Električni pogonski uređaji

Za zatvaranje i otvaranje kontakata električnih uređaja koriste se različiti aktuatori. Kod ručnog pogona snaga se prenosi s ljudske ruke kroz sustav mehaničkih prijenosa na kontakte. Ručno aktiviranje koristi se u nekim rastavljačima, prekidačima, prekidačima i regulatorima.

Najčešće se ručno aktiviranje koristi u neautomatskim uređajima, iako se u nekim zaštitnim uređajima uključivanje vrši ručno, a isključivanje automatski pod djelovanjem komprimirane opruge. Daljinski pogoni uključuju elektromagnetske, elektropneumatske, elektromotorne i termalne pogone.

Elektromagnetski pogon

U električnim uređajima najviše se koristi elektromagnetski pogon koji koristi silu privlačenja armature prema jezgri elektromagnet ili vučne sile sidra solenoidna zavojnica.

Svaki feromagnetski materijal stavljen u magnetsko polje poprima svojstva magneta. Stoga će magnet ili elektromagnet k sebi privući feromagnetska tijela.Ovo svojstvo temelji se na uređajima raznih vrsta elektromagneta za podizanje, uvlačenje i rotiranje.

A sila F kojom elektromagnet odn trajni magnet privlači feromagnetsko tijelo - sidro (slika 1, a),

gdje je B magnetska indukcija u zračnom rasporu; S je površina poprečnog presjeka polova.

Magnetski tok F koji stvara zavojnica elektromagneta, a time i magnetska indukcija B u zračnom rasporu, kao što je gore spomenuto, ovise o magnetomotornoj sili zavojnice, tj. od broja zavoja w i struje koja teče kroz njega. Stoga se sila F (vlačna sila elektromagneta) može podešavati promjenom struje u njegovom svitku.

Svojstva elektromagnetskog pogona karakterizira ovisnost sile F o položaju armature. Ta se ovisnost naziva vučna karakteristika elektromagnetskog pogona. Oblik magnetskog sustava ima značajan utjecaj na tijek vučne karakteristike.

Magnetski sustav koji se sastoji od jezgre u obliku slova U 1 (slika 1, b) sa zavojnicom 2 i rotirajućom armaturom 4, koja je povezana s pomičnim kontaktom 3 aparata, postao je široko rasprostranjen u električnim uređajima.

Približan prikaz karakteristika vuče prikazan je na sl. 2. Kada su kontakti potpuno otvoreni, zračni raspor x između armature i jezgre je relativno velik i magnetski otpor sustava bit će najveći. Zbog toga će magnetski tok F u zračnom rasporu elektromagneta, indukcija B i vučna sila F biti najmanji. Međutim, uz ispravno izračunati pogon, ova sila bi trebala osigurati privlačenje sidra prema jezgri.

Riža. 1.Shematski dijagram elektromagneta (a) i dijagram elektromagnetskog pogona s magnetskim krugom u obliku slova U (b)

Kako se armatura približava jezgri, a zračni raspor smanjuje, magnetski tok u rasporu raste i sila povlačenja se u skladu s tim povećava.

Potisna sila F koju stvara pogon mora biti dovoljna da nadvlada sile otpora pogonskog sustava vozila. To uključuje silu težine pokretnog sustava G, kontaktni pritisak Q i silu P koju stvara povratna opruga (vidi sliku 1, b). Promjena rezultirajuće sile pri pomicanju sidra prikazana je na dijagramu (vidi sl. 2) isprekidanom linijom 1-2-3-4.

Kako se armatura pomiče i zračni raspor x smanjuje dok se kontakti ne dodirnu, pogon mora samo svladati otpor zbog mase pokretnog sustava i djelovanja povratne opruge (odjeljak 1-2). Osim toga, napor se naglo povećava s vrijednošću početnog pritiskanja kontakata (2-3) i povećava se s njihovim pomicanjem (3-4).

Usporedba karakteristika prikazanih na Sl. 2, omogućuje nam procjenu rada aparata. Dakle, ako struja u upravljačkoj zavojnici proizvodi ppm.I2w do, tada je najveći razmak x pri kojem se uređaj može uključiti je x2 (točka A) i pri nižim ppm. I1w, vučna sila neće biti dovoljna i uređaj se može uključiti tek kada se razmak smanji na x1 (točka B).

Kada se električni krug pogonske zavojnice otvori, pokretni sustav se vraća u svoj prvobitni položaj pod djelovanjem opruge i gravitacije.Pri malim vrijednostima zračnog raspora i povratnih sila, armatura se može držati u srednjem položaju pomoću zaostalog magnetskog toka. Ova se pojava eliminira postavljanjem fiksnog minimalnog zračnog raspora i podešavanjem opruga.

Prekidači koriste sustave s elektromagnetom za držanje (slika 3, a). Armatura 1 se drži u privučenom položaju na jarmu jezgre 5 pomoću magnetskog toka F koji stvara zavojnica za držanje 4 koja se napaja iz upravljačkog kruga. Ako je potrebno odspojiti, struja se dovodi do zavojnice za odvajanje 3, koja stvara magnetski tok Fo usmjeren na magnetski tok Fu zavojnice 4, koji demagnetizira armaturu i jezgru.

Riža. 2. Vučne karakteristike elektromagnetskog pogona i dijagram sila

Riža. 3. Elektromagnetski pogon s pridržnim elektromagnetom (a) i s magnetskim šantom (b)

Kao rezultat toga, armatura pod djelovanjem opruge za odspajanje 2 odmiče se od jezgre i kontakti 6 uređaja se otvaraju. Brzina okidanja postiže se činjenicom da na početku kretanja pomičnog sustava djeluju najveće sile zategnute opruge, dok u konvencionalnom elektromagnetskom pogonu, o kojem je ranije bilo riječi, kretanje armature počinje s velikim razmakom. i mali vučni napor.

Kao pokretačka zavojnica 3 u prekidačima ponekad se koriste sabirnice ili razmagnetizirajuće zavojnice, kroz koje prolazi struja opskrbnog kruga zaštićenog uređajem.

Kada struja u zavojnici 3 dosegne određenu vrijednost određenu postavkom aparata, rezultirajući magnetski tok Fu — Fo koji prolazi kroz armaturu smanjuje se na takvu vrijednost da više ne može držati armaturu u povučenom stanju, a aparat je isključen.

U brzim prekidačima (sl. 3, b), upravljačke i zavojnice za zatvaranje ugrađene su u različite dijelove magnetskog kruga kako bi se izbjegao njihov međusobni induktivni utjecaj, što usporava demagnetizaciju jezgre i povećava vlastito vrijeme okidanja, posebno pri visokim stopama povećanja struje u nuždi u zaštićenom krugu.

Zavojnica za okidanje 3 postavljena je na jezgru 7, koja je od glavnog magnetskog kruga odvojena zračnim rasporima.

Armatura 1, jezgre 5 i 7 izrađene su u obliku paketa od čeličnog lima, pa će promjena magnetskog toka u njima točno odgovarati promjeni struje u zaštićenom krugu. Tok Fo koji stvara zavojnica za isključivanje 3 zatvara se na dva načina: kroz armaturu 1 i kroz nenabijeni magnetski krug 8 s upravljačkom zavojnicom 4.

Raspodjela toka F0 duž magnetskih krugova ovisi o brzini njegove promjene. Pri velikim brzinama porasta struje u slučaju nužde, koja u ovom slučaju stvara tok demagnetiziranja F0, sav taj tok počinje teći kroz armaturu, jer brza promjena dijela toka Fo koji prolazi kroz jezgru sa zavojnicom 4 emf je spriječen. d. induciran u pridržnom svitku kada se struja kroz njega brzo mijenja. Ovo e. itd. c. prema Lenzovom pravilu stvara struju koja usporava rast tog dijela toka Fo.

Kao rezultat toga, brzina okidanja brzog prekidača ovisit će o brzini povećanja struje koja prolazi kroz zavojnicu za zatvaranje 3. Što se struja brže povećava, struja je manja, počinje okidanje uređaja. Ovo svojstvo brzog prekidača je vrlo vrijedno jer struja ima najveću brzinu u režimima kratkog spoja i što prije prekidač počne prekidati krug, manja će biti struja njime ograničena.

U nekim slučajevima potrebno je usporiti rad električnih uređaja. To se radi uz pomoć uređaja za dobivanje vremenske odgode, koja se razumijeva kao vrijeme od trenutka kada je napon doveden ili uklonjen s pogonske zavojnice aparata do početka pomicanja kontakata. isključivanje električnih uređaja upravljanih istosmjernom strujom, provodi se pomoću dodatne zavojnice kratkog spoja koja se nalazi na istom magnetskom krugu s upravljačkom zavojnicom.

Kada se prekine napajanje iz kontrolne zavojnice, magnetski tok koji stvara ova zavojnica mijenja se sa svoje radne vrijednosti na nulu.

Kada se taj tok promijeni, u kratkospojenoj zavojnici inducira se struja u takvom smjeru da njezin magnetski tok sprječava smanjenje magnetskog toka upravljačkog svitka i drži armaturu elektromagnetskog pogona aparata u privučenom položaju.

Umjesto zavojnice kratkog spoja, na magnetski krug može se postaviti bakrena čahura. Njegovo djelovanje je slično djelovanju zavojnice kratkog spoja. Isti učinak može se postići kratkim spojem strujnog kruga upravljačkog svitka u trenutku kada je isključen iz mreže.

Da bi se dobila brzina zatvarača za uključivanje električnih aparata, koriste se različiti mehanički vremenski mehanizmi, čiji je princip rada sličan satu.

Pogoni elektromagnetskih uređaja karakterizirani su strujnim (ili naponskim) aktiviranjem i povratkom. Radna struja (napon) je najmanja vrijednost struje (napona) pri kojoj je osiguran čist i pouzdan rad uređaja. Za vučne uređaje, reakcijski napon je 75% nazivnog napona.

Ako postupno smanjite struju u zavojnici, tada će se na određenoj vrijednosti uređaj isključiti. Najveća vrijednost struje (napona) pri kojoj je uređaj već isključen naziva se povratna struja (napon). Povratna struja Ib uvijek je manja od radne struje Iav, jer je pri uključivanju pokretnog sustava aparata potrebno svladati sile trenja, kao i povećane zračne raspore između armature i jarma elektromagnetskog sustava. .

Omjer povratne struje i struje zahvata naziva se povratni faktor:

Ovaj koeficijent je uvijek manji od jedan.

Elektropneumatski pogon

U najjednostavnijem slučaju pneumatski pogon sastoji se od cilindra 1 (sl. 4) i klipa 2, koji je spojen na pomični kontakt 6. Kada je ventil 3 otvoren, cilindar je spojen na cijev za komprimirani zrak 4, koji podiže klip 2 u gornji položaj i zatvara kontakte. Kada se ventil naknadno zatvori, volumen cilindra ispod klipa je povezan s atmosferom i klip se pod djelovanjem povratne opruge 5 vraća u prvobitno stanje, otvarajući kontakte.Takav se aktuator može nazvati ručno upravljanim pneumatskim aktuatorom.

Za mogućnost daljinskog upravljanja dovodom komprimiranog zraka umjesto slavine koriste se solenoidni ventili. Solenoidni ventil (slika 5) je sustav od dva ventila (usisni i ispušni) s elektromagnetskim pogonom male snage (5-25 W). Dijele se na uključene i isključene ovisno o prirodi operacija koje obavljaju kada je zavojnica pod naponom.

Kada je zavojnica pod naponom, ventil za zatvaranje povezuje cilindar za pokretanje s izvorom komprimiranog zraka, a kada je zavojnica bez napona, povezuje cilindar s atmosferom, istovremeno blokirajući pristup cilindru za komprimirani zrak. Zrak iz spremnika teče kroz otvor B (slika 5, a) do donjeg ventila 2, koji je zatvoren u početnom položaju.

Riža. 4. Pneumatski pogon

Riža. 5. Uključivanje (a) i isključivanje (b) elektromagnetskih ventila

Cilindar pneumatskog aktuatora spojen na priključak A povezan je preko otvorenog ventila 1 s atmosferom kroz priključak C. Kada je svitak K pod naponom, solenoidna šipka pritišće gornji ventil 1 i, nadvladavajući silu opruge 3, zatvara se ventil 1 i otvara ventil 2. U isto vrijeme komprimirani zrak iz priključka B kroz ventil 2 i priključak A ulazi u cilindar pneumatskog aktuatora.

Naprotiv, ventil za zatvaranje, kada svitak nije uzbuđen, povezuje cilindar s komprimiranim zrakom, a kada je svitak uzbuđen - s atmosferom. U početnom stanju, ventil 1 (slika 5, b) je zatvoren, a ventil 2 je otvoren, stvarajući put za komprimirani zrak od otvora B do otvora A kroz ventil 2.Kada je zavojnica pod naponom, otvara se ventil 1, povezujući cilindar s atmosferom, a dovod zraka zaustavlja ventil 2.

Elektromotorni pogon

Za pogon niza električnih uređaja koriste se elektromotori s mehaničkim sustavima koji pretvaraju rotacijsko gibanje osovine motora u translatorno gibanje kontaktnog sustava. Glavna prednost elektromotornih pogona u odnosu na pneumatske je konstantnost njihovih karakteristika i mogućnost podešavanja. Ovi se pogoni prema principu rada mogu podijeliti u dvije skupine: s trajnim spojem vratila motora s električnim uređajem i s periodičkim spojem.

U električnom uređaju s elektromotorom (slika 6), rotacija s elektromotora 1 prenosi se preko zupčanika 2 na bregastu osovinu 3. U određenom položaju, bregasta osovina 4 podiže šipku 5 i zatvara pokretni kontakt povezan s njim sa stacionarnim kontaktom 6.

U pogonskom sustavu grupnih električnih uređaja ponekad se uvode uređaji koji omogućuju postupnu rotaciju osovine električnog uređaja sa zaustavljanjem u bilo kojem položaju. Tijekom kočenja motor je ugašen. Takav sustav osigurava točnu fiksaciju osovine električnog uređaja u položaju.

Kao primjer, Sl. Slika 7 je shematski prikaz takozvanog malteškog križnog pogona koji se koristi u grupnim kontrolerima.

Riža. 6. Elektromotorni pogon sa stalnim spojem vratila motora i električnih aparata

Riža. 7. Elektromotorni pogon grupnog regulatora

sl. 8. Termički aktuator s bimetalnom pločom.

Pogon se sastoji od servo motora i pužnog mjenjača s fiksiranjem položaja pomoću malteškog križa. Puž 1 je spojen na servomotor i prenosi rotaciju na osovinu pužnog kotača 2, pokrećući disk 3 prstima i zasunom (slika 7, a). Osovina malteškog križa 4 ne rotira sve dok prst diska 6 (slika 7, b) ne uđe u utor malteškog križa.

S daljnjom rotacijom, prst će zakrenuti križ, a time i osovinu na kojoj se nalazi, za 60 °, nakon čega će se prst osloboditi, a sektor za zaključavanje 7 će precizno fiksirati položaj osovine. Kada vratilo pužnog prijenosnika okrenete za jedan krug, osovina malteškog križa će se okrenuti za 1/3 kruga.

Zupčanik 5 postavljen je na osovinu malteškog križa, koja prenosi rotaciju na glavnu bregastu osovinu regulatora grupe.

Termički pogon

Glavni element ovog uređaja je bimetalna ploča, koji se sastoji od dva sloja različitih metala čvrsto povezanih cijelom kontaktnom površinom. Ovi metali imaju različite temperaturne koeficijente linearnog širenja. Metalni sloj s visokim koeficijentom linearnog širenja 1 (slika 8) naziva se termoaktivnim slojem, za razliku od sloja s nižim koeficijentom linearnog širenja 3 koji se naziva termopasivnim.

Kada se ploča zagrijava strujom koja prolazi kroz nju ili grijaćim elementom (indirektno zagrijavanje), dolazi do različitog istezanja dva sloja i ploča se savija prema termopasivnom sloju. S takvim savijanjem, kontakti 2 spojeni na ploču mogu se izravno zatvoriti ili otvoriti, što se koristi u toplinskim relejima.

Savijanje ploče također može osloboditi zasun poluge na električnom uređaju, koji se zatim oslobađa pomoću opruga. Zadanom pogonskom strujom upravlja se odabirom grijaćih elemenata (kod neizravnog grijanja) ili promjenom rješenja kontakta (kod izravnog grijanja).Vrijeme vraćanja bimetalne ploče u prvobitni položaj nakon rada i hlađenja varira od 15 s do 1,5 minuta.