W związku z tym w niektórych elektrycznych pojazdach trakcyjnych stosuje się przekaźniki samoczynnego rozruchu, który samoczynnie regulują prąd płynący przez silniki trakcyjne i utrzymuje siłę pociągową na odpowiednim poziomie. Przekaźnik ten połączony jest z wałem kułakowym i w odpowiednim momencie powoduje obrót wału kułakowego powodując samoczynnie rozruch pojazdu.
Przekaźnik samoczynnego rozruchu jest przekaźnikiem elektromagnetycznym.
Zastosowanie przekaźników
Przekaźniki stosowane są powszechnie w układach automatyki na spalinowych i elektrycznych pojazdach trakcyjnych, w wagonach pasażerskich, na nastawniach, w podstacjach trakcyjnych, w urządzeniach sterowania ruchem kolejowym.
W pojazdach trakcyjnych przekaźniki stosuję się jako:
- zabezpieczeniowe: nadmiarowo-prądowe silników trakcyjnych, ogrzewania elektrycznego; różnicowe; zanikowo-napięciowe obwodu głównego, przetwornicy; zanikowo-prądowy wentylatorów oporów rozruchowych, przetwornicy;
- sygnalizacyjne: poślizgu zestawów kołowych;
- pomocnicze: rozruchowy przetwornicy, prądu zwrotnego w obwodzie ładowania baterii, hamowania dwustopniowego;
- zwłoczne: stosowane jako człony opóźniające w układach sterowania pracą silników sprężarek, wentylatorów oporów rozruchowych oraz przetwornicy,
- specjalne: przekaźnik samoczynnego rozruchu (PSR).
Przekaźniki pomocnicze bardzo często stosowane są razem z przekaźnikami zabezpieczającymi jako blokady.
Główne parametry przekaźników
W zależności od rodzaju przekaźnika parametry pracy różnią się od siebie. Trudno jest wypisać wszystkie podawane parametry pracy przekaźników, dlatego podam ich kilka dla przekaźnika nadmiarowo-prądowego:
![[Rozmiar: 14326 bajtów]](tla i obrazki/przekaznik elektromagnetyczny.jpg)
![[Rozmiar: 17979 bajtów]](tla i obrazki/przekaznik elektrodynamiczny.jpg)
