Dispozitive de antrenare electrică

Pentru a închide și deschide contactele dispozitivelor electrice sunt utilizate diferite dispozitive de acționare. Într-o acționare manuală, puterea este transmisă de la mâna omului printr-un sistem de transmisii mecanice către contacte. Acţionarea manuală este utilizată în unele întreruptoare, întreruptoare, întreruptoare şi controlere.

Cel mai adesea, acționarea manuală este utilizată în dispozitivele neautomate, deși în unele dispozitive de protecție, pornirea se face manual și oprirea automată sub acțiunea unui arc comprimat. Dispozitivele de acționare la distanță includ unități electromagnetice, electropneumatice, electrice și termice.

Acționare electromagnetică

Cel mai utilizat în dispozitivele electrice este o unitate electromagnetică care folosește forța de atracție a armăturii către miez. electromagnet sau forța de tragere a ancorei bobina de solenoid.

Orice material feromagnetic plasat într-un câmp magnetic capătă proprietățile unui magnet. Prin urmare, un magnet sau electromagnet va atrage corpurile feromagnetice spre sine.Această proprietate se bazează pe dispozitivele diferitelor tipuri de electromagneți de ridicare, retragere și rotație.

O forță F cu care electromagnetul sau magnet permanent atrage un corp feromagnetic - o ancoră (Fig. 1, a),

unde B este inducția magnetică în întrefierul de aer; S este aria secțiunii transversale a polilor.

Fluxul magnetic F creat de bobina electromagnetului și, prin urmare, inducția magnetică B în întrefier, așa cum sa menționat mai sus, depind de forța magnetomotoare a bobinei, adică. a numărului de spire w și a curentului Curge prin el. Prin urmare, forța F (forța de tragere a electromagnetului) poate fi ajustată prin schimbarea curentului din bobina acestuia.

Proprietățile antrenării electromagnetice sunt caracterizate de dependența forței F de poziția armăturii. Această dependență se numește caracteristica de tracțiune a acționării electromagnetice. Forma sistemului magnetic are o influență semnificativă asupra cursului caracteristicii de tracțiune.

Un sistem magnetic format dintr-un miez în formă de U 1 (Fig. 1, b) cu o bobină 2 și o armătură rotativă 4, care este conectată la contactul mobil 3 al aparatului, a devenit larg răspândit în dispozitivele electrice.

O vedere aproximativă a caracteristicilor de tracțiune este prezentată în fig. 2. Când contactele sunt complet deschise, spațiul de aer x dintre armătură și miez este relativ mare, iar rezistența magnetică a sistemului va fi cea mai mare. Prin urmare, fluxul magnetic F în spațiul de aer al electromagnetului, inducția B și forța de tragere F vor fi cele mai mici. Cu toate acestea, cu o unitate corect calculată, această forță ar trebui să asigure atragerea ancorei către miez.

Orez. 1.Schema schematică a unui electromagnet (a) și diagrama unui antrenament electromagnetic cu un circuit magnetic în formă de U (b)

Pe măsură ce armătura se mișcă mai aproape de miez și întrefierul scade, fluxul magnetic în spațiu crește și forța de tragere crește în consecință.

Forța de tracțiune F creată de acționare trebuie să fie suficientă pentru a depăși forțele de tracțiune ale sistemului de propulsie al vehiculului. Acestea includ forța greutății sistemului în mișcare G, presiunea de contact Q și forța P creată de arcul de revenire (vezi Fig. 1, b). Modificarea forței rezultate la deplasarea ancorei este prezentată în diagramă (vezi Fig. 2) prin linia întreruptă 1-2-3-4.

Pe măsură ce armătura se mișcă și întrefierul x scade până când contactele se ating, antrenamentul trebuie doar să învingă rezistența datorată masei sistemului în mișcare și acțiunii arcului de retur (secțiunea 1-2). În plus, efortul crește brusc odată cu valoarea apăsării inițiale a contactelor (2-3) și crește odată cu deplasarea acestora (3-4).

O comparație a caracteristicilor prezentate în Fig. 2, ne permite să judecăm funcționarea aparatului. Deci, dacă curentul din bobina de control produce ppm.I2w to, atunci cel mai mare interval x la care dispozitivul poate porni este x2 (punctul A) și la ppm mai mic. I1w, forța de tragere nu va fi suficientă și dispozitivul se poate porni numai atunci când distanța scade la x1 (punctul B).

Când circuitul electric al bobinei de antrenare se deschide, sistemul de mișcare revine la poziția inițială sub acțiunea arcului și a gravitației.La valori mici ale spațiului de aer și ale forțelor de restabilire, armătura poate fi menținută într-o poziție intermediară de fluxul magnetic rezidual. Acest fenomen este eliminat prin setarea unui spațiu de aer minim fix și prin reglarea arcurilor.

Întreruptoarele folosesc sisteme cu electromagnet de reținere (Fig. 3, a). Armătura 1 este ţinută într-o poziţie atrasă de jugul miezului 5 de fluxul magnetic F generat de bobina de susţinere 4 care este alimentată de circuitul de comandă. Dacă este necesară deconectarea, bobina de deconectare 3 este alimentată cu un curent care creează un flux magnetic Fo direcționat către fluxul magnetic Fu al bobinei 4, care demagnetizează armătura și miezul.

Orez. 2. Caracteristicile de tracțiune ale antrenării electromagnetice și diagrama forțelor

Orez. 3. Acționare electromagnetică cu electromagnet de reținere (a) și cu șunt magnetic (b)

Ca urmare, armătura sub acțiunea arcului de deconectare 2 se îndepărtează de miez și contactele 6 ale dispozitivului se deschid. Viteza de declanșare se realizează datorită faptului că, la începutul mișcării sistemului mobil, acționează cele mai mari forțe ale arcului tensionat, în timp ce în acționarea electromagnetică convențională, discutată mai devreme, mișcarea armăturii începe cu un spațiu mare. și un efort redus de tracțiune.

Ca bobina de acţionare 3 în întreruptoare, se folosesc uneori bare sau bobine de demagnetizare, prin care trece curentul circuitului de alimentare protejat de dispozitiv.

Când curentul din bobina 3 atinge o anumită valoare determinată de setarea aparatului, fluxul magnetic rezultat Fu — Fo care trece prin armătură scade până la o astfel de valoare încât nu mai poate menține armătura în stare de tracțiune, iar aparatul este oprit.

În întrerupătoarele de circuit de mare viteză (Fig. 3, b), bobinele de control și de închidere sunt instalate în diferite părți ale circuitului magnetic pentru a evita influența lor inductivă reciprocă, care încetinește demagnetizarea miezului și crește timpul propriu de declanșare, mai ales la rate mari de creștere a curentului de urgență în circuitul protejat.

Bobina de declanșare 3 este montată pe miezul 7, care este separat de circuitul magnetic principal prin goluri de aer.

Armătura 1, miezurile 5 și 7 sunt realizate sub formă de pachete de tablă de oțel și, prin urmare, modificarea fluxului magnetic în ele va corespunde exact cu schimbarea curentului din circuitul protejat. Fluxul Fo creat de bobina de întrerupere 3 este închis în două moduri: prin armătura 1 și prin circuitul magnetic neîncărcat 8 cu bobina de control 4.

Distribuția fluxului Ф0 de-a lungul circuitelor magnetice depinde de viteza de schimbare a acestuia. La viteze mari de creștere a curentului de urgență, care în acest caz creează un flux demagnetizant Ф0, tot acest flux începe să curgă prin armătură, deoarece o schimbare rapidă a părții fluxului Fo care trece prin miez cu bobina 4 de EMF este prevenită. d. s indus în bobina de reținere atunci când curentul prin aceasta se schimbă rapid. Aceasta e. etc. c. după regula lui Lenz creează un curent care încetinește creșterea acelei părți a fluxului Fo.

Ca urmare, viteza de declanșare a întreruptorului de viteză mare va depinde de viteza de creștere a curentului care trece prin bobina de închidere 3. Cu cât crește mai repede curentul, cu atât este mai mic curentul, începe declanșarea aparatului. Această proprietate a unui întrerupător de viteză mare este foarte valoroasă deoarece curentul are cea mai mare viteză în modurile de scurtcircuit și cu cât întrerupătorul începe mai devreme să întrerupă circuitul, cu atât curentul limitat de acesta va fi mai mic.

În unele cazuri, este necesară încetinirea funcționării aparatului electric. Aceasta se realizeaza cu ajutorul unui dispozitiv de obtinere a unei intarzieri, care se intelege ca fiind timpul de la momentul aplicarii sau scoaterii tensiunii din bobina de antrenare a aparatului pana la inceperea miscarii contactelor.Intarzierea pt. oprirea dispozitivelor electrice controlate prin curent continuu, se realizează prin intermediul unei bobine suplimentare de scurtcircuit situată pe același circuit magnetic cu bobina de control.

Când puterea este eliminată de la bobina de control, fluxul magnetic creat de această bobină se modifică de la valoarea sa de funcționare la zero.

Când acest flux se modifică, în bobina scurtcircuitată este indus un curent în așa direcție încât fluxul său magnetic împiedică reducerea fluxului magnetic al bobinei de control și menține armătura antrenării electromagnetice a aparatului în poziția atrasă.

În locul unei bobine de scurtcircuit, pe circuitul magnetic poate fi instalat un manșon de cupru. Acțiunea sa este similară cu cea a unei bobine de scurtcircuit. Același efect poate fi obținut prin scurtcircuitarea circuitului bobinei de control în momentul în care aceasta este deconectată de la rețea.

Pentru a obține viteza obturatorului pentru pornirea aparatului electric, se folosesc diverse mecanisme mecanice de sincronizare, al căror principiu de funcționare este similar cu un ceas.

Dispozitivele electromagnetice de acţionare se caracterizează prin acţionarea curentului (sau tensiunea) şi retur. Curentul de funcționare (tensiunea) este cea mai mică valoare a curentului (tensiunea) la care este asigurată funcționarea clară și fiabilă a dispozitivului. Pentru dispozitivele de tracțiune, tensiunea de reacție este de 75% din tensiunea nominală.

Dacă reduceți treptat curentul în bobină, atunci la o anumită valoare a acestuia, dispozitivul se va opri. Cea mai mare valoare a curentului (tensiunii) la care dispozitivul este deja oprit se numește curent invers (tensiune). Curentul invers Ib este întotdeauna mai mic decât curentul de funcționare Iav, deoarece la pornirea sistemului mobil al aparatului este necesară depășirea forțelor de frecare, precum și a golurilor de aer crescute dintre armătură și jugul sistemului electromagnetic. .

Raportul dintre curentul de retur și curentul de captare se numește factor de retur:

Acest coeficient este întotdeauna mai mic de unu.

Acționare electropneumatică

În cel mai simplu caz, antrenarea pneumatică constă dintr-un cilindru 1 (Fig. 4) și un piston 2, care este conectat la un contact mobil 6. Când supapa 3 este deschisă, cilindrul este conectat la conducta de aer comprimat 4, care ridică pistonul 2 în poziţia de sus şi închide contactele. Când supapa se închide ulterior, volumul cilindrului de sub piston este conectat la atmosferă și pistonul sub acțiunea arcului de retur 5 revine la starea inițială, deschizând contactele.Un astfel de actuator poate fi numit un actuator pneumatic acţionat manual.

Pentru posibilitatea controlului de la distanță a alimentării cu aer comprimat, în locul robinetului se folosesc electrovalve. Electrovalva (Fig. 5) este un sistem de două supape (admisie și evacuare) cu o acționare electromagnetică de putere redusă (5-25 W). Ele sunt împărțite în pornit și oprit în funcție de natura operațiunilor pe care le efectuează atunci când bobina este alimentată.

Când bobina este sub tensiune, supapa de închidere conectează cilindrul de acţionare la sursa de aer comprimat, iar când bobina este scoasă din sub tensiune, comunică cilindrul cu atmosferă, blocând simultan accesul la cilindrul de aer comprimat. Aerul din rezervor curge prin deschiderea B (Fig. 5, a) către supapa inferioară 2, care este închisă în poziția inițială.

Orez. 4. Acționare pneumatică

Orez. 5. Pornirea (a) și oprirea (b) electrovalvelor

Cilindrul servomotorului pneumatic conectat la orificiul A este conectat prin vana deschisă 1 la atmosferă prin orificiul C. Când bobina K este alimentată, tija solenoidală apasă valva superioară 1 și, depășind forța arcului 3, se închide. supapa 1 și deschide supapa 2. În același timp, aerul comprimat din orificiul B prin vana 2 și orificiul A în cilindrul actuatorului pneumatic.

Dimpotrivă, supapa de închidere, când bobina nu este excitată, conectează cilindrul la aerul comprimat, iar când bobina este excitată - la atmosferă. În starea inițială, supapa 1 (Fig. 5, b) este închisă, iar supapa 2 este deschisă, creând o cale pentru aer comprimat de la orificiul B la orificiul A prin supapa 2.Când bobina este alimentată, supapa 1 se deschide, conectând cilindrul la atmosferă, iar alimentarea cu aer este oprită de supapa 2.

Acționare cu motor electric

Pentru a conduce un număr de dispozitive electrice, motoarele electrice sunt utilizate cu sisteme mecanice care transformă mișcarea de rotație a arborelui motorului în mișcarea de translație a sistemului de contact. Principalul avantaj al acționărilor electromotoare față de cele pneumatice este constanța caracteristicilor lor și posibilitatea de reglare a acestora. Conform principiului de funcționare, aceste acționări pot fi împărțite în două grupe: cu conexiune permanentă a arborelui motorului cu un dispozitiv electric și cu conexiune periodică.

Într-un dispozitiv electric cu motor electric (Fig. 6), rotația de la motorul electric 1 este transmisă printr-o roată dințată 2 către arborele cu came 3. Într-o anumită poziție, cama arborelui 4 ridică tija 5 și se închide. contactul mobil asociat acestuia cu contactul staționar 6.

În sistemul de antrenare al dispozitivelor electrice de grup, sunt introduse uneori dispozitive care asigură rotirea în trepte a arborelui unui dispozitiv electric cu o oprire în orice poziție. În timpul frânării, motorul este oprit. Un astfel de sistem asigură fixarea precisă a arborelui aparatului electric în poziție.

Ca exemplu, FIG. 7 este o ilustrare schematică a așa-numitei unități încrucișate malteze utilizate în controlerele de grup.

Orez. 6. Acționare cu motor electric cu conexiune permanentă a arborilor motoarelor și a aparatelor electrice

Orez. 7. Acționare cu motor electric al controlerului de grup

Smochin. 8. Servomotor termic cu placa bimetalica.

Acționarea constă dintr-un servomotor și o cutie de viteze cu melc cu fixare în poziție prin intermediul unei cruci malteze. Viercul 1 este conectat la servomotor și transmite rotația arborelui roții melcate 2, antrenând discul 3 cu degetele și un zăvor (Fig. 7, a). Arborele crucii malteze 4 nu se rotește până când degetul discului 6 (fig. 7, b) intră în canelura crucii malteze.

Cu o rotație ulterioară, degetul va roti crucea și, prin urmare, arborele pe care se află, cu 60 °, după care degetul va fi eliberat, iar sectorul de blocare 7 va fixa cu precizie poziția arborelui. Când rotiți arborele angrenajului melcat cu o tură, arborele transversal maltez se va întoarce cu 1/3 de tură.

Angrenajul 5 este montat pe arborele crucii malteze, care transmite rotația arborelui cu came principal al controlerului de grup.

Unitate termică

Elementul principal al acestui dispozitiv este placa bimetalica, care constă din două straturi de metale diferite legate ferm pe întreaga suprafață de contact. Aceste metale au coeficienți de temperatură diferiți de expansiune liniară. Un strat metalic cu un coeficient ridicat de dilatare liniară 1 (Fig. 8) se numește strat termoactiv, spre deosebire de un strat cu un coeficient de dilatare liniar mai mic 3, care se numește termopasiv.

Când placa este încălzită de un curent care trece prin ea sau de un element de încălzire (încălzire indirectă), are loc o alungire diferită a celor două straturi și placa se îndoaie spre un strat termopasiv. Cu o astfel de îndoire, contactele 2 conectate la placă pot fi direct închise sau deschise, ceea ce este utilizat în releele termice.

Îndoirea plăcii poate elibera, de asemenea, zăvorul pârghiei de pe aparatul electric, care este apoi eliberat de arcuri. Curentul de antrenare setat este controlat prin selectarea elementelor de încălzire (cu încălzire indirectă) sau prin schimbarea soluției de contact (cu încălzire directă).Timpul de readucere a plăcii bimetalice în poziția inițială după funcționare și răcire variază de la 15 s la 1,5 minute.