 |
Рис. 16. 3. Контроллер: а – барабанный, б – кулачковый. Рис. 16. 4 Контактор
|
|
|
|
Рис. 16. 3. Контроллер: а – барабанный, б – кулачковый. Рис. 16. 4 Контактор
Вал контроллера снабжается фиксатором (1), обеспечивающим ему несколько фиксированных положений. Кулачковые контроллеры совершеннее барабанных. Переключения в силовых цепях с помощью контроллеров требует от оператора значительных физических усилий. Поэтому в установках с частыми переключениями для этой цели используются контакторы. Принцип действия их основан на использовании в управлении силовыми контактами электромагнитной системы. Конструкция контактора приведена на рис. 16. 4, более подробно работу контакторов рассмотрим ниже.
16. 2. Электрические контакты
Наиболее ответственным элементом выключателей, кнопок и многих других электрических аппаратов являются электрические контакты.
От работы контактов зависят срок службы электрического аппарата, его надежность. В месте электрического контакта соприкасаются два проводника, и возникает переходное сопротивление RK. Переходное сопротивление зависит от размеров и материала контактов, от шероховатости поверхности. Соприкосновение контактов происходит не по всей поверхности, а по вершинам микронеровностей, которые всегда имеются на поверхности деталей. Если контакты сильно сжать, то микронеровности сминаются, площадь контакта увеличивается и переходное сопротивление уменьшается.
Многие материалы (например, медь) на воздухе покрываются слоем окиси, которая плохо проводит электрический ток. Контакты, покрытые слоем окиси, могут быть замкнуты, но переходное сопротивление контактной пары будет столь велико, что цепь тока практически окажется разомкнутой.
|
|
|
Есть и еще обстоятельство, связанное с переходным сопротивлением. Чем больше переходное сопротивление, тем больше нагреваются контакты. В критическом случае нагрев может быть так велик, что произойдет сваривание контактов. Ясно, что для правильной работы контактов необходимо, чтобы переходное сопротивление контактов было по возможности малым. Для этого подбирают материал, форму контактов и сжимают контакты специальной пружиной. Когда контакты замкнуты, происходят сложные физические и химические процессы.
Наиболее тяжелый режим – это размыкание контактов. Когда контакты размыкаются, между ними возникает электрическая дуга (рис. 16. 5). Дуга продолжает замыкать цепь тока, оборудование не отключается от сети. Это может привести к аварии. Кроме того, под действием электрической дуги контакты «обгорают», быстро изнашиваются и выходят из строя.
Интенсивность дуги и время ее горения зависят от электромагнитной энергии, запасенной в цепи. Чем больше индуктивность цепи, тем больше дуга. Электрическая дуга между контактами существует до тех пор, пока вся электромагнитная энергия не перейдет в тепло.
Рис. 16. 5
Чтобы уменьшить дугу, в цепь включают дополнительный резистор. Тогда часть электромагнитной энергии переходит в тепло в этом резисторе, и дуга гаснет быстрее. Кроме того, увеличивают расстояние между контактами, а в мощных аппаратах применяют специальные меры дугогашения.
Особенно опасна электрическая дуга в цепях постоянного тока. В цепях переменного тока дуга гаснет, когда ток проходит через ноль. Однако при определенных условиях дуга может вновь загореться в следующий полупериод.
Лучшими проводящими материалами являются серебро, медь, алюминий. Первые два материала применяют и для электрических контактов. Алюминиевые контакты не применяют, так как плотная пленка окиси алюминия плохо проводит ток.
|
|
|
Серебряные контакты применяют в маломощных устройствах. Кроме того, в небольших и ответственных контактных электрических аппаратах используют золото, платину и другие драгоценные материалы. Однако наиболее распространенным материалом контактов является медь. Часто медные контакты облагораживают, снабжают металлокерамическими накладками. Такие контакты лучше противостоят высоким температурам и меньше изнашиваются.
16. 3. Электромагниты
Катушка с железным (правильнее, стальным) разомкнутым сердечником образует электромагнит. Простейший электромагнит изображен на рис. 16. 6.
Рис. 16. 6. Электромагнит
Ток в катушке образует магнитный поток. Этот поток проходит по сердечнику и замыкается через его подвижную часть, которую называют якорем. Якорь намагничивается и притягивается к сердечнику. Если ток в катушке прерывается, якорь отпадает от сердечника под действием собственной тяжести или специальной возвратной пружины. Якорь магнита, изображенного на рис. 16. 6, поворачивается на оси. Такой электромагнит называют электромагнитом клапанного типа. Существуют прямоходовые электромагниты, в которых якорь движется поступательно. Сконструированы также электромагниты со сложным движением якоря. Электромагниты используют в электротехнике очень широко. Школьный звонок и звонок телефона – это электромагнитные механизмы. Существуют электромагнитные тормоза, электромагнитные муфты. Точные электромагниты используют в измерительной технике. Очень сильные электромагниты применяют в физических экспериментах. Если в электромагните убрать якорь, то его можно применять для подъема ферромагнитных предметов. Такие магниты (их называют подъемными) работают на металлургических заводах, поднимают металлолом и другие детали.
Электромагнит, о котором мы говорили, работает на постоянном токе. Если же обмотку включить на переменный ток, то сила тяги также станет переменной. Из наших формул видно, что сила тяги пропорциональна квадрату тока, поэтому и в положительный, и в отрицательный полупериод сила тяги будет положительной, т. е. направлена она будет в одну и ту же сторону. Якорь будет притягиваться к сердечнику. Однако величина силы тяги изменяется в больших пределах и в тот момент, когда ток проходит через нуль и сила тяги равна нулю. Якорь будет то притягиваться, то отпадать. Мы получим вибратор. Интересно, что частота вибрации якоря вдвое превышает частоту сети. Если сеть имеет частоту 50 Гц, то колебания якоря будут происходить с частотой 100 Гц.
|
|
|
Вибраторы находят в технике самое широкое распространение, поэтому амплитуду колебаний якоря часто стараются увеличить, создать колебательную систему.
Подумаем о том, как сделать силу тяги постоянной при питании обмотки электромагнита переменным током. Одно решение напрашивается само: нужно применить выпрямитель (рис. 16. 7, а).
а б
Рис. 16. 7
Тогда обмотка электромагнита будет питаться выпрямленным током, который имеет постоянную и переменную составляющие. Если индуктивность обмотки электромагнита достаточно велика, то переменная составляющая тока окажется малой и вибрации якоря исчезнут.
Другое решение требует переделки сердечника электромагнита (рис. 16. 7, б) в торце сердечника, т. е. на его полюсе, делают пропил, в который вставляют демпферный виток. Это – замкнутая медная шайба, сопротивление которой очень мало.
Общий магнитный поток сердечника Ф0 можно разделить на две части. Один поток (Ф0 минует демпферный виток, а второй (Ф2) проходит через него. Переменный поток Ф2 наводит в демпферном витке ЭДС. Под действием этой ЭДС в витке возникает большой ток IK, который также создает свой магнитный поток Фк.
Все дело заключается в том, что ЭДС отстает от магнитного потока Ф2 на четверть периода, а ток IK и поток Фк практически совпадают с ЭДС по фазе.
Это приводит к тому, что в тот момент, когда основной магнитный поток Ф0 проходит через нуль, поток Фк отличен от нуля и удерживает якорь электромагнита в притянутом положении.
Очень мощные электромагниты имеют трехфазную обмотку, расположенную на трех сердечниках. Токи в обмотках сдвинуты по фазе на 1/3 периода. Этого достаточно, чтобы постоянно удерживать якорь электромагнита в притянутом положении.
|
|
|
