Електрически задвижващи устройства

За затваряне и отваряне на контактите на електрическите устройства се използват различни задвижващи механизми. При ръчно задвижване силата се предава от човешката ръка чрез система от механични трансмисии към контактите. Ръчното задвижване се използва в някои разединители, прекъсвачи, прекъсвачи и контролери.

Най-често ръчното задвижване се използва в неавтоматични устройства, въпреки че в някои защитни устройства включването се извършва ръчно и изключването автоматично под действието на компресирана пружина. Дистанционните задвижвания включват електромагнитни, електропневматични, електродвигатели и термични задвижвания.

Електромагнитно задвижване

Най -широко използваното в електрическите устройства е електромагнитно задвижване, което използва силата на привличане на котвата към сърцевината електромагнит или дърпащата сила на котвата соленоидна бобина.

Всеки феромагнитен материал, поставен в магнитно поле, придобива свойствата на магнит. Следователно магнит или електромагнит ще привлича феромагнитни тела към себе си. Това свойство се основава на устройствата на различни видове повдигащи, прибиращи и въртящи се електромагнити.

Сила F, с която електромагнитът или постоянен магнит привлича феромагнитно тяло — котва (фиг. 1, а),

където B е магнитната индукция във въздушната междина; S е площта на напречното сечение на полюсите.

Магнитният поток Ф, създаден от намотката на електромагнита, и следователно магнитната индукция В във въздушната междина, както бе споменато по -горе, зависят от магнитодвижещата сила на бобината, т.е. от броя на завоите w и тока Теча през него. Следователно силата F (тягова сила на електромагнита) може да се регулира чрез промяна на тока в намотката му.

Свойствата на електромагнитното задвижване се характеризират със зависимостта на силата F от положението на котвата. Тази зависимост се нарича тягова характеристика на електромагнитното задвижване. Формата на магнитната система оказва значително влияние върху хода на тяговата характеристика.

Магнитна система, състояща се от U-образна сърцевина 1 (фиг. 1, б) с бобина 2 и въртяща се арматура 4, която е свързана с подвижния контакт 3 на апарата, стана широко разпространена в електрическите устройства.

Приблизителен изглед на характеристиките на сцепление е показан на фиг. 2. Когато контактите са напълно отворени, въздушната междина x между котвата и сърцевината е относително голяма и магнитното съпротивление на системата ще бъде най -голямо. Следователно магнитният поток Ф във въздушната междина на електромагнита, индукцията В и тяговата сила F ще бъдат най -малките. Въпреки това, при правилно изчислено задвижване, тази сила трябва да осигури привличането на котвата към сърцевината.

Ориз. 1. Схематична диаграма на електромагнит (а) и диаграма на електромагнитно задвижване с U-образна магнитна верига (б)

С приближаването на котвата към сърцевината и намаляване на въздушната междина, магнитният поток в пролуката се увеличава и съответно усилието на теглене се увеличава.

Тяговата сила F, създадена от задвижването, трябва да бъде достатъчна, за да преодолее силите на съпротивление на движещата се система на превозното средство. Те включват силата на тежестта на подвижната система G, контактното налягане Q и силата P, създадена от възвратната пружина (виж фиг. 1, б). Промяната в получената сила при преместване на котвата е показана на диаграмата (виж фиг. 2) чрез прекъсната линия 1-2-3-4.

Когато котвата се движи и въздушната междина x намалява, докато контактите се докоснат, задвижването трябва да преодолее само съпротивлението поради масата на движещата се система и действието на връщащата пружина (раздел 1-2). Освен това усилието рязко се увеличава със стойността на първоначалното притискане на контактите (2-3) и се увеличава с тяхното движение (3-4).

Сравнение на характеристиките, показани на фиг. 2, ни позволява да преценим действието на апарата. Така че, ако токът в управляващата бобина създава ppm.I2w до, тогава най -голямата пролука x, при която устройството може да се включи, е x2 (точка А) и при по -ниски ppm. I1w, дърпащата сила няма да бъде достатъчна и устройството може да се включи само когато пролуката намалее до x1 (точка В).

Когато електрическата верига на задвижващата бобина се отвори, движещата се система се връща в първоначалното си положение под действието на пружина и гравитация. При малки стойности на въздушната междина и възстановяващите сили котвата може да се задържи в междинно положение чрез остатъчния магнитен поток. Това явление се елиминира чрез задаване на фиксирана най -малка въздушна междина и регулиране на пружините.

В прекъсвачите се използват системи със задържащ електромагнит (фиг. 3, а). Арматурата 1 се държи в привлечено положение към игото на сърцевината 5 от магнитния поток F, генериран от задържащата намотка 4, която се захранва от управляващата верига. Ако е необходимо да се изключи, към изключващата бобина 3 се подава ток, който създава магнитен поток Fo, насочен към магнитния поток Fu на бобината 4, който размагнитва котвата и сърцевината.

Ориз. 2. Тягови характеристики на електромагнитното задвижване и диаграма на силата

Ориз. 3. Електромагнитно задвижване с задържащ електромагнит (а) и с магнитен шунт (б)

В резултат на това котвата под действието на изключващата пружина 2 се отдалечава от сърцевината и контактите 6 на апарата се отварят. Скоростта на изключване се постига поради факта, че в началото на движението на подвижната система действат най -големите сили на опънатата пружина, докато при конвенционалното електромагнитно задвижване, разгледано по -рано, движението на котвата започва с голяма пролука и ниска тягови усилия.

Като задействаща намотка 3 в прекъсвачи, понякога се използват шини или размагнитни бобини, през които преминава токът на захранващата верига, защитена от устройството.

Когато токът в бобина 3 достигне определена стойност, определена от настройката на апарата, полученият магнитен поток Fu — Fo, преминаващ през котвата, намалява до такава стойност, че вече не може да държи котвата в издърпано състояние, и апаратът е изключен.

При високоскоростни прекъсвачи (фиг. 3, б) контролните и спирателните бобини са инсталирани в различни части на магнитната верига, за да се избегне тяхното взаимно индуктивно влияние, което забавя размагнитването на сърцевината и увеличава собственото й време за изключване , особено при високи темпове на нарастване на аварийния ток в защитената верига.

Изключващата бобина 3 е монтирана на сърцевината 7, която е отделена от основната магнитна верига с въздушни пролуки.

Арматурата 1, сърцевините 5 и 7 са направени под формата на опаковки от стоманена ламарина и следователно промяната на магнитния поток в тях точно ще съответства на промяната на тока в защитената верига. Потокът Fo, създаден от изключващата бобина 3, се затваря по два начина: през котвата 1 и през незаредената магнитна верига 8 с управляващата бобина 4.

Разпределението на потока Ф0 по магнитните вериги зависи от скоростта на неговото изменение. При високи темпове на нарастване на аварийния ток, който в този случай създава демагнетизиращ поток Ф0, целият този поток започва да тече през котвата, тъй като е предотвратена бърза промяна в частта от потока Фо, преминаваща през сърцевината с бобина 4 от emf. d. s, индуцирани в задържащата намотка, когато преминаващият през нея поток бързо се променя. Този д. и т.н. с. според правилото на Ленц, той създава ток, който забавя растежа на тази част от потока Fo.

В резултат на това скоростта на изключване на високоскоростния прекъсвач ще зависи от скоростта на нарастване на тока, преминаващ през спирателната бобина 3. Колкото по-бързо се увеличава токът, толкова по-малък е токът, изключването на апарата започва. Това свойство на високоскоростен прекъсвач е много ценно, тъй като токът има най-висока скорост в режимите на късо съединение и колкото по-скоро прекъсвачът започне да прекъсва веригата, толкова по-малък ще бъде токът, ограничен от него.

В някои случаи е необходимо да се забави работата на електрическия апарат. Това става с помощта на устройство за получаване на закъснение във времето, което се разбира като времето от момента на подаване на напрежението или отстраняване от задвижващата бобина на апарата до началото на движението на контактите.Закъснението за изключване на електрически устройства, управлявани от постоянен ток, се извършва с помощта на допълнителна намотка с късо съединение, разположена на същата магнитна верига с управляващата бобина.

Когато захранването се изключи от управляващата бобина, магнитният поток, създаден от тази намотка, се променя от работната си стойност до нула.

Когато този поток се промени, в късо съединената намотка се индуцира ток в такава посока, че нейният магнитен поток предотвратява намаляването на магнитния поток на управляващата бобина и държи котвата на електромагнитното задвижване на апарата в привлеченото положение.

Вместо бобина с късо съединение, на магнитната верига може да се монтира медна втулка. Действието му е подобно на действието на бобина с късо съединение. Същият ефект може да се постигне чрез късо съединение на веригата на управляващата бобина в момента, в който тя е изключена от мрежата.

За да се получи скоростта на затвора за включване на електрическия апарат, се използват различни механични механизми за време, чийто принцип на действие е подобен на часовника.

Електромагнитните задвижвания на устройствата се характеризират със задействане и връщане на ток (или напрежение). Работният ток (напрежение) е най -малката стойност на тока (напрежение), при която се осигурява ясна и надеждна работа на устройството. За тяговите устройства напрежението за реакция е 75% от номиналното напрежение.

Ако постепенно намалите тока в бобината, тогава при определена стойност от него устройството ще се изключи. Най -високата стойност на тока (напрежение), при която устройството вече е изключено, се нарича обратен ток (напрежение). Обратният ток Ib винаги е по -малък от работния ток Iav, тъй като при включване на мобилната система на апарата е необходимо да се преодолеят силите на триене, както и увеличените въздушни междини между котвата и игото на електромагнита система.

Съотношението на връщащия ток към захващащия ток се нарича коефициент на връщане:

Този коефициент винаги е по -малък от един.

Електропневматично задвижване

В най -простия случай пневматичното задвижване се състои от цилиндър 1 (фиг. 4) и бутало 2, което е свързано с подвижен контакт 6. Когато вентилът 3 е отворен, цилиндърът е свързан към тръбата за сгъстен въздух 4, което повдига буталото 2 в най -горната позиция и затваря контактите. Когато вентилът впоследствие се затвори, обемът на цилиндъра под буталото се свързва с атмосферата и буталото под действието на възвратната пружина 5 се връща в първоначалното си състояние, отваряйки контактите. Такъв задвижващ механизъм може да се нарече ръчно задвижван пневматичен задвижващ механизъм.

За възможността за дистанционно управление на подаването на сгъстен въздух вместо кран се използват електромагнитни клапани. Соленоидният клапан (фиг. 5) е система от два клапана (всмукателен и изпускателен) с електромагнитно задвижване с ниска мощност (5-25 W). Те са разделени на включване и изключване в зависимост от естеството на операциите, които извършват, когато бобината е под напрежение.

Когато бобината се захранва, затварящият клапан свързва задвижващия цилиндър към източника на сгъстен въздух, а когато бобината не се възбужда, той съобщава цилиндъра с атмосферата, като едновременно блокира достъпа до цилиндъра със сгъстен въздух. Въздухът от резервоара тече през отвор В (фиг. 5, а) към долния вентил 2, който е затворен в първоначалното положение.

Ориз. 4. Пневматично задвижване

Ориз. 5. Включване (а) и изключване (б) електромагнитни клапани

Цилиндърът на пневматичния задвижващ механизъм, свързан към порт А, е свързан през отворения вентил 1 към атмосферата през порт C. Когато бобината K е под напрежение, соленоидният прът натиска горния клапан 1 и, преодолявайки силата на пружината 3, затваря вентил 1 и отваря вентил 2. В същото време сгъстеният въздух от порт В през вентил 2 и порт А в цилиндъра на пневматичния задвижващ механизъм.

Напротив, спирателният вентил, когато бобината не се възбужда, свързва цилиндъра към сгъстения въздух, а когато бобината се възбужда-към атмосферата. В първоначалното състояние клапан 1 (фиг. 5, б) е затворен, а вентил 2 е отворен, създавайки път за сгъстен въздух от отвор В до отвор А през вентил 2. Когато бобината е под напрежение, вентил 1 се отваря, свързвайки цилиндърът към атмосферата и подаването на въздух се спира от вентил 2.

Задвижване на електродвигател

За задвижване на редица електрически устройства се използват електродвигатели с механични системи, които преобразуват въртеливото движение на вала на двигателя в транслационното движение на контактната система. Основното предимство на електромоторните задвижвания в сравнение с пневматичните е постоянството на техните характеристики и възможността за тяхното регулиране. Според принципа на работа тези задвижвания могат да бъдат разделени на две групи: с постоянно свързване на вала на двигателя с електрически уред и с периодично свързване.

В електрически апарат с електродвигател (фиг. 6) въртенето от електродвигателя 1 се предава през зъбно колело 2 към разпределителния вал 3. В определено положение гърбицата на вала 4 повдига пръта 5 и затваря подвижния свързан с него контакт с неподвижния контакт 6.

В задвижващата система на групови електрически устройства понякога се въвеждат устройства, които осигуряват стъпаловидно въртене на вала на електрическо устройство със стоп във всяко положение. По време на спиране двигателят се изключва. Такава система осигурява точно фиксиране на вала на електрическия апарат в положение.

Като пример, фиг. 7 е схематична илюстрация на така нареченото малтийско кръстосано задвижване, използвано в груповите контролери.

Ориз. 6. Задвижване на електродвигател с постоянно свързване на валове на двигателя и електрически апарати

Ориз. 7. Задвижване на електродвигател на груповия контролер

Фиг. 8. Термичен задвижващ механизъм с биметална плоча.

Задвижването се състои от сервомотор и червячна скоростна кутия с фиксиране на позицията с помощта на малтийски кръст. Червякът 1 е свързан със сервомотора и предава въртене към вала на червячното колело 2, като задвижва диска 3 с пръсти и фиксатор (фиг. 7, а). Валът на малтийския кръст 4 не се върти, докато пръстът на диска 6 (фиг. 7, б) не влезе в жлеба на малтийския кръст.

При по -нататъшно завъртане пръстът ще завърти кръста, а следователно и вала, на който седи, с 60 °, след което пръстът ще се освободи, а заключващият сектор 7 ще фиксира точно позицията на вала. Когато завъртите вала на червячното колело с един оборот, малтийският напречен вал ще се завърти на 1/3 оборот.

На вала на малтийския кръст е монтирана предавка 5, която предава въртене към главния разпределителен вал на груповия контролер.

Термично задвижване

Основният елемент на това устройство е биметална плоча, който се състои от два слоя от различни метали, здраво свързани по цялата контактна повърхност. Тези метали имат различни температурни коефициенти на линейно разширение. Метален слой с висок коефициент на линейно разширение 1 (фиг. 8) се нарича термоактивен слой, за разлика от слой с по-нисък коефициент на линейно разширение 3, който се нарича термопасивен.

Когато плочата се нагрява от ток, преминаващ през нея, или от нагревателен елемент (непряко нагряване), възниква различно удължаване на двата слоя и плочата се огъва към термопасивен слой. При такова огъване контакти 2, свързани към плочата, могат да бъдат директно затворени или отворени, което се използва в термичните релета.

Огъването на плочата също може да освободи ключалката на лоста на електрическия апарат, който след това се освобождава от пружините. Зададеният ток на задвижването се управлява чрез избор на нагревателни елементи (с непряко нагряване) или чрез смяна на контактния разтвор (с директно нагряване).Времето за връщане на биметалната плоча в първоначалното й положение след работа и охлаждане варира от 15 s до 1,5 минути.