Elektrické pohonné zariadenia

Na zatváranie a otváranie kontaktov elektrických zariadení sa používajú rôzne ovládače. Pri ručnom pohone sa sila prenáša z ľudskej ruky cez systém mechanických prevodov na kontakty. Ručné ovládanie sa používa v niektorých odpojovačoch, ističoch, ističoch a ovládačoch.

Najčastejšie sa ručné ovládanie používa v neautomatických zariadeniach, aj keď v niektorých ochranných zariadeniach sa zapínanie vykonáva manuálne a vypínanie sa vykonáva automaticky pôsobením stlačenej pružiny. Diaľkové pohony zahŕňajú elektromagnetické, elektropneumatické, elektromotorické a tepelné pohony.

Elektromagnetický pohon

Najpoužívanejší v elektrických zariadeniach je elektromagnetický pohon, ktorý využíva silu priťahovania kotvy k jadru elektromagnet alebo ťažná sila kotvy solenoidová cievka.

Každý feromagnetický materiál umiestnený v magnetickom poli nadobúda vlastnosti magnetu. Preto magnet alebo elektromagnet pritiahne feromagnetické telesá k sebe.Táto vlastnosť je založená na zariadeniach rôznych typov zdvíhacích, zaťahovacích a rotačných elektromagnetov.

Sila F, ktorou elektromagnet resp permanentný magnet priťahuje feromagnetické teleso - kotvu (obr. 1, a),

kde B je magnetická indukcia vo vzduchovej medzere; S je prierezová plocha pólov.

Magnetický tok F vytvorený cievkou elektromagnetu a teda aj magnetická indukcia B vo vzduchovej medzere, ako bolo uvedené vyššie, závisí od magnetomotorickej sily cievky, t.j. počtu závitov w a prúdu ním preteká. Preto sila F (ťahová sila elektromagnetu) môže byť nastavená zmenou prúdu v jeho cievke.

Vlastnosti elektromagnetického pohonu sú charakterizované závislosťou sily F od polohy kotvy. Táto závislosť sa nazýva trakčná charakteristika elektromagnetického pohonu. Výrazný vplyv na priebeh trakčnej charakteristiky má tvar magnetického systému.

Magnetický systém pozostávajúci z jadra 1 v tvare U (obr. 1, b) s cievkou 2 a otočnou kotvou 4, ktorá je spojená s pohyblivým kontaktom 3 prístroja, sa rozšíril v elektrických zariadeniach.

Približný pohľad na trakčnú charakteristiku je na obr. 2. Keď sú kontakty úplne otvorené, vzduchová medzera x medzi kotvou a jadrom je relatívne veľká a magnetický odpor systému bude najväčší. Preto magnetický tok F vo vzduchovej medzere elektromagnetu, indukcia B a ťažná sila F budú najmenšie. Pri správne vypočítanom pohone by však táto sila mala zabezpečiť pritiahnutie kotvy k jadru.

Ryža. 1.Schematický diagram elektromagnetu (a) a diagram elektromagnetického pohonu s magnetickým obvodom v tvare U (b)

Keď sa kotva približuje k jadru a vzduchová medzera sa zmenšuje, magnetický tok v medzere sa zvyšuje a ťažná sila sa zodpovedajúcim spôsobom zvyšuje.

Prítlačná sila F vytvorená pohonom musí byť dostatočná na prekonanie ťahových síl hnacieho systému vozidla. Patria sem sila závažia pohyblivého systému G, prítlačný tlak Q a sila P vytvorená vratnou pružinou (pozri obr. 1, b). Zmena výslednej sily pri pohybe kotvy je na diagrame (pozri obr. 2) znázornená prerušovanou čiarou 1-2-3-4.

Keď sa kotva pohybuje a vzduchová medzera x sa zmenšuje, kým sa kontakty nedotknú, pohon musí len prekonať odpor spôsobený hmotnosťou pohyblivého systému a pôsobením vratnej pružiny (časť 1-2). Okrem toho sa námaha prudko zvyšuje s hodnotou počiatočného stlačenia kontaktov (2-3) a zvyšuje sa s ich pohybom (3-4).

Porovnanie charakteristík znázornených na obr. 2, nám umožňuje posúdiť činnosť zariadenia. Takže ak prúd v riadiacej cievke produkuje ppm.I2w až, potom najväčšia medzera x, pri ktorej sa môže zariadenie zapnúť, je x2 (bod A) a pri nižších ppm. I1w, ťažná sila nebude dostatočná a zariadenie sa môže zapnúť až vtedy, keď sa medzera zníži na x1 (bod B).

Keď sa elektrický obvod hnacej cievky otvorí, pohyblivý systém sa pôsobením pružiny a gravitácie vráti do svojej pôvodnej polohy.Pri malých hodnotách vzduchovej medzery a vratných síl môže byť kotva držaná v medzipolohe zvyškovým magnetickým tokom. Tento jav je eliminovaný nastavením pevnej minimálnej vzduchovej medzery a nastavením pružín.

Ističe používajú systémy s prídržným elektromagnetom (obr. 3, a). Kotva 1 je držaná v priťahovanej polohe k jarmu jadra 5 magnetickým tokom F generovaným prídržnou cievkou 4, ktorá je napájaná riadiacim obvodom. V prípade potreby odpojenia sa do odpájacej cievky 3 privedie prúd, ktorý vytvorí magnetický tok Fo smerujúci na magnetický tok Fu cievky 4, ktorý demagnetizuje kotvu a jadro.

Ryža. 2. Trakčné charakteristiky elektromagnetického pohonu a silový diagram

Ryža. 3. Elektromagnetický pohon s prídržným elektromagnetom (a) as magnetickým bočníkom (b)

V dôsledku toho sa kotva pôsobením odpájacej pružiny 2 pohybuje preč od jadra a kontakty 6 zariadenia sa otvoria. Rýchlosť vypínania sa dosahuje vďaka tomu, že na začiatku pohybu pohyblivého systému pôsobia najväčšie sily napnutej pružiny, zatiaľ čo pri bežnom elektromagnetickom pohone, o ktorom sme hovorili vyššie, pohyb kotvy začína s veľkou medzerou. a nízke trakčné úsilie.

Ako ovládacia cievka 3 v ističoch sa niekedy používajú prípojnice alebo demagnetizačné cievky, ktorými prechádza prúd napájacieho obvodu chráneného zariadením.

Keď prúd v cievke 3 dosiahne určitú hodnotu určenú nastavením prístroja, výsledný magnetický tok Fu — Fo prechádzajúci kotvou sa zníži na takú hodnotu, že už kotvu v natiahnutom stave nedokáže udržať a prístroj je vypnutý.

Vo vysokorýchlostných ističoch (obr. 3, b) sú riadiace a uzatváracie cievky inštalované v rôznych častiach magnetického obvodu, aby sa zabránilo ich vzájomnému indukčnému ovplyvňovaniu, čo spomaľuje demagnetizáciu jadra a zvyšuje jeho vlastný vypínací čas, najmä pri vysokých rýchlostiach nárastu núdzového prúdu v chránenom obvode.

Vypínacia cievka 3 je namontovaná na jadre 7, ktoré je oddelené od hlavného magnetického obvodu vzduchovými medzerami.

Kotva 1, jadrá 5 a 7 sú vyrobené vo forme balíkov z oceľového plechu, a preto zmena magnetického toku v nich bude presne zodpovedať zmene prúdu v chránenom obvode. Tok Fo vytvorený vypínacou cievkou 3 je uzavretý dvoma spôsobmi: cez kotvu 1 a cez nenabitý magnetický obvod 8 s riadiacou cievkou 4.

Rozloženie toku Ф0 pozdĺž magnetických obvodov závisí od rýchlosti jeho zmeny. Pri vysokých rýchlostiach nárastu núdzového prúdu, ktorý v tomto prípade vytvára demagnetizačný tok Ф0, začne všetok tento tok pretekať cez kotvu, pretože rýchla zmena časti toku Fo prechádzajúceho jadrom s cievkou 4 emf je zabránené. d. s indukované v prídržnej cievke, keď sa prúd cez ňu rýchlo mení. Toto napr. c) podľa Lenzovho pravidla vytvára prúd, ktorý spomaľuje rast tej časti toku Fo.

V dôsledku toho bude rýchlosť vypínania vysokorýchlostného ističa závisieť od rýchlosti nárastu prúdu prechádzajúceho cez uzatváraciu cievku 3. Čím rýchlejšie sa prúd zvyšuje, tým nižší je prúd, zariadenie začína vypínať. Táto vlastnosť rýchlobežného ističa je veľmi cenná, pretože prúd má najväčšiu rýchlosť v skratových režimoch a čím skôr začne istič vypínať obvod, tým menší bude ním obmedzený prúd.

V niektorých prípadoch je potrebné spomaliť prevádzku elektrického zariadenia. Toto sa vykonáva pomocou zariadenia na získanie časového oneskorenia, ktorým sa rozumie čas od momentu privedenia alebo odstránenia napätia z budiacej cievky prístroja do začiatku pohybu kontaktov. vypínanie elektrických zariadení riadených jednosmerným prúdom, sa vykonáva pomocou prídavnej skratovacej cievky umiestnenej na rovnakom magnetickom obvode s riadiacou cievkou.

Po odpojení napájania z riadiacej cievky sa magnetický tok vytvorený touto cievkou zmení z prevádzkovej hodnoty na nulu.

Pri zmene tohto toku sa v skratovanej cievke indukuje prúd v takom smere, že jeho magnetický tok bráni zníženiu magnetického toku riadiacej cievky a drží kotvu elektromagnetického pohonu prístroja v priťahovanej polohe.

Namiesto skratovej cievky je možné na magnetický obvod nainštalovať medenú objímku. Jeho činnosť je podobná ako pri skratovej cievke. Rovnaký efekt možno dosiahnuť skratovaním obvodu riadiacej cievky v momente, keď je odpojená od siete.

Na získanie rýchlosti uzávierky na zapnutie elektrického zariadenia sa používajú rôzne mechanické časovacie mechanizmy, ktorých princíp činnosti je podobný hodinám.

Pohony elektromagnetických zariadení sa vyznačujú prúdovým (alebo napäťovým) ovládaním a spätným chodom. Pracovný prúd (napätie) je najmenšia hodnota prúdu (napätia), pri ktorej je zabezpečená jasná a spoľahlivá prevádzka zariadenia. Pri trakčných zariadeniach je reakčné napätie 75 % menovitého napätia.

Ak postupne znížite prúd v cievke, pri určitej hodnote sa zariadenie vypne. Najvyššia hodnota prúdu (napätia), pri ktorej je už zariadenie vypnuté, sa nazýva spätný prúd (napätie). Spätný prúd Ib je vždy menší ako prevádzkový prúd Iav, pretože pri zapnutí mobilného systému prístroja je potrebné prekonať trecie sily, ako aj zväčšené vzduchové medzery medzi kotvou a strmeňom elektromagnetického systému. .

Pomer spätného prúdu k záchytnému prúdu sa nazýva návratový faktor:

Tento koeficient je vždy menší ako jedna.

Elektropneumatický pohon

V najjednoduchšom prípade sa pneumatický pohon skladá z valca 1 (obr. 4) a piestu 2, ktorý je spojený s pohyblivým kontaktom 6. Pri otvorenom ventile 3 je valec pripojený k potrubiu stlačeného vzduchu 4, ktorý zdvihne piest 2 v hornej polohe a zatvorí kontakty. Keď sa ventil následne uzavrie, objem valca pod piestom je spojený s atmosférou a piest sa pôsobením vratnej pružiny 5 vráti do pôvodného stavu, čím sa roztvoria kontakty.Takýto pohon sa môže nazývať ručne ovládaný pneumatický pohon.

Pre možnosť diaľkového ovládania prívodu stlačeného vzduchu sú namiesto batérie použité solenoidové ventily. Elektromagnetický ventil (obr. 5) je sústava dvoch ventilov (nasávací a výfukový) s nízkopríkonovým (5-25 W) elektromagnetickým pohonom. Sú rozdelené na zapnuté a vypnuté v závislosti od povahy operácií, ktoré vykonávajú, keď je cievka pod napätím.

Keď je cievka pod napätím, uzatvárací ventil spája ovládací valec so zdrojom stlačeného vzduchu a keď je cievka bez napätia, komunikuje valec s atmosférou a súčasne blokuje prístup k valcu so stlačeným vzduchom. Vzduch z nádrže prúdi cez otvor B (obr. 5, a) do spodného ventilu 2, ktorý je vo východiskovej polohe zatvorený.

Ryža. 4. Pneumatický pohon

Ryža. 5. Zapnutie (a) a vypnutie (b) solenoidových ventilov

Valec pneumatického pohonu pripojený k portu A je pripojený cez otvorený ventil 1 k atmosfére cez port C. Keď je cievka K napájaná, tlačí solenoidová tyč horný ventil 1 a prekonaním sily pružiny 3 sa uzavrie. ventil 1 a otvorí ventil 2. Súčasne stlačený vzduch z portu B cez ventil 2 a port A do valca pneumatického pohonu.

Naopak, uzatvárací ventil, keď cievka nie je vzrušená, spája valec so stlačeným vzduchom a keď je cievka vzrušená - s atmosférou. V počiatočnom stave je ventil 1 (obr. 5, b) zatvorený a ventil 2 otvorený, čím sa vytvára cesta pre stlačený vzduch z portu B do portu A cez ventil 2.Keď je cievka pod napätím, otvorí sa ventil 1, čím sa valec pripojí k atmosfére, a ventilom 2 sa zastaví prívod vzduchu.

Pohon elektromotorom

Na pohon množstva elektrických zariadení sa používajú elektromotory s mechanickými systémami, ktoré premieňajú rotačný pohyb hriadeľa motora na translačný pohyb kontaktného systému. Hlavnou výhodou elektromotorických pohonov oproti pneumatickým je stálosť ich charakteristík a možnosť ich nastavenia. Podľa princípu činnosti možno tieto pohony rozdeliť do dvoch skupín: s trvalým spojením hriadeľa motora s elektrickým zariadením a s periodickým pripojením.

V elektrickom zariadení s elektromotorom (obr. 6) sa otáčanie od elektromotora 1 prenáša cez ozubené koleso 2 na vačkový hriadeľ 3. V určitej polohe vačka hriadeľa 4 zdvihne tyč 5 a uzavrie pohyblivý kontakt s ním spojený so stacionárnym kontaktom 6.

V systéme pohonu skupinových elektrických zariadení sa niekedy zavádzajú zariadenia, ktoré poskytujú postupné otáčanie hriadeľa elektrického zariadenia so zarážkou v akejkoľvek polohe. Počas brzdenia je motor vypnutý. Takýto systém zaisťuje presnú fixáciu hriadeľa elektrického zariadenia v polohe.

Ako príklad je na obr. 7 je schematické znázornenie takzvaného maltského krížového pohonu používaného v skupinových ovládačoch.

Ryža. 6. Elektromotorový pohon s trvalým spojením hriadeľov motora a elektrického prístroja

Ryža. 7. Elektromotorický pohon skupinového ovládača

Obr. 8. Tepelný pohon s bimetalovou doskou.

Pohon pozostáva zo servomotora a šnekovej prevodovky s fixáciou polohy pomocou maltézskeho kríža. Závitovka 1 je spojená so servomotorom a prenáša otáčanie na hriadeľ závitovkového kolesa 2, pričom poháňa kotúč 3 prstami a západkou (obr. 7, a). Hriadeľ maltézskeho kríža 4 sa neotáča, kým prst kotúča 6 (obr. 7, b) nevstúpi do drážky maltézskeho kríža.

Pri ďalšom otáčaní prst otočí kríž, a teda hriadeľ, na ktorom sedí, o 60 °, potom sa prst uvoľní a blokovací sektor 7 presne zafixuje polohu hriadeľa. Keď otočíte závitovkovým hriadeľom o jednu otáčku, maltský krížový hriadeľ sa otočí o 1/3 otáčky.

Ozubené koleso 5 je namontované na hriadeli maltézskeho kríža, ktorý prenáša otáčanie na hlavný vačkový hriadeľ skupinového ovládača.

Tepelný pohon

Hlavným prvkom tohto zariadenia je bimetalová doska, ktorý pozostáva z dvoch vrstiev odlišných kovov pevne spojených po celej kontaktnej ploche. Tieto kovy majú rôzne teplotné koeficienty lineárnej rozťažnosti. Kovová vrstva s vysokým koeficientom lineárnej rozťažnosti 1 (obr. 8) sa nazýva termoaktívna vrstva, na rozdiel od vrstvy s nižším koeficientom lineárnej rozťažnosti 3, ktorá sa nazýva termopasívna.

Keď sa platňa ohrieva prúdom prechádzajúcim cez ňu alebo ohrievacím prvkom (nepriamy ohrev), dochádza k rozdielnemu predĺženiu oboch vrstiev a doska sa ohýba smerom k termopasívnej vrstve. Pri takomto ohnutí môžu byť kontakty 2 pripojené k doske priamo uzavreté alebo otvorené, čo sa používa v tepelných relé.

Ohnutie dosky môže tiež uvoľniť pákovú západku na elektrickom zariadení, ktorá sa potom uvoľní pružinami. Nastavený prúd pohonu sa riadi výberom vykurovacích telies (pri nepriamom ohreve) alebo zmenou kontaktného riešenia (pri priamom ohreve) Čas návratu bimetalovej platne do pôvodnej polohy po prevádzke a ochladení sa pohybuje od 15 s do 1,5 minúty.