Автоматические аппараты
Для дистанционного и автоматического управления электрооборудованием применяют контакторы, магнитные пускатели, реле управления.
Контактором называется аппарат, служащий для включения и отключения электрических цепей путем замыкания контактов с помощью электромагнита. Управление электромагнитом может проводиться дистанционно вручную или автоматически с помощью релейной и другой аппаратуры.
Рис. 59. Общий вид (две дугогасительные камеры сняты) (а), контакты и дугогасительная камера (б) и электромагнит (в) трехполюсного контактора:
1 — изолирующая плита; 2 — вал подвижных контактов и якоря; 3 — замыкающиеся блок-контакты; 4 — подвижный главный контакт; 5 — неподвижный главный контакт; 6 — дугогасительная камера; 7 — сердечник электромагнита; 8 — якорь; 9 — катушка электромагнита; 10 — размыкающиеся блок-контакты; 11 — пластины дугогасительной камеры; 12 — контактная пружина; 13 — гибкая связь; 14 — короткозамкнутый виток.
Трехполюсный контактор КТ (рис. 59) имеет три пары подвижных 4 и неподвижных 5 контактов, закрытых дугогасительной камерой б, состоящей из двух асбестоцементных щек, внутри которых помещена решетка из стальных обмедненных пластин 11. Пластины расположены перпендикулярно стволу электрической дуги и разбивают ее на несколько коротких дуг, которые охлаждаются при соприкосновении с поверхностью пластин и быстро гаснут. При подаче напряжения на цепь катушки 9 сердечник притягивает якорь 8, который, поворачиваясь вместе с валом 2, прижимает подвижные контакты к неподвижным. Пружина 12 обеспечивает нажатие подвижного контакта, и рабочий ток проходит через гибкий проводник 13. Для устранения вибрации и произвольного отключения контактора при переходе через нулевое значение тока служит короткозамкнутый медный виток 14. При отключении напряжения в цепи катушки ее сердечник размагничивается и перестает удерживать якорь. В результате этого подвижные контакты под действием собственной массы и массы якоря отпадают, разрывая электрическую цепь.
Магнитный пускатель представляет собой контактор переменного тока с тепловыми реле или без них. Тепловые реле, имеющие в цепи управления нормально замкнутые контакты, используются для защиты от перегрузок. Биметаллические элементы реле нагреваются при прохождении через них тока перегрузки, изгибаются и размыкают цепь тока в катушке пускателя, в результате чего отключаются главные контакты. Отключение также может быть выполнено от руки нажатием кнопки «Стоп».
Первая цифра в обозначении пускателя указывает величину пускателя, вторая — исполнение по роду защиты от воздействия окружающей среды (1 — открытое, 2 - защищенное, 3 - пылеводозащищенное), третья — функции пускателя (1 — без теплового реле, нереверсивный; 2 — с тепловым реле, нереверсивный; 3 — без теплового реле, реверсивный; 4 — с тепловым реле, реверсивный). Например, ПА-321 - пускатель серии ПА, третьей величины, в защищенном исполнении, без теплового реле, нереверсивный.
Автоматическим выключателем называют электрический аппарат напряжением до 1000 В, предназначенный для оперативной коммутации и защиты электрооборудования от ненормальных режимов работы, связанных с короткими замыканиями, перегрузкой или с недопустимым снижением напряжения.
Гашение дуги в автоматических выключателях происходит в среде воздуха, поэтому их называют воздушными. Часто для краткости их именуют также воздушными автоматами, или просто автоматами. Автоматы в пластмассовых корпусах на небольшие номинальные токи называют установочными.
По назначению автоматы одновременно могут быть отнесены как к коммутационным, так и к защитным аппаратам. Набор технических характеристик серийно выпускаемых автоматов широк и разнообразен. Автоматы применяют в цепях постоянного и переменного токов при напряжениях от 110 до 660 В, на номинальные токи от 25 до 6300 А с предельной отключающей способностью от 1,0 до 160 кА. Они могут быть оборудованы только ручным, только электромеханическим или обоими типами приводов включения. Электромеханический привод обеспечивает дистанционное и автоматическое управление.
Максимальная токовая защита от перегрузки осуществляется с помощью различных типов расцепите.геи. Например, защиту от коротких замыканий выполняют на расцепителях электромагнитного и полупроводникового типов.
Для защиты от минимального напряжения и для дистанционного отключения в конструкции автоматов предусматривают расцепители напряжения электромагнитного типа, которые состоят из обмотки и подвижного сердечника, снабженного калиброванной пружиной. При достижении током (напряжением) значения установки, определяемого усилием пружины, происходит перемещение сердечника, который при этом механически воздействует на отключающий валик автомата. Тепловые расцепители действуют на термобиметаллическом принципе подобно тепловому реле. Полупроводниковые расцепители имеют более сложную схему и выполняются в виде электронного блока, снабженного контактными зажимами для подключения и регулировочными рукоятками для уставки и времени срабатывания.
Рис. 60. Механизм свободного расцепления:
а — при включении; б — при отключении: в - при взводе
1, 4 — звенья; 2 — упор: 3, 5, 6, 8 — оси; 7 — расцепитель; 9 — неподвижный контакт; 10 — подвижный контакт; 11 — пружина; 12 — рукоятка.
В полупроводниковый расцепитель (рис. 60) входит механизм свободного расцепления, который является обязательным, для автоматического выключателя. Главным назначением этого механизма является предотвращение включения автомата на уже имеющееся в электроустановке короткое замыкание. При достаточной продолжительности такого включения ток короткого замыкания может быть причиной сварки между собой контактов автомата. Тогда произойдет в лучшем случае срабатывание защиты электроустановки, а в худшем случае — авария.
Механизм свободного расцепления содержит систему «ломающихся» звеньев 1 и 4, шарнирно связанных между собой, а также с подвижным контактом 10, рукояткой 12 и осями 8 —3 — 5 —6. При отсутствии воздействия на «ломающийся» рычаг отключающего усилия от расцепителя 7 (или отключающего валика) звенья 1 — 4, благодаря наличию упора 2, образуют продольно жесткую систему. Передавая усилие от рукоятки на подвижный контакт, они позволяют растянуть отключающую пружину 11 и замкнуть контакты 10 — 9 (рис. 60, а). Установка звеньев 1—4 в положение жесткости происходит либо под действием собственных масс, либо с помощью специальной пружины (рис. 60, о). Однако звенья 1 и 4 не сохранят положения жесткости, если в момент включения сработают расцепители: шток расцепителя 7 ударит в среднюю точку «ломающегося» рычага под осью 3 и повернет оба звена относительно этой оси. Рычаг потеряет жесткость и пружина 11 немедленно разомкнет контакты (рис. 60, в).
Отечественная промышленность серийно выпускает автоматические выключатели широкой номенклатуры:
- установочные автоматы серий ACT, АЕ. А, АК, АП, А3700;
- быстродействующие автоматы серии Э («Электрон»);
- выдвижные автоматы серии АВМ.
Несмотря на значительные конструктивные различия, принципы устройства всех автоматов аналогичны.
Рис. 61. Автомат А3100:
а — устройство (автомат отключен автоматически); б — при взводе; в — при отключении:
1 — пластина дугогасительной камеры; 2 — обойма; 3 — перекидная пружина; 4 — ломающиеся звенья; 5 — рычаг; 6 — собачка; 7 — пластина теплового расцепителя; 8 — рейка; 9 — якорь электромагнитного расцепителя; 10 — сердечник электромагнитного расцепителя; 11 — зуб; 12 — неподвижная ось; 13 — контактодержатель; 14, 15 — контакты; 16 — впадина рычага; 17, 18, 19 — подвижные оси.
Взвод автоматического выключателя А3100 (рис. 61) перед включением осуществляется поворотом рукоятки вниз до упора. При этом фигурный рычаг 5 устанавливается на защелку собачки 6. При включении рукоятка движется вверх вместе с закрепленными на ней концами перекидных пружин 3. После пересечения осью симметрии рукоятки оси 18 рычага 5 пружины 3 перекидывают ось 17 «ломающихся» рычагов вверх, где она попадает во впадину 16 рычага 5. Звенья 4. сжатые между осями 18, 19 и впадиной 16, становятся продольно-жесткими и передают усилие от рукоятки на контактодержатель 13, поворачивая его относительно оси 12 вплоть до замыкания контактов 14 и 15. Рычаг 5 при этом поворачивается относительно точки фиксации его собачкой 6 (рис. 61, б).
Когда автомат включен, механизм автомата фиксируется, так как оси пружин 3, по которым направлены их усилия, лежат выше оси 18. Пружины 3 стремятся повернуть рукоятку вверх, но это движение ограничено корпусом. Звенья 4 с рычагом 5 образуют в этом положении жесткую систему, подвижность которой ограничена в точках 19, 16, 18 и в точке фиксации рычага 5 собачкой 6 (рис. 61, в). Тепловой 7 и максимальный электромагнитный расцепители (на рис. 61 поз. 9 — якорь, 10 — сердечник) воздействуют при срабатывании на рейку 8. поворачивая ее по часовой стрелке. При этом зуб 11 рейки 8 освобождает защелку собачки 6, которая отпускает рычаг 5.
Поворачиваясь под действием пружин 3 вокруг оси 18, этот рычаг своей впадиной 16 «ломает» звенья 4, которые освобождают контактодержатель 13. Пружины 3 моментально размыкают контакты 14, 15 и одновременно несколько опускают рукоятку до зацепления ею рычага 5 (рис. 61, а). Гашение дуги, возникающей при размыкании контактов 14 и 15, происходит в деионной решетке из стальных омедненных пластин 1, укрепленных в фибровой обойме 2.
Реле управления — это такое устройство, которое при воздействии на него электрических импульсов малой мощности управляет цепями или аппаратами электроустановок большой мощности. Реле вообще классифицируются по назначению (для управления и защиты); по принципу действия (электромагнитные, магнитоэлектрические, индукционные, тепловые, полупроводниковые и т. д.); по виду контролируемой величины (времени, тока, напряжения, мощности, уровня и т. д.); по характеру воздействия на выходную цепь (контактные, бесконтактные) и др.
Реле времени используется в схемах защиты с выдержкой времени. Наиболее широкое распространение получили в схемах устройств защиты и автоматики реле тока (рис. 62).
Рис. 62. Токовое реле РТ-80:
1 — алюминиевый диск; 2 — сектор; 3 — червяк; 4 — поворотная рама; 5 — планка; 6 — контакты; 7 — пластина; 8 — регулировочный винт; 9 — якорь; 10 — штепсельное устройство; 11 — катушка; 12 — магнитопровод; 13 — шкала; 14 — пружина.
Их включают в цепь последовательно защищаемому оборудованию, они реагируют на увеличение тока в катушке. Реле срабатывает в случае, когда проходящий через него ток достигнет заранее установленного значение называемого током срабатывания Iср.
Мгновенное срабатывание реле обеспечивает электромагнитная система, по катушке 11 которой проходит ток, превышающий в несколько раз установленный на шкале реле ток срабатывания. При прохождении тока по катушке поворотный якорь 9 притягивается правым плечом к магнитопроводу 12 и поднимает левое плечо с пластиной 7, в результате чего замыкаются пружинные контакты 6. Винт 8 служит для регулирования тока срабатывания — отсечки. При вывертывании винта 8 воздушный зазор между правым плечом якоря и магнитопроводом увеличивается и отсечка срабатывает при большем токе.
Выдержка времени при срабатывании реле обеспечивается индукционной системой реле, которая состоит из алюминиевого диска 1, помешенного в поворотной раме 4, пружины 14, удерживающей раму в таком положении, что укрепленный на оси диска червяк 3 не сцеплен с сектором 2. При прохождении тока, равного 20-40% от тока срабатывания, по катушке реле в зазорах магнитопровода образуются два магнитных потока, под действием которых диск начинает вращаться. При вращении диска возникают силы, стремящиеся повернуть рамку по часовой стрелке, а пружина 14 препятствует этому вращению. При увеличении тока до значения тока срабатывания возросшие силы преодолевают сопротивление пружины 14 и поворачивают рамку, червяк 3 входит в зацепление с сектором, который переместится вверх и своим рычагом поднимает планку 5, укрепленную на левом плече поворотного якоря 9, и пластина 7 замкнет контакты реле. Настройка выдержки времени реле производится по шкале 13 посредством изменения положения сектора 2: чем выше поднят сектор, тем меньше выдержка времени. Выдержка времени срабатывания реле зависит от тока - чем больше ток, тем меньше время выдержки. Ток срабатывания реле регулируется штепсельным устройством 10.
Реле минимального напряжения включается параллельно защищаемому оборудованию и реагирует на изменение напряжения. Если в сети нормальное напряжение, то контакты реле разомкнуты. При снижении уровня напряжения ниже установленного якорь реле поворачивается против часовой стрелки и контакты реле замыкаются.
Промежуточное реле служит для выполнения различных электрических блокировок, его применяют в схемах управления для размножения одного импульса по нескольким вспомогательным цепям. Наиболее широкое применение в качестве промежуточных в схемах управления нашли малогабаритные реле МКУ-48 и РПТ-100 (рис. 63).
Рис. 63. Промежуточное реле РПТ-100:
1 — контактные мостики; 2 — обмотка: 3 — якорь.
Регулировок тока и времени срабатывания реле не имеют.
При протекании тока по обмотке 2 возникает магнитный поток, который притягивает якорь 3 к магнитопроводу. Тяга, связанная с якорем, перемещает контактные мостики 1, посредством которых происходит замыкание разомкнутых и размыкание замкнутых контактов.
Токовые катушки реле управления и различных измерительных и контрольных приборов подсоединяются к вторичным обмоткам трансформаторов тока. При протекании тока по первичной обмотке трансформатора тока его вторичная обмотка должна быть постоянно замкнута через катушки приборов или реле. В тех случаях, когда возникает необходимость отключения катушки реле или прибора от вторичных цепей трансформатора тока, обмотки предварительно надежно закорачивают. Это выполняется для предотвращения повреждения изоляции обмоток и исключения поражения электрическим током работающих, так как в разомкнутой вторичной обмотке индуцируется опасное напряжение: если произойдет пробой изоляции обмотки, то при прикосновении к ним человека может произойти несчастный случай.
Герметический контакт — геркон (рис. 64) — применяется в реле, логических, суммирующих и других элементах вычислительной техники и представляет собой консольный пружинящий контакт, запаянный в стеклянную трубку диаметром до 6,25 мм, длиной 50 мм.
Рис. 64. Схема реле с магнитоуправляемым герконом:
1 — стеклянный корпус; 2 — контакт; 3 — катушка.
Замыкание контактов геркона происходит под действием магнитного поля определенной напряженности. образованного обмоткой постоянного тока или постоянным магнитом. При уменьшении напряженности пружины возвращаются в исходное положение и контакт размыкается. Переключаемая мощность геркона от 4 до 60 Вг. Они выпускаются на определенные действия контактов: на замыкание, переключение и размыкание электрической цепи. Геркон надежен в работе в интервале температур от -100 до + 200°С.
Серии герконов РПГ, РМГ, РЭС выпускаются на напряжение 3 — 24 В и 48 — 220 В.