3.7. Биметаллические автоматы защиты

Автоматы защиты сети одновременно с защитой электросети от перегрузок и коротких замыканий выполняют функции выключателей.

Биметаллический автомат защиты состоит из чувствительного элемента (биметаллической пластины), промежуточного кинематического механизма и контактного устройства.

В основу принципа действия автоматов защиты положен процесс деформации (изгиба) биметаллической пластины при ее нагреве, Биметаллический элемент выполняется из двух сваренных металлических пластин с различными температурными коэффициентами линейного расширения. Материалом для пластин с небольшим коэффициентом линейного расширения обычно служит инвар, для пластин с большим коэффициентом линейного расширения - немагнитная сталь, никель, константан и другие сплавы. Величина прогиба биметаллического элемента при нагреве определяется температурой, зависящей в свою очередь от величины и длительности прохождения тока. Если прогиб пластинки произойдет определенную величину, то промежуточный кинематический механизм, воздействуя на контактное устройство, разрывает цепь защищаемого объекта. Таким образом, время срабатывания автомата является функцией тока, Эта зависимость, как указывалось выше, называется ампер-секундной характеристикой.

По типу кинематической схемы промежуточного механизма автомата защиты делятся на автоматы со свободным расцеплением органа управления и. контактной системы и автоматы защиты без свободного расцепления органа управления и контактной системы. Автомат защиты со свободным расцеплением срабатывает независимо от того, придерживают ли рукоятку во включенном положении, и повторное включение возможно лишь после охлаждения биметаллического элемента до определенной температуры.

Автоматы защиты без свободного расцепления позволяют принудительно удерживать контакты в замкнутом состоянии не­зависимо от величины тока, протекающего через автомат.

В настоящее время на летательных аппаратах применяются автоматы защиты серий АЗС, АЗСГ, АЭС ПС, АЗР, ЛЭРГ, АЗРПС. АЗФ1, АЗФ1К, АЗ3 и дистанционные автоматы защиты АЗДЗ.

Буквы в обозначении типа автомата расшифровываются так: А - автомат, 3 - защиты, С - без свободного расцепления, Р -со свободным расцеплением, Г- герметичный, К - предназначен для кабин с красным цветом, Ф - предназначен для цепей переменного тока, Д - дистанционный. Цифры в конце означит номинальный ток автомата.

Автоматы серии АЗС с ручным включением и ручным и автоматическим (с помощью биметаллического расцепмтеля) отключением, без свободного расцепления (рис. 3.9,а ) выполняются на номинальные токи от 2 до 50а. По кинематической схеме все автоматы АЗС одинаковы и отличаются лишь параметрами чувствительных элементов. В этом автомате биметаллический элемент 3 имеет форму пластинки, включенной последовательно с контактами 1-2. Механизм автомата удерживается в положении "Включено" стопором. При нагреве током выше допустимого биметаллическая пластина прогибается вниз и освобождает стопор. Каретка 10 под действием пружины 11 перемещается влево и переводит рукоятку 8 вправо, контакты 1-2 размыкаются и цепь разрывается. Фиксатор 9 удерживает контакты в разомкнутом положении. В электрическую цепь автомат включается при помощи винтовых зажимов 5 и 6.

Рис.3.9 Биметаллические автоматы зашиты;

а - серии АЗС; б - серии АЗР(автоматы защиты С-без свободного расцепления, Р-с ручным)

Автоматы серии АЗР с ручным включением и ручным и автома­тическим (с помощью биметаллического расцепления) отключением со свободным расцеплением (рис. 3.9,б) выполняются на номинальные токи от 6 до 150а. Работает автомат следующим образом. Биметаллическая П - образная пластина 3, деформируясь при перегрузках прогибается вверх и нажимает на винт 22 со стеклянным шариком, связанным с запорным рычагом 18 . Последний освобождает рычаг запирающего механизма 14, который поворачивается под действием пружины 15, и палец 19 свободно перемещается вдоль паза рычат 14. Пружина 15 перестает давить на подвижные кок такты - 17 , а под действием возвратной пружины -16 подвижные контакты отбрасываются вправо и рукоятка 13 перекидывается в положение "Выключено". До тех пор, пока биметаллическая пластина не охладится до определенной температуры, рычаг 14 не будет стопориться с запорным рычагом 18, а следовательно; принудительное включение автомата будет невозможным. Наличие механизма свободного расцепления обусловило применение авто­матов АЗР для защиты участков сети и потребителей, расположенных во взрывоопасных и пожароопасных местах летательных аппаратов, где опасно удерживать автомат во включенном состоянии. Основным преимуществом этих автоматов, по сравнении с АЗС, при отключении токов короткого замыкания является высокая раз­рывная способность, обусловленная двойным разрывом электричес­кой цепи.

Герметичные автоматы защиты сети сери АЗРГ и АЗСГ на токи свыше 20а, выполняются с тремя видами расцепления: руч­ным, автоматическим с помощью биметаллического расцепления и автоматическим с помощью электромагнитного расцепления (элекгромагнитная отсечка),

В конструкции этих автоматов очень много общего, поэтому достаточно рассмотреть один из них. На рис. 2.6 показана конс­трукция автомата АЗРГ с тремя видами расцепления, т.е. с ком­бинированным расцеплением. Автомат состоит из верхнего и нижне­го узлов. Верхний узел содержат включающий механизм (детали 5, 7,10,11) с подвижными контактами 20, связанными со скобой 4 и узел уплотнения (детали 6, 8 и 9). Нижний узел содержит биметаллическое устройство - компенсатор 14 и пластина 19, электромагнитное устройство (детали 15, 16 и 18), расцепитель 13 и выводы 1 17.

рис, 3.10 Конструкция автомата АЗРГ:

1,17 - клеммы; 2 - корпус нижнего узла; 3 - корпус верхнего узла; 4 - скоба;5 - собачка;6 - крышка; 7 - ручка; 8- фторопластовое уплотнение; 9 - резиновое кольцо, 10 - ось; 11 - защелка; 12 - возвратная пружина; 13 - расцепитель; 14 - температурный компенсатор; 15 - ярмо; 16 – магнит, 18 - якорь электромагнита; 19 - биметаллическая•пластина; 20 - подвижные контакты.

Включение автомата производится перемещением ручки до упора. При этом основная пружина сжимается, и пройдя нейтральное положение разжимается и поворачивает скобу 4 с подвижными контактами до замыкания с неподвижными. Система при .этом остается во включенном положении -ввиду зацепления зуба собачки 5 с защелкой 11.

Автоматическое отклонение с помощью биметаллического расцепителя. При токах перегрузки биметаллическая пластины 19, по которой протекает ток, изгибается вверх и воздействует на температурный компенсатор 14. Температурный компенсатор поворачивается против часовой стрелки и через расцепитель поворачивает защелку 11 выводя ее из зацепления с зубом собачки 5.

Собачка, освобождаясь от упора защелки, поворачивается по часовой стрелке пружиной кручения, при этом скоба 4 скользит по пазу собачки. Под действием пружины контакты размыкаются цепь. Одновременно ручка 7 штоком переводится в положение "Отключено". Температурный компенсатор представляет собой биметаллический элемент не обтекаемый током, температурные деформации которого компенсируют прогиб основной биметаллической пластины, вызванной изменением температуры окружающей среды.

Автоматическое отключение с помощью электромагнитного расцепления предназначено для защиты биметаллического расцепителя и контактов автомата от значительных токовых перегрузок и токов короткого замыкания. Эта электромагнитная отсечка предусмотрена в автоматах защиты на номинальные токи 20-150а. При протекании в цепи автомата токов порядка (8-15)I_н якорь 18 притягивается к ярму 15 и через расцепитель выводит защелку из зацепления с собачкой. Дальнейший процесс отключения происходит аналогично описанному выше.

Автоматы без свободного расцепления АЗСГ (АЗСГК) конструктивно отличаются от автоматов со свободным расцеплением АЗРГ (АЗРГК) только одной деталью - рычагом запирающего механизма (собачкой).

Биметаллические автоматы защиты АЗФ1, АЗФ1К, АЭ3, АЭ3К используется в сетях переменного тока. Первые два автомата выполняются на токи 2 - 50а и устанавливаются в цепях однофазного переменного тока с напряжением до 220 В частотой 400 +/-10 % Гц. Эти автоматы выполнены без свободного расцепления. Автоматы АЭФ1 и АЗФ1К изготовляются в трех незначительно отличающихся друг от друга исполнениях и характеризуются наличием либо биметаллического расцепителя с тормозом, либо биметаллического расцепителя без тормоза, либо комбинированного биметаллического расцепителя без тормоза с электромагнитным расцепителем. Например, автомат АЗФ1.-2, кроме основного биметаллического элемента, имеет биметаллический "тормоз", не обтекаемый током. Назначение "тормоза" - увеличение времени срабатывания автомата при прохождения через него пусковых токов, что обеспечивает надежность запуска электродвигателей. При малых кратностях тока биметаллический "тормоз" успевает нагреваться теплом основного биметаллического элемента и прогибается одновременно с ним. При больших - не успевает и оказывает тормозящее действие на основной биметаллический элемент, чем и достигается необходимое увеличение времени срабатывания автомата.

Автоматы АЗ3 и АЗ3К выполняются на токи от 2 до 150а и используются в цепях трехфазного переменного тока напряжением до 220В с частотой 400+/-10% Гц. В процессе эксплуатации может быть при вида отключения, как указано выше. В нижнем корпусе находятся только три пары контактов в изолированных друг от друга камерах. У всех автоматов, предназначенных для защиты сетей переменного тока, увеличен зазор между контактами при разрыве цепи и изолирована рукоятка управления от металлической крышки корпуса.

Дистанционные автоматы защиты серии АЗДЗ предназначены для защиты силовых электрических сетей. Устройство их аналогично вышеописанным автоматам; также в процессе эксплуатации возможны -три вида отключения. Однако конструкция автомата не обеспечивает непосредственного разрыва защищаемой электрической це­пи при перегрузках или коротком замыкании. Эту функцию выполняют контакторы, сигнал на них поступает с автомата защиты при его срабатывании через вспомогательные контакты и выводы.