Dispositivi di azionamento elettrico

Diversi attuatori vengono utilizzati per chiudere e aprire i contatti dei dispositivi elettrici. In un azionamento manuale, la potenza viene trasmessa dalla mano umana attraverso un sistema di trasmissioni meccaniche ai contatti. L'azionamento manuale viene utilizzato in alcuni sezionatori, interruttori automatici, interruttori automatici e controller.

Molto spesso, l'azionamento manuale viene utilizzato in dispositivi non automatici, sebbene in alcuni dispositivi di protezione l'accensione venga eseguita manualmente e si spenga automaticamente sotto l'azione di una molla compressa. Gli azionamenti remoti includono azionamenti elettromagnetici, elettropneumatici, motori elettrici e termici.

Azionamento elettromagnetico

Il più utilizzato nei dispositivi elettrici è un azionamento elettromagnetico che utilizza la forza di attrazione dell'armatura verso il nucleo elettromagnete o la forza di trazione dell'ancora bobina.

Qualsiasi materiale ferromagnetico posto in un campo magnetico acquisisce le proprietà di un magnete. Pertanto, un magnete o un elettromagnete attirerà a sé corpi ferromagnetici.Questa proprietà si basa sui dispositivi di vari tipi di elettromagneti di sollevamento, retrazione e rotazione.

Una forza F con cui l'elettromagnete o magnete permanente attrae un corpo ferromagnetico - un'ancora (Fig. 1, a),

dove B è l'induzione magnetica nel traferro; S è l'area della sezione trasversale dei poli.

Il flusso magnetico F creato dalla spira dell'elettromagnete e quindi l'induzione magnetica B nel traferro, come detto sopra, dipendono dalla forza magnetomotrice della spira, cioè del numero di giri w e la corrente scorre attraverso di esso. Pertanto, la forza F (forza di trazione dell'elettromagnete) può essere regolata modificando la corrente nella sua bobina.

Le proprietà dell'azionamento elettromagnetico sono caratterizzate dalla dipendenza della forza F dalla posizione dell'armatura. Questa dipendenza è chiamata la caratteristica di trazione dell'azionamento elettromagnetico. La forma del sistema magnetico ha un'influenza significativa sull'andamento della caratteristica di trazione.

Un sistema magnetico costituito da un nucleo a forma di U 1 (Fig. 1, b) con una bobina 2 e un'armatura rotante 4, che è collegata al contatto mobile 3 dell'apparato, si è diffuso nei dispositivi elettrici.

Una vista indicativa delle caratteristiche di trazione è mostrata in fig. 2. Quando i contatti sono completamente aperti, il traferro x tra l'armatura e il nucleo è relativamente grande e la resistenza magnetica del sistema sarà massima. Pertanto, il flusso magnetico F nel traferro dell'elettromagnete, l'induzione B e la forza di trazione F saranno i più piccoli. Tuttavia, con una guida calcolata correttamente, questa forza dovrebbe garantire l'attrazione dell'ancora al nucleo.

Riso. 1.Schema schematico di un elettromagnete (a) e schema di un azionamento elettromagnetico con circuito magnetico a forma di U (b)

Man mano che l'armatura si avvicina al nucleo e il traferro diminuisce, il flusso magnetico nel traferro aumenta e la forza di trazione aumenta di conseguenza.

La forza di spinta F creata dalla trasmissione deve essere sufficiente a vincere le forze di resistenza del sistema di propulsione del veicolo. Questi includono la forza del peso del sistema mobile G, la pressione di contatto Q e la forza P creata dalla molla di ritorno (vedi Fig. 1, b). La variazione della forza risultante durante lo spostamento dell'ancora è mostrata nel diagramma (vedi Fig. 2) dalla linea tratteggiata 1-2-3-4.

Man mano che l'ancora si muove e il traferro x diminuisce fino a quando i contatti si toccano, l'azionamento deve solo vincere la resistenza dovuta alla massa del sistema in movimento e all'azione della molla di ritorno (sezione 1-2). Inoltre, lo sforzo aumenta notevolmente con il valore della pressione iniziale dei contatti (2-3) e aumenta con il loro movimento (3-4).

Un confronto tra le caratteristiche mostrate in Fig. 2, ci permette di giudicare il funzionamento dell'apparato. Quindi, se la corrente nella bobina di controllo produce ppm.I2w a, allora il più grande intervallo x al quale il dispositivo può accendersi è x2 (punto A) ea ppm inferiori. I1w, la forza di trazione non sarà sufficiente e il dispositivo potrà accendersi solo quando lo spazio scende a x1 (punto B).

Quando il circuito elettrico della bobina di azionamento si apre, il sistema in movimento ritorna nella sua posizione originale sotto l'azione della molla e della gravità.A piccoli valori del traferro e delle forze di ripristino, l'armatura può essere mantenuta in una posizione intermedia dal flusso magnetico residuo. Questo fenomeno viene eliminato impostando un traferro minimo fisso e regolando le molle.

Gli interruttori automatici utilizzano sistemi con un elettromagnete di mantenimento (Fig. 3, a). L'armatura 1 è tenuta in posizione attratta al giogo del nucleo 5 dal flusso magnetico F generato dalla bobina di mantenimento 4 che è alimentata dal circuito di controllo. Se è necessario disconnettersi, viene fornita una corrente alla bobina di disconnessione 3, che crea un flusso magnetico Fo diretto al flusso magnetico Fu della bobina 4, che smagnetizza l'armatura e il nucleo.

Riso. 2. Caratteristiche di trazione dell'azionamento elettromagnetico e diagramma di forza

Riso. 3. Azionamento elettromagnetico con elettromagnete di ritenuta (a) e con shunt magnetico (b)

Di conseguenza, l'armatura sotto l'azione della molla di disconnessione 2 si allontana dal nucleo e i contatti 6 del dispositivo si aprono. La velocità di intervento è raggiunta grazie al fatto che all'inizio del movimento del sistema mobile agiscono le forze maggiori della molla tesa, mentre nell'azionamento elettromagnetico convenzionale, discusso in precedenza, il movimento dell'armatura inizia con un ampio spazio e un basso sforzo di trazione.

Come bobina di azionamento 3 negli interruttori vengono talvolta utilizzate sbarre o bobine di smagnetizzazione, attraverso le quali passa la corrente del circuito di alimentazione protetto dal dispositivo.

Quando la corrente nella bobina 3 raggiunge un certo valore determinato dall'impostazione dell'apparato, il flusso magnetico risultante Fu - Fo che passa attraverso l'armatura diminuisce a un valore tale da non poter più mantenere l'armatura in uno stato tirato e l'apparato è spento.

Negli interruttori automatici ad alta velocità (Fig. 3, b), le bobine di controllo e chiusura sono installate in parti diverse del circuito magnetico per evitare la loro reciproca influenza induttiva, che rallenta la smagnetizzazione del nucleo e aumenta il proprio tempo di intervento, specialmente ad alti tassi di aumento della corrente di emergenza nel circuito protetto.

La bobina di sgancio 3 è montata sul nucleo 7, che è separato dal circuito magnetico principale da traferri.

L'armatura 1, i nuclei 5 e 7 sono realizzati sotto forma di pacchetti di lamiera d'acciaio, e quindi la variazione del flusso magnetico in essi corrisponderà esattamente alla variazione della corrente nel circuito protetto. Il flusso Fo creato dalla bobina di interruzione 3 è chiuso in due modi: attraverso l'armatura 1 e attraverso il circuito magnetico scarico 8 con la bobina di controllo 4.

La distribuzione del flusso Ф0 lungo i circuiti magnetici dipende dalla velocità della sua variazione. Ad elevati tassi di incremento della corrente di emergenza, che in questo caso crea un flusso smagnetizzante Ф0, tutto questo flusso inizia a fluire attraverso l'armatura, poiché un rapido cambiamento nella parte del flusso Fo che passa attraverso il nucleo con la bobina 4 di la fem è prevenuta. D. viene indotto nella bobina di tenuta quando la corrente che la attraversa cambia rapidamente. Questo e. ecc. c) secondo la regola di Lenz crea una corrente che rallenta la crescita di quella parte del flusso Fo.

Di conseguenza, la velocità di intervento dell'interruttore rapido dipenderà dalla velocità di aumento della corrente che passa attraverso la bobina di chiusura 3. Quanto più velocemente aumenta la corrente, tanto più bassa è la corrente, inizia l'intervento dell'apparato. Questa proprietà di un interruttore automatico ad alta velocità è molto preziosa perché la corrente ha la massima velocità nelle modalità di cortocircuito e prima l'interruttore inizia a interrompere il circuito, minore sarà la corrente da esso limitata.

In alcuni casi è necessario rallentare il funzionamento dell'apparato elettrico. Questo viene fatto con l'ausilio di un dispositivo per ottenere un ritardo, inteso come il tempo dal momento in cui la tensione viene applicata o rimossa dalla bobina di comando dell'apparato all'inizio del movimento dei contatti. lo spegnimento di dispositivi elettrici comandati da corrente continua, viene effettuato mediante una bobina di cortocircuito aggiuntiva posta sullo stesso circuito magnetico con la bobina di controllo.

Quando l'alimentazione viene rimossa dalla bobina di controllo, il flusso magnetico creato da questa bobina cambia dal suo valore operativo a zero.

Quando questo flusso cambia, una corrente viene indotta nella bobina cortocircuitata in una direzione tale che il suo flusso magnetico impedisce la riduzione del flusso magnetico della bobina di controllo e mantiene l'armatura dell'azionamento elettromagnetico dell'apparato nella posizione attratta.

Invece di una bobina di cortocircuito, è possibile installare un manicotto di rame sul circuito magnetico. La sua azione è simile a quella di una bobina di cortocircuito. Lo stesso effetto può essere ottenuto cortocircuitando il circuito della bobina di controllo nel momento in cui viene disconnesso dalla rete.

Per ottenere la velocità dell'otturatore per l'accensione dell'apparato elettrico, vengono utilizzati vari meccanismi di temporizzazione meccanica, il cui principio di funzionamento è simile a un orologio.

Gli azionamenti di dispositivi elettromagnetici sono caratterizzati da azionamento e ritorno in corrente (o in tensione). La corrente di esercizio (tensione) è il valore minimo di corrente (tensione) al quale è garantito un funzionamento chiaro e affidabile del dispositivo. Per i dispositivi di trazione la tensione di reazione è pari al 75% della tensione nominale.

Se riduci gradualmente la corrente nella bobina, a un certo valore il dispositivo si spegnerà. Il valore più alto della corrente (tensione) a cui il dispositivo è già spento è chiamato corrente inversa (tensione). La corrente inversa Ib è sempre inferiore alla corrente operativa Iav, perché quando si accende il sistema mobile dell'apparato, è necessario superare le forze di attrito, nonché l'aumento dei traferri tra l'armatura e il giogo del sistema elettromagnetico .

Il rapporto tra la corrente di ritorno e la corrente di cattura è chiamato fattore di ritorno:

Questo coefficiente è sempre minore di uno.

Azionamento elettropneumatico

Nel caso più semplice, l'azionamento pneumatico è costituito da un cilindro 1 (Fig. 4) e un pistone 2, che è collegato a un contatto mobile 6. Quando la valvola 3 è aperta, il cilindro è collegato al tubo dell'aria compressa 4, che solleva il pistone 2 nella posizione superiore e chiude i contatti. Quando successivamente la valvola si chiude, il volume del cilindro sotto il pistone viene collegato all'atmosfera e il pistone sotto l'azione della molla di richiamo 5 ritorna allo stato originale, aprendo i contatti.Tale attuatore può essere chiamato attuatore pneumatico ad azionamento manuale.

Per la possibilità di controllo remoto della fornitura di aria compressa, vengono utilizzate elettrovalvole al posto di un rubinetto. L'elettrovalvola (Fig. 5) è un sistema di due valvole (aspirazione e scarico) con azionamento elettromagnetico a bassa potenza (5-25 W). Sono divisi in on e off a seconda della natura delle operazioni che eseguono quando la bobina è eccitata.

Quando la bobina è eccitata, la valvola di intercettazione collega il cilindro di azionamento alla sorgente di aria compressa e, quando la bobina è diseccitata, comunica il cilindro all'atmosfera, bloccando contemporaneamente l'accesso al cilindro dell'aria compressa. L'aria dal serbatoio scorre attraverso l'apertura B (Fig. 5, a) alla valvola inferiore 2, che è chiusa nella posizione iniziale.

Riso. 4. Azionamento pneumatico

Riso. 5. Accensione (a) e spegnimento (b) delle elettrovalvole

Il cilindro dell'attuatore pneumatico collegato alla porta A è collegato attraverso la valvola aperta 1 all'atmosfera attraverso la porta C. Quando la bobina K è eccitata, l'asta del solenoide preme la valvola superiore 1 e, vincendo la forza della molla 3, si chiude valvola 1 e apre la valvola 2. Allo stesso tempo, l'aria compressa dalla porta B attraverso la valvola 2 e la porta A nel cilindro dell'attuatore pneumatico.

Al contrario, la valvola di intercettazione, quando la bobina non è eccitata, collega il cilindro all'aria compressa, e quando la bobina è eccitata, all'atmosfera. Nello stato iniziale, la valvola 1 (Fig. 5, b) è chiusa e la valvola 2 è aperta, creando un percorso per l'aria compressa dalla porta B alla porta A attraverso la valvola 2.Quando la bobina è eccitata, la valvola 1 si apre, collegando il cilindro all'atmosfera e l'alimentazione dell'aria viene interrotta dalla valvola 2.

Azionamento con motore elettrico

Per azionare una serie di dispositivi elettrici, vengono utilizzati motori elettrici con sistemi meccanici che convertono il moto rotatorio dell'albero motore nel moto traslatorio del sistema di contatto. Il vantaggio principale degli azionamenti per motori elettrici rispetto a quelli pneumatici è la costanza delle loro caratteristiche e la possibilità della loro regolazione. Secondo il principio di funzionamento, questi azionamenti possono essere suddivisi in due gruppi: con collegamento permanente dell'albero motore con un dispositivo elettrico e con collegamento periodico.

In un dispositivo elettrico con motore elettrico (Fig. 6), la rotazione dal motore elettrico 1 viene trasmessa attraverso una ruota dentata 2 all'albero a camme 3. In una certa posizione, la camma dell'albero 4 solleva l'asta 5 e si chiude il contatto mobile ad esso associato con il contatto fisso 6.

Nel sistema di azionamento dei dispositivi elettrici di gruppo, vengono talvolta introdotti dispositivi che forniscono la rotazione graduale dell'albero di un dispositivo elettrico con arresto in qualsiasi posizione. Durante la frenata, il motore viene spento. Tale sistema garantisce un fissaggio accurato dell'albero dell'apparato elettrico in posizione.

Come esempio, FIG. 7 è un'illustrazione schematica della cosiddetta guida a croce maltese utilizzata nei controllori di gruppo.

Riso. 6. Azionamento motore elettrico con collegamento permanente di alberi motore e apparecchiature elettriche

Riso. 7. Motorizzazione elettrica del controllore di gruppo

Fico. 8. Attuatore termico con piastra bimetallica.

L'azionamento è costituito da un servomotore e da un riduttore a vite senza fine con fissaggio della posizione mediante croce maltese. La vite senza fine 1 è collegata al servomotore e trasmette la rotazione all'albero della ruota elicoidale 2, azionando il disco 3 con le dita e un chiavistello (Fig. 7, a). L'albero della croce maltese 4 non ruota finché il dito del disco 6 (Fig. 7, b) non entra nella scanalatura della croce maltese.

Con un'ulteriore rotazione, il dito ruoterà la croce, e quindi l'asta su cui poggia, di 60 °, dopodiché il dito verrà rilasciato, e il settore di bloccaggio 7 fisserà con precisione la posizione dell'asta. Quando giri l'albero dell'ingranaggio a vite senza fine di un giro, l'albero a croce maltese girerà di 1/3 di giro.

L'ingranaggio 5 è montato sull'albero della croce maltese, che trasmette la rotazione all'albero a camme principale del controller del gruppo.

Trasmissione termica

L'elemento principale di questo dispositivo è piatto bimetallico, che consiste in due strati di metalli dissimili saldamente legati su tutta la superficie di contatto. Questi metalli hanno diversi coefficienti di temperatura di dilatazione lineare. Uno strato metallico con un alto coefficiente di espansione lineare 1 (Fig. 8) è chiamato strato termoattivo, in contrasto con uno strato con un coefficiente di espansione lineare inferiore 3, che è chiamato termopassivo.

Quando la piastra viene riscaldata da una corrente che la attraversa o da un elemento riscaldante (riscaldamento indiretto), si verifica un diverso allungamento dei due strati e la piastra si piega verso uno strato termopassivo. Con tale flessione, i contatti 2 collegati alla piastra possono essere chiusi o aperti direttamente, che viene utilizzato nei relè termici.

Piegando la piastra si può anche sbloccare lo scrocco a leva dell'apparato elettrico, che viene poi rilasciato dalle molle. La corrente di pilotaggio impostata viene controllata selezionando gli elementi riscaldanti (con riscaldamento indiretto) o cambiando la soluzione di contatto (con riscaldamento diretto).Il tempo per riportare la piastra bimetallica nella sua posizione originale dopo il funzionamento e il raffreddamento varia da 15 s a 1,5 minuti.