Thiết bị truyền động điện

Các bộ truyền động khác nhau được sử dụng để đóng và mở các tiếp điểm của thiết bị điện. Trong truyền động bằng tay, công suất được truyền từ tay người thông qua một hệ thống truyền động cơ khí đến các tiếp điểm. Thao tác thủ công được sử dụng trong một số bộ ngắt kết nối, bộ ngắt mạch, bộ ngắt mạch và bộ điều khiển.

Thông thường, thao tác thủ công được sử dụng trong các thiết bị không tự động, mặc dù trong một số thiết bị bảo vệ, việc bật được thực hiện thủ công và tự động tắt dưới tác động của lò xo nén. Truyền động từ xa bao gồm truyền động điện từ, điện khí nén, động cơ điện và truyền động nhiệt.

ổ điện từ

Được sử dụng rộng rãi nhất trong các thiết bị điện là ổ đĩa điện từ sử dụng lực hút của phần ứng vào lõi nam châm điện hoặc lực kéo của neo cuộn dây điện từ.

Bất kỳ vật liệu sắt từ nào được đặt trong từ trường đều có được các tính chất của nam châm. Do đó, nam châm hoặc nam châm điện sẽ hút các vật thể sắt từ về phía mình.Tính chất này dựa trên các thiết bị của các loại nam châm điện nâng, rút ​​và quay.

Một lực F mà nam châm điện hoặc Nam châm vĩnh cửu hút một vật thể sắt từ - một mỏ neo (Hình 1, a),

trong đó B là cảm ứng từ trong khe hở không khí; S là diện tích mặt cắt ngang của cọc.

Từ thông F do cuộn dây của nam châm điện tạo ra và do đó cảm ứng từ B trong khe hở không khí, như đã đề cập ở trên, phụ thuộc vào lực từ động của cuộn dây, tức là của số vòng dây w và dòng điện chạy qua nó. Do đó, lực F (lực kéo của nam châm điện) có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi dòng điện trong cuộn dây của nó.

Đặc tính của truyền động điện từ được đặc trưng bởi sự phụ thuộc của lực F vào vị trí của phần ứng. Sự phụ thuộc này được gọi là đặc tính lực kéo của truyền động điện từ. Hình dạng của hệ thống từ tính có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình của đặc tính lực kéo.

Một hệ thống từ tính bao gồm lõi hình chữ U 1 (Hình 1, b) với cuộn dây 2 và phần ứng quay 4, được kết nối với tiếp điểm di động 3 của thiết bị, đã trở nên phổ biến trong các thiết bị điện.

Một cái nhìn gần đúng về các đặc tính lực kéo được thể hiện trong hình. 2. Khi các tiếp điểm mở hoàn toàn thì khe hở không khí x giữa phần ứng và lõi tương đối lớn và cảm kháng từ của hệ thống sẽ lớn nhất. Do đó từ thông F trong khe hở không khí của nam châm điện, cảm ứng từ B và lực kéo về F sẽ nhỏ nhất. Tuy nhiên, với một ổ đĩa được tính toán chính xác, lực này sẽ đảm bảo lực hút của neo vào lõi.

Cơm. 1.Sơ đồ nam châm điện (a) và sơ đồ dẫn động điện từ có mạch từ hình chữ U (b)

Khi phần ứng di chuyển đến gần lõi hơn và khe hở không khí giảm, từ thông trong khe hở tăng lên và lực kéo cũng tăng theo.

Lực đẩy F do truyền động tạo ra phải đủ để thắng lực cản của hệ thống đẩy của xe. Chúng bao gồm lực của trọng lượng của hệ thống chuyển động G, áp suất tiếp xúc Q và lực P do lò xo hồi vị tạo ra (xem Hình 1, b). Sự thay đổi lực kết quả khi di chuyển neo được thể hiện trong sơ đồ (xem Hình 2) bằng đường đứt nét 1-2-3-4.

Khi phần ứng di chuyển và khe hở không khí x giảm cho đến khi các tiếp điểm chạm vào nhau, bộ truyền động chỉ phải vượt qua lực cản do khối lượng của hệ thống chuyển động và tác động của lò xo hồi vị (phần 1-2). Ngoài ra, nỗ lực tăng mạnh theo giá trị của lần nhấn ban đầu của các tiếp điểm (2-3) và tăng theo chuyển động của chúng (3-4).

So sánh các đặc điểm thể hiện trong hình. 2, cho phép chúng ta đánh giá hoạt động của bộ máy. Vì vậy, nếu dòng điện trong cuộn dây điều khiển tạo ra ppm.I2w đến, thì khoảng cách x lớn nhất mà thiết bị có thể bật là x2 (điểm A) và ở mức ppm thấp hơn. I1w, lực kéo sẽ không đủ và thiết bị chỉ bật được khi khe hở giảm xuống x1 (điểm B).

Khi mạch điện của cuộn truyền động mở ra, hệ thống chuyển động sẽ trở về vị trí ban đầu dưới tác dụng của lò xo và trọng lực.Ở các giá trị nhỏ của khe hở không khí và lực phục hồi, phần ứng có thể được giữ ở vị trí trung gian nhờ từ thông dư. Hiện tượng này được loại bỏ bằng cách đặt khe hở không khí tối thiểu cố định và điều chỉnh lò xo.

Bộ ngắt mạch sử dụng hệ thống có nam châm điện giữ (Hình 3, a). Phần ứng 1 được giữ ở vị trí hút vào ách của lõi 5 nhờ từ thông F do cuộn giữ 4 tạo ra và được cung cấp bởi mạch điều khiển. Nếu cần ngắt, một dòng điện được cung cấp cho cuộn ngắt 3, tạo ra từ thông Fo hướng đến từ thông Fu của cuộn 4, từ này khử từ phần ứng và lõi.

Cơm. 2. Đặc tính lực kéo của truyền động điện từ và sơ đồ lực

Cơm. 3. Truyền động điện từ có nam châm điện giữ (a) và có shunt từ tính (b)

Do đó, phần ứng dưới tác động của lò xo ngắt 2 di chuyển ra khỏi lõi và các tiếp điểm 6 của thiết bị mở ra. Tốc độ vấp đạt được là do khi bắt đầu chuyển động của hệ thống động, lực lớn nhất của lò xo bị căng tác động, trong khi ở truyền động điện từ thông thường, đã thảo luận trước đó, chuyển động của phần ứng bắt đầu với một khoảng cách lớn và lực kéo thấp.

Khi cuộn dây kích hoạt 3 trong bộ ngắt mạch, thanh cái hoặc cuộn dây khử từ đôi khi được sử dụng, qua đó dòng điện của mạch cung cấp được bảo vệ bởi thiết bị đi qua.

Khi dòng điện trong cuộn dây 3 đạt đến một giá trị nhất định được xác định bởi cài đặt của thiết bị, từ thông kết quả Fu - Fo đi qua phần ứng giảm xuống giá trị đến mức nó không còn có thể giữ phần ứng ở trạng thái kéo và thiết bị bị tắt.

Trong các bộ ngắt mạch tốc độ cao (Hình 3, b), các cuộn dây điều khiển và đóng được lắp đặt ở các phần khác nhau của mạch từ để tránh ảnh hưởng cảm ứng lẫn nhau của chúng, làm chậm quá trình khử từ của lõi và tăng thời gian ngắt của chính nó, đặc biệt là ở tốc độ tăng cao của dòng điện khẩn cấp trong mạch được bảo vệ.

Cuộn dây ngắt 3 được gắn trên lõi 7, được ngăn cách với mạch từ chính bằng các khe hở không khí.

Phần ứng 1, lõi 5 và 7 được chế tạo dưới dạng các gói thép tấm, do đó sự thay đổi của từ thông trong chúng sẽ tương ứng chính xác với sự thay đổi của dòng điện trong mạch được bảo vệ. Từ thông Fo do cuộn cắt 3 tạo ra được đóng theo hai cách: qua phần ứng 1 và qua mạch từ không tích điện 8 với cuộn điều khiển 4.

Sự phân bố của từ thông Ф0 dọc theo các mạch từ phụ thuộc vào tốc độ thay đổi của nó. Ở tốc độ tăng cao của dòng điện khẩn cấp, trong trường hợp này tạo ra từ thông khử từ Ф0, tất cả từ thông này bắt đầu chạy qua phần ứng, do phần từ thông Fo đi qua lõi với cuộn dây 4 thay đổi nhanh chóng. emf bị ngăn chặn. đ. s cảm ứng trong cuộn dây giữ khi dòng điện qua nó thay đổi nhanh chóng. e này v.v. c. theo quy tắc Lenz, nó tạo ra một dòng điện làm chậm sự tăng trưởng của phần đó của dòng chảy Fo.

Do đó, tốc độ ngắt của bộ ngắt mạch tốc độ cao sẽ phụ thuộc vào tốc độ tăng của dòng điện đi qua cuộn dây đóng 3. Dòng điện tăng càng nhanh, dòng điện càng thấp, quá trình ngắt của thiết bị bắt đầu. Tính chất này của bộ ngắt mạch tốc độ cao rất có giá trị vì dòng điện có tốc độ cao nhất trong các chế độ ngắn mạch và bộ ngắt mạch bắt đầu ngắt mạch càng sớm thì dòng điện bị giới hạn bởi nó càng nhỏ.

Trong một số trường hợp, cần phải làm chậm hoạt động của thiết bị điện. Điều này được thực hiện với sự trợ giúp của một thiết bị để đạt được độ trễ thời gian, được hiểu là thời gian từ thời điểm đặt hoặc lấy điện áp ra khỏi cuộn dây truyền động của thiết bị cho đến khi bắt đầu chuyển động của các tiếp điểm. tắt các thiết bị điện được điều khiển bằng dòng điện một chiều, được thực hiện nhờ một cuộn dây ngắn mạch bổ sung nằm trên cùng một mạch từ với cuộn dây điều khiển.

Khi nguồn điện bị ngắt khỏi cuộn dây điều khiển, từ thông do cuộn dây này tạo ra sẽ thay đổi từ giá trị hoạt động của nó thành 0.

Khi từ thông này thay đổi, một dòng điện được tạo ra trong cuộn dây ngắn mạch theo hướng sao cho từ thông của nó ngăn cản sự giảm từ thông của cuộn dây điều khiển và giữ phần ứng của ổ điện từ của thiết bị ở vị trí bị hút.

Thay vì một cuộn dây ngắn mạch, một ống bọc đồng có thể được lắp đặt trên mạch từ. Hoạt động của nó tương tự như hoạt động của cuộn dây ngắn mạch. Hiệu ứng tương tự có thể đạt được bằng cách làm ngắn mạch cuộn dây điều khiển tại thời điểm nó bị ngắt kết nối khỏi mạng.

Để có được tốc độ màn trập để bật thiết bị điện, nhiều cơ chế định thời cơ học khác nhau được sử dụng, nguyên tắc hoạt động tương tự như đồng hồ.

Các ổ đĩa thiết bị điện từ được đặc trưng bởi dòng điện (hoặc điện áp) truyền động và trở lại. Dòng điện hoạt động (điện áp) là giá trị nhỏ nhất của dòng điện (điện áp) mà tại đó đảm bảo hoạt động rõ ràng và đáng tin cậy của thiết bị. Đối với thiết bị kéo, điện áp phản ứng bằng 75% điện áp định mức.

Nếu bạn giảm dần dòng điện trong cuộn dây, thì ở một giá trị nhất định, thiết bị sẽ tắt. Giá trị cao nhất của dòng điện (điện áp) tại đó thiết bị đã tắt được gọi là dòng điện ngược (điện áp). Dòng điện ngược Ib luôn nhỏ hơn dòng điện hoạt động Iav, vì khi bật hệ thống di động của thiết bị, cần phải thắng các lực ma sát, cũng như các khe hở không khí tăng lên giữa phần ứng và ách của hệ thống điện từ .

Tỷ lệ của dòng trở lại so với dòng bắt được gọi là hệ số trở lại:

Hệ số này luôn nhỏ hơn một.

truyền động điện khí nén

Trong trường hợp đơn giản nhất, dẫn động khí nén bao gồm xi lanh 1 (Hình 4) và pít-tông 2, được nối với tiếp điểm động 6. Khi van 3 mở, xi-lanh được nối với ống khí nén 4, nâng pít-tông 2 lên vị trí trên cùng và đóng các tiếp điểm. Sau đó, khi van đóng lại, thể tích của xi lanh dưới pít-tông được nối với khí quyển và pít-tông dưới tác động của lò xo hồi vị 5 trở về trạng thái ban đầu, mở các tiếp điểm.Bộ truyền động như vậy có thể được gọi là bộ truyền động khí nén vận hành thủ công.

Đối với khả năng điều khiển từ xa việc cung cấp khí nén, van điện từ được sử dụng thay cho vòi. Van điện từ (Hình 5) là một hệ thống gồm hai van (nạp và xả) với ổ điện từ công suất thấp (5-25 W). Chúng được chia thành bật và tắt tùy thuộc vào bản chất của các hoạt động mà chúng thực hiện khi cuộn dây được cấp điện.

Khi cuộn dây được cung cấp năng lượng, van ngắt kết nối xi lanh đang kích hoạt với nguồn khí nén và khi cuộn dây không được cung cấp năng lượng, nó sẽ truyền xi lanh đến khí quyển, đồng thời chặn đường vào xi lanh khí nén. Không khí từ bể chảy qua lỗ B (Hình 5, a) đến van dưới 2, được đóng ở vị trí ban đầu.

Cơm. 4. Dẫn động khí nén

Cơm. 5. Bật (a) và tắt (b) van điện từ

Xy lanh của bộ truyền động khí nén nối với cổng A được nối qua van mở 1 với khí quyển qua cổng C. Khi cuộn dây K được cấp điện, thanh điện từ sẽ ép van trên 1 và vượt qua lực của lò xo 3, đóng lại van 1 và mở van 2. Đồng thời, khí nén từ cổng B qua van 2 và cổng A vào xi lanh thiết bị truyền động khí nén.

Ngược lại, van ngắt, khi cuộn dây không được kích thích, sẽ kết nối xi lanh với khí nén và khi cuộn dây được kích thích - với khí quyển. Ở trạng thái ban đầu, van 1 (Hình 5, b) đóng, van 2 mở, tạo đường dẫn khí nén từ cổng B sang cổng A qua van 2.Khi cuộn dây được cấp điện, van 1 mở ra, nối xi lanh với khí quyển và việc cung cấp không khí bị chặn bởi van 2.

ổ đĩa động cơ điện

Để điều khiển một số thiết bị điện, động cơ điện được sử dụng với các hệ thống cơ khí chuyển đổi chuyển động quay của trục động cơ thành chuyển động tịnh tiến của hệ thống tiếp điểm. Ưu điểm chính của truyền động động cơ điện so với truyền động khí nén là tính nhất quán của các đặc tính và khả năng điều chỉnh của chúng. Theo nguyên tắc hoạt động, các ổ đĩa này có thể được chia thành hai nhóm: với kết nối cố định của trục động cơ với một thiết bị điện và với kết nối định kỳ.

Trong thiết bị điện có động cơ điện (Hình 6), chuyển động quay từ động cơ điện 1 được truyền qua bánh răng 2 đến trục cam 3. Ở một vị trí nhất định, cam của trục 4 nâng thanh 5 lên và đóng lại tiếp điểm di động được liên kết với nó với tiếp điểm cố định 6.

Trong hệ thống truyền động của nhóm thiết bị điện, đôi khi các thiết bị được giới thiệu cung cấp khả năng quay từng bước của trục của thiết bị điện với điểm dừng ở bất kỳ vị trí nào. Trong quá trình phanh, động cơ bị tắt. Một hệ thống như vậy đảm bảo cố định chính xác trục của thiết bị điện vào vị trí.

Như một ví dụ, FIG. 7 là sơ đồ minh họa cái gọi là truyền động chéo tiếng Malta được sử dụng trong bộ điều khiển nhóm.

Cơm. 6. Truyền động động cơ điện có kết nối cố định trục động cơ và thiết bị điện

Cơm. 7. Truyền động động cơ điện của bộ điều khiển nhóm

Quả sung. 8. Bộ truyền động nhiệt bằng tấm lưỡng kim.

Ổ đĩa bao gồm một động cơ servo và hộp số giun với việc cố định vị trí bằng chữ thập Maltese. Con sâu 1 được kết nối với động cơ servo và truyền chuyển động quay đến trục của bánh xe con sâu 2, điều khiển đĩa 3 bằng các ngón tay và chốt (Hình 7, a). Trục của chữ thập tiếng Malta 4 không quay cho đến khi ngón tay của đĩa 6 (Hình 7, b) đi vào rãnh của chữ thập tiếng Malta.

Với vòng quay tiếp theo, ngón tay sẽ xoay chữ thập, và do đó, trục mà nó nằm trên đó sẽ xoay 60 °, sau đó ngón tay sẽ được thả ra và khu vực khóa 7 sẽ cố định chính xác vị trí của trục. Khi bạn quay trục bánh răng sâu một vòng, trục chữ thập Maltese sẽ quay 1/3 vòng.

Bánh răng 5 được gắn trên trục chữ thập Maltese, truyền chuyển động quay đến trục cam chính của bộ điều khiển nhóm.

ổ nhiệt

Yếu tố chính của thiết bị này là tấm lưỡng kim, bao gồm hai lớp kim loại khác nhau được liên kết chắc chắn trên toàn bộ bề mặt tiếp xúc. Những kim loại này có hệ số nhiệt độ khác nhau của sự giãn nở tuyến tính. Lớp kim loại có hệ số giãn nở tuyến tính 1 cao (Hình 8) được gọi là lớp nhiệt động, trái ngược với lớp có hệ số giãn nở tuyến tính 3 thấp hơn, được gọi là lớp thụ động nhiệt.

Khi tấm được làm nóng bởi một dòng điện chạy qua nó hoặc bởi một bộ phận làm nóng (làm nóng gián tiếp), một độ giãn dài khác nhau của hai lớp xảy ra và tấm uốn cong về phía lớp thụ nhiệt. Với sự uốn cong như vậy, các tiếp điểm 2 được kết nối với tấm có thể được đóng hoặc mở trực tiếp, được sử dụng trong rơle nhiệt.

Việc uốn cong tấm cũng có thể nhả chốt đòn bẩy trên thiết bị điện, chốt này sau đó được nhả ra bằng lò xo. Dòng truyền động cài đặt được điều khiển bằng cách chọn các phần tử gia nhiệt (với gia nhiệt gián tiếp) hoặc bằng cách thay đổi dung dịch tiếp xúc (với gia nhiệt trực tiếp).Thời gian để đưa tấm lưỡng kim trở lại vị trí ban đầu sau khi vận hành và làm mát thay đổi từ 15 giây đến 1,5 phút.