для чего применяют контактное нажатие в электрических контактах электрических аппаратов
КОНТАКТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Типы контактных соединений. Электрическим контактом называют место перехода тока из одной токоведущей части аппарата или иного токопровода в другую часть. В аппаратах контактом также называют конструктивный элемент, с помощью которого в процессе работы аппарата осуществляется периодическое замыкание и размыкание электрической цепи.
Контактная система электрического аппарата состоит в большинстве случаев из пары или нескольких пар подвижных и неподвижных элементов, при замыкании которых образуется электрическая цепь.
Различают две группы контактных соединений: неподвижные и подвижные. Неподвижные контактные соединения служат для жесткого присоединения внутренних токоведущих частей и внешнего присоединения соединительных проводов к аппарату. Во время работы аппарата такие соединения не разъединяются. Подвижные контактные соединения имеют один или несколько подвижных контактов, которые в процессе работы, соприкасаясь с неподвижными контактами, создают электрическую цепь. В зависимости от характера соприкосновения элементов контактного соединения контакты подразделяют на поверхностные (плоскостные), линейные и точечные. В поверхностных контактах электрический контакт осуществляется по плоскости АВСД (рис. 284, а), в линейных — по линии АВ (рис. 284, б), в точечных — в точке А (рис. 284, в).
Условия работы контактов. Полное сопротивление контактного соединения включает в себя сопротивления собственно материала контактных элементов и переходного сопротивления в месте их соприкосновения. Переходное сопротивление зависит от материала контактов, силы прижатия их друг к другу, площади контактной поверхности, ее состояния и температуры. При соприкосновении двух контактных поверхностей 1 и 2 (рис. 285) электрическое соединение происходит не по всей поверхности, а по точкам соприкосновения, которые образуются за счет неточностей обработки поверхностей и их износа в результате воздействия электрической дуги. При нажатии контактов происходит частичное смятие материала контакта в точках соприкосновения. Чем больше контактное нажатие F и мягче материал контакта, тем больше площадь реального соединения и меньше переходное сопротивление rп (рис. 286, а). Каждый контактный материал характеризуется некоторым предельным значением нажатия, свыше которого переходное сопротивление практически не снижается. Очень резкую зависимость переходного сопротивления от нажатия имеют угольные контакты. Это свойство угольного контакта широко используют в угольных регуляторах напряжения, осуществляющих регулирование тока возбуждения электрических машин. Чрезмерное нагревание контактов приводит к их окислению, а окисные пленки большинства металлов не проводят электрический ток и резко повышают переходное сопротивление (рис. 286, б). На участке а—b переходное сопротивление растет вследствие все более интенсивного возникновения окисной пленки. На участке b—с сопротивление падает вследствие нарушения прочности материала и его размягчения, что приводит к увеличению площади соприкосновения. На участке с—d сопротивление вновь начинает расти вследствие резкого увеличения удельного сопротивления материала. Этот рост будет продолжаться до полного расплавления материала.
Особенно значительные повышения температуры контактов могут иметь место при прохождении через них тока короткого замыкания. Предельно допустимая температура при токах короткого замыкания для контактов из меди составляет 200—300° С, а для алюминиевых — 150—200° С. В случаях превышения предельной допустимой температуры механическая прочность материала контактов резко уменьшается.
Нагревание контактов проходящим током может привести к расплавлению и привариванию контактов друг к другу.
Свойства аппаратов выдерживать определенные значения аварийных токов без повреждения характеризуются его электродинамической стойкостью. Она определяется наибольшим значением тока, который может выдержать аппарат во включенном состоянии, не повреждаясь и не отключаясь самопроизвольно.
Размеры контактной поверхности мало влияют на контактное сопротивление, поскольку с увеличением поверхности и соответственно числа точек соприкосновения снижаются нажатие на единицу площади и смятие. Однако от поверхности контакта зависят условия его нагрева и при том же сопротивлении большие по размеру контакты допускают большую нагрузку током.
Материал контакта должен обладать высокой механической прочностью, хорошей электропроводностью, теплостойкостью и антикоррозионностью. Широкое распространение получили контакты из меди и ее сплавов (латунь, бронза) для изготовления как подвижных, так и неподвижных контактных соединений. При длительной непрерывной работе во избежание окисления медные контакты покрывают слоем олова или выполняют с серебряными накладками.
Алюминий и сталь применяются главным образом для неподвижных контактных соединений. Для защиты от коррозии алюминиевые контакты иногда оцинковывают, а стальные покрывают слоем кадмия. Большой теплостойкостью и твердостью обладают вольфрамовые контакты.
Никель, платину и серебро применяют для контактов маломощных аппаратов, где требуется точность и надежность срабатывания. Серебряные контакты имеют проводящую окисную пленку с такой же электропроводностью, как и сам металл, а платиновые практически не покрываются окисной пленкой.
Широкое применение в электрических аппаратах получили металлокерамические контакты, выполненные путем прессования смеси порошков различных металлов.
На контакты электрических аппаратов в моменты их включения и отключения действуют возникающие электродинамические и механические силы, которые влияют на переходное сопротивление и приводят к механическому износу контактов. В первый момент включения аппарата, когда на контакты еще полностью не действует сила нажатия, соприкосновение происходит по отдельным точкам, через которые устремляется весь ток (рие. 287, а). При этом линии тока в месте контактного перехода искривляются, располагаются параллельно и имеют в нижнем и верхнем контактных элементах противоположное направление (рис. 287, б). Магнитные поля этих токов, взаимодействуя между собой, создают электродинамические усилия вааимного отталкивания F, которые стремятся разомкнуть контакты и вызывают их вибрацию.
В момент размыкания контактов переходное сопротивление резко увеличивается, возрастает температура и возникает электрическая дуга, что приводит к электрическому износу контактов (их выгоранию и эрозии).
Механический и электрический износ контактов в основном определяет срок службы аппарата (выражаемый числом его срабатываний) и максимально допустимую частоту его включений.
Способы уменьшения износа контактов. В аппаратах, рассчитанных на большое число включений и отключений (выключатели, контакторы, контроллеры), применяют конструкции контактов с перекатывающимися поверхностями. Такие контакты замыкаются и размыкаются, соприкасаясь одним участком поверхности, где происходит горение электрической дуги и наблюдается повышенный механический износ, а затем в процессе работы передвигаются друг относительно друга и в дальнейшем электрический контакт поддерживается между чистыми поверхностями (рис. 288). Эти контакты бывают Г- или Т-образной формы и изготовляются из профильной твердой меди.
Перекатывающиеся контакты износостойки, поскольку при их работе трение скольжения невелико. При перекатывании контактных элементов происходит их самозачистка от окисных пленок.
Другим методом защиты контактной поверхности от обгорания является использование дополнительных дугогасительных контактов 1, которые включены параллельно главным контактам 2 (рис. 289). Главные контакты рассчитывают на длительное протекание рабочего тока, а дугогасительные на меньший ток, но их контактные поверхности выполняют из тугоплавкого материала. При включении сначала замыкаются дугогасительные контакты, и. электрическая дуга, возникающая при отскоках этих контактов, может вызывать некоторый их подгар. Затем включаются главные контакты, шунтируя дугогасительные.
При отключении сначала размыкаются главные контакты, но цепь остается замкнутой через дугогасительные контакты и только после полного отключения главных контактов начинают размыкаться дугогасительные, разрывая электрическую цепь. Таким образом, при включении и при отключении аппарата электрическая цепь дается и разрывается дугогасительными контактами, на которых возникает электрическая дуга и образуются подгар и окисные пленки. Во всех случаях электрической дуги между главными контактами не возникает и они соприкасаются чистыми поверхностями. В высоковольтных электрических аппаратах широкое применение получили торцовые контакты, образуемые при соприкосновении плоских контактных элементов. Подвижной контакт представляет собой полую трубу1(рис. 290, а) с плоским торцом. Неподвижный контакт 2 выполняется в виде цилиндра с плоским основанием. Для надежного прижатия контактных элементов друг к другу неподвижный контакт 2 имеет возможность незначительного перемещения за счет сжатия пружины 3. За счет этого перемещения компенсируются перекосы контактов и их износ в процессе эксплуатации.
Щеточные контакты (рис. 290, б) применяются в реостатах, различных командоконтроллерах, переключателях и относятся к линейным соединениям. Подвижной контакт 4 (щетка) состоит из набора пластин из твердой меди или специальной бронзы, срезанного под определенным углом. Он соприкасается с основанием неподвижного контакта 2, Для усиления механической прочности набора верхнюю пластинку выполняют более толстой. Такой контакт имеет большую поверхность соприкосновения, чем аналогичный сплошной.
В аппаратах барабанного типа — контроллерах часто используют пальцевые контакты (рис. 291, а). Неподвижный контакт 2 (палец) прижимается к барабану, вращающемуся на оси 4 с 
помощью привода, пружиной 1. Подвижные контакты 3, 5, 6 укреплены на барабане в виде полос или сегментов, обычно выполненных из меди. В зависимости от силы тока параллельно может устанавливаться несколько пальцев. В различных рубильниках, разъединителях, плавких предохранителях применяют рубящие контакты (рис. 291, б), состоящие из плоского медного или латунного ножа 7 (подвижного контакта) и неподвижного контакта 8 в виде стоек из упругого металла. При больших токах стойки усиливаются дополнительными стальными пружинами 9.
В кнопках управления, реле, путевых выключателях применяют мостиковые контакты (рис. 291, в). Контактный мостик 10 с припаянными к нему контактами 11 и 13 устанавливается на подвижной части аппарата. При’ включении такой мостиковый контакт замыкает неподвижные контакты 14 и 15, создавая между ними электрическую цепь. Нажатие контактов зависит от пружины 12.
На одной подвижной части мажет быть установлено несколько замыкающих и размыкающих контактов, каждый из которых включает или отключает свою электрическую цепь.
Онлайн журнал электрика
Статьи по электроремонту и электромонтажу
Контакты в электроустановках и электрических аппаратах
Слово «контакт» значит «соприкосновение», «касание». В электронной системе, объединяющей разные аппараты, машины, полосы и т. д., для их соединения употребляется большущее число контактов. От свойства контактных соединений в значимой степени зависит надежность работы оборудования и системы.
Систематизация электронных контактов
Примером линейных контактов может служить соприкосновение 2-ух цилиндров с параллельными осями, а точечных — 2-ух сферических поверхностей.
Особенности работы электронных контактных соединений
Фактически независимо от вида контактов соприкосновение контактных частей всегда происходит по маленьким площадкам.
Разъясняется это тем, что поверхность контактных частей не может быть совершенно ровненькой. Потому фактически при сближении контактных поверхностей поначалу в соприкосновение приходят несколько выступающих вершин (точек), а потом но мере роста давления происходит деформация материала контактов и эти точки преобразуются в маленькие площадки. Чем больше сила, приложенная к контактам, и мягче их материал, тем больше общая площадь соприкосновения контактных поверхностей и соответственно меньше активное электронное сопротивление в месте стыка (в зоне переходного слоя меж контактирующими поверхностями). Это активное сопротивление именуется переходным.
При прохождении тока через контакты они греются, при этом более высочайшая температура наблюдается на контактной поверхности из-за наличия переходного сопротивления. В итоге нагрева контакта возрастает
удельное сопротивление материала контакта и соответственно переходное сопротивление.
Для уменьшения нагрева можно прирастить массу металла контактов и их охлаждаемую поверхность, что усилит теплоотвод.
Чтоб понизить переходное сопротивление, нужно повысить контактное давление, избрать соответственный материал и тип контактов.
К примеру, размыкаемые контакты, созданные для работы на открытом воздухе, рекомендуется изготавливать из материалов, слабо поддающихся окислению, либо покрывать их поверхность противокоррозийным слоем. К таким материалам относится, а именно, серебро, которым можно покрыть контактные поверхности.
Медные неразмыкаемые контакты можно лудить (луженая поверхность сложнее поддается окислению). Для тех же целей употребляют покрытие контактных поверхностей смазкой, к примеру, вазелином. Отлично предохраняются от коррозии без других особых мер контакты, погруженные в масло. Это употребляется в масляных выключателях.
Контакты хоть какого типа должны обеспечить не только лишь долгосрочную работу без
недопустимого перегрева в критериях обычного режима, но также и требуемую
тепловую и электродинамическую стойкость в режиме недлинного замыкания.
Подвижные размыкаемые контакты не должны также разрушаться под действием высочайшей
температуры электронной дуги, которая появляется при их размыкании, и накрепко
замыкаться без приваривания и оплавления при включении на куцее замыкание. Рассмотренные выше меры содействуют также выполнению и этих требований.
Такое соединение обладает сразу неплохой электропроводностью вследствие использования меди либо серебра и высочайшей температурой плавления благодаря использованию вольфрама либо молибдена.
Рабочие контакты делают из материала с высочайшей электропроводностью, а
дугогасительные контакты — из тугоплавкого материала. В обычном режиме, когда контакты замкнуты, основная часть тока протекает через рабочие контакты.
При выключении цепи первыми размыкаются рабочие контакты, а потом дугогасительные. Потому практически цепь разрывают дугогасительные
контакты, для которых не представляет большой угрозы даже ток недлинного
замыкания (при значимых токах недлинного замыкания дополнительно употребляют особые дугогасительные устройства).
При включении цепи поначалу замыкаются дугогасительные контакты, а потом уже рабочие. Таким макаром, рабочие контакты практически полного разрыва либо замыкания цепи не производят. Это исключает опасность их оплавления и сваривания.
Для устранения способности самопроизвольного размыкания контактов от
электродинамических усилий при протекании токов недлинного замыкания контактные
системы конструируют так, чтоб электродинамические усилия при этих критериях
обеспечивали дополнительное контактное давление, а для предотвращения вероятного
оплавления и сваривания контактов в момент включения цепи на куцее замыкание — ускоренное включение.
Подвижные размыкаемые контакты не должны также разрушаться под действием
высочайшей температуры электронной дуги, которая появляется при их размыкании, и
накрепко замыкаться без приваривания и оплавления при включении на куцее
замыкание. Рассмотренные выше меры содействуют также выполнению и этих требований.
В особенности отлично сопротивляются разрушающему действию электронной дуги контакты из металлокерамики, которая представляет собой смесь размельченных порошков меди с вольфрамом либо с молибденом и серебра с вольфрамом.
Такое соединение обладает сразу неплохой электропроводностью вследствие использования меди либо серебра и высочайшей температурой плавления благодаря использованию вольфрама либо молибдена.
Главные конструкции контактов в электроустановках и электронных аппаратах
Конструкция недвижных (жестких) неразмыкаемых контактных соединений должна обеспечивать надежное прижатие контактных поверхностей и малое переходное сопротивление. Шины лучше соединять несколькими болтами наименьшего поперечника, чем одним огромным, потому что при всем этом обеспечивается большее число точек соприкосновения. При стягивании шин накладками переходное сопротивление ниже, чем при использовании сквозных болтов, когда в шинах требуется сверлить отверстия. Высочайшее качество контактного соединения дает сварка шин.
Контактная часть пальцевого самоустанавливающегося контакта выполнена в виде пальцев, у пластинчатого — в виде пластинок, у торцового — в виде плоского наконечника, у розеточного — в виде ламелей (частей), у щеточного — в виде щеток, набранных из упругих, тонких медных либо бронзовых пластинок.
Обозначенные контактные части (детали) в ряде конструкций могут изменять в ограниченных границах свое положение относительно недвижных контактов. Для их надежного электронного соединения предусматриваются гибкие токоведущие связи.
Упругость размыкающих контактов и нужная сила давления достигаются обычно с помощью пластинчатых либо спиральных пружин.
Пальцевые и розеточные контакты используют в аппаратах напряжением выше 1000 В на разные токи в качестве рабочих и дугогасительных контактов, а пластинчатые — в качестве рабочих. Торцовые контакты используют на напряжение 110 кВ и выше, на токи менее 1 — 1.5 кА в качестве рабочих и дугогасительных. Щеточные контакты употребляют в аппаратах на разные напряжения и значимые токи, но исключительно в качестве рабочих контактов, потому что электронная дуга может разрушить сравнимо тонкие пластинки щеток.
ВЕЛИЧИНЫ РАСТВОРА И НАЖАТИЯ КОНТАКТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
ВЕЛИЧИНЫ РАСТВОРА И НАЖАТИЯ КОНТАКТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Раствор контактов, мм
Нажатие контактов, кг
Раствор контактов з аппарате делается таким, чтобы не было затяжной дуги при отключении. Для исключения повторного замыкания контактов после удара механизма об упор при отключении раствор контактов делают не менее 2 мм.
На прохождение тока через контакты оказывает влияние переходное сопротивление в месте касания контактов, обусловленное наличием пленок окислов на поверхности контактов.
Большое значение в предотвращении образования пленок окислов имеет нажатие на контакты, так как оно препятствует проникновению воздуха в места контакта, разрушает пленки, снижает переходное сопротивление контактов и уменьшает их нагрев.
При наладке аппарата проверяют плотность крепления неподвижных контактов, плотность прилегания к ним подвижных контактов во включенном положении. Определение силы конечного нажатия контактов пускателя ПМЕ—211 показано на рис. 2.9, а. Предварительно для безопасности отключается напряжение с контактов силовой цепи, потом к подвижному контакту присоединяется динамометр, например, с помощью лески, и пускатель включается. Предварительно под подвижный контакт ложится полоска тонкой бумаги. Подвижный контакт оттягивается с помощью динамометра по линии, перпендикулярной плоскости касания контактов, пока полоска бумаги не будет свободно выниматься, и в этот момент динамометр покажет силу нажатия контактов.
Рис. 2.9. Контакты пускателя ПМЕ-211;
о) измерение силы конечного нажатия контакта; б) измерение раствора контактов и силы начального нажатия контакта;
1 — динамометр, 2 — полоска бумаги,
3 — связывающие нити, /1 — величина раствора контактов.
Определение силы начального нажатия контактов показано на рис. 2.9, б. Полоска бумаги подкладывается под пластинчатую пружину над контактом, пускатель не включается, и контакт так же оттягивается через динамометр, пока не вынется полоска бумаги, и в этот момент определяется сила начального нажатия контакта.
Недостаточное начальное нажатие приводит к оплавлению и привариванию контактов, а чрезмерное нажатие — к нечеткому срабатыванию контактора пускателя.
При длительном прохождении тока через контакты они нагреваются тем больше, чем больше переходное сопротивление, а медные контакты также окисляются, поэтому аппараты с медными контактами для длительной работы не применяются. С увеличением нагрева контактов переходное сопротивление в месте касания контактов увеличивается до размягчения материала контактов. При размягчении увеличиваются площадки касания контактов, и сопротивление уменьшается. При достижении контактной точкой температуры плавления происходит дальнейшее уменьшение переходного сопротивления, уменьшается количество выделяемой теплоты и место контакта охлаждается, увеличиваются силы сцепления материала контактов. Если эти силы больше, чем разъединяющие силы при отключении аппарата, то его нельзя отключить, что говорит о приваривании контактов. Их можно разъединить только после снятия напряжения с аппарата механическим воздействием.
На работу аппаратов влияют различные контактные соединения, которыми они присоединяются к сети, и соединения проводников в сети.
На рис. 2.10 показаны разборные контактные соединения: а-г — алюминиевых проводников с выводами аппаратов; д — соединения алюминиевых шин; е-з — медных проводников с выводами аппаратов.
Особенностью алюминия является то, что он образует на поверхности деталей пленку, которая тугоплавка и обладает большим сопротивлением для тока. Поэтому перед соединением алюминиевые проводники защищаются под слоем кварцевазелиновой пасты, которая затем обтирается и проводники сразу соединяются.
С учетом отрицательного влияния соединений медь—алюминий на состояние контакта выводы аппаратов делают лужеными, а если они не луженые, то соединения медь—алюминий не применяются в сырых помещениях, если аппараты не герметичны.
§93. Приводы электрических аппаратов
Для замыкания и размыкания контактов электрических аппаратов применяют различные приводы. В ручном приводе усилие передается от руки человека через систему механических передач к контактам. Ручной привод применяют в некоторых разъединителях, рубильниках, выключателях и контроллерах. Чаще всего ручной привод используют в неавтоматических аппаратах, хотя в некоторых защитных аппаратах включение осуществляется вручную, а отключение — автоматически под действием сжатой пружины. К дистанционным приводам относят электромагнитный, электропневматический, электродвигательный и тепловой приводы.
Электромагнитный привод. Наиболее широко применяется в электрических аппаратах электромагнитный привод, в котором используется сила притяжения якоря к сердечнику электромагнита или сила втягивания якоря в катушку соленоида. Любой ферромагнитный материал, помещенный в магнитное поле, приобретает свойства магнита. Поэтому магнит или электромагнит будет притягивать к себе ферромагнитные тела. На этом свойстве основано устройство разного рода подъемных втягивающих и поворотных электромагнитов.
Сила F, с которой электромагнит или постоянный магнит притягивает к себе ферромагнитное тело — якорь (рис. 311, а),
F = B 2 S / (2?0) = 4B 2 S*10 5 (89)
В — магнитная индукция в воздушном зазоре;
S — площадь сечения полюсов.
Свойства электромагнитного привода характеризуются зависимостью силы F от положения якоря. Эта зависимость называется тяговой характеристикой электромагнитного привода. На ход тяговой характеристики оказывает существенное влияние форма магнитной системы.
Широкое распространение в электрических аппаратах получила магнитная система, состоящая из П-образного сердечника 1 (рис. 311,б) с катушкой 2 и поворотного якоря 4, который соединен с подвижным контактом 3 аппарата.
Примерный вид тяговых характеристик приведен на рис. 312. При полностью разомкнутых контактах воздушный зазор х между якорем и сердечником относительно велик и магнитное сопротивление системы будет наибольшим. Поэтому магнитный поток Ф в воздушном зазоре электромагнита, индукция В и тяговое усилие F будут наименьшими. Однако при правильно рассчитанном приводе это усилие должно обеспечить притяжение якоря к сердечнику.
Рис. 311. Принципиальная схема электромагнита (а) и схема электромагнитного привода с П-образным магнитопроводом (б)
По мере приближения якоря к сердечнику и уменьшения воздушного зазора магнитный поток в зазоре увеличивается и соответственно возрастает тяговое усилие.
Тяговое усилие F, создаваемое приводом, должно быть достаточным для преодоления сил сопротивления подвижной системы аппарата. К ним относятся сила тяжести подвижной системы G, контактное нажатие Q и сила Р, создаваемая возвратной пружиной (см. рис. 311,б). Изменение результирующей силы при перемещении якоря показано на диаграмме (см. рис. 312) ломаной линией 1—2—3—4. При движении якоря и уменьшении воздушного зазора х до момента соприкосновения контактов привод должен преодолевать только сопротивление, обусловленное массой подвижной системы и действием возвратной пружины (участок 1—2). Далее усилие возрастает скачком на величину начального нажатия контактов (2—3) и растет по мере дальнейшего их перемещения (3—4).
Сопоставление характеристик, показанных на рис. 312, позволяет судить о действии аппарата. Так, если ток в катушке управления создает м. д. с. I2? то наибольший зазор х, при котором может включиться аппарат, составляет x2 (точка А), а при меньшей м. д. с. I1? тягового усилия будет недостаточно, и аппарат может включиться только при снижении зазора до х1 (точка Б).
При размыкании электрической цепи катушки привода подвижная система возвращается в исходное положение под действием пружины и силы тяжести. При малых значениях воздушного зазора и возвращающих усилий якорь может удерживаться в промежуточном положении остаточным магнитным потоком. Это явление устраняется установкой фиксированного наименьшего воздушного зазора и регулировкой пружин.
В автоматических выключателях применяют системы с удерживающим электромагнитом (рис. 313, а). Якорь 1 удерживается в притянутом положении к ярму сердечника 5 под действием магнитного потока Ф, создаваемого удерживающей катушкой 4, которая питается от цепи управления. При необходимости отключения подается ток в отключающую катушку 3, создающую магнитный поток Ф0, направленный навстречу магнитному потоку Фу ка-
Рис. 312. Тяговые характеристики электромагнитного привода и диаграмма усилий
Рис. 313. Электромагнитный привод с удерживающим электромагнитом (а) и с магнитным шунтом (б)
тушки 4, который размагничивает якорь и сердечник. В результате якорь под действием отключающей пружины 2 отходит от сердечника, и контакты 6 аппарата размыкаются. Быстродействие отключения достигается благодаря тому, что в начале движения подвижной системы действуют наибольшие усилия натянутой пружины, тогда как в обычном электромагнитном приводе, рассмотренном ранее, движение якоря начинается при большом зазоре и малом тяговом усилии. В качестве отключающей катушки 3 в автоматических выключателях иногда используют шины или размагничивающие витки, по которым проходит ток силовой цепи, защищаемой аппаратом.
При достижении током в катушке 3 некоторого значения, определяемого уставкой аппарата, результирующий магнитный поток Фу — Ф0, проходящий через якорь, снижается до такого значения, что больше не может удержать якорь в притянутом состоянии, и аппарат отключается.
В быстродействующих выключателях (рис. 313,б) катушки управления и отключения устанавливают в различных частях маг-нитопровода, чтобы избежать их взаимного индуктивного влияния, которое замедляет размагничивание сердечника и повышает собственное время выключения, особенно при высоких скоростях нарастания аварийного тока в защищаемой цепи.
Отключающую катушку 3 устанавливают на сердечнике 7, который отделен от основного магнитопровода воздушными зазорами.
Якорь 1, сердечники 5 и 7 выполняют в виде пакетов из листовой стали, а поэтому изменение в них магнитного потока будет точно соответствовать изменению тока в защищаемой цепи. Поток Ф0, создаваемый отключающей катушкой 3, замыкается двумя путями: через якорь 1 и по нешихтованному магнитопроводу 8 с катушкой управления 4.
Распределение потока Ф0 по магнитным цепям зависит от скорости его изменения. При больших скоростях нарастания аварийного тока, который в данном случае создает размагничивающий поток Ф0, весь этот поток начинает протекать через якорь, поскольку быстрому изменению части потока Ф0, проходящей по сердечнику с катушкой 4, препятствует э. д. с, индуцируемая в удерживающей катушке при быстром изменении проходящего через нее потока. Эта э. д.с. согласно правилу Ленца создает ток, замедляющий нарастание этой части потока Ф0. В результате скорость отключения быстродействующего выключателя будет зависеть от скорости нарастания тока, проходящего через отключающую катушку 3. Чем быстрее нарастает ток, тем при меньшем токе начинается выключение аппарата. Это свойство быстродействующего выключателя весьма ценно, поскольку наибольшую скорость ток имеет в режимах короткого замыкания, и чем раньше выключатель начнет разрывать цепь, тем меньше будет ограничиваемый им ток.
В отдельных случаях требуется замедление работы электрического аппарата. Это выполняется с помощью устройства для получения выдержки времени, под которой понимается время от момента подачи или снятия напряжения с катушки привода аппарата до начала движения контактов. Выдержка времени на отключение электрических аппаратов, управляемых постоянным током, осуществляется с помощью дополнительной короткозамкнутой обмотки, находящейся на одном магнитопроводе с катушкой управления.
При снятии питания с катушки управления магнитный поток, создаваемый этой катушкой, изменяется от своего рабочего значения до нуля.
При изменении этого потока в короткозамкнутой катушке наводится ток такого направления, что его магнитный поток препятствует спаду магнитного потока катушки управления и удерживает якорь электромагнитного привода аппарата в притянутом положении.
Вместо короткозамкнутой катушки может быть установлена на магнитопроводе медная гильза. Действие ее аналогично действию короткозамкнутой катушки. Этого же эффекта можно достичь при замыкании накоротко цепи катушки управления в момент отключения ее от сети.
Для получения выдержки на включение электрического аппарата используют различные механические механизмы времени, принцип действия которых аналогичен часовому механизму.
Электромагнитные приводы аппаратов характеризуются током (или напряжением) срабатывания и возврата. Током (напряжением) срабатывания называется наименьшее значение тока (напряжения), при котором обеспечивается четкое и надежное срабатывание аппарата. Для тяговых аппаратов напряжение срабатывания составляет 75 % номинального напряжения. Если постепенно плавно снижать ток в катушке, то при определенном его значении аппарат отключится. Наибольшее значение тока (напряжения), при котором аппарат уже отключается, называется током (напряжением) возврата. Ток возврата Iв всегда меньше тока срабатывания Iср, поскольку при включении подвижной системе аппарата необходимо преодолеть силы трения, а также повышенные воздушные зазоры между якорем и ярмом электромагнитной системы.
Отношение тока возврата к току срабатывания называют коэффициентом возврата:
Этот коэффициент всегда меньше единицы.
Электропневматический привод. В простейшем случае пневматический привод состоит из цилиндра 1 (рис. 314) и поршня 2, который связан с подвижным контактом 6, При открытии крана 3 цилиндр соединяется с магистралью сжатого воздуха 4, который поднимает поршень 2 в крайнее верхнее положение и замыкает контакты. При последующем закрытии крана объем цилиндра под поршнем соединяется с атмосферой и поршень под действием возвратной пружины 5 возвращается в исходное состояние, размыкая контакты. Такой привод можно назвать пневматическим приводом с ручным управлением.
Для возможности дистанционного управления подачей сжатого воздуха вместо крана применяют электромагнитные вентили. Электромагнитный вентиль (рис. 315) представляет собой систему двух клапанов (впускного и выпускного) с электромагнитным приводом малой мощности (5—25 Вт). Они подразделяются на включающие и выключающие в зависимости от характера выполняемых ими операций при возбуждении катушки.
Включающий вентиль при возбужденной катушке соединяет цилиндр привода с источником сжатого воздуха, а при невозбужденной катушке сообщает цилиндр с атмосферой, одновременно перекрывая доступ в цилиндр сжатого воздуха. Воздух из резервуара поступает через отверстие В (рис. 315, а) к нижнему клапану 2, который в исходном положении закрыт. Цилиндр пневма-
Рис. 314. Пневматический привод
Рис. 315. Включающий (а) и выключающий (б) электромагнитные вентили
тического привода, присоединенный к отверстию А, соединяется через открытый клапан 1 с атмосферой через отверстие С. При возбуждении катушки К шток электромагнита давит на верхний клапан 1 и, преодолевая усилие пружины 3, закрывает клапан 1 и открывает клапан 2. При этом сжатый воздух из отверстия В через клапан 2 и отверстие А поступает в цилиндр пневматического привода.
Выключающий вентиль, наоборот, при невозбужденной катушке соединяет цилиндр со сжатым воздухом, а при возбужденной — с атмосферой. В исходном состоянии клапан 1 (рис. 315,б) закрыт, а клапан 2 открыт, создавая путь сжатому воздуху от отверстия В до отверстия А через клапан 2. При возбужденной катушке клапан 1 открывается, соединяя цилиндр с атмосферой, а подача воздуха прекращается клапаном 2.
Электродвигательный привод. Для привода ряда электрических аппаратов применяют электрические двигатели с механическими системами, преобразующими вращательное движение вала двигателя в поступательное движение контактной системы. Основным преимуществом электродвигательных электроприводов по сравнению с пневматическими является постоянство их характеристик и возможность их регулирования. По принципу действия эти приводы можно разделить на две группы: с постоянным соединением вала двигателя с электрическим аппаратом и с периодическим сцеплением.
В электрическом аппарате с электродвигательным приводом (рис. 316) вращение от электродвигателя 1 передается через зубчатую передачу 2 к кулачковому валу 3. В определенном положении кулачок вала 4 поднимает шток 5 и замыкает связанный с ним подвижной контакт с неподвижным контактом 6.
В систему привода групповых электрических аппаратов иногда вводятся устройства, обеспечивающие шаговое вращение вала электрического аппарата с остановкой его на каждой позиции. Во время остановки электродвигатель выключается. Такая система обеспечивает точную фиксацию вала электрического аппарата на позициях.
В качестве примера на рис. 317 схематически изображен привод с так называемым мальтийским крестом, который применяется
Рис. 316. Электродвигательный привод с постоянным соединением валов двигателя и электрического аппарата
Рис. 317. Электродвигательный привод группового контроллера
Рис. 318. Тепловой привод с биметаллической пластиной
На валу мальтийского креста насажена шестерня 5, которая передает вращение на главный кулачковый вал группового контроллера.
Тепловой привод. Основным элементом этого привода является биметаллическая пластина, которая состоит из двух слоев различных металлов, жестко связанных по всей поверхности соприкосновения. Эти металлы имеют разные температурные коэффициенты линейного расширения. Слой металла с большим коэффициентом линейного расширения 1 (рис. 318) называется термоактивным слоем в отличие от слоя с меньшим коэффициентом линейного расширения 3, называемого термопассивным. При нагревании пластины проходящим через нее током или нагревательным элементом (косвенный подогрев) происходит различное удлинение обоих слоев, и пластина изгибается в сторону термопассивного слоя. При таком изгибе могут непосредственно замыкаться или размыкаться контакты 2, соединенные с пластиной, что используется в тепловых реле.
Изгиб пластины может также освобождать защелку рычага электрического аппарата, который затем отключается пружинами. Ток уставки привода регулируют подбором нагревательных элементов (при косвенном подогреве) или изменением раствора контактов (при прямом подогреве). Время возврата биметаллической пластины в исходное положение после срабатывания и охлаждения ее колеблется от 15 с до 1,5 мин.