Električne pogonske naprave
Za zapiranje in odpiranje kontaktov električnih naprav se uporabljajo različni aktuatorji. Pri ročnem pogonu se moč prenaša iz človeške roke preko sistema mehanskih prenosov na kontakte. Ročno aktiviranje se uporablja v nekaterih ločilnikih, odklopnikih, odklopnikih in krmilnikih.
Najpogosteje se ročno aktiviranje uporablja v neavtomatskih napravah, čeprav se v nekaterih zaščitnih napravah vklop izvede ročno in samodejno izklopi pod delovanjem stisnjene vzmeti. Oddaljeni pogoni vključujejo elektromagnetne, elektropnevmatske, elektromotorne in termične pogone.
Elektromagnetni pogon
V električnih napravah se najbolj uporablja elektromagnetni pogon, ki uporablja privlačno silo armature na jedro elektromagnet ali vlečno silo sidra elektromagnetna tuljava.
Vsak feromagnetni material, postavljen v magnetno polje, pridobi lastnosti magneta. Zato bo magnet ali elektromagnet k sebi pritegnil feromagnetna telesa.Ta lastnost temelji na napravah različnih vrst dvigalnih, uvlečnih in vrtljivih elektromagnetov.
A sila F s katero elektromagnet oz trajni magnet privlači feromagnetno telo - sidro (slika 1, a),
kjer je B magnetna indukcija v zračni reži; S je površina prečnega prereza polov.
Magnetni pretok F, ki ga ustvari tuljava elektromagneta, in s tem magnetna indukcija B v zračni reži, kot je navedeno zgoraj, sta odvisna od magnetomotorne sile tuljave, tj. števila ovojev w in toka, ki teče skozenj. Zato lahko silo F (vlečna sila elektromagneta) prilagodimo s spreminjanjem toka v njegovi tuljavi.
Za lastnosti elektromagnetnega pogona je značilna odvisnost sile F od položaja armature. Ta odvisnost se imenuje vlečna karakteristika elektromagnetnega pogona. Oblika magnetnega sistema pomembno vpliva na potek vlečne karakteristike.
Magnetni sistem, sestavljen iz jedra v obliki črke U 1 (slika 1, b) s tuljavo 2 in vrtljivo armaturo 4, ki je povezana s premičnim kontaktom 3 aparata, je postal razširjen v električnih napravah.
Približen pogled na vlečne lastnosti je prikazan na sl. 2. Ko so kontakti popolnoma odprti, je zračna reža x med armaturo in jedrom relativno velika in magnetni upor sistema bo največji. Zato bodo magnetni pretok F v zračni reži elektromagneta, indukcija B in vlečna sila F najmanjši. Ob pravilno izračunanem pogonu pa naj bi ta sila zagotavljala priteg sidra k jedru.
riž. 1.Shematski prikaz elektromagneta (a) in diagram elektromagnetnega pogona z magnetnim krogom v obliki črke U (b)
Ko se armatura približa jedru in se zračna reža zmanjša, se poveča magnetni pretok v reži in temu primerno poveča vlečna sila.
Potisna sila F, ki jo ustvari pogon, mora zadostovati za premagovanje upornih sil pogonskega sistema vozila. Sem spadajo sila teže gibljivega sistema G, kontaktni tlak Q in sila P, ki jo ustvari povratna vzmet (glej sliko 1, b). Sprememba nastale sile pri premikanju sidra je prikazana na diagramu (glej sliko 2) s črtkano črto 1-2-3-4.
Ko se armatura premika in se zračna reža x zmanjšuje, dokler se kontakta ne dotakneta, mora pogon premagati samo upor zaradi mase gibljivega sistema in delovanja povratne vzmeti (odsek 1-2). Poleg tega se napor močno poveča z vrednostjo začetnega pritiska na kontakte (2-3) in poveča z njihovim premikanjem (3-4).
Primerjava značilnosti, prikazanih na sl. 2, nam omogoča presojo delovanja aparata. Torej, če tok v krmilni tuljavi proizvede ppm.I2w do, potem je največja vrzel x, pri kateri se naprava lahko vklopi, x2 (točka A) in pri nižjih ppm. I1w, vlečna sila ne bo zadostna in naprava se lahko vklopi šele, ko se razmak zmanjša na x1 (točka B).
Ko se odpre električni tokokrog pogonske tuljave, se gibljivi sistem pod vplivom vzmeti in gravitacije vrne v prvotni položaj.Pri majhnih vrednostih zračne reže in obnovitvenih silah lahko armaturo zadržimo v vmesnem položaju s preostalim magnetnim tokom. Ta pojav odpravimo z nastavitvijo fiksne minimalne zračne reže in nastavitvijo vzmeti.
Odklopniki uporabljajo sisteme z držalnim elektromagnetom (slika 3, a). Armaturo 1 drži v pritegnjenem položaju do jarma jedra 5 z magnetnim tokom F, ki ga ustvarja držalna tuljava 4, ki jo napaja krmilno vezje. Če je treba odklopiti, se na odklopno tuljavo 3 dovede tok, ki ustvari magnetni tok Fo, usmerjen na magnetni tok Fu tuljave 4, ki razmagneti armaturo in jedro.
riž. 2. Vlečne karakteristike elektromagnetnega pogona in diagram sil
riž. 3. Elektromagnetni pogon z držalnim elektromagnetom (a) in z magnetnim šantom (b)
Zaradi tega se armatura pod delovanjem odklopne vzmeti 2 odmakne od jedra in kontakti 6 naprave se odprejo. Hitrost izklopa je dosežena zaradi dejstva, da na začetku gibanja gibljivega sistema delujejo največje sile napete vzmeti, medtem ko se pri običajnem elektromagnetnem pogonu, o katerem smo govorili prej, gibanje armature začne z veliko vrzeljo. in majhen vlečni napor.
Kot prožilna tuljava 3 v odklopnikih se včasih uporabljajo zbiralke ali razmagnetne tuljave, skozi katere poteka tok napajalnega tokokroga, zaščitenega z napravo.
Ko tok v tuljavi 3 doseže določeno vrednost, določeno z nastavitvijo aparata, se nastali magnetni pretok Fu - Fo, ki prehaja skozi armaturo, zmanjša na takšno vrednost, da armature ne more več zadržati v vlečenem stanju in aparat je izklopljen.
V hitrih odklopnikih (sl. 3, b) so krmilne in zapiralne tuljave nameščene v različnih delih magnetnega vezja, da se izognejo njihovemu medsebojnemu induktivnemu vplivu, kar upočasni razmagnetenje jedra in poveča lastni čas izklopa, zlasti pri visokih stopnjah povečanja zasilnega toka v zaščitenem tokokrogu.
Prožilna tuljava 3 je nameščena na jedru 7, ki je ločeno od glavnega magnetnega vezja z zračnimi režami.
Armatura 1, jedra 5 in 7 so izdelani v obliki paketov iz jeklene pločevine, zato bo sprememba magnetnega toka v njih natančno ustrezala spremembi toka v zaščitenem vezju. Tok Fo, ki ga ustvari prekinitvena tuljava 3, je zaprt na dva načina: skozi armaturo 1 in skozi nenapolnjen magnetni krog 8 s krmilno tuljavo 4.
Porazdelitev toka F0 vzdolž magnetnih vezij je odvisna od hitrosti njegove spremembe. Pri visokih stopnjah povečanja zasilnega toka, ki v tem primeru ustvarja demagnetizacijski tok Ф0, ves ta tok začne teči skozi armaturo, saj hitra sprememba dela toka Fo, ki poteka skozi jedro s tuljavo 4 emf je preprečen. d. s inducira v držalni tuljavi, ko se tok skozi njo hitro spremeni. Ta e itd. c) po Lenzovem pravilu ustvari tok, ki upočasni rast tistega dela toka Fo.
Posledično bo hitrost sprožitve hitrega odklopnika odvisna od stopnje povečanja toka, ki poteka skozi zapiralno tuljavo 3. Hitreje kot se tok povečuje, nižji je tok, sprožitev naprave se začne. Ta lastnost hitrega odklopnika je zelo dragocena, ker ima tok največjo hitrost v načinih kratkega stika in prej ko odklopnik začne prekiniti tokokrog, manjši bo tok, ki ga omejuje.
V nekaterih primerih je potrebno upočasniti delovanje električnega aparata. To se naredi s pomočjo naprave za pridobitev časovne zakasnitve, ki se razume kot čas od trenutka, ko je napetost priključena ali odstranjena iz pogonske tuljave aparata, do začetka premikanja kontaktov. izklop električnih naprav, ki jih krmili enosmerni tok, se izvede s pomočjo dodatne tuljave kratkega stika, ki se nahaja na istem magnetnem krogu s krmilno tuljavo.
Ko se napajanje krmilne tuljave prekine, se magnetni pretok, ki ga ustvari ta tuljava, spremeni iz delovne vrednosti na nič.
Ko se ta tok spremeni, se v kratkostični tuljavi inducira tok v takšni smeri, da njegov magnetni tok prepreči zmanjšanje magnetnega pretoka krmilne tuljave in drži armaturo elektromagnetnega pogona aparata v pritegnjenem položaju.
Namesto kratkostične tuljave lahko na magnetni tokokrog namestite bakreno tulko. Njegovo delovanje je podobno delovanju tuljave kratkega stika. Enak učinek lahko dosežemo s kratkim stikom vezja krmilne tuljave v trenutku, ko je ta izključena iz omrežja.
Za doseganje hitrosti zaklopa za vklop električnega aparata se uporabljajo različni mehanski časovni mehanizmi, katerih princip delovanja je podoben uri.
Za pogone elektromagnetnih naprav je značilno sprožitev in povratek toka (ali napetosti). Obratovalni tok (napetost) je najmanjša vrednost toka (napetosti), pri kateri je zagotovljeno jasno in zanesljivo delovanje naprave. Pri vlečnih napravah je reakcijska napetost 75% nazivne napetosti.
Če postopoma zmanjšate tok v tuljavi, se bo pri določeni vrednosti naprava izklopila. Največjo vrednost toka (napetosti), pri kateri je naprava že izklopljena, imenujemo povratni tok (napetost). Povratni tok Ib je vedno manjši od delovnega toka Iav, ker je pri vklopu mobilnega sistema aparata potrebno premagati torne sile, pa tudi povečane zračne reže med armaturo in jarmom elektromagnetnega sistema. .
Razmerje med povratnim tokom in tokom zajemanja se imenuje faktor povratka:
Ta koeficient je vedno manjši od ena.
Elektropnevmatski pogon
V najpreprostejšem primeru je pnevmatski pogon sestavljen iz cilindra 1 (slika 4) in bata 2, ki je povezan s premičnim kontaktom 6. Ko je ventil 3 odprt, je cilinder povezan s cevjo stisnjenega zraka 4, ki dvigne bat 2 v zgornji položaj in zapre kontakte. Ko se ventil naknadno zapre, se prostornina cilindra pod batom poveže z atmosfero in bat se pod delovanjem povratne vzmeti 5 vrne v prvotno stanje in odpre kontakte.Tak aktuator lahko imenujemo ročni pnevmatski aktuator.
Za možnost daljinskega upravljanja dovoda stisnjenega zraka se namesto pipe uporabljajo elektromagnetni ventili. Elektromagnetni ventil (slika 5) je sistem dveh ventilov (sesalni in izpušni) z elektromagnetnim pogonom nizke moči (5-25 W). Razdeljeni so na vklopne in izklopne glede na naravo operacij, ki jih izvajajo, ko je tuljava pod napetostjo.
Ko je tuljava pod napetostjo, zaporni ventil poveže prožilni cilinder z virom stisnjenega zraka, in ko je tuljava brez napetosti, komunicira cilinder z atmosfero, hkrati pa blokira dostop do jeklenke stisnjenega zraka. Zrak iz rezervoarja teče skozi odprtino B (slika 5, a) do spodnjega ventila 2, ki je v začetnem položaju zaprt.
riž. 4. Pnevmatski pogon
riž. 5. Vklop (a) in izklop (b) elektromagnetnih ventilov
Cilinder pnevmatskega aktuatorja, priključenega na priključek A, je preko odprtega ventila 1 povezan z atmosfero skozi priključek C. Ko je tuljava K pod napetostjo, elektromagnetna palica pritisne na zgornji ventil 1 in, premagajoč silo vzmeti 3, se zapre ventil 1 in odpre ventil 2. Hkrati stisnjen zrak iz priključka B skozi ventil 2 in priključek A v valj pnevmatskega pogona.
Nasprotno, zaporni ventil, ko tuljava ni vzbujena, povezuje jeklenko s stisnjenim zrakom, in ko je tuljava vzbujena - v atmosfero. V začetnem stanju je ventil 1 (slika 5, b) zaprt, ventil 2 pa odprt, kar ustvarja pot za stisnjen zrak od priključka B do priključka A skozi ventil 2.Ko je tuljava pod napetostjo, se odpre ventil 1, ki povezuje jeklenko z atmosfero, ventil 2 pa ustavi dovod zraka.
Elektromotorni pogon
Za pogon številnih električnih naprav se uporabljajo elektromotorji z mehanskimi sistemi, ki pretvarjajo rotacijsko gibanje gredi motorja v translacijsko gibanje kontaktnega sistema. Glavna prednost elektromotornih pogonov v primerjavi s pnevmatskimi je konstantnost njihovih karakteristik in možnost prilagajanja. Po principu delovanja lahko te pogone razdelimo v dve skupini: s stalno povezavo gredi motorja z električno napravo in s periodično povezavo.
V električni napravi z elektromotorjem (slika 6) se vrtenje iz elektromotorja 1 prenaša preko zobnika 2 na odmično gred 3. V določenem položaju odmikač gredi 4 dvigne palico 5 in zapre premični kontakt, povezan z njim, s stacionarnim kontaktom 6.
V pogonskem sistemu skupinskih električnih naprav so včasih uvedene naprave, ki zagotavljajo postopno vrtenje gredi električne naprave z zaustavitvijo v katerem koli položaju. Med zaviranjem je motor ugasnjen. Takšen sistem zagotavlja natančno fiksacijo gredi električnega aparata v pravilnem položaju.
Kot primer sl. Slika 7 je shematska ponazoritev tako imenovanega malteškega križnega pogona, ki se uporablja v skupinskih krmilnikih.
riž. 6. Elektromotorni pogon s trajno povezavo gredi motorja in električnih aparatov
riž. 7. Elektromotorni pogon skupinskega krmilnika
sl. 8. Termični aktuator z bimetalno ploščo.
Pogon je sestavljen iz servo motorja in polžastega menjalnika s fiksiranjem položaja s pomočjo malteškega križa. Polž 1 je povezan s servomotorjem in prenaša vrtenje na gred polžastega kolesa 2, pri čemer poganja disk 3 s prsti in zapahom (slika 7, a). Gred malteškega križa 4 se ne vrti, dokler prst diska 6 (slika 7, b) ne vstopi v utor malteškega križa.
Z nadaljnjim vrtenjem bo prst zavrtel križ in s tem gred, na kateri sedi, za 60 °, po katerem se bo prst sprostil, blokirni sektor 7 pa bo natančno pritrdil položaj gredi. Ko zavrtite gred polžastega gonila za en obrat, se gred malteškega križa obrne za 1/3 obrata.
Zobnik 5 je nameščen na gredi malteškega križa, ki prenaša vrtenje na glavno odmično gred krmilnika skupine.
Termični pogon
Glavni element te naprave je bimetalna plošča, ki je sestavljen iz dveh plasti različnih kovin, trdno povezanih po celotni kontaktni površini. Te kovine imajo različne temperaturne koeficiente linearne ekspanzije. Kovinska plast z visokim koeficientom linearne razteznosti 1 (slika 8) se imenuje termoaktivna plast, v nasprotju s plastjo z nižjim koeficientom linearne razteznosti 3, ki se imenuje termopasivna.
Pri segrevanju plošče s tokom skozi njo ali z grelnim elementom (indirektno segrevanje) pride do različnega raztezka obeh plasti in plošča se upogne proti termopasivni plasti. S takim upogibanjem se lahko kontakti 2, povezani s ploščo, neposredno zaprejo ali odprejo, kar se uporablja v termičnih relejih.
Upogibanje plošče lahko sprosti tudi zapah vzvoda na električni napravi, ki ga nato sprostijo vzmeti. Nastavljeni pogonski tok se krmili z izbiro grelnih elementov (pri indirektnem ogrevanju) ali s spremembo kontaktne rešitve (pri neposrednem ogrevanju).Čas za vrnitev bimetalne plošče v prvotni položaj po delovanju in ohlajanju se giblje od 15 s do 1,5 minute.