книги / Электрооборудование электровакуумного производства

Текстолит — слоистый пластик коричневого цвета с характерной волокнистой структурой. Текстолит получают методом горячего прес­ сования хлопчатобумажных тканей, пропитанных бакелитовыми смо­ лами. Обрабатывается резанием и штампованием. Выпускается мар­ ки А (с повышенными электрическими характеристиками) и марки Б (с повышенными механическими свойствами) в виде плит, листов и стержней. Обладает высокой ударной вязкостью и стойкостью к истиранию. Из него изготавливаются каркасы контуров н катушек трансформаторов, расшивочные панели и другие установочные дета­ ли. Недостатки — существенное возрастание диэлектрических потерь из-за гигроскопичности в результате растрескивания бакелита, высо­ кая стоимость.

Стеклотекстолит — слоистый пластик на основе стеклоткани и кремнийорганических полимеров, имеет светло-кремовую или белую окраску. Ударопрочен, теплостоек, обрабатывается плохо, исполь­ зуется как электроизоляционный конструкционный материал.

Гетинакс — слоистый пластик, получаемый так же, как тексто­ лит, но вместо хлопчатобумажной ткани используется бумажная

ции обмоток трансформаторов, дросселей и изготовления линоксиновых трубок, получают в результате пропитки хлопчатобумажной (марка ЛХ) или шелковой (марка ЛШ) ткани изоляционными ла­ ками. Лакоткань имеет светло-желтый цвет при пропитке масляным лаком и черный при пропитке масляно-битумными лаками.

Конденсаторная бумага — диэлектрик на основе древесной цел­ люлозы. С увеличением температуры окисляется и теряет механиче­ скую прочность, быстро стареет. Используется в качестве изоляции при выполнении намоточных работ. Выпускается рулонами.

Электрокартон (пресс-шпан) — диэлектрик на основе целлюлозы. Выпускается листом и рулонами марки ЭВ (воздушный), ЭМ (мяг­ кий) и ЭМТ (тряпичный). Основное назначение — изоляция обмоток.

Компаунды — смеси различных смол, воскообразных веществ и битумов с различными добавками. Используются для залнвки и пропитки.

Лаки — коллоидные растворы смол, битумов, масел в летучих растворителях, применяются как пропиточные, покровные и клеящие.

Перечислим основные неорганические диэлектрики. Электроизоляционные стекла — аморфные термопластики, пред­

ставляющие смеси различных окислов, обладают высокой химиче­ ской стойкостью, теплостойкостью, прочностью и хрупкостью. Наи­ больший интерес представляет кварцевое стекло, обладающее высо­ кими диэлектрическими свойствами и наименьшим коэффициентом линейного расширения среди всех известных веществ, что позволяет использовать изделия из кварцевого стекла в условиях резкой смены температур.

Слюда — слоистый минерал, легко расщепляемый на пластинки. Разновидности — флогопит и мусковит. Применяется для изготов­ ления различных изоляторов.

Микалекс — диэлектрик, получаемый горячим прессованием по­ рошков слюды и стекла. Выпускается в виде стержней и листов.

31

Используется для изготовления различных держателей в платах, переключателях и т. д.

Стеатит — установочная радиокерамика на основе природного талька. Основное применение — изготовление конденсаторов.

Термоконд — конденсаторная керамика на основе двуокиси ти­ тана, обладает малым температурным коэффициентом диэлектриче­ ской проницаемости, что позволяет его использовать при изготовле­ нии высокостабильных конденсаторов (контурных).

Тиконд — конденсаторная керамика, используемая для получе­ ния конденсаторов с отрицательным температурным коэффициентом емкости.

Радиофарфор и ультрафарфор — установочная керамика с хоро­ шими диэлектрическими свойствами. Радиофарфор является муллитовой керамикой, а ультрафарфор — корундовой.

Керамические детали из подготовленного соответствующим обра­ зом сырья, представляющего собой пластичную массу, изготавливают литьем, формованием или продавливанием через мундштук с после­ дующей механической обработкой и обжигом. Основное назначе­ ние — изготовление высокочастотных установочных деталей, таких, как каркасы катушек, плат переключателей, ламповых панелей, раз­ личных изоляторов и т. д.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ, МИКРОМОДУЛИ И ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

Комплексная автоматизация сложных объектов управления и различных технологических процессов, характеризуемых большими объемами первичной информации, сложными алгоритмами управле­ ния и высокими скоростями обработки информации, приводит к рез­ кому усложнению электрооборудования и предъявляет повышенные требования к качеству, надежности и долговечности при одновремен­ ном уменьшении габаритов, массы и объема аппаратуры. В настоя­ щее время эта задача решается переходом на различные бесконтакт­ ные устройства взамен релейно-контактных, увеличением плотности заполнения объема аппаратуры благодаря применению интегральных схем, использованию принципа модульного конструирования и изго­ товления аппаратуры. Основными преимуществами модульного кон­ струирования, в основе которого лежит метод расчленения аппара­ туры на отдельные простейшие функционально-законченные узлы, являются возможность предварительной отработки, настройки, испы­ тания узлов, а также их унификация. Такие узлы получили название унифицированных функциональных узлов или модулей, а сам ме­ тод — модульного конструирования.

Унифицированные функциональные узлы изготовляют на миниа­ тюрных лампах и полупроводниковых приборах. Унификация функ­ ционального модуля проявляется не только в схемном решении, но и в конструктивном оформлении и технологии производства. Унифи­ цированный функциональный узел представляет собой совокупность радиодеталей, выполняющих определенную функцию, конструктивно оформлен в виде прямоугольной печатной платы с односторонним расположением объемных радиодеталей навесного монтажа. Для соединения с внешней электрической схемой в плату запрессованы контактные штыри или установлен штепсельный разъем. Для защиты от внешних воздействий используются покрытия лаками, эпоксидны-

32

ми эмалями или герметизация заливкой в корпус и заливочные формы.

Характерные особенности и преимущества модулей и модульно­ го конструирования демонстрирует единая серия полупроводниковых логических и функциональных элементов (серия ЭТ), состоящая из 18 модулей и предназначенная для построения схем промышленной автоматики.

ЭТ-Л01 * — логический реостатно-транзисторный элемент, реа­ лизующий функцию ИЛИ-HE, представляет транзисторный инвертор с тремя входами. Один модуль содержит два логических элемента ИЛИ-HE, объединенных конструктивно.

0Т-ЛО2 — диодная приставка, реализующая функцию И, ИЛИ. В одном модуле находятся шесть диодов и четыре резистора, что позволяет с помощью внешних соединений получить схемы И, ИЛИ.

ЭТ-ЛОЗ — маломощный триггер, применяемый в качестве дели­ теля частоты, счетной ячейки, ячейки памяти и т. д,

ЭТ-Л04 — мощный триггер, предназначенный для работы иа обмотку реле, сигнальные лампочки, матричные дешифраторы, а так­ же в качестве памяти в выходных цепях.

ЭТ-Л05—потенциально-импульсная ячейка, предназначенная для преобразования потенциальных сигналов в импульсные, синтеза импульсных схем совпадения и разделения, а также для размноже­ ния входов элемента ЭТ-ЛОЗ.

ЭТ-Л06 — потенциально-импульсная ячейка, выполняющая те же функции, что и ЭТ-Л05, но наряду с этим позволяющая увеличить число входов элемента ЭТ-Л04.

В эту серию входят три функциональных элемента:

ЭТ-Ф01— согласующий входной элемент, предназначенный для гальванического разделения электрических цепей.

ЭТ-Ф02 — релейный элемент, предназначенный для преобразова­ ния непрерывных входных напряжений в стандартный дискретный сигнал, также может быть дискриминатором амплитуд (на основе двухкаскадного усилителя постоянного тока).

ЭТ-ФОЗ — нуль-орган, предназначен для сравнениях двух напря­

строения линий задержки, мультивибратора, одновибратора и т. д. ЭТ-ВОЗ — элемент времени до 10 с, предназначен для создания выдержки времени на отключение с регулированием в пределах

0,3—10 с.

ЭТ-В04 — элемент времени до 100 с, предназначен для создания выдержки времени на отключение с регулированием в пределах 5—100 с.

В эту серию входят пять усилителей:

ЭТ-У01 — усилитель согласования, предназначенный для включе­ ния сигнальных ламп в сложных системах.

ЭТ-У02—выходной усилитель мощности 3 Вт, предназначенный для включения обмоток электромашинных (ЭМУ) и магнитных (МУ) усилителей, промежуточных реле и сигнальных лампочек.

* ЭТ-Л01 — элемент транзисторный логический, номер 01.

ЭТ-УОЗ — выходной усилитель мощности 10 Вт, предназначен­ ный для включения обмоток ЭМУ, МУ, промежуточных реле и ма­ ломощных контакторов.

ЭТ-У04 — выходной усилитель мощности 30 Вт, предназначенный для включения обмоток МУ, контакторов, соленоидов и др.

ЭТ-У05 — выходной усилитель мощности 100 Вт, предназначен­ ный для включения МУ, мощных контакторов, соленоидов и т. д.

Для систем автоматики с применением элементов серии ЭТ раз­ работаны унифицированные блоки питания на разные мощности.

Микромодули. Микромодуль представляет собой миниатюрную конструкцию функционального узла, выполненного с 'применением микроэлементов, конструктивные особенности сборки которых опре­ деляют название микромодуля: плоский или этажерочный.

Плоские микромодули — законченные функциональные узлы, вы­ полненные из микроэлементов, смонтированных на одной или двух сторонах печатной платы, защищенные металлическим колпачком или герметизированные эпоксидным компаундом. Плоский микромо­ дуль представляет залитую таблетку с проволочными выводами.

Этажерочный микромодуль отличается от плоского тем, что для размещения микроэлементов используются микроплаты, собранные в виде этажерки. Схемные элементы микромодуля, получившие на­ звание микроэлементов, например трансформатор, резистор, конден­ сатор, катушка индуктивности и др., в микроминиатюрном исполне­ нии могут быть печатными или навесными. Обычно на микроплату устанавливают с одной стороны один элемент, оставляя вторую сто­ рону свободной. После сборки и пайки микромодуль герметизируют заливкой. Несколько микромодулей, смонтированных на печатной плате, называют микроблоком.

Интегральные схемы. Блочные, модульные и микромодульные конструкции разрабатываются на основе использования дискретных элементов, причем плотность заполнения объема аппаратуры не пре­ вышает 20 элементов в 1 см3. Интегральные схемы, представляющие собой группу (сумму) элементов, выполненных неотделимо друг от друга на одной подложке (на ее поверхности или в ее объеме), называют микросхемами. Микросхемы позволяют резко увеличить плотность заполнения объема : ппаратуры (до 1000 элементов в 1 см3). Интегральные микросхемы имеют три разновидности: тон­ копленочные, полупроводниковые и гибридные.

Тонкопленочные интегральные микросхемы получают осаждением пленок различных материалов на изоляционную подложку, в каче­ стве которой наиболее часто используют боросиликатное стекло и и ситалл. Функциональные узлы получают в результате последова­ тельного осаждения на подложку тонких пленок проводниковых, ди­ электрических, полупроводниковых, магнитных и магнитодиэлектри­ ческих материалов из газопаровой фазы в вакууме. Для получения рисунка схемы используются специальные металлические маски. Ве­ дется непрерывный контроль параметров образующихся элементов. Испарение осаждаемых материалов получается при нагревании их с помощью подогревателей, электронной бомбардировки или лазер­ ного излучения.

Полупроводниковые интегральные микросхемы получают с по­ мощью различных технологических приемов обработки полупроводни­ ковых материалов. Обрабатывая методами диффузии, осаждения, травления, маскировки и др., получают отдельные области малых размеров, не имеющие резких границ и выполняющие роль отлель-

34

пых элементов. Резисторы получают нанесением на плату тонких проводящих пленок углерода или его смеси с эпоксидной смолой, металлов с большим удельным сопротивлением. Для получения кон­ денсаторов используют емкости р-п перехода или создают конденса­ тор на основе диэлектрических пленок высокомолекулярных веществ, керамики или окиспых пленок металлов. Для получения контакта напыляют слой металла, а в местах, где пленка окисла или металла не нужна, она вытравляется.

Функциональные полупроводниковые микросхемы характерны тем, что в них невозможно выделить отдельные структурные области, эквивалентные отдельным элементам. Такие схемы оцениваются в целом по выполняемой ими функции. Функциональные полупро­ водниковые микросхемы получают созданием локальных неоднород­ ностей внутри кристалла, что дает возможность управлять потоком объемных зарядов с помощью электрических и магнитных полей.

Гибридные интегральные схемы представляют собой функцио­ нальные узлы, состоящие из интегральных микросхем и отдельных микроэлементов, либо узлы, состоящие только из интегральных ми­ кросхем. Гибридные интегральные схемы дают возможность созда­ вать различные устройства, выполняющие более разнообразные функции по сравнению с интегральными микросхемами.

Конструктивное оформление интегральных схем разнообразно. Наиболее часто применяют плоские удлиненные корпуса, а также модернизированные корпуса транзисторов.

1-2. П У С К О В А Я А П П А Р А Т У Р А

Для управления электрооборудованием машин и установок электровакуумного производства применяют­ ся стандартные пусковые аппараты, выпускаемые элек­ тротехнической промышленностью. Их различают по способу управления — ручные и автоматические; по на­ пряжению— высшего и низшего напряжения; по харак­ теру защиты от воздействия окружающей среды — открытые, закрытые, защищенные, взрывобезопасные и специальные.

Для ручного (неавтоматического) пуска и управле­ ния работой электрооборудования очень часто применя­ ются рубильники и пакетные выключатели.

Для автоматического управления применяются кон­ такторы, магнитные пускатели, магнитные усилители, путевые выключатели и некоторые другие устройства.

РУБИЛЬНИКИ

Рубильники предназначаются для ручного включения и выключения тока. Рубильники применяются в цепях постоянного тока с напряжением до 220 В, а в цепях переменного тока до 380 В. По конструкции различают рубильники одно-, двух- и трехполюсные, простые и

t искрогасительным устройством (рис. 1-5), в качеств^ которого применяются дополнительные контактные ножи.

При размыкании рубильника между контактными губками 2 и ножом 1 возникает электрическая дуга, которая разрушает контактирующие детали. В целях

решетки, действие которых основано на создании элек­ тродинамических сил, дробящих дугу на ряд отдельных дуг. При этом напряжение между контактами становит­ ся недостаточным для поддержания горения всех дуг, и они быстро гаснут.

ПАКЕТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Пакетные выключатели являются малогабаритными отключающими аппаратами, которые применяются в се­ тях переменного тока с напряжением до 380 В и силе тока до 400 А (рис. 1-6,а).

—

и _ ^ _

К

Рис. 1-6. Выключатель пакетный.

36

Провода сети подсоединяются к неподвижным койтактам 3, укрепленным на кольцах-изоляторах 2. На центральный четырехгранный валик посажены три двой­ ных подвижных контакта 4. В верхней части кожуха выключателя смонтирован приводной пружинный меха­ низм 1, который обеспечивает резкие фиксированные повороты валика на 90° при поворотах рукоятки 5. При этом подвижные контакты 4 осуществляют замыкание (рис. 1-6,6) или размыкание (рис. 1-6,в) неподвижных контактов 3. Вместе с подвижными контактами вра­ щаются искрогасительные фибровые шайбы 6, которые в момент размыкания заполняют пространство между подвижными и неподвижными контактами.

Применение фибры в качестве материала искрогаси­ тельных шайб обусловлено ее свойствами выделять под действием электрического разряда водород, углекислый газ и водяной пар, гасящие дугу.

КОНТАКТОРЫ

Контакторы предназначены для автоматического или дистанционного управления и представляют собой воз­ душные выключатели, обеспечивающие большое коли­ чество частых включений (до 1500 включений в час),

37

нита; 8 — кнопка управления контактором; 9, 11— про­ вода главной системы; 10- - соединительный токоподвод. Таким образом, контактор имеет две системы: главную систему, включающую главные контакты, токо­ подводящие провода 9—11, и систему управления, включающую электромагнитные устройства 5—7 и пус­ ковую кнопку 8. Общей деталью является поворотный валик 4, обеспечивающий передачу движения якоря 6 системы управления к подвижным контактам 3 главной системы.

При нажатии кнопки 8 ток, проходя по обмоткам катушки 7, возбуждает электромагнитные силы, притя­ гивающие якорь 6 электромагнита к его сердечнику 5. При этом соединительный валик 4 поворачивается, что обеспечивает замыкание главных контактов 2 и 3.

При размыкании цепи управления якорь 6 отходит от сердечника 5 и контакт между деталями 2 и 3 на­ рушается — главная система отключается.

В систему управления контакторами часто входят так называемые самоудерживающие контакты, которые обеспечивают прохождение тока через катушку 7 после того, как отпущена кнопка 8. Это позволяет не держать кнопку «Пуск» в нажатом состоянии. Разрыв цепи управления и размыкание главной цепи в этом случае производятся специальной кнопкой «Стоп».

Контакторы широко применяются в электрооборудо­ вании производства электронных приборов для пуска двигателей откачных насосов, механизмов переноса крупногабаритных деталей, лентопротяжных механиз­ мов печей отжига и т. д.

РЕЛЕ

Вцепях управления электрооборудованием большое распространение получили реле — аппараты, предназна­ ченные для автоматических переключений в электриче­ ских цепях малых мощностей. Как правило, в реле при плавном изменении параметров управляющего элемента происходят скачкообразные изменения управляемой ве­ личины.

Взависимости от назначения различают реле управ­ ления и реле защиты.

По принципу действия различают реле тепловые, электромагнитные, индукционные, электронные, механи­ ческие, комбинированные и некоторые другие.

38

По времени срабатывания различают реле безынер­ ционные (время срабатывания менее 0,001 с), быстро­ действующие (0,005—0,05 с), нормальные (0,05—0,15с), замедленные (0,15—1 с) и реле времени (более 1 с). Естественно, что приведенная классификация не исклю­ чает других возможных классификаций и является условной. Так как реле в общем случае является про­ межуточным элементом, приводящим в действие одну или несколько управляемых электрических цепей при воздействии на него определенных электрических сиг­ налов управляющей цепи, то реле характеризуется не только собственными параметрами, но и параметрами управляющей и управляемой цепей. Основными пара­ метрами реле являются следующие.

Параметр срабатывания — значение величины напря­

жения (тока или мощности), при котором происходит отпускание реле.

Рабочее (номинальное) значение параметра — значе­ ние напряжения (тока, мощности) в рабочем режиме.

Параметр управления — значение максимальной ве­ личины напряжения (тока или мощности) в управляе­

мента подачи управляющего сигнала до момента воз­ действия реле на управляемую цепь.

Кроме указанных параметров, для некоторых типов реле могут использоваться и другие параметры, харак­ теризующие конкретные особенности реле (например, количественная и качественная характеристики контакт­ ной системы, допустимые перегрузки и т. д.).

Довольно часто в названии реле используют спе­ циальную терминологию, отражающую основное назна­ чение или характерную особенность реле. Например:

Нейтральное реле — реле, срабатывание которого не зависит от направления управляющего тока.

39

Поляризованное реле — реле, срабатывание которого зависит от направления управляющего тока.

Реле тока (напряжения) —реле, срабатывающее при определенных значениях управляющего тока (напря­ жения) .

Медленнодействующее (быстродействующее) реле — реле, в котором применены специальные меры для за­ медления (убыстрения) срабатывания или отпускания.

Т а б л и ц а 1-13

Сравнительные характеристики основных типов реле

В табл. 1-13 приведены усредненные значения ряда основных параметров различных типов реле, позволяю­ щих провести их сравнительную оценку. Наиболее чув­ ствительными среди электромеханических реле являют­ ся магнитоэлектрические, которые по принципу действия и устройства ничем не отличаются от обычных измери­ тельных магнитоэлектрических приборов, за исключе­ нием того, что вместо стрелки снабжаются контактным устройством.

Электромагнитные реле являются наиболее распро­ страненным типом реле. Это объясняется весьма боль­ шими возможностями, предоставляемыми контактной системой реле при относительно простой конструкции. Принцип действия электромагнитного реле основан на притяжении стального якоря 3 к сердечнику ?

40