Конспект лекций по предмету электрические аппараты (стр. 7 )

При отключении катушки и отсутствии короткозамкнутого витка ток в катушке спадал бы по кривой 1, а поток и тяговое усилие — по кривой 4 (рис. 23,б).

Рис. 23. К пояснению принципа работы электромагнита постоянного тока с короткозамкну­тым витком

Рис. 24. Схема ускорения сра­батывания электромагнитов по­стоянного тока

Время трогания было бы t3. При наличии короткозамкнутого витка ток в ка­тушке будет уменьшаться по кривой 2, а индуцированный в короткозамкнутом витке ток будет изменяться по кривой 3, т. е. система стремится препятствовать изменению потока. Поток и тяговое усилие будут спадать гораздо медленнее (кривая 5), чем при отсутствии витка. Значения Ротр тяговое усилие достигнет через время t3/ > t3. Время Дt3 = t'3 — t3 называют выдержкой времени на отключение.

Спадание тока в короткозамкнутом витке следует закону

где I0 — максимальное значение индуцированного тока в короткозамкнутом витке в момент отключения; Lкз/Rкз — постоянная времени короткозамкнутого витка; t — время. Таким образом, чем больше постоянная времени короткозамк­нутго витка, тем медленнее будет спадать в нем ток и тем большую выдержку времени он создаст.

Ускорение действия электромагнита может быть получено за счет уменьшения его постоянной времени. В этом случае наличие короткозамкнутого витка (обмотки), массивных частей магнитопровода, металлических каркасов катушки и всяких короткозамкнутых витков, образованных из крепежных и прочих деталей, лежащих на пути потока, является недопустимым, так как они будут увеличи­вать время действия электромагнита. Шихтованный магнитопровод также приводит к ускорению действия электромагнита.

Включение последовательно с катушкой дополнительного активного сопротив­ления RД (рис. 24, а) приводит к уменьшению постоянной времени всей цепи и ускорению действия электромагнита. При этом катушка должна быть рассчитана только на часть напряжения сети:

=

Энергия I2RД теряется в этой схеме бесполезно.

Еще большее ускорение может быть получено при включении электромагнита по схеме рис. 24,б. В момент включения конденсатор представляет собой очень маленькое сопротивление. Сопротивление RД оказывается как бы шунтированным. Почти все напряжение сети оказывается приложенным к катушке, рассчитанной только на часть напряжения. Ток в катушке электромагнита быстро нарастает, и включение электромагнита ускоряется. Когда конденсатор зарядится, ток в цепи будет определяться суммарным сопротивлением Rк + RД, как в схеме на рис. 24, а.

3.5. Тормозные устройства

При остановке подвижной системы аппарата запасенная кинетическая энергия переходит в удар, воспринимаемый сердечником электромагнита (при замыкании), упором (при размыкании) либо какими-то другими деталями. Эти удары приводят к усиленному износу контактов (вследствие дребезга), магнитной системы, всех деталей подвижной системы. В итоге происходит нарушение работы и разрушение всего аппарата.

Для смягчения удара и его вредных последствий многие электрические аппараты снабжаются тормозными устройствами. Задачей этих устройств является принять на себя удар и погасить всю запасенную кинетическую энергию подвижной системы или часть ее.

Различают три вида тормозных устройств: эластичные, буферные и успокои­тельные.

Эластичные устройства применяются в аппаратах, имеющих небольшой запас кинетической энергии. Они выполняются в виде эластичных упоров из кожи, кар­тона, твердой резины и других материалов.

В мощных аппаратах применяются буферные устройства, преимущественно гидравлические. Тормозное усилие в них создается за счет сопротивления вы­теканию жидкости через малые отверстия.

Успокоительные устройства применяются главным образом в реле. Они пред­назначены не только для поглощения энергии удара, но и для замедления действия аппарата.

3.6. Поляризованные электромагнитные системы

Поляризованные электромагнитные системы отличаются от рассмотренных выше наличием двух не зависящих друг от друга магнитных потоков: постоянного, не зависящего от состояния схемы, в которую включен механизм, и перемен­ного, зависящего от состояния схемы, в которую включен механизм. Первый, поляризующий, поток Фп создается либо постоянным магнитом (рис. 25, а), либо электромагнитом с независимым питанием. Второй, рабочий, поток Фэ, создается электромагнитом. Значение и направление рабочего потока зависят от состояния схемы, в которую включен механизм.

Рис. 25. Принцип устройства поляризованной магнитной системы

Принцип действия. Образованный магнитом 3 поляризующий поток Фп, пройдя через якорь 2, разветвляется. Одна его часть Фп1 проходит через зазор д1 и левую часть сердечника 1. Вторая его часть Фп2 проходит через зазор д2 и правую часть сердечника. Катушками 4 и 4', надетыми на сердечник и включенными согласно, создается рабочий поток. Основная его часть Фэ замыкается через весь воздушный зазор д1 + д2 и сердечник, охватывая обе катушки. Меньшие части этого потока Ф4 и Ф4/ замыкаются через якорь, соответствующий воз­душный зазор и часть сердечника, охватывая только одну катушку.

При наличии только одного поляризующего потока якорь отклонится к одному из полюсов магнита, так как с уменьшением зазора (в нашем примере д1) часть поля­ризующего потока в этом зазоре увеличится за счет уменьшения его доли в другом зазоре. При появлении рабочего потока в одном из зазоров будем иметь разность потоков, а в другом — сумму. В нашем примере в зазоре д1 — поток ФП1 — Фэ — Ф4,  в зазоре д2 — поток Фп2 + Фэ + Ф4. По мере увеличения рабочего потока д1 поток в зазоре  будет все уменьшаться, а в зазоре д2 — увеличиваться. При каком-то соотношении потоков якорь перекинется на правую сторону, т. е. система сработает.

Для возврата системы в исходное положение нужно изменить полярность тока (а следовательно, и потока) в рабочих катушках. Можно настроить систему так, что якорь вернется в исходное положение при снижении рабочего потока и сохранении его полярности. Для этого необходимо, чтобы, перекинувшись вправо, якорь не переходил через нейтральное положение (рис. 25,б), т. е. чтобы при любом положении якоря один и тот же воздушный зазор оставался меньше другого (например, д1 < д2). Такая настройка называется настройкой на преоблада­ние. В магнитной системе (рис.25,в) якорь в зависимости от полярности тока в рабочей катушке может отклоняться в ту или другую сторону. При обесточенной катушке якорь вернется в нейтральное положение.

4.0. Электрические аппараты низкого напряжения

4.1. Рубильники и переключатели

Рубильники и переключатели предназначены для ручного непос­редственного или дистанционного замыкания, размыкания или пе­реключения электрических цепей. Они рассчитаны на отключение незначительных токов и при наличии соответствующих дугогасящих устройств допускают отключение тока до (1,00... 1,25)Iном.

Рубильники и переключатели выполняют на токи от 100 А и выше. Отдельные серии этих устройств, главным образом постоян­ного тока, выпускаются на токи до 10 кА. Изготовляют рубильники и на малые токи (5... 10 А). Рубильники и переключатели бывают одно-, двух - и трехполюсными. Их основными элементами являют­ся неподвижные вырубные контакты 2 (рис. 26), подвижные контак­ты (ножи) 4, закрепленные шарнирно в других неподвижных контак­тах (стойках 5), дугогасящее устройство 3 и привод. Монтируются рубильники на изоляционных основаниях 6, 11. Конструкция ру­бильника предусматривает присоединение проводов сзади или спе­реди. На левых частях рис. 26, а, в показаны общие схемы рубиль­ников, на правых — их контактные группы.

Привод может осуществляться при помощи центральной рукоят­ки 1 (рис.26, б), боковой рукоятки 1 (рис. 26, а) через вал 7, цент­ральной рукоятки через систему рычагов 9, 10 (рис. 26, в).

Важнейшей частью рубильника являются контакты. В подавляю­щем большинстве случаев в этих аппаратах находят применение врубные контакты. В рубильниках на малые токи контактное нажа­тие обеспечивается за счет пружинящих свойств материала губок, а на токи от 100 А и выше — стальными пружинами. С увеличением нажатия падает переходное сопротивление, но увеличивается износ контактов из-за трения, что является ограничивающим для силы нажатия фактором.

Гашение дуги постоянного тока при малых токах (до 75 А) про­исходит за счет ее механического растягивания расходящимися но­жами. При больших токах гашение осуществляется в основном за счет перемещения дуги под действием электродинамических сил контура тока (детали рубильника, дуга). Уменьшение длины ножа ве­дет к возрастанию напряженности магнитного поля и электродинамических сил, что повышает отключающую способность рубильни­ка. Рациональной является такая длина ножа, при которой обеспе­чивается надежное гашение тока до 75 А.

Рис. 26. Конструкции рубильников: а — рубильник с боковой рукояткой и дугогасящей камерой; б, в — рубильники с центральным рычажным приводом и дугогасящими контактами; 1 — рукоятки, 2 — неподвижные контакты; 3 — дугогасящее устройство;