Пакетные выключатели и переключатели

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. п. 3.2.4, п. 3.2.5). 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.

Глава 9

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕДАТЧИКИ

Общие сведения

В этом разделе рассматриваются аппараты, которые относят к информационным устройствам электроприводов и систем автоматики. Измерительные преобразователи и датчики используются в системах управления для получения информации по обратным связям о результатах управления, а также о внешней среде.

Измерительный преобразователь³⁴ – это техническое устройство, которое применяют для преобразования некоторой физической величины (силы, давления, температуры и т. д.) в другую функционально с ней связанную физическую величину (электрическое сопротивление, угол поворота, электрическое напряжение или др.). Выполняемое преобразование в статике отображается характеристикой управления преобразователя (см. п. 1.6.3, п. 1.6.4).

Если исходная физическая величина х подвергается последовательным преобразованиям несколькими измерительными преобразователями, то характеристику управления можно представить в виде сложной функции. Например, давление преобразуется в перемещение у с помощью мембраны, а перемещение у центра мембраны с помощью резистора преобразуется в электрическое сопротивление R . В этом случае характеристика управления может быть представлена двумя функциями у = f(x), R = φ(y) или одной сложной функцией R= φ[f(x)] = ψ(x).

Первое преобразование входного воздействия выполняет первичный измерительный преобразователь. Его называют также чувствительным элементом. В приведенном выше примере мембрана – чувствительный элемент. Мембрана преобразует давление, действующее на нее, в перемещение центра мембраны. Обычно следующим преобразователем перемещение преобразуется в электрический сигнал.

Датчик³⁵ представляет собой совокупность конструктивно и функционально объединенных измерительных преобразователей, формирующих на выходе удобный для использования сигнал. Датчик, на выходе которого сигналоносителем является электрическое напряжение или ток, относится к электрическим датчикам. Именно такие электрические датчики рассматриваются в этом разделе.

Представим электрический датчик структурной схемой (рис. 9.1).

На схеме рис. 9.1 выделены: первичный измерительный преобразователь (ИП1) и преобразователь (ИП2), выходная переменная которого электрическая величина (сопротивление R или, быть может, индуктивность, или емкость), вносимая в электрическую цепь измерения (ЭЦИ). ИП1 и ИП2 в совокупности являются измерительным преобразователем (ИПД) электрического датчика (Д). ИПД и Д выделены соответственно пунктирной и штрих-пунктирной линиями. Датчик Д является составной частью канала связи источника информации (ИИ) с приемником информации (ПИ). Выходной сигнал датчика – электрическое напряжение u(или ток) создается путем модуляции³⁶ выходным сигналом ИПД (например, изменяющимся сопротивлениемR) напряжения U_ИН питания ЭЦИ от стабильного источника электрической энергии (обычно источника напряжения ИН). ИПД в схеме на рис. 9.1 выполняет функцию модулятора процесса передачи энергии от ИН к ПИ.

По роду выходного электрическогосигнала измерительные преобразователи ИПД разделяют на параметрические и генераторные. Согласно такой классификации к первой группе относятся преобразователи, формирующие выходную физическую величину в виде активного сопротивления, индуктивности или емкости. В составе этой группы реостатные преобразователи, терморезистивные, тензорезистивные, индуктивные, емкостные и др. преобразователи. К генераторным преобразователям второй группы относятся такие преобразователи, выходным сигналом которых является электродвижущая сила. Примером служат индукционные преобразователи и тахогенераторы. Для генераторного ИПД источник энергии ИН может отсутствовать.

В состав электрического датчика могут входить функциональные устройства, обеспечивающие гальваническую развязку электрических цепей, усиление электрических сигналов, кодирование информации и др.

В зависимости от входного сигнала электрические датчики разделяют на:

• датчики положения (линейного или углового), у которых электрический сигнал на выходе соответствует координате положения некоторого объекта, например, углу поворота вала;

• датчики скорости (линейной или угловой), например, скорости вращения ротора электродвигателя;

• датчики тока;

• датчики напряжения и др.

В некоторых случаях датчик может рассматриваться как составная часть электроаппарата. В частности, некоторые аппараты ручного управления имеют в своем составе датчик положения, входной сигнал которого формируется органом ручного управления. Например, с помощью потенциометрического датчика (см. п. 9.2) угол поворота рукоятки управления преобразуется в пропорциональное этому углу электрическое напряжение.

На рис. 9.2 приведены временные диаграммы, отображающие преобразование входного сигнала x в выходной сигнал u датчиками разных типов.

С помощью электрического датчика с аналоговым выходом (рис. 9.2а) входная физическая величина x в каждый текущий момент времени t преобразуется в выходную электрическую величину u (например, напряжение). К характеристике управления (см. п. 1.6.3) обычно предъявляется требование, чтобы она представляла собой линейную функцию (см. п. 1.6.2) – линейную зависимость выходной величины от входной величины, например,u=kx , где k - постоянная величина (коэффициент преобразования).

Электрические датчики с дискретным выходом осуществляют квантование входного сигнала x по времени (рис. 9.2б) или/и квантование по уровню (рис. 9.2в). Как правило, шаги квантования Δt по времени и Δx по уровню фиксированы, т.е. имеют определенное неизменное для датчика значение. Выходной сигнал u представляет собой кусочно-постоянную функцию времени. Значения этой функции могут быть выражены двоичным кодом, а выходной сигнал может быть передан датчиком по нескольким выходам, на каждом из которых действует сигнал с двумя возможными значениями. Одному значению приписывают логический 0, другому – логическую 1. Например, для некоторых нормированных двоичных сигналов значению напряжения в пределах от 0 до 2В приписывают логический 0, а значению напряжения в пределах от 6 до 10 В приписывают логическую 1. В приведенном на рис. 9.2в примере по выходу u⁰ передается двоичный сигнал - нулевой разряд кода целого числа К. Это число равно количеству шагов квантования по уровню, когда Δx^.К ≤ x<Δx^.(К+1). По выходу u¹ передается двоичный сигнал - первый разряд кода и т.д.. Датчик, осуществляющий преобразование аналог-код - это датчик с цифровым выходом.

Элемент на рис. 9.2д отображает датчик с аналоговым выходом, а также с выходом, полученным в результате квантования входного сигнала. Элемент на рис. 9.2е – датчик с цифровым выходом. Количество физических выходов (линий электрической связи) у цифрового датчика обычно больше двух. Оно определяется количеством разрядов выбранного кода.

Частным случаем (рис. 9.2г) является цифровой выход, содержащий одноразрядный код значений x типа «больше» или «меньше» заданной величины(рис. 9.2д). Датчик с таким выходом называют позиционным датчиком. К позиционным датчикам можно отнести разнообразные электромеханические и электронные реле, у которых коэффициент возврата (см. п.3.4.4) равен единице.

Датчики положения