6.7. Рубильники и ререключатели

Рубильник – это коммутирующий аппарат ручного управления с рычажным механическим приводом без самовозврата. Рубильники различных типов применяются для отключения силовых цепей с созданием видимого разрыва цепи. Их устанавливают на панелях распределительных щитов, в шкафах и ящиках. Диапазон номинальных токов от несколько десятков до нескольких тысяч ампер.

В контактной системе рубильника предусматривают от одного до трех врубных контактов. По количеству контактов рубильники называют соответственно однополюсными, двухполюсными и трехполюсными. Обозначение рубильника на электрической схеме приведено на рис. 6.12.

Рычажная рукоятка рубильника имеет два фиксированных положения: «включено» (верхнее положение рукоятки) и «отключено» (нижнее или горизонтальное положе­ние рукоятки). Цепь замкнута контактом только при верхнем положении рукоятки. Рубильник включают мускульным усилием, поворачивая рукоятку вверх, отключают также мускульным усилием, поворачивая рукоятку вниз.

Наиболее ответственной является операция отклю­чения рубильника, когда разрывается цепь электрического тока и между размыкающимися контактными деталями возникает электрическая дуга. Для быстрого гашения дуги в каждом полюсе рубильника обычно предусматривается так называемый моментный нож с отключающей пружиной. Она обеспечивает мгновенное размыкание контактов, независимо от скорости перемещения рукоят­ки рубильника. В некоторых случаях рубильник комплектуют дуго-гасительной камерой или дугогасительной решеткой.

Рубильник, в котором не предусмотрено специальное устройство гашения электрической дуги, называют разъединителем. Он предназначен для отключения цепи без тока.

Аналогичный рубильнику аппарат с тремя позициями рукоятки называют рубящим переключателем [3]. На рис. 5.13 приведен пример обозначения на электрической схеме двухполюсного переключателя.

Рубильники и рубящие переключатели выполняют открытого и водозащищенного исполнения.

Пере­ключатели применяют в схемах реверсирования двигателей, при пуске асинхронных двигателей методом переключения обмотки статора со «звезды» на «треугольник» и в других случаях, связан­ных с переключением электрических цепей.

Рубильники серий Р, РО, РП и рубящие переключатели серий П, ПО, ПП выпускают на токи от 100 до 1000 А при напряжении 220 и 440 В постоянного тока, 380 и 500 В переменного тока.

Аппараты указанных серий с дугогасительными камерами допускают отключение при токе нагрузки (в неиндуктивной цепи), равном по величине номинальному току аппарата при напряжении до 220 В. Отключение аппарата под нагрузкой при напряжении 500 В переменного тока и 440 В постоянного тока не допускается.

Пакетные выключатели и пакетные переключатели представляют собой коммутирующие аппараты ручного управления с пружинным приводом без самовозврата. Их применяют для коммутации цепей постоянного и переменного тока до 400 А в схемах распределительных устройств и систем автоматики, а также для пуска асинхронных двигателей небольшой мощности. Элементами такого выключателя являются «па­кеты», состоящие из системы неподвижных и подвижных контак­тных деталей с пружинным механизмом.

Все пакеты разделены друг от друга изоляци­онными прокладками и собраны в корпусе в единую конструкцию. Во внутренней полости пакетов находится механический привод с переключающей пружиной и подвижный контактный узел, который перемещается с помощью вала, общего для всех пакетов. На валу закреплена рукоятка, воспринимающая мускульное усилие человека. Поворот рукоятки и вала до определенной позиции (на 90^о или 120^о) передается пружинному механизму. Перемещение подвижных контактных деталей (контактных ножей) происходит практически мгновенно.

В положениях «вклю­чено» и «отключено» подвижный контактный узел фик­сируется с помощью переключающей пружины, которая предотвращает самопроизвольное перемещение подвижного узла (см. [1] п. 3.3). Подвижная контактная деталь – контактный нож, закреплен на изолированном валу привода. Контактный нож поворачивается вместе с валом. Количество ножей и, соответственно, количество коммутирующих контактов в выключателе до трех, в переключателе может быть больше трех. Неподвижные контактные детали выполнены из латуни и закреплены в кольцах. При размыкании контакта возникшая на нем электрическая дуга гасится в закрытой камере, в которой находятся газогенерирующие фибровые пластины.

Пакетные выключатели и переключатели серии ПВ и ПП изготавливают однополюсными, двухполюсными и трехполюсными в защищенном и герметичном исполнении. Количество контактов у переключателя не более семи. Номинальный постоянный ток от 10 до 400 А при напряжении 200 В, номинальный переменный ток от 6 до 250 А при напряжении 400 В.

Пакетные выключатели и переключатели имеют преимущества перед рубильниками: у них малые габариты, они имеют высокую вибростойкость и ударостойкость, электрическая дуга гасится в малом объеме без выброса пламени и газов, контактная система позволяет осуществлять управление большим количеством электрических цепей. Основной недостаток – быстрый износ контактного узла и механизма привода. Гарантированное количество операций «включить-выключить» при номинальных токах (I_ном) 100…400 А и напряжении 220 В обычно ограничено величиной 2500. Коммутационная способность при номинальном напряжении может достигать семикратного значения номинального тока аппарата.

7. Дистанционно управляемые тормозные устройства и муфты

7.1. Общие сведения

В составе кинематической цепи механической части электроприводов иногда предусматриваются электромеханические устройства, с помощью которых осуществляется управление передачей энергии от двигателя до производственного механизма или в обратном направлении. К таким устройствам относятся дистанционно управляемые тормозы и муфты, способные управлять вращающим моментом на валу механической передачи. Как правило, в них используются электромагниты для создания необходимых управляющих усилий и обеспечения возможности дистанционного управления передачей энергии по силовой кинематической цепи КЦС (см.. п. 1.2, рис. 1.4).

Замедление вращения вала и фиксация его в неподвижном состоянии осуществляется с помощью тормозного устройства. Объединенные в одну конструкцию механический тормоз и электромагнит образуют электроаппарат, который называют электромагнитным тормозом. С помощью электромагнита тормоз создает тормозной момент М_Т на валу механической передачи, влияющий на угловую скорость вращения ω вала в соответствии с дифференциальным уравнением

, (7.1)

где М_Д – движущий момент, создаваемый двигателем электропривода; М_Н - момент нагрузки, создаваемый производственным механизмом; J - суммарный момент инерции частей кинематической цепи. Знак «+» в уравнении (7.1) соответствует случаю, когда направление действия момента М_Н совпадает с направлением момента М_Д. Для фиксации положения вала в состоянии покоя (ω=0, М_Д =0) момент М_Т должен иметь величину, достаточную для того, чтобы обеспечить выполнение равенства

М_Т = М_Н . (7.2)

С помощью муфты передается вращающий момент от ведущего вала до ведомого вала. В качестве дистанционно управляемых муфт наибольшее применение получили электромагнитные фрикционные муфты дисковые и порошковые, а также асинхронные муфты скольжения, аналогичные по принципу действия асинхронной электрической машине. Момент М_М, создаваемы муфтой, проявляет себя как движущий момент для ведомого вала и как тормозной момент для ведущего вала. Поэтому, если ведущий вал вращается с угловой скоростью ω₁ и ведомый вал вращается со скоростью ω₂ при действующем моменте М_Н нагрузки, то эти скорости в динамике удовлетворяют дифференциальным уравнениям

, (7.3)

, (7.4)

где М_Д - движущий момент, создаваемый электродвигателем; J₁ , J₂ - моменты инерции ведущей и ведомой частей.

Продолжительная работа фрикционной муфты в режиме управления скоростью ω₂ путем изменения момента М_М приводит к ее повышенному нагреву из-за трения фрикционных частей вследствие их проскальзывания (пробуксовки). Поэтому фрикционные муфты используют в кратковременных режимах включения и отключения. Они позволяют повысить быстродействие электропривода за счет снижения инерционности части кинематической цепи управляемой муфтой, так как J₂< J₁ + J₂ .

Асинхронные муфты скольжения не имеют фрикционных частей и поэтому не нагреваются так, как фрикционные муфты. Асинхронные муфты используют при длительных режимах управления скоростью вращения ω₂ ведомого вала. При этом ведущий вал вращается, как правило, с постоянной скоростью ω₁ за счет того, что двигатель электропривода работает в режиме источника скорости (может использоваться неуправляемый синхронный двигатель).