Dispositivos de acionamento elétrico

Diferentes atuadores são usados ​​para fechar e abrir os contatos de dispositivos elétricos. Em um acionamento manual, a energia é transmitida da mão humana através de um sistema de transmissões mecânicas para os contatos. O acionamento manual é utilizado em alguns seccionadores, disjuntores, disjuntores e controladores.

Na maioria das vezes, o acionamento manual é usado em dispositivos não automáticos, embora em alguns dispositivos de proteção o acionamento seja feito manualmente e o desligamento automático sob a ação de uma mola comprimida. Os acionamentos remotos incluem acionamentos eletromagnéticos, eletropneumáticos, motores elétricos e térmicos.

Acionamento eletromagnético

O mais utilizado em dispositivos elétricos é um acionamento eletromagnético que utiliza a força de atração da armadura para o núcleo eletroímã ou a força de tração da âncora bobina.

Qualquer material ferromagnético colocado em um campo magnético adquire as propriedades de um ímã. Portanto, um ímã ou eletroímã atrairá corpos ferromagnéticos para si.Esta propriedade é baseada nos dispositivos de vários tipos de eletroímãs de elevação, retração e rotação.

Uma força F com a qual o eletroímã ou ímã permanente atrai um corpo ferromagnético - uma âncora (Fig. 1, a),

onde B é a indução magnética no entreferro; S é a área da seção transversal dos pólos.

O fluxo magnético F criado pela bobina do eletroímã e, portanto, a indução magnética B no entreferro, conforme mencionado acima, dependem da força magnetomotriz da bobina, ou seja, do número de voltas w e a corrente flui através dele. Portanto, a força F (força de tração do eletroímã) pode ser ajustada alterando a corrente em sua bobina.

As propriedades do acionamento eletromagnético são caracterizadas pela dependência da força F na posição da armadura. Essa dependência é chamada de característica de tração do acionamento eletromagnético. A forma do sistema magnético tem uma influência significativa no curso da característica de tração.

Um sistema magnético que consiste em um núcleo em forma de U 1 (Fig. 1, b) com uma bobina 2 e uma armadura rotativa 4, que é conectada ao contato móvel 3 do aparelho, tornou-se difundido em dispositivos elétricos.

Uma visão aproximada das características de tração é mostrada na fig. 2. Quando os contatos estão totalmente abertos, o entreferro x entre a armadura e o núcleo é relativamente grande e a resistência magnética do sistema será a maior. Portanto, o fluxo magnético F no entreferro do eletroímã, a indução B e a força de tração F serão os menores. Porém, com um acionamento corretamente calculado, essa força deve garantir a atração da âncora para o núcleo.

Arroz. 1.Diagrama esquemático de um eletroímã (a) e diagrama de um acionamento eletromagnético com um circuito magnético em forma de U (b)

À medida que a armadura se aproxima do núcleo e o entreferro diminui, o fluxo magnético no entreferro aumenta e a força de tração aumenta proporcionalmente.

A força de empuxo F ​​criada pelo acionamento deve ser suficiente para superar as forças de arrasto do sistema de propulsão do veículo. Estes incluem a força do peso do sistema móvel G, a pressão de contato Q e a força P criada pela mola de retorno (ver Fig. 1, b). A mudança na força resultante ao mover a âncora é mostrada no diagrama (ver Fig. 2) pela linha tracejada 1-2-3-4.

À medida que a armadura se move e o entreferro x diminui até que os contatos se toquem, o acionamento precisa apenas vencer a resistência devido à massa do sistema móvel e à ação da mola de retorno (seção 1-2). Além disso, o esforço aumenta acentuadamente com o valor da pressão inicial dos contatos (2-3) e aumenta com o movimento deles (3-4).

Uma comparação das características mostradas na Fig. 2, permite-nos julgar o funcionamento do aparelho. Portanto, se a corrente na bobina de controle produzir ppm.I2w, então o maior intervalo x no qual o dispositivo pode ligar é x2 (ponto A) e em ppm inferior. I1w, a força de tração não será suficiente e o dispositivo só poderá ligar quando a folga diminuir para x1 (ponto B).

Quando o circuito elétrico da bobina de acionamento se abre, o sistema móvel retorna à sua posição original sob a ação da mola e da gravidade.Em pequenos valores de entreferro e forças de restauração, a armadura pode ser mantida em uma posição intermediária pelo fluxo magnético residual. Este fenômeno é eliminado ajustando um entreferro mínimo fixo e ajustando as molas.

Os disjuntores usam sistemas com um eletroímã de retenção (Fig. 3, a). A armadura 1 é mantida em uma posição atraída pela culatra do núcleo 5 pelo fluxo magnético F gerado pela bobina de retenção 4 que é alimentada pelo circuito de controle. Se for necessário desconectar, uma corrente é fornecida à bobina de desconexão 3, que cria um fluxo magnético Fo direcionado ao fluxo magnético Fu da bobina 4, que desmagnetiza a armadura e o núcleo.

Arroz. 2. Características de tração do acionamento eletromagnético e diagrama de força

Arroz. 3. Acionamento eletromagnético com eletroímã de retenção (a) e com shunt magnético (b)

Como resultado, a armadura sob a ação da mola de desconexão 2 se afasta do núcleo e os contatos 6 do dispositivo se abrem. A velocidade de disparo é alcançada devido ao fato de que no início do movimento do sistema móvel, as maiores forças da mola tracionada atuam, enquanto no acionamento eletromagnético convencional, discutido anteriormente, o movimento da armadura começa com uma grande folga e um baixo esforço de tração.

Como a bobina de atuação 3 em disjuntores, às vezes são usados ​​barramentos ou bobinas desmagnetizadoras, através das quais passa a corrente do circuito de alimentação protegido pelo dispositivo.

Quando a corrente na bobina 3 atinge um determinado valor determinado pela configuração do aparelho, o fluxo magnético resultante Fu — Fo passando pela armadura diminui a tal valor que não pode mais manter a armadura em um estado puxado, e o aparelho está desligado.

Nos disjuntores de alta velocidade (Fig. 3, b), as bobinas de controle e fechamento são instaladas em diferentes partes do circuito magnético para evitar sua influência indutiva mútua, o que retarda a desmagnetização do núcleo e aumenta seu próprio tempo de disparo, especialmente em altas taxas de aumento da corrente de emergência no circuito protegido.

A bobina de disparo 3 é montada no núcleo 7, que é separado do circuito magnético principal por entreferros.

A armadura 1, os núcleos 5 e 7 são feitos na forma de pacotes de chapa de aço e, portanto, a mudança do fluxo magnético neles corresponderá exatamente à mudança da corrente no circuito protegido. O fluxo Fo criado pela bobina de corte 3 é fechado de duas maneiras: através da armadura 1 e através do circuito magnético descarregado 8 com a bobina de controle 4.

A distribuição do fluxo Ф0 ao longo dos circuitos magnéticos depende da taxa de sua variação. Em altas taxas de aumento da corrente de emergência, que neste caso cria um fluxo de desmagnetização Ф0, todo esse fluxo começa a fluir pela armadura, pois uma rápida mudança na parte do fluxo Fo que passa pelo núcleo com a bobina 4 de a fem é impedida. d. s induzido na bobina de retenção quando a corrente através dela muda rapidamente. Este e. etc. c. de acordo com a regra de Lenz, cria uma corrente que retarda o crescimento daquela parte do fluxo Fo.

Como resultado, a velocidade de disparo do disjuntor de alta velocidade dependerá da taxa de aumento da corrente que passa pela bobina de fechamento 3. Quanto mais rápido o aumento da corrente, menor a corrente, o disparo do aparelho começa. Essa propriedade de um disjuntor de alta velocidade é muito valiosa porque a corrente tem a maior velocidade nos modos de curto-circuito e quanto mais cedo o disjuntor começar a interromper o circuito, menor será a corrente limitada por ele.

Em alguns casos, é necessário desacelerar o funcionamento do aparelho elétrico. Isso é feito com a ajuda de um dispositivo para obter um atraso de tempo, que é entendido como o tempo desde o momento em que a tensão é aplicada ou removida da bobina de acionamento do aparelho até o início do movimento dos contatos. o desligamento de dispositivos elétricos controlados por corrente contínua é realizado por meio de uma bobina de curto-circuito adicional localizada no mesmo circuito magnético da bobina de controle.

Quando a energia é removida da bobina de controle, o fluxo magnético criado por esta bobina muda de seu valor operacional para zero.

Quando esse fluxo muda, uma corrente é induzida na bobina em curto-circuito em tal direção que seu fluxo magnético impede a redução do fluxo magnético da bobina de controle e mantém a armadura do acionamento eletromagnético do aparelho na posição atraída.

Em vez de uma bobina de curto-circuito, uma luva de cobre pode ser instalada no circuito magnético. Sua ação é semelhante à de uma bobina de curto-circuito. O mesmo efeito pode ser obtido curto-circuitando o circuito da bobina de controle no momento em que ela é desconectada da rede.

Para obter a velocidade do obturador para ligar o aparelho elétrico, são utilizados vários mecanismos mecânicos de temporização, cujo princípio de funcionamento é semelhante a um relógio.

Acionamentos de dispositivos eletromagnéticos são caracterizados por atuação e retorno de corrente (ou tensão). A corrente operacional (tensão) é o menor valor de corrente (tensão) no qual a operação clara e confiável do dispositivo é garantida. Para dispositivos de tração, a tensão de reação é de 75% da tensão nominal.

Se você reduzir gradualmente a corrente na bobina, em um determinado valor, o dispositivo será desligado. O valor mais alto da corrente (tensão) em que o dispositivo já está desligado é chamado de corrente reversa (tensão). A corrente reversa Ib é sempre menor que a corrente de operação Iav, pois ao ligar o sistema móvel do aparelho, é necessário vencer as forças de atrito, bem como o aumento dos entreferros entre a armadura e a culatra do sistema eletromagnético .

A relação entre a corrente de retorno e a corrente de captura é chamada de fator de retorno:

Este coeficiente é sempre menor que um.

acionamento eletropneumático

No caso mais simples, o acionamento pneumático consiste em um cilindro 1 (Fig. 4) e um pistão 2, que é conectado a um contato móvel 6. Quando a válvula 3 está aberta, o cilindro é conectado ao tubo de ar comprimido 4, que eleva o pistão 2 na posição superior e fecha os contatos. Quando a válvula fecha posteriormente, o volume do cilindro sob o pistão é conectado à atmosfera e o pistão sob a ação da mola de retorno 5 retorna ao seu estado original, abrindo os contatos.Tal atuador pode ser chamado de atuador pneumático operado manualmente.

Para a possibilidade de controle remoto do fornecimento de ar comprimido, são utilizadas válvulas solenóides em vez de uma torneira. A válvula solenoide (Fig. 5) é um sistema de duas válvulas (admissão e escape) com acionamento eletromagnético de baixa potência (5-25 W). Eles são divididos em on e off, dependendo da natureza das operações que realizam quando a bobina é energizada.

Quando a bobina é energizada, a válvula de fechamento conecta o cilindro de atuação à fonte de ar comprimido e, quando a bobina é desenergizada, comunica o cilindro à atmosfera, bloqueando simultaneamente o acesso ao cilindro de ar comprimido. O ar do tanque flui pela abertura B (Fig. 5, a) para a válvula inferior 2, que está fechada na posição inicial.

Arroz. 4. Acionamento pneumático

Arroz. 5. Ligar (a) e desligar (b) válvulas solenoides

O cilindro do atuador pneumático conectado à porta A é conectado pela válvula aberta 1 à atmosfera pela porta C. Quando a bobina K é energizada, a haste do solenóide pressiona a válvula superior 1 e, vencendo a força da mola 3, fecha válvula 1 e abre a válvula 2. Ao mesmo tempo, o ar comprimido da porta B através da válvula 2 e porta A no cilindro do atuador pneumático.

Ao contrário, a válvula de fechamento, quando a bobina não está excitada, conecta o cilindro ao ar comprimido e quando a bobina está excitada - à atmosfera. No estado inicial, a válvula 1 (Fig. 5, b) está fechada e a válvula 2 está aberta, criando um caminho para o ar comprimido da porta B para a porta A através da válvula 2.Quando a bobina é energizada, a válvula 1 se abre, conectando o cilindro à atmosfera, e o suprimento de ar é interrompido pela válvula 2.

Acionamento por motor elétrico

Para acionar vários dispositivos elétricos, motores elétricos são usados ​​com sistemas mecânicos que convertem o movimento rotativo do eixo do motor em movimento translacional do sistema de contato. A principal vantagem dos acionamentos eletromotores em relação aos pneumáticos é a constância de suas características e a possibilidade de seu ajuste. De acordo com o princípio de operação, esses acionamentos podem ser divididos em dois grupos: com conexão permanente do eixo do motor com um dispositivo elétrico e com conexão periódica.

Em um dispositivo elétrico com motor elétrico (Fig. 6), a rotação do motor elétrico 1 é transmitida através de uma roda dentada 2 para o eixo de comando 3. Em uma determinada posição, o came do eixo 4 levanta a haste 5 e fecha o contato móvel associado a ele com o contato estacionário 6.

No sistema de acionamento de dispositivos elétricos de grupo, às vezes são introduzidos dispositivos que fornecem rotação gradual do eixo de um dispositivo elétrico com uma parada em qualquer posição. Durante a frenagem, o motor é desligado. Tal sistema garante a fixação precisa do eixo do aparelho elétrico na posição.

Como exemplo, a FIG. 7 é uma ilustração esquemática do chamado acionamento cruzado maltês usado em controladores de grupo.

Arroz. 6. Acionamento por motor elétrico com conexão permanente de eixos de motor e aparelhos elétricos

Arroz. 7. Acionamento do motor elétrico do controlador de grupo

Figo. 8. Atuador térmico com placa bimetálica.

O acionamento consiste em um servo motor e uma caixa de engrenagens sem-fim com fixação de posição por meio de uma cruz de Malta. O sem-fim 1 é conectado ao servomotor e transmite rotação ao eixo da roda sem-fim 2, acionando o disco 3 com dedos e uma trava (Fig. 7, a). A haste da cruz de Malta 4 não gira até que o dedo do disco 6 (Fig. 7, b) entre na ranhura da cruz de Malta.

Com mais rotação, o dedo girará a cruz e, portanto, a haste sobre a qual ela se apoia, em 60 °, após o que o dedo será liberado e o setor de travamento 7 fixará com precisão a posição da haste. Quando você gira o eixo da engrenagem helicoidal uma volta, o eixo da cruz maltesa gira 1/3 de volta.

A engrenagem 5 é montada no eixo da cruz de Malta, que transmite a rotação para a árvore de cames principal do controlador de grupo.

Acionamento térmico

O principal elemento deste dispositivo é placa bimetálica, que consiste em duas camadas de metais diferentes firmemente ligados ao longo de toda a superfície de contato. Esses metais têm diferentes coeficientes de temperatura de expansão linear. Uma camada de metal com alto coeficiente de expansão linear 1 (Fig. 8) é chamada de camada termoativa, em contraste com uma camada com baixo coeficiente de expansão linear 3, que é chamada de termopassiva.

Quando a placa é aquecida por uma corrente que passa por ela ou por um elemento de aquecimento (aquecimento indireto), ocorre um alongamento diferente das duas camadas e a placa se dobra em direção a uma camada termopassiva. Com essa dobra, os contatos 2 conectados à placa podem ser fechados ou abertos diretamente, o que é usado em relés térmicos.

Dobrar a placa também pode liberar a trava da alavanca no aparelho elétrico, que é então liberada pelas molas. A corrente de acionamento ajustada é controlada selecionando elementos de aquecimento (com aquecimento indireto) ou trocando a solução de contato (com aquecimento direto) O tempo para retornar a placa bimetálica à sua posição original após operação e resfriamento varia de 15 s a 1,5 minutos.