ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ привод электрических аппаратов

Принцип действия. В пневматических приводах сжатый воздух давит на поршень, движение которого передается подвижным контактам аппарата через промежуточные механизмы. Пневматические приводы при относительно большом давлении воздуха имеют меньшие габариты, чем электромагнитные, и требуют меньшего расхода энергии для поддержания необходимой силы, действующей на подвижную часть аппарата. Катушка электромагнитного привода должна непрерывно получать питание; в электропневматическом приводе достаточно поддерживать постоянное давление на поршень, при этом энергия в основном расходуется на восполнение утечек сжатого воздуха. Существенное преимущество пневматического привода состоит также в том, что он может обеспечить большие перемещения подвижных частей аппарата при относительно постоянном давлении сжатого воздуха.

Пневматические приводы получили широкое применение в силовых индивидуальных контакторах, переключающих групповых аппаратах; их используют для подъема и опускания токоприемников, а также для управления различными вспомогательными устройствами. Различают пневматические приводы по конструкции и числу поршней, числу фиксированных позиций, способу их фиксации и виду механизма, передающего движение контактам аппарата.

Рисунок 5.1

Простейший пневматический привод, применяемый в индивидуальных контакторах (рис. 5.1), конструктивно представляет собой цилиндр 2 с поршнем 1 и пружиной 3, под действием которой поршень при отсутствии сжатого воздуха перемещается вниз. Когда в цилиндр подается сжатый воздух, поршень, преодолевая противодействие пружины, перемещается вверх. Движение поршня передается рычагу контакта через изоляционную тягу 4.

Рисунок 5.2

Впуск и выпуск сжатого воздуха осуществляется с помощью электропневматических вентилей. Различают вентили включающие и выключающие. Принцип действия вентилей пояснен на рис. 5.2. При подаче напряжения на катушку вентиля 3 якорь 4 притягивается электромагнитом 2, в результате пневматические клапаны 5, преодолевая натяжение пружины 1, перемещаются вниз. Нижним клапаном (во включающем вентиле ВВ) цилиндр привода соединяется с резервуаром сжатого воздуха, а верхним — прерывается соединение цилиндра с атмосферой. В выключающем вентиле ВKB (см. рис. 5.2) при возбужденной катушке нижний клапан, открываясь, соединяет цилиндр привода с атмосферой, а верхний прерывает соединение его с резервуаром сжатого воздуха. Пневматический привод в сочетании электропневматическими вентилями принято называть электропневматическим.

Электропневматические приводы используют для управления различными аппаратами — контакторами, быстродействующими выключателями, клапанами песочниц, клапанами токоприемников и др.

Характеристики электропневматического привода. Выбор основных параметров этого привода заключается в определении диаметра и хода поршня, необходимых для преодоления сил сопротивления при заданном давлении сжатого воздуха, и в расчете времени срабатывания привода. Для аппаратов э. п. с. принято номинальное давление Р_ном сжатого воздуха 5· 10⁶ Па при допустимых колебаниях в пределах от —0,75 Р_ном до + 1,3 Рном· Верхний предел используют при расчете привода на прочность, а нижний — при выборе диаметра поршня (диафрагмы).

Диаграмма сил одноцилиндрового пневматического привода с возвратной пружиной изображена на рис. 5.3. Сила Q_B давления сжатого воздуха в статическом режиме не зависит от перемещения поршня. При быстром перемещении поршня давление сжатого воздуха будет меняться в процессе работы привода и динамическая характеристика, например при включении привода, будет иметь вид кривой Q_Bl.

Рисунок 5.3

Отклонение динамической характеристики от статической тем больше, чем меньше время повышения давления в цилиндре от атмосферного до конечного установившегося значения. Это время прямо пропорционально объему цилиндра и обратно пропорционально площади отверстия, через которое поступает сжатый воздух из резервуара; оно увеличивается с увеличением сопротивлений трубопроводов и скорости движения поршня, а также зависит от конечного давления в цилиндре и давления в резервуаре сжатого воздуха. В конце перемещения поршня, когда скорость его уменьшается вследствие существенного роста сил сопротивления, динамическая характеристика совместится со статической.

Для правильной работы привода необходимо, чтобы сила Q_B1 при любых прямых перемещениях х (см. рис. 5.3) была больше суммы сил сопротивления Q_cl на значение, обеспечивающее необходимое ускорение привода, ΔQ=Q_B1-Q_cl.

При этом

где Q_п и Q_т — соответственно силы натяжения возвращающей пружины и трения поршня; G' и Qʹ_к — соответственно вес подвижных частей и нажатие главных контактов, приведенные к оси поршня.

При обратном перемещении привода в результате выпуска сжатого воздуха из цилиндра сила сопротивления Q_c2 будет выключающей:

Сила трения поршня в процессе выключения направлена против его перемещения. Поэтому Q_т2 < 0.

Существенно влияет на характеристики включения и выключения электропневматического привода сила трения. Для того чтобы сдвинуть привод с места, нужно преодолеть силу трения покоя, которая примерно в 1,5 раза превышает силу трения при движении поршня. При наиболее густой смазке манжет поршня и низшем пределе давления силу трения покоя принимают от 200 до 500 Η при диаметре поршня соответственно 45 и 90 мм.

Диафрагменные приводы. В поршневых приводах требуется осуществлять периодическую смазку и смену уплотняющих манжет, причем время срабатывания привода зависит от состояния манжет и смазки. В последние годы в аппаратах с относительно малым перемещением поршня (до 50 мм) применяют диафрагменные приводы, лишенные этих недостатков.

Рисунок 5.4

В диафрагменном приводе (рис. 5.4) сжатый воздух под давлением Ρ поступает в полость, заключенную между корпусом 7 и диафрагмой 3, выполненной из резины или резинотканевого материала. Диафрагма прижата крышкой 2 к корпусу 7; она прогибается, оказывая давление на диск 4, связанный со штоком 6. Последний, перемещаясь, сжимает возвращающую пружину 5, воздействуя на подвижную часть аппарата. Для входа сжатого воздуха предусмотрено отверстие 1.

Диафрагменные приводы просты в изготовлении, не имеют трущихся частей и требуют меньшего ухода в эксплуатации, чем поршневые. Надежность их в значительной мере определяется качеством материала диафрагмы и его стойкостью при работе в широком диапазоне окружающей температуры.

Диаграмма сил диафрагменного привода подобна диаграмме сил поршневого (см. рис. 5.4) с той, однако, разницей, что силу трения Q_T можно принять равной нулю. Расчетная сила, действующая на диск привода, зависит от внутреннего рабочего диаметра диафрагмы D и диаметра диска d. Без учета упругости диафрагмы можно принять

(5.1)

Габариты диафрагменного привода больше, чем поршневого, выполняющего ту же работу, поскольку перемещение диафрагмы ограничено ее упругостью. Это следует учитывать, применяя диафрагменный привод для тяговых аппаратов.