Коммутационная аппаратура

Коммутационная аппаратура предназначена для управления работой потребителей и источников электроэнергии.

Основным требованием, предъявляемым к коммутационной аппаратуре является обеспечение быстрого и надежного переключения электрических цепей. При медленном разрыве цепи может возникать электрическая дуга, которая приводит к обгоранию контактов и выходу из строя аппаратов управления.

Рис.3.15 .Конструкция и электрическая схема сетевого фильтра

1 – накидная гайка; 2 – крышка; 3 – корпус фильтра;

4 – изоляционная прокладка; 5 – крышка дросселя; 6 – сердечник;

7 – катушка дросселя; 8 – наконечник; 9 – конденсатор; 10 – накидная гайка’; 11 – крышка; 12 – выводной контакт6ный болт; 13 – крышка

К коммутационным аппаратам относятся, например, выключатели (рис.3.16), переключатели, кнопки и т. п. В некоторых случаях применяются специальные переключатели. В качестве примера на рис. 3.17 приведена схема трехпозиционного кулачкового переключателя типа , который обеспечивает включение в необходимой последовательности маслозакачивающего насоса (положение ), а затем электропневмоклапана системы воздушного запуска танкового двигателя (положение ). Аппараты прямого действия применяются, как правило, в цепях с небольшим током (не более ). Исключение составляет выключатель батарей, контактная система которого рассчитана на токи до .

Рис.3.16. Перекидной выключатель :

1 – рычаг; 2 – пружина; 3 – контактная планка; 4 – выводные

зажимы; 5 – фиксатор

Рис.3.17. Схема переключателя

Выключатель батарей (рис.3.18) служит для включения аккумуляторных батарей танка в электрическую сеть и отключения их от сети. Один зажим выключателя соединяется с минусом аккумуляторных батарей, а другой – с корпусом танка.

а)

б)

Рис.3.18. Выключатель батарей :

1– шток; 2 – защёлка; 3 – главные контакты; 4 – неподвижные

контакты; 5 – искрогаситель; 6 – корпус; 7 – возвратная пружина;

8 – рукоятка; 9 – контактный болт; 10 – соединительная шина;

11 – неподвижный контакт, изолированный от массы; 12 – стяжной болт; 13 – соединительная шина главных контактов

В момент включения при нажатии на рукоятку выключателя первыми замыкаются контакты искрогасителя с неподвижными контактами и соединяют минус аккумуляторных батарей с корпусом танка. При дальнейшем ходе штока неподвижные контакты замыкаются главными контактами подвижного мостика. При этом защелка попадает вырезом в кольцевую проточку на штоке, а стержень искрогасителя передвигается внутрь, сжимая пружину искрогасителя. При нажатии на защелку шток освобождается и под действием пружин возвращается в исходное положение. Обе пары контактов размыкаются и батареи отключаются от корпуса танка. Первыми разъединяются главные контакты, а цепь размыкается контактами искрогасителя. Поэтому искрение возможно только между контактами искрогасителя, а главные контакты разъединяются без искрения.

В коммутационных аппаратах для предотвращения обгорания контактов применяются устройства, сокращающие время размыкания.

В цепях со значительной величиной тока применяется дистанционная коммутация с помощью контакторов и реле. В частности, на некоторых бронеобъектах в качестве выключателя батарей (вместо ), а также в силовой цепи электростартеров устанавливается контактор с дистанционным управлением.

Реле в отличие от контакторов рассчитаны на коммутацию малых токов и, как правило выполняются поворотного типа, чаще всего с - образным сердечником.

Контакторы рассчитаны на коммутацию токов и более и выполняются втяжного типа. Все коммутационные аппараты, управляющие цепями как постоянного, так и переменного тока, имеют обмотку, рассчитанную на постоянный ток (обычно до ). Обмотки коммутационных реле, предназначенных для включения в цепь переменного тока, имеют встроенный полупроводниковый выпрямитель.

Маркировка унифицированных коммутационных электромагнитных аппаратов отражает их назначение и конструкцию:

1-я буква маркировки показывает максимальное напряжение, на которое рассчитана обмотка: – тридцать; – cто; – двести вольт;

2-я буква указывает назначение аппарата: – реле времени,

– детекторное реле, – коммутационное реле или контактор,

– реле напряжения, – обмотка включается на переменный ток, – токовое реле;

3-я буква означает: – единицы, – десятки, – сотни,

– тысячи ампер коммутируемого тока, число которых показывает цифра, стоящая на четвертом месте (4-й знак);

5-й и 6-й знаки характеризуют кинематику аппарата: – открытые контакты (выключатель). – переключаемые контакты. Следующие затем цифры означают число коммутируемых цепей.

7-й знак отражает режим работы аппарата: – длительный,

– кратковременный, – импульсный.

Дальнейшие знаки не всегда стабильны по значению. Так, если в цифре восемь знаков, то 8-й знак отражает особенности исполнения: – теплостойкое, – герметичное, – ударостойкое, – всеклиматическое..

Если в цифре девять знаков, то 8-й знак означает допустимую температуру окружающей среды: – до или , – до , – до и т.д. 9-й знак в этом случае отражает особенности исполнения.

Например, расшифровывается как аппарата, обмотка которого рассчитана на тридцать вольт, а контакты на ампер, имеет два переключающих контакта и предназначен для кратковременной работы.

Реле поворотного типа имеют от одной до шести контактных цепей. Электромагнит таких аппаратов - образный (рис.3.19) с обмоткой на среднем стержне. К левому стержню привинчена пластмассовая панель с заформованными пластинами. Их левые части служат клеммами для припайки внешних проводов, правые – для неподвижных контактов. Последний изолируется от якоря колодкой . Якорь отклоняется вверх под действием возвратной пружины . Нижний конец пружины через регулировочный винт укреплен к остову .

Контакторы. Применение контакторов позволяет дистанционно управлять мощными агрегатами при малых токах в цепи управления. Эти аппараты можно разделить на следующие группы.

1. По назначению – универсальные и специальные. Универсальные (или линейные) контакторы выпускаются без ориентации на какой-либо агрегат. Специальные, предназначены в качестве исполнительного элемента в определенной системе или в определенном комплектном устройстве.

2. По схеме контактов: одно-, двух-, и трехполюсные; включающие, отключающие и переключающие.

3. В зависимости от конструктивных особенностей универсальные контакторы делятся на серии.

Рис.3.19 . Коммутационное реле серии

1 – сердечник; 2 – обмотка ; 3 – панель ; 4 – клеммы; 5 – узел подвижных контактов ; 6 – якорь; 7 – колодка; 8 – пружина;

9 – регулировочный винт ; 10 – остов

Контакторы кратковременного режима работы (рис.3.20,а) выполняются с одной обмоткой . Контакторы длительного режима работы (рис. 3.20,б) выполняются с двумя обмотками: – пусковой и – удерживающий, соединенных последовательно или параллельно (рис. 3.20 в).

В момент включения, когда магнитный зазор большой, контакты замкнуты и в обмотке создается большая намагничивающая сила (н.с.). В конце хода якорь механически размыкает контакты , что приводит к увеличению сопротивления обмотки и значительному снижению ее н.с., которая сохраняется и во включенном состоянии электромагнита. Увеличение сопротивления при параллельном включении обмоток происходит вследствие отключения обмотки ; при последовательном – вследствие включения обмотки .

Каждая из этих схем позволяет уменьшить время срабатывания электромагнита и потребляемый им ток, что влечет уменьшение габаритов и массы электромагнита.

а)	б)
в)

Рис. 3.20 . Электрокинематические схемы контакторов:

а) контактор кратковременного режима; б) контактор длительного режима; в) схема включения обмоток контактора; 1,3,5 – клеммы;

2 – контактная пластина; 4 – корпус; 6 – наконечник; 7 – шток;

и – пружины; и – контакты; – сердечник;

– якорь

Масса при обеих схемах одинакова, но в схеме с последовательным соединением отсутствует замкнутый контур, что облегчает работу электромагнита и увеличивает его быстродействие.

Общие конструктивные особенности контакторов заключается в следующем. У всех контакторов магнитная система втяжного типа и выполнена из низкоуглеродистой стали. Корпус (рис. 3.20) имеет форму стакана и является магнитопроводом. Обмотка наматывается на гильзу из немагнитного материала (латунь, немагнитная сталь). Гильза служит направляющей для якоря .

После начала движения якоря , связанный с ним шток (из немагнитной стали) при помощи наконечника размыкает контакты , включая таким образом обмотку .

Главные контакты контакторов мостикового типа с двумя разрывами тока. Помимо основных могут быть и вспомогательные контакты или отводы , служащие для включения блокирующих средств или для подачи сигнала о включении контактора.

Возвратная и буферная пружины винтовые; первая из них расположена между якорем и сердечником; буферная пружина может быть ниже или выше контактной пластины .

В электрооборудовании танков применяются главным образом контакторы серии (рис.3.21) . В контакторе имеются магнитопровод с втягивающимся сердечником , обмотки и электромагнита и контакты .

Рис.3.21. Контактор

1 – неподвижные силовые контакты; 2 – подвижный контакт;

3 – шток; 4 – сердечник; 5 – удерживающая обмотка;

6 – втягивающая обмотка;7 – пластина вспомогательного контакта;

8 – возвратная пружина

Для уменьшения переноса металла контактов, увеличения тугоплавкости и механической твердости в контакторах этой серии контакты изготавливаются из серебра и окиси кадмия.

Разрыв тока контактами сопровождается искровым разрядом или возникновением электрической дуги. Под действием высокой температуры дуги контакты размягчаются или оплавляются. При малых токах частицы расплавленного металла переносятся вследствие прилипания, а также в процессе перемещения заряженных частиц от катода к аноду. В результате на одном из контактов появляются наросты в форме игл, а на другом углубление, называемые кратерами. При больших токах увеличивается нагрев поверхности контактов и между ними перемещается жидкий металл, часть которого испаряется.

Эрозия (перенесение частиц металл с одного контакта на другой) искажает форму контактов, способствует увеличению контактного сопротивления и нагрева. Это может привести к привариванию контактов.

Эрозия при постоянном токе больше, чем при переменном. Она увеличивается со снижением твердости материала и его температуры плавления.

Контакты изнашиваются и при замыкании электрической цепи вследствие подпрыгивания их под действием упругих сил нажатия. При этом создается короткая дуга, более опасная, чем длинная, так как она имеет меньшее сопротивление. При замыкании износу подвергается главным образом анод, бомбардируемый частицами катода.

Рис. 3.22. Схемы ускорения гашения дуги

Для уменьшения эрозии контактов танковой электроаппаратуры применяют схемные методы ускорения гашения дуги. Наиболее распространенные из них показаны на рис. 3.22. Они основаны на том, что электромагнитная энергия, накопленная в индуктивности цепи, расходуется не только на сопротивлении цепи , но и на добавочном резисторе , применяемом специально для гашения дуги (схемы и ). Электрическая энергия самоиндукции превращается в тепло. Однако наличие добавочного сопротивления увеличивает токовую нагрузку контактов и расход электроэнергии при замкнутом (см. схему ) или разомкнутом (см. схему ) состоянии контактов. Введение конденсатора (см. схему ) устраняет этот недостаток. В схеме используется диод , включенный навстречу рабочему току . При размыкании контактов ток самоиндукции не проходит через них, а проходит через диод.

Если размыкается индуктивность , расположенная вне аппарата, наиболее целесообразна схема . Уменьшить величину дуги позволяет и мостиковый контактный узел (схема ), в котором разрыв тока производится одновременно двумя парами контактов и , вследствие чего напряжение, приходящееся на каждую пару, уменьшается в два раза.

Магнитоуправляемые контакты (герконы). Магнитоуправляемый контакт изменяет состояние электрической цепи при воздействии управляющего магнитного потока на его элементы. В стеклянной колбе (рис. 3.23) помещены две пластины и , изготовленные из ферромагнитного материала.

Рис. 3.23. Магнитоуправляемые замыкающиеся контакты:

1, 3 – пластина; 2 – колба; 4 – обмотка

Когда по обмотке проходит магнитный поток , внутренняя его часть заставляет замкнуться контактирующие части пластин . Внешние части пластин являются клеммами. Пластины выполняют роль магнитопровода, пружины и электрических контактов. Контактирующие поверхности покрыты специальными контактными материалами. Колба заполнена инертным газом или в ней создано разрежение. Это улучшает условие гашения дуги и предотвращает окисление контактов.

а)

б)

Рис. 3.24. Магнитоуправляемые размыкающиеся (а) и переключающие (б) контакты: 1,3, 4 – пластины; 2 – колба

При параллельном расположении контактных пластин и (рис. 3.24,а) и продольном направлении управляющего магнитного потока (обмотка не показана) намагниченность обеих пластин имеет одноименную полярность, и концы их расходятся. Так получаются размыкающиеся контакты. Если к этой конструкции добавить еще одну пластину (рис. 3.24, б) образуются переключающиеся контакты.

Магнитоуправляемые контакты герметичны. Они обладают высокой надежностью длительным сроком службы. К их преимуществам относятся также: малая себестоимость, высокая стабильность переходного сопротивления контактов и взрывобезопасность.

Недостатками магнитоуправляемых контактов являются малое число контактных групп в одной колбе и малая величина коммутируемого тока.

Микровыключатели. Мгновенность срабатывания микровыключателей обеспечивается плоской бронзовой пружиной, служащей также в качестве токоподводящей пластины для подвижных контактов. По кинематике этой пластины микровыключатели можно разделить на две группы: у первой – переключается одна пара контактов, у второй – две пары. Благодаря двум местам разрыва тока уменьшается электрическая дуга и микровыключатели второй группы имеют меньшие габариты.

К первой группе относятся микровыключатели типов и .

Кинематическая схема микровыключателя типа показана на рис.3.25.

Рис. 3.25. Кинематическая схема микровыключателя

1,2 – пластины; 3 – пружина; 4 – подвижные контакты; 5,6 – неподвижные контакты; 7 – кнопка; 8,9,10 – клеммы

Неподвижные контакты и этого аппарата приклепаны к пластинам, другие концы которых являются клеммами. Третья (общая схема) клемма имеется на неподвижной пластине . В ее паз упирается нижний заостренный конец пластины , второй конец которой упирается в кнопку . Бронзовая пружина плоская. На одном ее конце приклепаны подвижные контакты ; другой конец имеет два лепестка. Один из них напряжен, упираясь в точке ; последняя (положение ) находится выше точки : сила упругости пружины направлена вверх и прижимает подвижный контакт к неподвижному .

При нажатии на кнопку (положение ) пластина опускается и, тогда точка становится ниже точки , изменится знак силы и ее вертикальной составляющей , При этом контакт замкнется с контактом .

Если отпустить кнопку , контакт под влиянием пружины возвратится в исходное положение.

На рис.3.26 показан микровыключатель типа , относящийся ко второй группе. Он имеет четыре неподвижных контакта , которые приклепаны к клеммам , вставленным в прорези пластмассового корпуса , и подвижную систему с двумя серебряными контактами . Последние приклепаны к плоской бронзовой пружине , внутри которой выштампованы два лепестка и . В их зазор вставляется штырь так, что на концах пружины образуется сила под действием которой контакты замкнуты с нижними неподвижными контактами .

При нажатии на кнопку она перемещает вниз концы лепестков и . Когда последние окажутся ниже плоскости пружины , на ее концах возникает усилие, направленное вверх, и подвижные контакты замкнутся с неподвижными верхними. При этом возвратная пружина сжимается.

Если отпустить кнопку, пружина поднимет ее вверх и восстановится исходное положение, показанное на рис. 3.26.

Микропереключатели такого типа широко применяются в датчиках .