Zařízení elektrického pohonu

K zavírání a otevírání kontaktů elektrických zařízení se používají různé akční členy. U ručního pohonu je síla přenášena z lidské ruky systémem mechanických převodů na kontakty. Ruční ovládání se používá u některých odpojovačů, jističů, jističů a ovladačů.

Nejčastěji se ruční ovládání používá v neautomatických zařízeních, i když u některých ochranných zařízení se zapínání provádí ručně a vypíná se automaticky působením stlačené pružiny. Dálkové pohony zahrnují elektromagnetické, elektropneumatické, elektromotorické a tepelné pohony.

Elektromagnetický pohon

Nejpoužívanější v elektrických zařízeních je elektromagnetický pohon, který využívá sílu přitahování kotvy k jádru elektromagnet nebo tažná síla kotvy cívka solenoidu.

Každý feromagnetický materiál umístěný v magnetickém poli získává vlastnosti magnetu. Proto magnet nebo elektromagnet k sobě přitáhne feromagnetická tělesa.Tato vlastnost je založena na zařízeních různých typů zvedacích, zatahovacích a otočných elektromagnetů.

Síla F, se kterou elektromagnet popř stálý magnet přitahuje feromagnetické těleso — kotvu (obr. 1, a),

kde B je magnetická indukce ve vzduchové mezeře; S je plocha průřezu pólů.

Magnetický tok F vytvářený cívkou elektromagnetu a tedy magnetická indukce B ve vzduchové mezeře, jak bylo uvedeno výše, závisí na magnetomotorické síle cívky, tzn. počtu závitů w a proudu jím protéká. Sílu F (tažnou sílu elektromagnetu) lze tedy upravit změnou proudu v jeho cívce.

Vlastnosti elektromagnetického pohonu jsou charakterizovány závislostí síly F na poloze kotvy. Tato závislost se nazývá trakční charakteristika elektromagnetického pohonu. Tvar magnetického systému má podstatný vliv na průběh trakční charakteristiky.

V elektrických zařízeních se rozšířil magnetický systém sestávající z jádra 1 ve tvaru U (obr. 1, b) s cívkou 2 a otočnou kotvou 4, která je připojena k pohyblivému kontaktu 3 zařízení.

Přibližný pohled na trakční charakteristiky je na Obr. 2. Při plně rozepnutých kontaktech je vzduchová mezera x mezi kotvou a jádrem relativně velká a magnetický odpor systému bude největší. Proto bude magnetický tok F ve vzduchové mezeře elektromagnetu, indukce B a tažná síla F nejmenší. Při správně vypočítaném pohonu by však tato síla měla zajistit přitažení kotvy k jádru.

Rýže. 1.Schematické schéma elektromagnetu (a) a schéma elektromagnetického pohonu s magnetickým obvodem ve tvaru U (b)

Jak se kotva přibližuje k jádru a vzduchová mezera se zmenšuje, magnetický tok v mezeře se zvyšuje a příslušně se zvyšuje tažná síla.

Přítlačná síla F vytvářená pohonem musí být dostatečná k překonání odporových sil pohonného systému vozidla. Patří mezi ně síla hmotnosti pohybujícího se systému G, kontaktní tlak Q a síla P vytvářená vratnou pružinou (viz obr. 1, b). Změna výsledné síly při pohybu kotvy je ve schématu (viz obr. 2) znázorněna přerušovanou čarou 1-2-3-4.

Jak se kotva pohybuje a vzduchová mezera x se zmenšuje, dokud se kontakty nedotknou, pohon musí pouze překonat odpor způsobený hmotností pohyblivého systému a působením vratné pružiny (část 1-2). Námaha navíc prudce roste s hodnotou počátečního stlačení kontaktů (2-3) a zvyšuje se s jejich pohybem (3-4).

Srovnání charakteristik znázorněných na Obr. 2, nám umožňuje posoudit činnost zařízení. Pokud tedy proud v řídicí cívce produkuje ppm.I2w až, pak největší mezera x, při které se může zařízení zapnout, je x2 (bod A) a při nižších ppm. I1w, tažná síla nebude dostatečná a zařízení se může zapnout pouze tehdy, když se mezera zmenší na x1 (bod B).

Když se elektrický obvod cívky pohonu otevře, pohyblivý systém se působením pružiny a gravitace vrátí do své původní polohy.Při malých hodnotách vzduchové mezery a vratných sil může být kotva držena v mezipoloze zbytkovým magnetickým tokem. Tento jev je eliminován nastavením pevné minimální vzduchové mezery a seřízením pružin.

Jističe používají systémy s přídržným elektromagnetem (obr. 3, a). Kotva 1 je držena v přitažené poloze k třmenu jádra 5 magnetickým tokem F generovaným přídržnou cívkou 4, která je napájena řídicím obvodem. V případě potřeby odpojení je do odpojovací cívky 3 přiveden proud, který vytváří magnetický tok Fo nasměrovaný na magnetický tok Fu cívky 4, který demagnetizuje kotvu a jádro.

Rýže. 2. Trakční charakteristiky elektromagnetického pohonu a silový diagram

Rýže. 3. Elektromagnetický pohon s přídržným elektromagnetem (a) as magnetickým bočníkem (b)

V důsledku toho se kotva působením rozpojovací pružiny 2 oddálí od jádra a kontakty 6 zařízení se otevřou. Vypínací rychlosti je dosaženo díky tomu, že na začátku pohybu pohyblivého systému působí největší síly napjaté pružiny, zatímco u konvenčního elektromagnetického pohonu, o kterém jsme hovořili dříve, pohyb kotvy začíná s velkou mezerou. a nízkou trakční silou.

Jako ovládací cívka 3 se u jističů, přípojnic nebo demagnetizačních cívek někdy používají, kterými prochází proud napájecího obvodu chráněného zařízením.

Když proud v cívce 3 dosáhne určité hodnoty určené nastavením aparátu, výsledný magnetický tok Fu — Fo procházející kotvou klesne na takovou hodnotu, že již kotvu v nataženém stavu neudrží a aparát je vypnutý.

U rychloběžných jističů (obr. 3, b) jsou ovládací a závěrné cívky instalovány v různých částech magnetického obvodu, aby nedocházelo k jejich vzájemnému indukčnímu ovlivňování, které zpomaluje demagnetizaci jádra a zvyšuje jeho vlastní vypínací čas, zejména při vysokých rychlostech nárůstu nouzového proudu v chráněném obvodu.

Vypínací cívka 3 je namontována na jádru 7, které je od hlavního magnetického obvodu odděleno vzduchovými mezerami.

Kotva 1, jádra 5 a 7 jsou vyrobena ve formě paketů z ocelového plechu, a proto změna magnetického toku v nich bude přesně odpovídat změně proudu v chráněném obvodu. Tok Fo vytvářený odpojovací cívkou 3 je uzavřen dvěma způsoby: přes kotvu 1 a přes nenabitý magnetický obvod 8 s řídicí cívkou 4.

Rozložení toku Ф0 podél magnetických obvodů závisí na rychlosti jeho změny. Při vysokých rychlostech nárůstu nouzového proudu, který v tomto případě vytváří demagnetizační tok Ф0, začne veškerý tento tok protékat kotvou, protože rychlá změna části toku Fo procházející jádrem s cívkou 4 emf je zabráněno. d. s indukované v přídržné cívce, když se proud, který prochází, rychle mění. Toto e. atd. c. podle Lenzova pravidla vytváří proud, který zpomaluje růst té části toku Fo.

V důsledku toho bude rychlost vypínání vysokorychlostního přerušovače obvodu záviset na rychlosti nárůstu proudu procházejícího uzavírací cívkou 3. Čím rychleji se proud zvyšuje, tím nižší je proud, začíná vypínání zařízení. Tato vlastnost vysokorychlostního jističe je velmi cenná, protože proud má největší rychlost ve zkratových režimech a čím dříve jistič začne obvod vypínat, tím menší bude jím omezený proud.

V některých případech je nutné zpomalit provoz elektrického zařízení. To se provádí pomocí zařízení pro získání časového zpoždění, kterým se rozumí doba od okamžiku přivedení nebo odpojení napětí z budicí cívky aparátu do začátku pohybu kontaktů. vypínání elektrických zařízení ovládaných stejnosměrným proudem, se provádí pomocí přídavné zkratovací cívky umístěné na stejném magnetickém obvodu jako ovládací cívka.

Po odpojení napájení řídicí cívky se magnetický tok vytvářený touto cívkou změní z provozní hodnoty na nulu.

Při změně tohoto toku se v cívce nakrátko indukuje proud v takovém směru, že jeho magnetický tok zabrání zmenšení magnetického toku řídicí cívky a drží kotvu elektromagnetického pohonu aparátu v přitažené poloze.

Místo zkratovací cívky lze na magnetický obvod nainstalovat měděnou objímku. Jeho činnost je podobná jako u zkratové cívky. Stejného efektu lze dosáhnout zkratováním obvodu řídicí cívky v okamžiku, kdy je odpojena od sítě.

K získání rychlosti závěrky pro zapnutí elektrického zařízení se používají různé mechanické časovací mechanismy, jejichž princip činnosti je podobný hodinám.

Pohony elektromagnetických zařízení se vyznačují proudovým (nebo napěťovým) ovládáním a zpětným chodem. Provozní proud (napětí) je nejmenší hodnota proudu (napětí), při které je zajištěn jasný a spolehlivý provoz zařízení. U trakčních zařízení je reakční napětí 75 % jmenovitého napětí.

Pokud postupně snížíte proud v cívce, při určité hodnotě se zařízení vypne. Nejvyšší hodnota proudu (napětí), při které je již zařízení vypnuto, se nazývá zpětný proud (napětí). Zpětný proud Ib je vždy menší než provozní proud Iav, protože při zapnutí mobilního systému zařízení je nutné překonat třecí síly a také zvětšené vzduchové mezery mezi kotvou a třmenem elektromagnetického systému. .

Poměr zpětného proudu k záchytnému proudu se nazývá návratový faktor:

Tento koeficient je vždy menší než jedna.

Elektropneumatický pohon

V nejjednodušším případě se pneumatický pohon skládá z válce 1 (obr. 4) a pístu 2, který je spojen s pohyblivým kontaktem 6. Při otevřeném ventilu 3 je válec připojen k potrubí stlačeného vzduchu 4, který zvedne píst 2 do horní polohy a sepne kontakty. Při následném uzavření ventilu se objem válce pod pístem propojí s atmosférou a píst se působením vratné pružiny 5 vrátí do původního stavu a rozpojí kontakty.Takový ovladač může být nazýván ručně ovládaným pneumatickým ovladačem.

Pro možnost dálkového ovládání přívodu stlačeného vzduchu jsou místo baterie použity solenoidové ventily. Elektromagnetický ventil (obr. 5) je soustava dvou ventilů (sací a výfukový) s nízkopříkonovým (5-25 W) elektromagnetickým pohonem. Jsou rozděleny na zapnuté a vypnuté v závislosti na povaze operací, které provádějí, když je cívka pod napětím.

Když je cívka pod napětím, připojí uzavírací ventil ovládací válec ke zdroji stlačeného vzduchu, a když je cívka bez napětí, komunikuje válec s atmosférou a současně blokuje přístup k válci stlačeného vzduchu. Vzduch z nádrže proudí otvorem B (obr. 5, a) do spodního ventilu 2, který je ve výchozí poloze uzavřen.

Rýže. 4. Pneumatický pohon

Rýže. 5. Zapnutí (a) a vypnutí (b) elektromagnetických ventilů

Válec pneumatického pohonu připojený k portu A je připojen přes otevřený ventil 1 k atmosféře přes port C. Když je cívka K nabuzena, tlačí solenoidová tyč horní ventil 1 a překoná sílu pružiny 3 a uzavře ventil 1 a otevře ventil 2. Současně stlačený vzduch z portu B přes ventil 2 a port A do válce pneumatického pohonu.

Naopak uzavírací ventil, když není cívka buzena, spojuje válec se stlačeným vzduchem, a když je cívka buzena - s atmosférou. Ve výchozím stavu je ventil 1 (obr. 5, b) uzavřen a ventil 2 je otevřený, čímž je vytvořena cesta pro stlačený vzduch z portu B do portu A přes ventil 2.Když je cívka pod napětím, otevře se ventil 1, čímž se válec propojí s atmosférou, a ventilem 2 se zastaví přívod vzduchu.

Pohon elektromotorem

K pohonu řady elektrických zařízení se používají elektromotory s mechanickými systémy, které převádějí rotační pohyb hřídele motoru na translační pohyb kontaktního systému. Hlavní výhodou elektromotorických pohonů oproti pneumatickým je stálost jejich charakteristik a možnost jejich seřízení. Podle principu činnosti lze tyto pohony rozdělit do dvou skupin: s trvalým spojením hřídele motoru s elektrickým zařízením a s periodickým zapojením.

U elektrického zařízení s elektromotorem (obr. 6) se rotace od elektromotoru 1 přenáší přes ozubené kolo 2 na vačkový hřídel 3. V určité poloze vačka hřídele 4 zvedne tyč 5 a uzavře pohyblivý kontakt s ním spojený se stacionárním kontaktem 6.

V pohonném systému skupinových elektrických zařízení se někdy zavádějí zařízení, která zajišťují stupňovité otáčení hřídele elektrického zařízení s dorazem v jakékoli poloze. Během brzdění je motor vypnutý. Takový systém zajišťuje přesné upevnění hřídele elektrického zařízení v dané poloze.

Jako příklad Obr. 7 je schematické znázornění tzv. maltézského křížového pohonu používaného ve skupinových ovladačích.

Rýže. 6. Elektromotorový pohon s trvalým spojením hřídelí motoru a elektrických přístrojů

Rýže. 7. Elektromotorický pohon skupinového regulátoru

Obr. 8. Tepelný pohon s bimetalovou deskou.

Pohon se skládá ze servomotoru a šnekové převodovky s fixací polohy pomocí maltézského kříže. Šnek 1 je připojen k servomotoru a přenáší rotaci na hřídel šnekového kola 2, pohání kotouč 3 prsty a západkou (obr. 7, a). Hřídel maltézského kříže 4 se neotáčí, dokud prst kotouče 6 (obr. 7, b) nevstoupí do drážky maltézského kříže.

Při dalším otáčení prst otočí kříž, a tedy hřídel, na kterém sedí, o 60°, načež se prst uvolní a zajišťovací sektor 7 přesně zafixuje polohu hřídele. Když otočíte hřídelí šnekového převodu o jednu otáčku, maltský křížový hřídel se otočí o 1/3 otáčky.

Na hřídeli maltézského kříže je namontováno ozubené kolo 5, které přenáší rotaci na hlavní vačkový hřídel skupinového ovladače.

Tepelný pohon

Hlavním prvkem tohoto zařízení je bimetalová deska, který se skládá ze dvou vrstev nepodobných kovů pevně spojených po celé kontaktní ploše. Tyto kovy mají různé teplotní koeficienty lineární roztažnosti. Kovová vrstva s vysokým koeficientem lineární roztažnosti 1 (obr. 8) se nazývá termoaktivní vrstva, na rozdíl od vrstvy s nižším koeficientem lineární roztažnosti 3, která se nazývá termopasivní.

Při zahřívání desky procházejícím proudem nebo topným článkem (nepřímý ohřev) dochází k odlišnému protažení obou vrstev a deska se ohýbá směrem k termopasivní vrstvě. Při takovém ohnutí mohou být kontakty 2 připojené k desce přímo sepnuty nebo otevřeny, což se používá u tepelných relé.

Ohnutím desky se také může uvolnit západka páky na elektrickém zařízení, která se následně uvolní pružinami. Nastavený proud pohonu je řízen volbou topných těles (s nepřímým ohřevem) nebo změnou kontaktního řešení (s přímým ohřevem) Doba návratu bimetalové desky do původní polohy po provozu a ochlazení se pohybuje od 15 s do 1,5 minuty.