Elektriske drivanordninger

Forskellige aktuatorer bruges til at lukke og åbne kontakter på elektriske enheder. I et manuelt drev overføres kraften fra den menneskelige hånd gennem et system af mekaniske transmissioner til kontakterne. Manuel aktivering bruges i nogle afbrydere, afbrydere, afbrydere og controllere.

Oftest bruges manuel aktivering i ikke-automatiske enheder, selvom i nogle beskyttelsesanordninger, tænding sker manuelt og slukkes automatisk under påvirkning af en komprimeret fjeder. Fjerndrev omfatter elektromagnetiske, elektropneumatiske, elektriske motorer og termiske drev.

Elektromagnetisk drev

Det mest udbredte i elektriske enheder er et elektromagnetisk drev, der bruger armaturets tiltrækningskraft til kernen elektromagnet eller ankerets trækkraft magnetspole.

Ethvert ferromagnetisk materiale, der er placeret i et magnetfelt, opnår egenskaberne af en magnet. Derfor vil en magnet eller elektromagnet tiltrække ferromagnetiske legemer til sig selv.Denne egenskab er baseret på enheder af forskellige typer løfte-, tilbagetræknings- og roterende elektromagneter.

En kraft F, hvormed elektromagneten el permanent magnet tiltrækker et ferromagnetisk legeme - et anker (fig. 1, a),

hvor B er den magnetiske induktion i luftgabet; S er tværsnitsarealet af polerne.

Den magnetiske flux F skabt af elektromagnetens spole og derfor den magnetiske induktion B i luftgabet, som nævnt ovenfor, afhænger af spolens magnetomotoriske kraft, dvs. af antallet af omdrejninger w og strømmen gennem den. Derfor kan kraften F (elektromagnetens trækkraft) justeres ved at ændre strømmen i dens spole.

Egenskaberne ved det elektromagnetiske drev er karakteriseret ved afhængigheden af ​​kraften F af ankerets position. Denne afhængighed kaldes trækkarakteristikken for det elektromagnetiske drev. Formen af ​​det magnetiske system har en væsentlig indflydelse på trækkarakteristikkens forløb.

Et magnetisk system bestående af en U-formet kerne 1 (fig. 1, b) med en spole 2 og et roterende anker 4, som er forbundet med apparatets bevægelige kontakt 3, er blevet udbredt i elektriske apparater.

Et omtrentligt billede af trækegenskaberne er vist i fig. 2. Når kontakterne er helt åbne, er luftspalten x mellem ankeret og kernen relativt stor, og systemets magnetiske modstand vil være størst. Derfor vil den magnetiske flux F i elektromagnetens luftspalte, induktionen B og trækkraften F være mindst. Men med et korrekt beregnet drev bør denne kraft sikre ankerets tiltrækning til kernen.

Ris. 1.Skematisk diagram af en elektromagnet (a) og diagram af et elektromagnetisk drev med et U-formet magnetisk kredsløb (b)

Efterhånden som ankeret bevæger sig tættere på kernen, og luftgabet mindskes, øges den magnetiske flux i mellemrummet, og trækkraften øges tilsvarende.

Den trykkraft F, der skabes af drevet, skal være tilstrækkelig til at overvinde trækkræfterne fra køretøjets fremdriftssystem. Disse omfatter kraften af ​​vægten af ​​det bevægelige system G, kontakttrykket Q og kraften P skabt af returfjederen (se fig. 1, b). Ændringen i den resulterende kraft ved flytning af ankeret er vist i diagrammet (se fig. 2) med den stiplede linje 1-2-3-4.

Efterhånden som ankeret bevæger sig, og luftspalten x mindskes, indtil kontakterne rører hinanden, skal drevet kun overvinde modstanden på grund af massen af ​​det bevægelige system og virkningen af ​​returfjederen (afsnit 1-2). Derudover øges indsatsen kraftigt med værdien af ​​den indledende presning af kontakterne (2-3) og øges med deres bevægelse (3-4).

En sammenligning af egenskaberne vist i fig. 2, giver os mulighed for at bedømme apparatets funktion. Så hvis strømmen i kontrolspolen producerer ppm.I2w til, så er det største mellemrum x, hvor enheden kan tænde, x2 (punkt A) og ved lavere ppm. I1w vil trækkraften ikke være tilstrækkelig, og enheden kan kun tænde, når mellemrummet falder til x1 (punkt B).

Når drivspolens elektriske kredsløb åbner, vender det bevægelige system tilbage til sin oprindelige position under påvirkning af fjeder og tyngdekraft.Ved små værdier af luftgabet og genopretningskræfter kan ankeret holdes i en mellemposition af den resterende magnetiske flux. Dette fænomen elimineres ved at indstille en fast minimumsluftspalte og justere fjedrene.

Afbrydere bruger systemer med en holdeelektromagnet (fig. 3, a). Armaturet 1 holdes i en tiltrukket position til kernens 5 åg af den magnetiske flux F, der genereres af holdespolen 4, som fødes af styrekredsløbet. Hvis det er nødvendigt at afbryde, tilføres en strøm til frakoblingsspolen 3, som skaber en magnetisk flux Fo rettet mod den magnetiske flux Fu af spolen 4, som afmagnetiserer ankeret og kernen.

Ris. 2. Trækegenskaber for elektromagnetisk driv- og kraftdiagram

Ris. 3. Elektromagnetisk drev med holdeelektromagnet (a) og med magnetisk shunt (b)

Som følge heraf bevæger ankeret sig under påvirkning af frakoblingsfjederen 2 væk fra kernen, og indretningens kontakter 6 åbner. Udløsningshastigheden opnås på grund af det faktum, at i begyndelsen af ​​bevægelsen af ​​det bevægelige system virker de største kræfter fra den spændte fjeder, mens i det konventionelle elektromagnetiske drev, diskuteret tidligere, begynder bevægelsen af ​​ankeret med et stort mellemrum og en lav trækkraft.

Som aktiveringsspolen 3 i afbrydere, anvendes undertiden samleskinner eller afmagnetiseringsspoler, hvorigennem strømmen af ​​forsyningskredsløbet, der er beskyttet af enheden, passerer.

Når strømmen i spole 3 når en vis værdi bestemt af apparatets indstilling, falder den resulterende magnetiske flux Fu — Fo, der passerer gennem ankeret til en sådan værdi, at den ikke længere kan holde ankeret i en trukket tilstand, og apparatet er slukket.

I højhastighedsafbrydere (fig. 3, b) er styre- og lukkespolerne installeret i forskellige dele af det magnetiske kredsløb for at undgå deres gensidige induktive påvirkning, hvilket bremser afmagnetiseringen af ​​kernen og øger dens egen udløsningstid. især ved høje stigninger i nødstrøm i det beskyttede kredsløb.

Udløsningsspolen 3 er monteret på kernen 7, som er adskilt fra det magnetiske hovedkredsløb af luftspalter.

Armaturet 1, kernerne 5 og 7 er lavet i form af pakker af stålplade, og derfor vil ændringen af ​​den magnetiske flux i dem nøjagtigt svare til ændringen af ​​strømmen i det beskyttede kredsløb. Fluxen Fo skabt af afskæringsspolen 3 lukkes på to måder: gennem ankeret 1 og gennem det uladede magnetiske kredsløb 8 med styrespolen 4.

Fordelingen af ​​fluxen Ф0 langs de magnetiske kredsløb afhænger af hastigheden af ​​dens ændring. Ved høje stigningshastigheder af nødstrømmen, som i dette tilfælde skaber en afmagnetiseringsflux Ф0, begynder al denne flux at strømme gennem ankeret, da en hurtig ændring i den del af fluxen Fo, der passerer gennem kernen med spolen 4 af emk forhindres. d. s induceret i holdespolen, når strømmen gennem den ændrer sig hurtigt. Dette e. osv. c. ifølge Lenz's regel skaber den en strøm, der bremser væksten af ​​den del af strømmen Fo.

Som et resultat heraf vil udløsningshastigheden af ​​højhastighedsafbryderen afhænge af stigningshastigheden af ​​strømmen, der passerer gennem lukkespolen 3. Jo hurtigere strømmen stiger, jo lavere er strømmen, udløsningen af ​​apparatet begynder. Denne egenskab ved en højhastighedsafbryder er meget værdifuld, fordi strømmen har den højeste hastighed i kortslutningstilstandene, og jo hurtigere afbryderen begynder at bryde kredsløbet, jo mindre vil den strøm, der begrænses af den, være.

I nogle tilfælde er det nødvendigt at bremse driften af ​​det elektriske apparat. Dette gøres ved hjælp af en anordning til opnåelse af en tidsforsinkelse, der forstås som tiden fra det øjeblik spændingen påføres eller fjernes fra apparatets drivspole til start af kontakternes bevægelse. at slukke for elektriske enheder styret af jævnstrøm, udføres ved hjælp af en ekstra kortslutningsspole placeret på samme magnetiske kredsløb med styrespolen.

Når strømmen fjernes fra kontrolspolen, ændres den magnetiske flux, der skabes af denne spole, fra dens driftsværdi til nul.

Når denne flux ændres, induceres en strøm i den kortsluttede spole i en sådan retning, at dens magnetiske flux forhindrer reduktionen af ​​den magnetiske flux af styrespolen og holder ankeret af det elektromagnetiske drev af apparatet i den tiltrukne position.

I stedet for en kortslutningsspole kan der monteres en kobbermuffe på magnetkredsløbet. Dens handling svarer til en kortslutningsspole. Den samme effekt kan opnås ved at kortslutte styrespolens kredsløb i det øjeblik, hvor den er afbrudt fra netværket.

For at opnå lukkerhastigheden til at tænde det elektriske apparat bruges forskellige mekaniske timingmekanismer, hvis funktionsprincip ligner et ur.

Elektromagnetiske enhedsdrev er karakteriseret ved strøm (eller spænding) aktivering og retur. Driftsstrøm (spænding) er den mindste værdi af strøm (spænding), ved hvilken klar og pålidelig drift af enheden er sikret. For trækanordninger er reaktionsspændingen 75 % af den nominelle spænding.

Hvis du gradvist reducerer strømmen i spolen, slukker enheden ved en vis værdi af den. Den højeste værdi af den strøm (spænding), hvor enheden allerede er slukket, kaldes den omvendte strøm (spænding). Omvendt strøm Ib er altid mindre end driftsstrømmen Iav, fordi når du tænder for apparatets mobile system, er det nødvendigt at overvinde friktionskræfterne såvel som de øgede luftspalter mellem ankeret og det elektromagnetiske systems åg .

Forholdet mellem returstrømmen og opsamlingsstrømmen kaldes returfaktoren:

Denne koefficient er altid mindre end én.

Elektroneumatisk drev

I det enkleste tilfælde består det pneumatiske drev af en cylinder 1 (fig. 4) og et stempel 2, som er forbundet med en bevægelig kontakt 6. Når ventilen 3 er åben, er cylinderen forbundet med trykluftrøret 4, og cylinderen er forbundet med trykluftrøret 4. som hæver stemplet 2 i toppositionen og lukker kontakterne. Når ventilen efterfølgende lukker, er volumenet af cylinderen under stemplet forbundet med atmosfæren, og stemplet under påvirkning af returfjederen 5 vender tilbage til sin oprindelige tilstand og åbner kontakterne.En sådan aktuator kan kaldes en manuelt betjent pneumatisk aktuator.

For muligheden for fjernstyring af tilførslen af ​​trykluft anvendes magnetventiler i stedet for en vandhane. Magnetventilen (fig. 5) er et system af to ventiler (indtag og udstødning) med et laveffekt (5-25 W) elektromagnetisk drev. De er opdelt i tænd og sluk afhængigt af arten af ​​de operationer, de udfører, når spolen er aktiveret.

Når spolen er aktiveret, forbinder afspærringsventilen aktiveringscylinderen med trykluftkilden, og når spolen er deaktiveret, kommunikerer den cylinderen til atmosfæren og blokerer samtidig adgangen til trykluftcylinderen. Luft fra tanken strømmer gennem åbning B (fig. 5, a) til den nederste ventil 2, som er lukket i udgangspositionen.

Ris. 4. Pneumatisk drev

Ris. 5. Tænd for (a) og sluk (b) magnetventiler

Cylinderen på den pneumatiske aktuator, der er forbundet til port A, er forbundet gennem den åbne ventil 1 til atmosfæren gennem port C. Når spolen K aktiveres, presser magnetstangen den øvre ventil 1 og lukker, idet den overvinder kraften fra fjederen 3. ventil 1 og åbner ventil 2. Samtidig føres trykluften fra port B gennem ventil 2 og port A ind i den pneumatiske aktuatorcylinder.

Tværtimod forbinder afspærringsventilen, når spolen ikke er exciteret, cylinderen til den komprimerede luft, og når spolen er exciteret - til atmosfæren. I starttilstanden er ventil 1 (fig. 5, b) lukket, og ventil 2 er åben, hvilket skaber en vej for trykluft fra port B til port A gennem ventil 2.Når spolen aktiveres, åbnes ventil 1, der forbinder cylinderen med atmosfæren, og lufttilførslen stoppes af ventil 2.

Elektrisk motordrev

For at drive en række elektriske enheder bruges elektriske motorer med mekaniske systemer, der omdanner motorakslens roterende bevægelse til kontaktsystemets translationsbevægelse. Den største fordel ved elektromotoriske drev sammenlignet med pneumatiske er konstanten af ​​deres egenskaber og muligheden for deres justering. Ifølge driftsprincippet kan disse drev opdeles i to grupper: med permanent forbindelse af motorakslen med en elektrisk enhed og med periodisk tilslutning.

I en elektrisk anordning med en elektrisk motor (fig. 6) overføres rotationen fra den elektriske motor 1 gennem et tandhjul 2 til knastakslen 3. I en bestemt position løfter akslens 4 knast stangen 5 og lukker den bevægelige kontakt forbundet med den med den stationære kontakt 6.

I drivsystemet af gruppe elektriske anordninger introduceres nogle gange anordninger, der giver trinvis rotation af akslen på en elektrisk anordning med et stop i enhver position. Under bremsning er motoren slukket. Et sådant system sikrer nøjagtig fiksering af det elektriske apparats skaft på plads.

Som et eksempel viser fig. 7 er en skematisk illustration af det såkaldte maltesiske krydsdrev, der anvendes i gruppecontrollere.

Ris. 6. Elmotordrev med permanent tilslutning af motoraksler og elektriske apparater

Ris. 7. Elektrisk motordrev af gruppestyringen

Fig. 8. Termisk aktuator med bimetalplade.

Drevet består af en servomotor og en snekkegearkasse med positionsfiksering ved hjælp af et maltesisk kryds. Snekken 1 er forbundet med servomotoren og overfører rotation til akslen på snekkehjulet 2, hvorved skiven 3 drives med fingre og en lås (fig. 7, a). Skaftet på malteserkorset 4 roterer ikke, før fingeren på skiven 6 (fig. 7, b) går ind i rillen på malteserkorset.

Ved yderligere drejning vil fingeren rotere krydset, og derfor akslen, som den sidder på, med 60°, hvorefter fingeren frigives, og låsesektoren 7 vil præcist fiksere akslens position. Når du drejer snekkegearakslen en omgang, vil den maltesiske krydsaksel dreje 1/3 omgang.

Gear 5 er monteret på akslen af ​​det maltesiske kors, som overfører rotation til hovedknastakslen på gruppecontrolleren.

Termisk drev

Hovedelementet i denne enhed er bimetallisk plade, som består af to lag uens metaller, der er fast bundet over hele kontaktfladen. Disse metaller har forskellige temperaturkoefficienter for lineær udvidelse. Et metallag med en høj lineær udvidelseskoefficient 1 (fig. 8) kaldes et termoaktivt lag i modsætning til et lag med en lavere lineær udvidelseskoefficient 3, som kaldes termopassivt.

Når pladen opvarmes af en strøm, der går igennem den eller af et varmeelement (indirekte opvarmning), sker der en forskellig forlængelse af de to lag, og pladen bøjer sig mod et termopassivt lag. Med en sådan bøjning kan kontakter 2, der er forbundet med pladen, lukkes eller åbnes direkte, hvilket bruges i termiske relæer.

Bøjning af pladen kan også frigøre håndtagslåsen på det elektriske apparat, som derefter udløses af fjedrene. Den indstillede drivstrøm styres ved at vælge varmeelementer (med indirekte opvarmning) eller ved at ændre kontaktløsningen (ved direkte opvarmning) Tiden for at returnere bimetalpladen til dens oprindelige position efter drift og afkøling varierer fra 15 s til 1,5 minutter.