Однополюсное реле с одним контактом с задержками и отказами
Simscape/Электрический/Выключатели и выключатели/Реле
Блок SPST Relay моделирует однополюсное реле с одним контактом. Блок имеет три потенциальных состояния:
Обесточенный - общий контакт, C, изменяется от подключения к отсоединенному от нормально открытого контакта, S.
Под напряжением - общий контакт, C, изменяется от разъединения до соединения с нормально открытым контактом, S.
Разомкнутая схема - реле открыто. Общий контакт, C, не соединяется с нормально открытым контактом, S.
Вы можете:
Управляйте состоянием реле с помощью входного порта физического сигнала или электрических портов.
Вывод состояния реле.
Задержка разрыва и создания соединения.
Введите поведенческий или временный отказ, который приводит к застреванию соединения, разомкнутой цепи или ухудшению контактного сопротивления.
Блок имеет два варианта управления:
Управление физическим сигналом (PS) - состояние реле зависит от того, как значение входного физического сигнала сравнивается с порогом реле. Порог реле, th, является значением, которое вы задаете для параметра Threshold.
Электрическое управление - состояние реле зависит от того, как ток через положительные и отрицательные электрические порты, которые представляют обмотку реле, сравнивается с верхним и нижним порогами реле. Верхний и нижний пороги зависят от значений, которые вы задаете для параметров в настройках Winding.
Для варианта управления PS, в начале симуляции:
Если входной сигнал, PS, меньше или равен th, реле обесточивается, и общий контакт, C, отсоединяется от нормально открытого контакта, S.
Если входной сигнал, PS, больше th, реле подается питание и C соединяется с нормально открытым контактом, S.
После начала симуляции, если PS поднимается выше th, блок переходит из обесточенного состояния в включенное состояние и C - S соединение закрывается после задержки, указанной в Time-to-make C-S connection .
Если блок переходит из включенного состояния в обесточенное состояние, то есть PS падает до или ниже th, связь C - S разрывается после задержки, указанной в Time-to-break C-S connection .
Для варианта электрического управления верхний и нижний пороги зависят от заданных значений для параметров Rated voltage, Percent rated voltage to energize, Percent rated voltage to de-energize и Winding series resistance. Номинальный ток:
Уравнение для верхнего порога тока, ienergized, является:
Уравнение для нижнего порога тока, ide-energized, является:
В начале симуляции, если ток управления больше ienergized, реле возбуждается и C соединяется с нормально открытым контактом, S.
После начала симуляции, если ток поднимается выше ienergized, блок переходит из обесточенного состояния в включенное состояние. Соединение C - S закрывается после задержки, указанной в Time-to-make C-S connection.
Если ток падает ниже ide-energized, блок переходит из включенного состояния в обесточенное состояние. Соединение C - S обрывается после задержки, указанной в Time-to-break C-S connection .
Чтобы просмотреть состояние реле, откройте порт x, порт физического сигнала, который выводит состояние каждого соединения. Чтобы открыть x порт, в настройках Main установите State port Visible
.
Таблица показывает, как состояние реле связано с состоянием соединения. Закрытое соединение имеет состояние 1. Открытое соединение имеет состояние 0.
Состояния реле и соединения
C - S состояние соединения | Состояние реле |
---|---|
0 | Обесточенный или разомкнутый контур |
1 | Энергичный |
Задержки для создания и разрыва соединений можно задать в настройках Mechanical. Таблица показывает, как задержки создания и пропуска влияют на связи между контактами S1 и S2 и общим контактом, C.
Mechanical настройки | Состояние реле | C - S состояние соединения | Результаты, с C - S в Синем и PS в Желтом | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Обесточенный | 0 |
| ||||||
Энергичный | 1 | ||||||||
| Обесточенный | 1, 0 |
| ||||||
Энергичный | 1 | ||||||||
| Обесточенный | 0 |
| ||||||
Энергичный | 0, 1 |
Блок обеспечивает четыре типа отказов:
C-S stuck closed
C open circuit (no path to S)
Degraded contact resistance
Winding failed open circuit
. Этот тип отказа доступен только для варианта электрического управления.
Каждый тип отказа может вступить в эффект только при превышении порога для временного или поведенческого триггера.
C - S застрявший замкнутый отказ происходит, если общий контакт, C, становится механически, электрически или химически прилипшим к нормально замкнутому контакту, S. Причины этого типа отказа включают:
Контактная сварка, возможно, из-за входного тока или тока обрыва, который превышает номинальное или нагрузочное короткое замыкание.
Механические повреждения.
Износ изоляции.
Индуктивное напряжение.
Состояние соединения для C - S застрявшего замкнутого отказа равно 1
.
A C - S застрявший замкнутый временный отказ может возникнуть только, если время симуляции превышает временной порог, такой что
где:
t - время симуляции.
tth_t - заданное значение для параметра Simulation time after which contactors can stick.
A C - S застрявший закрытый поведенческий отказ может возникнуть только в том случае, если ток нагрузки превышает текущий порог в течение периода времени, который превышает временной порог поведенческого триггера. То есть поведенческий сбой может возникнуть только в том случае, если:
и
где:
iload - ток нагрузки.
ith - заданное значение для параметра Maximum permissible load current.
ti>i_th время превышения текущего порога.
tth_b - заданное значение для параметра Time to fail when exceeding current.
Когда превышены пороги временного или поведенческого отказа, если C - S есть:
Закрытый - C - S остается закрытым для остальной части симуляции.
Open - Отказ не вступает в эффект, если реле не становится под напряжением, и соединение C - S закроется. После закрытия C - S связь остается закрытой для остальной части симуляции.
Отказ C разомкнутой цепи (путь к S отсутствует) возникает, если общий контакт, C, механически застревает в открытом положении. Этот тип отказа может произойти, если:
Происходит повреждение или ухудшение контакта.
Разъем переключателя механически застревает в середине реле.
Отказанное состояние для C отказа разомкнутой цепи (путь к S отсутствует) равно 0
.
Временный отказ C разомкнутой схемы может возникнуть только, если время симуляции превышает временной порог, такой что
где:
t - время симуляции.
tth_t - заданное значение для параметра Simulation time after which C can be open circuit.
C поведенческий отказ разомкнутой схемы может возникнуть только в том случае, если ток нагрузки превышает текущий порог в течение периода времени, который превышает временной порог поведенческого триггера. То есть поведенческий сбой может возникнуть только в том случае, если:
а затем
где:
iload - ток нагрузки.
ith - заданное значение для параметра Maximum permissible load current.
ti>i_th время превышения текущего порога.
tth_b - заданное значение для параметра Time to fail when exceeding current.
При превышении порога временного отказа, если:
Реле находится в разомкнутом состоянии, то есть соединение разорвано и еще не сделано, реле остается открытым для остальной части симуляции.
Соединение C - S закроется, отказ не вступает в эффект, если реле не обесточено и не разорвано закрытое соединение. Если связь разорвана, реле становится разомкнутой схемой и остается открытым для остальной части симуляции.
При превышении порогов поведенческого отказа, если:
Реле находится в разомкнутом состоянии, то есть соединение разорвано и еще не сделано, реле остается открытым для остальной части симуляции.
Связь C - S закрыта, состояние реле немедленно становится разомкнутой схемой и остается разомкнутой схемой для остальной части симуляции.
Причины нарушения контактного сопротивления включают:
Вызванные чрезмерным использованием условия перегрузки. Высокие входные токи и напряжения могут вызвать условия перегрузки, так же как и чрезмерное переключение реле. Условия перегрузки в конечном счете запускают электрическую арматуру, которая генерирует тепло, которое ухудшает контактный материал.
Химическое загрязнение, которое препятствует операции контактов реле. Загрязняющие вещества, которые могут включать пленки окисления или посторонние частицы, имеют тенденцию к получению высоких или нестабильных показаний контактного сопротивления.
Окончание срока службы реле.
Неисправное состояние при отказе контактного сопротивления для соединения C - S равно 0 или 1.
Временный отказ ухудшенного контактного сопротивления может возникнуть только, если время симуляции превышает временной порог, такой что
где:
t - время симуляции.
tth_t - заданное значение для параметра Simulation time for fault event.
Токовое контактное сопротивление S:
где:
rcontact_fault_s - окончательное значение искаженного S контактного сопротивления.
rcontact - неупорядоченное S контактное сопротивление.
tth_t - заданное значение для параметра Simulation time for fault event.
Нарушение поведения с ухудшенным контактным сопротивлением может возникнуть только в том случае, если ток нагрузки превышает текущий порог в течение периода времени, который превышает временной порог поведенческого триггера. То есть поведенческий сбой может возникнуть только в том случае, если:
а затем
где:
iload - ток нагрузки.
ith - заданное значение для параметра Maximum permissible load current.
ti>i_th время превышения текущего порога.
tth_b - заданное значение для параметра Time to fail when exceeding current.
Для отказа, вызванного поведением, если непрерывно в течение временного интервала tth_b,
где:
iS-C является общим контактом для нормально замкнутого контакта, C - S, тока.
ith - заданное значение для параметра Maximum permissible load current.
tth_b - заданное значение для параметра Time to fail when exceeding current.
rcontact_fault_s - окончательное значение искаженного S контактного сопротивления.
rcontact - неупорядоченное S контактное сопротивление.
τ является заданным значением для параметра Time constant for degraded contact resistance.
Когда порог временного отказа превышен для C- S соединения, контактное сопротивление немедленно ухудшается и остается ухудшенным в оставшейся части симуляции.
Когда пороги поведенческого отказа превышены для C - S, с точки зрения iS-C, сопротивление для C - S соединения немедленно ухудшается и остается ухудшенным для остальной части симуляции.
Отказ обмотки разомкнутой цепи доступен только для варианта электрического управления. Разомкнутая схема в обмотке обмотки может вызвать этот тип отказа.
Временный отказ обмотки при отказе разомкнутой цепи может возникнуть только в том случае, если время симуляции превышает временной порог, так что
где:
t - время симуляции.
tth_t - заданное значение для параметра Simulation time for fault event.
Для временного отказа релейные переключатели зависят от тока обмотки, который аппроксимируется как:
где:
L - индуктивность обмотки.
R - сопротивление обмотки.
i - обмотка тока.
vwinding - напряжение на обмотке.
tth_t - заданное значение для параметра Simulation time for fault event.
τ - заданное значение для параметра Time constant for winding open circuit transition.
Нарушение поведения обмотки разомкнутой цепи может возникнуть только в том случае, если выполнено одно из следующих условий:
Ток обмотки превышает текущий порог в течение периода времени, который превышает поведенческий порог времени триггера.
Напряжение обмотки превышает порог напряжения в несколько раз, что превышает порог количества перегрузок напряжения.
То есть поведенческий сбой может возникнуть только в том случае, если:
а затем
где:
iwinding - обмотка тока.
ith - заданное значение для параметра Maximum permissible winding current.
ti>i_th время превышения текущего порога.
tth_b - заданное значение для параметра Time to fail when exceeding current.
или если:
а затем
где:
vwinding - напряжение обмотки.
vth - заданное значение для параметра Maximum permissible winding voltage.
Nv>v_th - это количество превышений порога напряжения.
Nth - заданное значение для параметра Number of events to fail when exceeding voltage.
Если превышены пороги временного или поведенческого отказа, C - S остается закрытым для остальной части симуляции.
Для поведенческих отказов, если Time to fail when exceeding current больше, чем время между переключателями, отказ не запускается, потому что накопленное тепло слишком мало, чтобы расплавить или разорвать контакты или обмотки.
Задержки питания и обесточивания могут отличаться, но задержка питания должна быть больше или равной задержке обесточивания.
Тип, видимость и расположение портов блока зависят от того, как вы конфигурируете эти параметры в Main настройках:
Control port - Выберите между входным портом физического сигнала, PS или портами электрического сохранения, + и -, для управления реле.
State port - Установите видимость для выходного порта физического сигнала состояния реле, x.
Control port | State port | Блок |
---|---|---|
PS | Hidden |
|
Visible |
| |
Electrical | Hidden |
|
Visible |
|