Dispositivos de accionamiento eléctrico

Se utilizan diferentes actuadores para cerrar y abrir los contactos de los dispositivos eléctricos. En un accionamiento manual, la potencia se transmite desde la mano humana a través de un sistema de transmisiones mecánicas a los contactos. El accionamiento manual se utiliza en algunos seccionadores, interruptores automáticos, interruptores automáticos y controladores.

La mayoría de las veces, el accionamiento manual se usa en dispositivos no automáticos, aunque en algunos dispositivos de protección, el encendido se realiza manualmente y el apagado automático bajo la acción de un resorte comprimido. Los accionamientos remotos incluyen accionamientos electromagnéticos, electroneumáticos, de motor eléctrico y térmicos.

Accionamiento electromagnético

El más utilizado en dispositivos eléctricos es un accionamiento electromagnético que aprovecha la fuerza de atracción del inducido hacia el núcleo. electroimán o la fuerza de tracción del ancla bobina de solenoide.

Cualquier material ferromagnético colocado en un campo magnético adquiere las propiedades de un imán. Por lo tanto, un imán o electroimán atraerá hacia sí los cuerpos ferromagnéticos.Esta propiedad se basa en los dispositivos de varios tipos de electroimanes de elevación, retracción y rotación.

Una fuerza F con la que el electroimán o imán permanente atrae un cuerpo ferromagnético: un ancla (Fig. 1, a),

donde B es la inducción magnética en el entrehierro; S es el área de la sección transversal de los polos.

El flujo magnético F creado por la bobina del electroimán y por lo tanto la inducción magnética B en el entrehierro, como se mencionó anteriormente, dependen de la fuerza magnetomotriz de la bobina, es decir del número de vueltas w y la corriente fluye a través de él. Por lo tanto, la fuerza F (fuerza de tracción del electroimán) se puede ajustar cambiando la corriente en su bobina.

Las propiedades del accionamiento electromagnético se caracterizan por la dependencia de la fuerza F de la posición del inducido. Esta dependencia se denomina característica de tracción del accionamiento electromagnético. La forma del sistema magnético tiene una influencia significativa en el curso de la característica de tracción.

Un sistema magnético que consiste en un núcleo 1 en forma de U (Fig. 1, b) con una bobina 2 y una armadura giratoria 4, que está conectada al contacto móvil 3 del aparato, se ha generalizado en los dispositivos eléctricos.

Una vista aproximada de las características de tracción se muestra en la fig. 2. Cuando los contactos están completamente abiertos, el espacio de aire x entre la armadura y el núcleo es relativamente grande y la resistencia magnética del sistema será la mayor. Por lo tanto, el flujo magnético F en el entrehierro del electroimán, la inducción B y la fuerza de tracción F serán las más pequeñas. Sin embargo, con un impulso correctamente calculado, esta fuerza debería asegurar la atracción del ancla al núcleo.

Arroz. 1.Diagrama esquemático de un electroimán (a) y diagrama de un accionamiento electromagnético con un circuito magnético en forma de U (b)

A medida que la armadura se acerca al núcleo y el entrehierro disminuye, el flujo magnético en el entrehierro aumenta y la fuerza de tracción aumenta en consecuencia.

La fuerza de empuje F creada por el accionamiento debe ser suficiente para vencer las fuerzas de arrastre del sistema de propulsión del vehículo. Estos incluyen la fuerza del peso del sistema en movimiento G, la presión de contacto Q y la fuerza P creada por el resorte de retorno (ver Fig. 1, b). El cambio en la fuerza resultante al mover el ancla se muestra en el diagrama (ver Fig. 2) por la línea discontinua 1-2-3-4.

A medida que la armadura se mueve y el entrehierro x disminuye hasta que los contactos se tocan, el variador solo tiene que vencer la resistencia debida a la masa del sistema en movimiento y la acción del resorte de retorno (sección 1-2). Además, el esfuerzo aumenta considerablemente con el valor de la presión inicial de los contactos (2-3) y aumenta con su movimiento (3-4).

Una comparación de las características mostradas en la Fig. 2, nos permite juzgar el funcionamiento del aparato. Entonces, si la corriente en la bobina de control produce ppm.I2w to, entonces el espacio x más grande en el que el dispositivo puede encenderse es x2 (punto A) y en ppm más bajas. I1w, la fuerza de tracción no será suficiente y el dispositivo solo podrá encenderse cuando el espacio disminuya a x1 (punto B).

Cuando se abre el circuito eléctrico de la bobina de accionamiento, el sistema de movimiento vuelve a su posición original bajo la acción del resorte y la gravedad.Con valores pequeños del entrehierro y las fuerzas de restauración, el flujo magnético residual puede mantener la armadura en una posición intermedia. Este fenómeno se elimina estableciendo un entrehierro mínimo fijo y ajustando los resortes.

Los interruptores automáticos utilizan sistemas con un electroimán de retención (Fig. 3, a). La armadura 1 se mantiene en una posición atraída por el yugo del núcleo 5 por el flujo magnético F generado por la bobina de retención 4 que es alimentada por el circuito de control. Si es necesario desconectar, se suministra una corriente a la bobina de desconexión 3, que crea un flujo magnético Fo dirigido al flujo magnético Fu de la bobina 4, que desmagnetiza la armadura y el núcleo.

Arroz. 2. Características de tracción del accionamiento electromagnético y diagrama de fuerza.

Arroz. 3. Accionamiento electromagnético con electroimán de retención (a) y con derivación magnética (b)

Como resultado, la armadura bajo la acción del resorte de desconexión 2 se aleja del núcleo y los contactos 6 del dispositivo se abren. La velocidad de disparo se logra debido a que al comienzo del movimiento del sistema móvil, actúan las mayores fuerzas del resorte tensado, mientras que en el accionamiento electromagnético convencional, discutido anteriormente, el movimiento de la armadura comienza con un gran espacio. y un bajo esfuerzo de tracción.

Como bobina de accionamiento 3 en los interruptores automáticos, a veces se utilizan barras colectoras o bobinas de desmagnetización, a través de las cuales pasa la corriente del circuito de alimentación protegido por el dispositivo.

Cuando la corriente en la bobina 3 alcanza un cierto valor determinado por la configuración del aparato, el flujo magnético resultante Fu — Fo que pasa a través de la armadura disminuye a un valor tal que ya no puede mantener la armadura en un estado tirado, y el aparato esta apagado.

En los interruptores automáticos de alta velocidad (Fig. 3, b), las bobinas de control y cierre están instaladas en diferentes partes del circuito magnético para evitar su influencia inductiva mutua, lo que ralentiza la desmagnetización del núcleo y aumenta su propio tiempo de disparo, especialmente a altas tasas de aumento en la corriente de emergencia en el circuito protegido.

La bobina de disparo 3 está montada en el núcleo 7, que está separado del circuito magnético principal por entrehierros.

La armadura 1, los núcleos 5 y 7 están hechos en forma de paquetes de chapa de acero y, por lo tanto, el cambio del flujo magnético en ellos corresponderá exactamente al cambio de corriente en el circuito protegido. El flujo Fo creado por la bobina de corte 3 se cierra de dos maneras: a través de la armadura 1 y a través del circuito magnético descargado 8 con la bobina de control 4.

La distribución del flujo Ф0 a lo largo de los circuitos magnéticos depende de la velocidad de su cambio. A altas tasas de aumento de la corriente de emergencia, que en este caso crea un flujo desmagnetizante Ф0, todo este flujo comienza a fluir a través de la armadura, ya que un cambio rápido en la parte del flujo Fo que pasa por el núcleo con la bobina 4 de se previene la fem. d. Se induce en la bobina de retención cuando la corriente que la atraviesa cambia rápidamente. Este e.etc. c) de acuerdo con la regla de Lenz, crea una corriente que frena el crecimiento de esa parte del flujo Fo.

Como resultado, la velocidad de disparo del interruptor automático de alta velocidad dependerá de la tasa de aumento de la corriente que pasa a través de la bobina de cierre 3. Cuanto más rápido aumenta la corriente, cuanto más baja es la corriente, comienza el disparo del aparato. Esta propiedad de un interruptor automático de alta velocidad es muy valiosa porque la corriente tiene la velocidad más alta en los modos de cortocircuito y cuanto antes comience el interruptor automático a romper el circuito, menor será la corriente limitada por él.

En algunos casos, es necesario ralentizar el funcionamiento del aparato eléctrico. Esto se hace con la ayuda de un dispositivo para obtener un tiempo de retardo, que se entiende como el tiempo que transcurre desde que se aplica o se retira el voltaje de la bobina de excitación del aparato hasta el inicio del movimiento de los contactos. el apagado de los dispositivos eléctricos controlados por corriente continua se realiza mediante una bobina de cortocircuito adicional ubicada en el mismo circuito magnético con la bobina de control.

Cuando se retira la energía de la bobina de control, el flujo magnético creado por esta bobina cambia de su valor operativo a cero.

Cuando este flujo cambia, se induce una corriente en la bobina cortocircuitada en una dirección tal que su flujo magnético impide la reducción del flujo magnético de la bobina de control y mantiene la armadura del accionamiento electromagnético del aparato en la posición atraída.

En lugar de una bobina de cortocircuito, se puede instalar una funda de cobre en el circuito magnético. Su acción es similar a la de una bobina de cortocircuito. Se puede lograr el mismo efecto cortocircuitando el circuito de la bobina de control en el momento en que se desconecta de la red.

Para obtener la velocidad de obturación para encender el aparato eléctrico, se utilizan varios mecanismos de sincronización mecánicos, cuyo principio de funcionamiento es similar a un reloj.

Los accionamientos de dispositivos electromagnéticos se caracterizan por la actuación y el retorno de corriente (o tensión). La corriente de funcionamiento (voltaje) es el valor más pequeño de corriente (voltaje) en el que se garantiza un funcionamiento claro y fiable del dispositivo. Para los dispositivos de tracción, la tensión de reacción es el 75 % de la tensión nominal.

Si reduce gradualmente la corriente en la bobina, entonces, a un cierto valor, el dispositivo se apagará. El valor más alto de la corriente (voltaje) en el que el dispositivo ya está apagado se denomina corriente inversa (voltaje). La corriente inversa Ib siempre es menor que la corriente de operación Iav, porque al encender el sistema móvil del aparato, es necesario superar las fuerzas de fricción, así como los espacios de aire aumentados entre la armadura y el yugo del sistema electromagnético. .

La relación entre la corriente de retorno y la corriente de captura se denomina factor de retorno:

Este coeficiente es siempre menor que uno.

Accionamiento electroneumático

En el caso más simple, el accionamiento neumático consta de un cilindro 1 (Fig. 4) y un pistón 2, que está conectado a un contacto móvil 6. Cuando la válvula 3 está abierta, el cilindro está conectado a la tubería de aire comprimido 4, que eleva el pistón 2 a la posición superior y cierra los contactos. Cuando la válvula se cierra posteriormente, el volumen del cilindro debajo del pistón se conecta a la atmósfera y el pistón, bajo la acción del resorte de retorno 5, vuelve a su estado original, abriendo los contactos.Dicho accionador puede denominarse accionador neumático accionado manualmente.

Para la posibilidad de control remoto del suministro de aire comprimido, se utilizan válvulas solenoides en lugar de un grifo. La electroválvula (Fig. 5) es un sistema de dos válvulas (admisión y escape) con accionamiento electromagnético de baja potencia (5-25 W). Se dividen en encendido y apagado según la naturaleza de las operaciones que realizan cuando la bobina está energizada.

Cuando se energiza la bobina, la válvula de cierre conecta el cilindro de accionamiento a la fuente de aire comprimido, y cuando se desactiva la bobina, comunica el cilindro a la atmósfera, bloqueando simultáneamente el acceso al cilindro de aire comprimido. El aire del tanque fluye a través de la abertura B (Fig. 5, a) hacia la válvula inferior 2, que está cerrada en la posición inicial.

Arroz. 4. Accionamiento neumático

Arroz. 5. Encendido (a) y apagado (b) de electroválvulas

El cilindro del actuador neumático conectado al puerto A se conecta a través de la válvula abierta 1 a la atmósfera a través del puerto C. Cuando se energiza la bobina K, la varilla del solenoide presiona la válvula superior 1 y, venciendo la fuerza del resorte 3, cierra válvula 1 y abre la válvula 2. Al mismo tiempo, el aire comprimido del puerto B a través de la válvula 2 y el puerto A en el cilindro del actuador neumático.

Por el contrario, la válvula de cierre, cuando la bobina no está excitada, conecta el cilindro al aire comprimido, y cuando la bobina está excitada, a la atmósfera. En el estado inicial, la válvula 1 (Fig. 5, b) está cerrada y la válvula 2 está abierta, creando un camino para el aire comprimido desde el puerto B al puerto A a través de la válvula 2.Cuando se energiza la bobina, la válvula 1 se abre, conectando el cilindro a la atmósfera, y la válvula 2 detiene el suministro de aire.

Accionamiento por motor eléctrico

Para impulsar una serie de dispositivos eléctricos, los motores eléctricos se utilizan con sistemas mecánicos que convierten el movimiento giratorio del eje del motor en el movimiento de traslación del sistema de contacto. La principal ventaja de los accionamientos de electromotor en comparación con los neumáticos es la constancia de sus características y la posibilidad de su ajuste. Según el principio de funcionamiento, estos accionamientos se pueden dividir en dos grupos: con conexión permanente del eje del motor con un dispositivo eléctrico y con conexión periódica.

En un dispositivo eléctrico con motor eléctrico (Fig. 6), la rotación del motor eléctrico 1 se transmite a través de una rueda dentada 2 al árbol de levas 3. En cierta posición, la leva del eje 4 levanta la varilla 5 y cierra el contacto móvil asociado a él con el contacto estacionario 6.

En el sistema de accionamiento de dispositivos eléctricos de grupo, a veces se introducen dispositivos que proporcionan una rotación escalonada del eje de un dispositivo eléctrico con un tope en cualquier posición. Durante el frenado, el motor se apaga. Tal sistema asegura una fijación precisa del eje del aparato eléctrico en posición.

Como ejemplo, la FIG. 7 es una ilustración esquemática de la llamada transmisión en cruz maltesa utilizada en los controladores de grupo.

Arroz. 6. Accionamiento por motor eléctrico con conexión permanente de ejes de motor y aparatos eléctricos

Arroz. 7. Accionamiento por motor eléctrico del controlador de grupo

Higo. 8. Actuador térmico con placa bimetálica.

El accionamiento consta de un servomotor y un tornillo sinfín con fijación de posición por medio de una cruz de Malta. El gusano 1 está conectado al servomotor y transmite la rotación al eje de la rueda helicoidal 2, impulsando el disco 3 con los dedos y un pestillo (Fig. 7, a). El eje de la cruz de Malta 4 no gira hasta que el dedo del disco 6 (Fig. 7, b) ingresa en la ranura de la cruz de Malta.

Con una rotación adicional, el dedo girará la cruz y, por lo tanto, el eje sobre el que se asienta, en 60 °, después de lo cual se soltará el dedo y el sector de bloqueo 7 fijará con precisión la posición del eje. Cuando gira el eje del engranaje helicoidal una vuelta, el eje de la cruz de Malta girará 1/3 de vuelta.

El engranaje 5 está montado en el eje de la cruz de Malta, que transmite la rotación al árbol de levas principal del controlador de grupo.

accionamiento térmico

El elemento principal de este dispositivo es placa bimetálica, que consta de dos capas de metales diferentes firmemente unidas sobre toda la superficie de contacto. Estos metales tienen diferentes coeficientes de temperatura de expansión lineal. Una capa de metal con un alto coeficiente de expansión lineal 1 (Fig. 8) se denomina capa termoactiva, en contraste con una capa con un coeficiente de expansión lineal más bajo 3, que se denomina termopasiva.

Cuando la placa se calienta por una corriente que la atraviesa o por un elemento calefactor (calentamiento indirecto), se produce un alargamiento diferente de las dos capas y la placa se dobla hacia una capa termopasiva. Con tal flexión, los contactos 2 conectados a la placa se pueden cerrar o abrir directamente, lo que se usa en relés térmicos.

Doblar la placa también puede liberar el pestillo de palanca del aparato eléctrico, que luego es liberado por los resortes. La corriente de accionamiento establecida se controla seleccionando elementos de calentamiento (con calentamiento indirecto) o cambiando la solución de contacto (con calentamiento directo).El tiempo para devolver la placa bimetálica a su posición original después de la operación y el enfriamiento varía de 15 s a 1,5 minutos.