книги / Электропривод, электрооборудование и основы управления

ходимое усилие нажатия достигается пружинящим действием мед­ ных пластин, образующих губки. Верхнюю секцию закрывают спе­ циальной шайбой, на которую устанавливают механизм мгновенного переключения 5, что дает возможность быстро погасить дугу незави­ симо от скорости вращения рукоятки. Механизм переключения имеет четыре фиксирующие впадины, расположенные под углом 90°, что определяет число коммутационных положений. В переключателях, предназначенных для пуска асинхронного двигателя переключением обмоток статора со звезды на треугольник, имеется три положения: звезда — нейтраль — треугольник (У—0—Л) . Подвижные кон­ такты (мостики) могут иметь различную форму: прямые, с углом 90 и 120°. Число секций зависит от числа коммутируемых линий и от сложности схемы переключения.

Пакетный выключатель более удобен, чем рубильник, занимает меньше места, более безопасен в эксплуатации, позволяет осущест­ вить сложную коммутацию, обладает лучшими дугогасительными свойствами. Последнее достигается выделением хлора и ионов цинка из фибры, а также повышенным давлением газов в полости выклю­ чателя, образовавшимся под действием дуги. Недостатки пакетного выключателя: меньший номинальный ток (до 400 А), отсутствие ви­ димости разрыва, меньшая надежность, чем у рубильника.

§ 2.4. Кулачковые переключатели

Кулачковые переключатели (рис. 2.3, а) состоят из набора сек­ ций, объединенных одним общим валиком 10 с рукояткой 11. Каждая секция имеет пластмассовое основание У, кулачок 9, два рычага 7, два подвижных 5 и неподвижных 2 контакта, зажимы 3 и 8, серебря­ ные напайки 4 и б, обеспечивающие надежный контакт. Кулачок имеет выступы и впадины, расположенные в различных местах ок-

Рнс. 2.3. Схема универсального переключателя серин УП-5000 (а) н его внешний вид (б)

ружности и в разных плоскостях, а рычаг — два выступа; при нажа­ тии на один из них рычаг и подвижный контакт поворачиваются в одну сторону, а при нажатии на второй — в другую. Механизм мгно­ венного переключения 12 расположен под рукояткой. Различное положение выступов и впадин на кулачке позволяет получить раз­ личные схемы переключения.

21

коммутации. В .этом случае применяют кулачковую систему, состоя­ щую из валика 1 с пластмассовыми выступами (кулачками) 2, представляющими собой единое целое с ним. Кулачки при повороте рукоятки 6 нажимают на подвижные контакты 3 и замыкают цепь. Подвижные и неподвижные контакты 4 закрепляют на изоляционной колодке 5. Имеется устройство мгновенного переключения и фикса­ ции валика. Такой переключатель применяют, например* в бытовых электроплитах.

§ 2.5. Контроллеры

Контроллеры — это переключающие многоступенчатые аппараты, предназначенные для ручного или ножного управления электродви­ гателями: пуском, регулированием скорости, реверсированием, оста­ новкой. По конструкции их делят на кулачковые, пакетно-кулачко­ вые и магнитные.

22

жимаемой пружиной 13 к хвостовику рычага. Пружина 10 при этом сжимается. При дальнейшем вращении диска кулачок 2, располо­ женный по другую сторону диска, нажимает на ролик 11 защелки 12 и освобождает последнюю. Пружина 10 разжимается и поворачивает рычаг по ходу часовой стрелки, что приводит к размыканию контак­ тов. Двадцать отверстий на диске и овальное отверстие на самом кулачке позволяют поместить его в любую точку окружности. На каждом диске можно закрепить по три включающих кулачка. Число коммутируемых цепей может достигать 12. Вал 1 вращается вручную или с помощью специального электродвигателя.

Магнитные контроллеры. Они состоят из командоконтроллера, контакторов, аппаратов защиты и регулирования. Командоконтроллер включает катушки контакторов, которые в свою очередь управ­ ляют работой двигателя. Такое сочетание аппаратов позволяет с по­ мощью небольшого переключающего устройства запускать, регули­ ровать скорость, реверсировать и тормозить мощный электродвига­ тель, так как контакторы обладают высокой дугогасительной способ­ ностью. Магнитные контроллеры выпускают для постоянного и пе­ ременного тока. Их используют главным образом для управления кранами.

§ 2.6. Кнопки управления

Кнопки — это аппараты ручного действия с поступательно дви­ жущейся головкой, предназначенные для управления электромагнит­ ными аппаратами (рис. 2.8). При снятии пальца с головки контакты

Рис. 2.8. Кнопочный эле­ мент:

24

такой кнопки возвращаются в свое нормальное состояние. Но бывают кнопки, самоудерживающиеся в нажатом состоянии. Такое «залипание» контактов происходит с помощью защелки. Для возврата в первоначальное положение необходимо вторично нажать на кнопку. В кнопках лифтов «залипание» происходит под действием электро­ магнита (рис. 2.9). Его катушка 4 соединяется последовательно с блокирующими контактами б и 7, которые подключают катушку к сети после нажатия на головку /. По катушке начинает протекать ток /к»* якорь 2 притягивается к сердечнику 11 и удерживается в 'таком состоянии до тех пор, пока цепь катушки не разорвется в ка­ ком-либо другом месте. Тогда под действием возвратной пружины 3 головка поднимается, а мостиковый контакт 9 размыкает пару кон­ тактов 8 и замыкает пару 10. Пары контактов 5, 6, 7, 8, 9, 10 распо­ лагаются по горизонтальной оси, перпендикулярной плоскости чер­ тежа.

Несколько кнопочных элементов, объединенных в один корпус, образуют кнопочный пост управления. Например, для тельфера, пе­ редвигающегося по монорельсу, кнопочный пост содержит четыре команды: Вперед, Назад, Вверх, Вниз.

Кнопки применяют в цепях постоянного и переменного тока на­ пряжением до 500 В. Их отключающая способность до 100 Вт посто­ янного и до 1500 В • А переменного тока. Некоторые из них выдер­ живают кратковременный ток до 60 А, который получается при вклю­ чении контакторов.

§ 2.7. Общие сведения о реле

Реле — это аппарат, в котором при плавном изменении входной величины выходная изменяется скачкообразно. Различают реле: по в и д у в х о д н о г о с и г н а л а — реле тока, напряжения, мощности, скорости, давления и т. д. Выходной величиной обычно бывает элек­ трический сигнал; по п р и н ц и п у д е й с т в и я — реле электромаг­ нитные, магнитоэлектрические, индукционные, полупроводниковые, тепловые и др. Существуют реле, реагирующие на разность какихлибо величин (дифференциальные), на скорость измененйя входной величины и т. д.; по в о з д е й с т в и ю на у п р а в л я ю щ у ю ц е п ь — контактные и бесконтактные. Первые замыкают или размы­ кают электрическую цепь контактами, которые называют замыкаю­ щими или размыкающими. Вторые могут резко изменять свое внут­ реннее сопротивление от нуля до бесконечности, что приводит к скач­ кообразному изменению тоКа.

Наиболее распространены электромагнитные реле (рис. 2.10, а). Контактная группа состоит из размыкающих 6 и замыкающих кон­ тактов 8, соединенных штоком 7. Пружина 9 обеспечивает их надеж­ ное касание. Винтом 4 можно регулировать воздушный зазор, а гай­ кой 5 — натяжение пружины 10. В таком реле входной величиной можно считать ток в катушке или напряжение на ней; выходной — ток через контакты. При увеличении тока катушки / кат от нулевого значения будет увеличиваться магнитный поток и сила притяжения

25

Раствор

Рис. 2.10. Электромагнитное реле:

а — устройство реле; 6 — раствор и провал контактов; 1 — сердечник; 2 — катушка; 3 — якорь; 4 — винт; 5 — гайка; 6. 8 — размыкающие и замыкающие контакты; 7 — шток; 9, 10— пружины

якоря. Пока якорь не притянулся, контакты 8 остаются разомкнуты­ ми и ток / кат равен нулю. Но при некотором токе в катушке сила притяжения становится больше, чем сила пружины, и якорь начина­ ет двигаться. Как только воздушный зазор уменьшится, магнитный поток возрастет, что приведет к увеличению электромагнитной силы и скорости движения якоря. Таким образом, даже при небольшом смещении якоря он очень быстро притягивается к сердечнику и пе­ редает свое движение через шток на контакты. На выходе реле по­ является ток.

Важные показатели реле — раствор и провал контактов (рис. 2.10, б). Раствор контактов — это расстояние между подвижным и неподвижным контактами при их разомкнутом состоянии. Провал кон­ тактов — это такое расстояние, на которое переместился бы подвиж­ ный контакт после замыкания с неподвижным, если убрать послед­ ний. Провал должен быть во всех аппаратах, чтобы обеспечить на­ дежный контакт в случае истирания соприкасающихся поверхностей.

Минимальный ток катушки, при котором срабатывает реле, назы­ вают током срабатывания / ср. Очевидно, что при любом другом токё, большем /ср, якорь тем более притянется к сердечнику. Макси­ мальный ток, при котором реле отпускается, называют током отпус­ кания I ОТППри любом другом токе, меньшем / 0 тем более якорь возвратится в нормальное состояние.

Появление электромагнитной силы можно объяснить следующим образом. Пусть катушка с током создает магнитное поле, силовые линии которого направлены от якоря к сердечнику. Тогда якорь мож­ но считать северным полюсом, так как линии из него выходят, а сер­ дечник — южным. Разноименные полюса притягиваются и реле сра­ батывает. Следует отметить, что сила притяжения зависит от расстоя­ ния между сердечником и якорем. Чем меньше зазор, тем больше магнитный поток и тяговое усилие. Поэтому в процессе движения якоря, при срабатывании реле, усилие быстро возрастет и станет мак­ симальным тогда, когда якорь полностью притянется к сердечнику. На рис. 2.11 показана тяговая характеристика реле F = f ( б).

Можно дать и другое объяснение работы реле. Существует прави­ ло, по которому магнитные линии стремятся сократить свою длину.

26

Когда якорь притягивается, линии сокращают свою длину на величи­ ну воздушного зазора б. Это пра­ вило ничего не объясняет и явля­ ется формальным, но часто выру­ чает там, где первый способ объ­ яснения применить трудно.

При обратном направлении то­

линии изменят свое направление, а полюса поменяются местами. Следовательно, катушку можно питать переменным током. В этом случае поле будет переменным, а катушка — обладать не только активным, но и индуктивным сопротивлением, поэтому катушка реле переменного тока при прочих равных условиях должна иметь мень­ шее число витков, чем катушка реле постоянного тока. Тогда сопро­ тивления их будут равны и при одинаковых напряжениях потекут одинаковые токи.

Вначальный момент после подачи переменного напряжения пусковой ток катушки очень велик, так как индуктивное сопротив­ ление мало. Когда якорь притянется и воздушный зазор уменьшится до нуля, поток резко увеличится, а следовательно, увеличится индук­ тивное сопротивление, а ток катушки уменьшится до номинального значения.

Вреле постоянного тока сердечник и якорь обычно изготовляют сплошными из электротехнической стали в виде полосы или цилинд­ ра, в реле переменного тока — шихтованными, т. е. собранными из отдельных изолированных друг от друга стальных пластин. Сделано это для уменьшения вихревых токов, т. е. снижения нагрева магнит­ ной системы. Так как вихревые токи оказывают еще и размагничи­ вающее действие на поток катушки, то иногда сердечник и якорь

реле постоянного тока тоже делают шихтованными.

Кроме тока срабатывания и отпускания реле может характери­ зоваться напряжениями срабатывания и отпускания. Отношение ве­ личины отпускания к величине срабатывания называется коэффици­ ентом возврата &вэв= / отп/ / сй который всегда, меньше единицы. В электромагнитных реле к юD= 0,2 4-0,85, в магнитоэлектрических он выше, а в электронных и полупроводниковых к пв« 0,99. На катушках реле часто указывают номинальное напряжение, которое несколько больше напряжения срабатывания, поэтому оно обеспечивает надеж­ ную работу реле без перегрева катушки.

Если обозначить мощность входного сигнала, т. е. мощность тока, протекающего по катушке при срабатывании реле, Р Мц а мощность выходного сигнала, т. е. мощность тока, протекающего через кон­ такты, Р кои, то коэффициент усиления ку= Р Ко»/Рмг. В большинстве случаев k y> 1, поэтому реле можно рассматривать как усилитель.

Время от момента подачи сигнала на катушку ‘до момента замыка­ ния контактов называется временем срабатывания /срЭто время за­ висит от скорости нарастания потока в сердечнике, времени движе­

27

включить двигатель. Если же напряжение снизится, то оно отпуска­ ется и отключает двигатель от сети.

Промежуточные реле. Они работают как на переменном, так и на постоянном токе, включаются в сеть параллельно и служат для уси­ ления и размножения сигналов. Большое количество контактов поз­ воляет управлять сразу несколькими цепями; одни из них замыка­ ются, другие размыкаются.

На рис. 2.13 показано промежуточное реле серии РП. Выступ 10 ограничивает движение якоря вниз. Возникающий при этом воздуш­ ный зазор делает магнитный поток в притянутом состоянии якоря небольшим. Сила притяжения несколько ослабевает, но это не влияет на работу реле, пока по катушке протекает ток. Когда ток отключа­ ют, остаточная индукция сердечника создает незначительную элек­ тромагнитную силу, которую пружина 5 легко преодолевает. Если бы не было выступа, то произошло бы «залипание», т. е. удерживание якоря под действием остаточного потока при отключенной катушке.

Реле» построенные на герконах (герметизированных контактах) (рис. 2.14). В стеклянную колбу 6 впаяны две стальные пластины, на которых имеются две пары контактов (основные и дугогаситель­ ные). Дугогасительные контакты, выполненные из тугоплавкого ма­ териала, образованы подвижным контактом 3, зкрепленным на кон­ тактной пластине 4, и неподвижным контактом 2, установленным на магнитопроводе 1. Пара основных контактов образована полюсными поверхностями якоря 5 и магнитопровода 7, покрытыми материалами с высокой электропроводностью.

Если рядом с колбой поместить постоянный магнит, то силовые линии начинают замыкаться через обе пластины. Так как линии стре-

29

2 3 f 5 6

Рис. 2.14. Герконовые промежуточные реле:

и — внешний вид; б — гор­ кой с постоянным магнитом; я — геркон с катушкой; И,

В— выводы катушки; 31— 46 — выводы контактов

мятся сократить свою длину, то пластины притягиваются друг к дру­ гу и длина линий сокращается на величину зазора между ними. Между контактами начинает протекать ток. Таким образом, пласти­ ны являются не только токоведущими элементами, но и составляют часть магнитной системы. Если поместить геркон внутрь катушки и пропустить по ней ток, то получим тот же эффект. Герконы могут иметь размыкающий контакт. Если рядом с колбой поместить посто­ янный магнит и катушку, то под действием поля постоянного маг­ нита пластины замкнутся и это будет их нормальным состоянием. При пропускании тока по катушке создается встречное поле. В месте расположения геркона эти поля компенсируются, тогда под действи­ ем пружинящих сил пластины разомкнутся. Основные контакты не подвержены воздействию дуги, так как они размыкаются раньше ду­ гогасительных. Геркон обеспечивает надежный контакт, так как ва­ куум в колбе позволяет использовать для управления низкий уровень напряжения и тока, что особенно важно для схем автоматики с при­ менением логических элементов.

§ 2.9. Реле времени

Если необходимо увеличить время срабатывания или отпускания, то применяют реле времени. Выдержка времени может создаваться различными способами. Рассмотрим некоторые из них.

Реле с электромагнитным замедлением. Такое реле (рис. 2.15) работает только на постоянном токе. Если короткозамкнутый виток (гильза) отсутствует, то при подаче напряжения на катушку ток в ней возрастает по экспоненциальному закону до установившегося

закону Ленца, направлена так, что своим действием препятствует причине, ее вызвавшей. В данном случае причиной является возра­ стание магнитного потока. Следовательно, под действием ЭДС Е г по гильзе течет ток Уг и создает поток Ф„ направленный против потока Флат (рис. 2.17, а). Он препятствует возрастанию потока, который теперь увеличивается медленнее (крива# 2, рис. 2.16, а ), поэтому tcp

30