Elektriska drivanordningar

Olika ställdon används för att stänga och öppna kontakterna på elektriska enheter. I en manuell drivning överförs kraften från den mänskliga handen genom ett system av mekaniska transmissioner till kontakterna. Manuell manövrering används i vissa frånskiljare, strömbrytare, strömbrytare och styrenheter.

Oftast används manuell aktivering i icke-automatiska enheter, även om i vissa skyddsanordningar, påslagning sker manuellt och avstängning automatiskt under verkan av en komprimerad fjäder. Fjärrenheter inkluderar elektromagnetiska, elektropneumatiska, elektriska motorer och termiska enheter.

Elektromagnetisk drivning

Den mest använda i elektriska apparater är en elektromagnetisk enhet som använder ankarets attraktionskraft till kärnan elektromagnet eller ankarets dragkraft magnetspole.

Allt ferromagnetiskt material som placeras i ett magnetfält får egenskaperna hos en magnet. Därför kommer en magnet eller elektromagnet att attrahera ferromagnetiska kroppar till sig själv.Denna egenskap är baserad på enheterna för olika typer av lyftande, indragande och roterande elektromagneter.

En kraft F med vilken elektromagneten resp permanentmagnet attraherar en ferromagnetisk kropp — ett ankare (fig. 1, a),

där B är den magnetiska induktionen i luftgapet; S är tvärsnittsarean för polerna.

Det magnetiska flödet F som skapas av elektromagnetens spole och därför den magnetiska induktionen B i luftgapet, som nämnts ovan, beror på spolens magnetomotoriska kraft, dvs. av antalet varv w och strömmen som flyter genom den. Därför kan kraften F (elektromagnetens dragkraft) justeras genom att ändra strömmen i dess spole.

Egenskaperna hos den elektromagnetiska drivningen kännetecknas av kraftens F beroende av ankarets position. Detta beroende kallas för den elektromagnetiska drivningens dragkraft. Formen på det magnetiska systemet har ett betydande inflytande på dragkarakteristikens förlopp.

Ett magnetiskt system bestående av en U-formad kärna 1 (fig. 1, b) med en spole 2 och ett roterande ankare 4, som är anslutet till apparatens rörliga kontakt 3, har blivit utbrett i elektriska anordningar.

En ungefärlig vy av dragegenskaperna visas i fig. 2. När kontakterna är helt öppna är luftgapet x mellan ankaret och kärnan relativt stort och systemets magnetiska motstånd blir störst. Därför kommer det magnetiska flödet F i elektromagnetens luftgap, induktionen B och dragkraften F att vara minst. Men med en korrekt beräknad drivkraft bör denna kraft säkerställa att ankaret dras till kärnan.

Ris. 1.Schematiskt diagram av en elektromagnet (a) och diagram över en elektromagnetisk drivning med en U-formad magnetisk krets (b)

När ankaret rör sig närmare kärnan och luftgapet minskar, ökar det magnetiska flödet i gapet och dragkraften ökar därefter.

Tryckkraften F som skapas av drivningen måste vara tillräcklig för att övervinna dragkrafterna från fordonets framdrivningssystem. Dessa inkluderar kraften av vikten hos det rörliga systemet G, kontakttrycket Q och kraften P som skapas av returfjädern (se fig. 1, b). Förändringen i den resulterande kraften vid förflyttning av ankaret visas i diagrammet (se fig. 2) med den streckade linjen 1-2-3-4.

När ankaret rör sig och luftgapet x minskar tills kontakterna berörs, behöver drivningen bara övervinna motståndet på grund av det rörliga systemets massa och returfjäderns verkan (avsnitt 1-2). Dessutom ökar ansträngningen kraftigt med värdet av den initiala pressningen av kontakterna (2-3) och ökar med deras rörelse (3-4).

En jämförelse av egenskaperna som visas i fig. 2, tillåter oss att bedöma apparatens funktion. Så om strömmen i kontrollspolen producerar ppm.I2w till, då är det största gapet x där enheten kan slås på x2 (punkt A) och vid lägre ppm. I1w kommer dragkraften inte att vara tillräcklig och enheten kan bara slås på när gapet minskar till x1 (punkt B).

När drivspolens elektriska krets öppnas återgår det rörliga systemet till sitt ursprungliga läge under inverkan av fjäder och gravitation.Vid små värden på luftgapet och återställande krafter kan ankaret hållas i ett mellanläge av det kvarvarande magnetiska flödet. Detta fenomen elimineras genom att ställa in ett fast minimiluftgap och justera fjädrarna.

Effektbrytare använder system med en hållarelektromagnet (Fig. 3, a). Ankaret 1 hålls i ett attraherat läge till kärnans 5 ok av det magnetiska flödet F genererat av hållspolen 4 som matas av styrkretsen. Om det är nödvändigt att koppla från, tillförs en ström till frånskiljningsspolen 3, vilket skapar ett magnetiskt flöde Fo riktat till det magnetiska flödet Fu hos spolen 4, vilket avmagnetiserar ankaret och kärnan.

Ris. 2. Dragegenskaper för elektromagnetisk drivning och kraftdiagram

Ris. 3. Elektromagnetisk drivning med hållarelektromagnet (a) och med magnetisk shunt (b)

Som ett resultat av detta rör sig ankaret under verkan av frånkopplingsfjädern 2 bort från kärnan och anordningens kontakter 6 öppnas. Utlösningshastigheten uppnås på grund av det faktum att i början av det rörliga systemets rörelse verkar de största krafterna från den spända fjädern, medan i den konventionella elektromagnetiska drivningen, diskuterad tidigare, börjar ankarets rörelse med ett stort gap och en låg dragkraft.

Som manöverspolen 3 i strömbrytare används ibland samlingsskenor eller avmagnetiseringsspolar, genom vilka strömmen i matningskretsen som skyddas av anordningen passerar.

När strömmen i spole 3 når ett visst värde som bestäms av apparatens inställning, minskar det resulterande magnetiska flödet Fu — Fo som passerar genom ankaret till ett sådant värde att det inte längre kan hålla ankaret i ett draget tillstånd, och apparaten är avstängd.

I höghastighetsbrytare (fig. 3, b) är styr- och stängningsspolarna installerade i olika delar av magnetkretsen för att undvika deras ömsesidiga induktiva påverkan, vilket saktar ner avmagnetiseringen av kärnan och ökar dess egen utlösningstid, speciellt vid höga ökningshastigheter av nödström i den skyddade kretsen.

Utlösningsspolen 3 är monterad på kärnan 7, som är skild från den magnetiska huvudkretsen av luftgap.

Armaturen 1, kärnorna 5 och 7 är gjorda i form av förpackningar av stålplåt, och därför kommer förändringen av det magnetiska flödet i dem exakt att motsvara förändringen av strömmen i den skyddade kretsen. Fluxet Fo som skapas av avstängningsspolen 3 stängs på två sätt: genom ankaret 1 och genom den oladdade magnetkretsen 8 med styrspolen 4.

Fördelningen av flödet Ф0 längs de magnetiska kretsarna beror på graden av dess förändring. Vid höga ökningshastigheter av nödströmmen, vilket i detta fall skapar ett avmagnetiserande flöde Ф0, börjar allt detta flöde att flöda genom ankaret, eftersom en snabb förändring i den del av flödet Fo som passerar genom kärnan med spolen 4 av emk förhindras. d. s induceras i hållspolen när strömmen genom den ändras snabbt. Detta e. etc. c. enligt Lenz regel skapar den en ström som bromsar tillväxten av den delen av flödet Fo.

Som ett resultat kommer utlösningshastigheten för höghastighetsbrytaren att bero på ökningshastigheten för strömmen som passerar genom stängningsspolen 3. Ju snabbare strömmen ökar, desto lägre är strömmen, utlösningen av apparaten börjar. Denna egenskap hos en höghastighetsbrytare är mycket värdefull eftersom strömmen har den högsta hastigheten i kortslutningslägena och ju tidigare strömbrytaren börjar bryta kretsen, desto mindre blir strömmen som begränsas av den.

I vissa fall är det nödvändigt att sakta ner driften av den elektriska apparaten. Detta görs med hjälp av en anordning för att erhålla en tidsfördröjning, vilket förstås som tiden från det att spänningen påläggs eller tas bort från apparatens drivspole till att kontakternas rörelse startar. avstängning av elektriska apparater styrda av likström, utförs med hjälp av en extra kortslutningsspole placerad på samma magnetkrets som styrspolen.

När strömmen tas bort från styrspolen ändras det magnetiska flödet som skapas av denna spole från dess driftsvärde till noll.

När detta flöde ändras, induceras en ström i den kortslutna spolen i en sådan riktning att dess magnetiska flöde förhindrar minskningen av det magnetiska flödet hos styrspolen och håller ankaret hos apparatens elektromagnetiska drivning i det attraherade läget.

Istället för en kortslutningsspole kan en kopparhylsa installeras på magnetkretsen. Dess verkan liknar en kortslutningsspole. Samma effekt kan uppnås genom att kortsluta styrspolens krets i det ögonblick då den kopplas bort från nätverket.

För att erhålla slutarhastigheten för att slå på den elektriska apparaten används olika mekaniska tidsmekanismer, vars funktionsprincip liknar en klocka.

Elektromagnetiska enheter kännetecknas av ström (eller spänning) aktivering och retur. Driftström (spänning) är det minsta värdet av ström (spänning) vid vilket klar och tillförlitlig drift av enheten säkerställs. För draganordningar är reaktionsspänningen 75 % av märkspänningen.

Om du gradvis minskar strömmen i spolen, kommer enheten att stängas av vid ett visst värde. Det högsta värdet på strömmen (spänningen) vid vilken enheten redan är avstängd kallas omvänd ström (spänning). Den omvända strömmen Ib är alltid mindre än driftsströmmen Iav, eftersom när du slår på apparatens mobila system är det nödvändigt att övervinna friktionskrafterna, såväl som de ökade luftgaporna mellan ankaret och oket i det elektromagnetiska systemet .

Förhållandet mellan returströmmen och infångningsströmmen kallas returfaktor:

Denna koefficient är alltid mindre än en.

Elektroneumatisk drivning

I det enklaste fallet består den pneumatiska drivningen av en cylinder 1 (fig. 4) och en kolv 2, som är ansluten till en rörlig kontakt 6. När ventilen 3 är öppen är cylindern ansluten till tryckluftsröret 4, som höjer kolven 2 i toppläget och stänger kontakterna. När ventilen därefter stänger, är volymen av cylindern under kolven ansluten till atmosfären och kolven under verkan av returfjädern 5 återgår till sitt ursprungliga tillstånd och öppnar kontakterna.Ett sådant ställdon kan kallas ett manuellt manövrerat pneumatiskt ställdon.

För möjlighet till fjärrstyrning av tillförseln av tryckluft används magnetventiler istället för en kran. Magnetventilen (fig. 5) är ett system med två ventiler (intag och avgas) med en lågeffekt (5-25 W) elektromagnetisk drivning. De är uppdelade i på och av beroende på vilken typ av operationer de utför när spolen är strömsatt.

När spolen är strömsatt kopplar avstängningsventilen manövercylindern till tryckluftskällan, och när spolen är strömlös kommunicerar den cylindern till atmosfären, samtidigt som den blockerar åtkomst till tryckluftscylindern. Luft från tanken strömmar genom öppningen B (fig. 5, a) till den nedre ventilen 2, som är stängd i utgångsläget.

Ris. 4. Pneumatisk drivning

Ris. 5. Slå på (a) och stänga av (b) magnetventiler

Cylindern på det pneumatiska manöverdonet som är anslutet till port A är anslutet genom den öppna ventilen 1 till atmosfären genom port C. När spolen K är strömsatt trycker solenoidstången på den övre ventilen 1 och stänger genom att övervinna kraften från fjädern 3 ventil 1 och öppnar ventil 2. Samtidigt kommer tryckluften från port B genom ventil 2 och port A in i den pneumatiska manövercylindern.

Tvärtom, avstängningsventilen, när spolen inte är exciterad, ansluter cylindern till den komprimerade luften, och när spolen är exciterad - till atmosfären. I initialtillståndet är ventil 1 (fig. 5, b) stängd och ventil 2 är öppen, vilket skapar en väg för tryckluft från port B till port A genom ventil 2.När spolen aktiveras öppnas ventil 1, ansluter cylindern till atmosfären och lufttillförseln stoppas av ventil 2.

Elmotordrift

För att driva ett antal elektriska enheter används elmotorer med mekaniska system som omvandlar motoraxelns roterande rörelse till kontaktsystemets translationsrörelse. Den största fördelen med elektromotordrivningar jämfört med pneumatiska är deras egenskaper och möjligheten att justera dem. Enligt driftprincipen kan dessa drivenheter delas in i två grupper: med permanent anslutning av motoraxeln med en elektrisk anordning och med periodisk anslutning.

I en elektrisk anordning med en elmotor (fig. 6) överförs rotationen från elmotorn 1 genom ett kugghjul 2 till kamaxeln 3. I ett visst läge lyfter axelns 4 kam stången 5 och stängs den rörliga kontakten som är associerad med den stationära kontakten 6.

I drivsystemet för gruppelektriska anordningar introduceras ibland anordningar som ger stegvis rotation av axeln på en elektrisk anordning med ett stopp i valfri position. Vid inbromsning stängs motorn av. Ett sådant system säkerställer noggrann fixering av den elektriska apparatens axel i läge.

Som ett exempel visar FIG. Figur 7 är en schematisk illustration av den så kallade maltesiska korsdriften som används i gruppstyrenheter.

Ris. 6. Elmotordrift med permanent anslutning av motoraxlar och elektriska apparater

Ris. 7. Elmotordrift av gruppstyrenheten

Fikon. 8. Termiskt ställdon med bimetallplåt.

Drivningen består av en servomotor och en snäckväxellåda med positionsfixering med hjälp av ett maltesiskt kors. Snäckan 1 är ansluten till servomotorn och överför rotation till axeln på snäckhjulet 2 och driver skivan 3 med fingrar och en spärr (fig. 7, a). Skaftet på malteserkorset 4 roterar inte förrän fingret på skivan 6 (fig. 7, b) går in i spåret på malteserkorset.

Med ytterligare rotation kommer fingret att rotera korset, och därför axeln på vilket det sitter, med 60°, varefter fingret kommer att släppas, och låssektorn 7 kommer att exakt fixera axelns position. När du vrider snäckväxelns axel ett varv kommer den maltesiska tväraxeln att vrida sig 1/3 varv.

Kugghjul 5 är monterat på axeln på det maltesiska korset, som överför rotation till huvudkamaxeln på gruppstyrenheten.

Termisk drivning

Huvudelementet i denna enhet är bimetallisk platta, som består av två lager av olika metaller som är fast bundna över hela kontaktytan. Dessa metaller har olika temperaturkoefficienter för linjär expansion. Ett metallskikt med hög linjär expansionskoefficient 1 (fig. 8) kallas ett termoaktivt skikt, till skillnad från ett skikt med lägre linjär expansionskoefficient 3, som kallas termopassivt.

När plattan värms upp av en ström som passerar genom den eller av ett värmeelement (indirekt uppvärmning) uppstår en annan förlängning av de två lagren och plattan böjs mot ett termopassivt lager. Med sådan böjning kan kontakter 2 anslutna till plattan stängas eller öppnas direkt, vilket används i termiska reläer.

Böjning av plattan kan också frigöra spakspärren på den elektriska apparaten, som sedan frigörs av fjädrarna. Den inställda drivströmmen styrs genom att välja värmeelement (med indirekt uppvärmning) eller genom att byta kontaktlösning (med direkt uppvärmning) Tiden för att återställa bimetallplattan till sitt ursprungliga läge efter drift och kylning varierar från 15 s till 1,5 minuter.