Конструктивне виконання вимикача

Загальна будова вимикача VM1S-10 подана на рисунку 1.1. Даний виріб складається з трьох полюсів 1 та рами з приводом 2. Полюси вимикача кінематично з’єднані з електромагнітом привода через основний вал та ізоляційні тяги.

На рамі вимикача встановлений лічильник ходів 3, який з’єднаний пружиною з основним валом та вилки рознять для під’єднання вторинних кіл 6.

Положення контактів апарата можна візуально визначити у вікні відповідного вказівника 4.

При потребі операцію вимикання можна здійснити за допомогою спеціального важеля, який вставляється у вікно для ручного вимикання вимикача 5.

 

Неструмопровідні елементи вимикача повинні бути обов’язково заземленими, тому на рамі передбачений заземлюючий болт 7.

 

1.3 Будова полюса та принцип гасіння дуги

 

Кожен полюс складається з вузлів і деталей показаних на рис.1.2, а саме:
ізоляційного корпуса 1, вакуумної камери 2 (далі ВДК), гнучкого зв’язку 3, верхнього 4 і нижнього контактів 5 і тяги 6.

Тяга полюса складається з ізоляційної частини і вставки з набором тарілкоподібних пружин підтиску 7. Тарілкоподібні пружини забезпечують додатковий підтиск торцевих контактів ВДК. Зусилля пружин підтиску в увімкненому положенні вимикача складає 1200 Н.

Під час розмикання контактів у вакуумній дугогасній камері виникає електрична дуга. Напруга на дузі не перевищує кількох десятків вольт. Під час зменшення струму до величини близької нулю (струм зрізу) дуга за короткий проміжок часу (приблизно 10^-5с) гасне. Завдяки високій електричній міцності вакууму (приблизно 30 кВ/ мм) гарантоване вимикання відбувається, якщо відстань між контактами більше 1мм, а струм зменшився до величини струму зрізу.

 

1.4 Будова і принцип дії привода вимикача

 

Привод даного апарата – багато-функціональний електромагніт, який виконує наступні функцції:

- забезпечує надійне і стабільне ввімкнення вимикача з нормованими параметрами;

- забезпечує надійне і стабільне вимикання вимикача з нормованими параметрами,
без пружини вимикання;

- надійно фіксує вимикач за допомогою „магнітної защіпки” в обох крайніх положеннях: „Вимкнено” і „Ввімкнено”;

- забезпечує ручне нормоване вимикання.

Основні характеристики привода подані в таблиці 1.2.

Таблиця 1.2 – Параметри привода вимикача та кіл керування

Назва параметру	Значення
1. Номінальна напруга кола електромагніта (YAT, YAC), B: - при змінному струмі; - при постійному струмі.
2. Номінальна напруга кіл керування, В: - при змінному струмі; - при постійному струмі.	127; 220 110; 220
3. Струм споживання кола електромагніта А, не більше: - при ввімкненні (YAC) протягом 80 мс; - при вимиканні (YAT) протягом 40 мс;
4. Струм спрацювання кіл вимикання для схем з дешунтуванням (реле КСА), А	3; 5
5. Струм споживання кіл ввімкнення (KM), вимикання (КСТ), вимикання від незалежного живлення (KCV), А, не більше, при: - постійній напрузі 110 В; - змінній напрузі 127 В; - постійній і змінній напрузі 220 В.	1,5
6. Діапазон робочих напруг кола електромагніта (YAT, YAC) у відсотках від номінальної напруги: змінного або випрямленого струму; постійного струму.	80-110 85-110
7. Діапазон робочих напруг в колах керування у відсотках від номінальної напруги: - кола увімкнення (контактора KM); - кіл вимикання (реле КСТ) і вимикання від незалежного джерела живлення (реле KCV): змінного струму або випрямленого струму; постійного струму.	85-110     65-120 70-110

Будова електромагніта зображена на рисунку 1.3. Він складається з котушки увімкнення 1, котушки вимикання 2, пластин магнітопроводу 3, опорних пластин 20...23, якоря 5, постійних магнітів 6, вставки увімкнення 7 і вимикання 8, серг 9, стійки 10, осі 11, пальців 12, проміжного вала 13, підшипників 14, роликів 15, механізму ручного вимикання 16 і механізму блокування ввімкнення вимикача 17.

Постійні магніти 6 утримують вимикач у крайніх положеннях „Увімкнуто” і „Вимкнуто” за рахунок „магнітної защіпки”, а саме замикання магнітного кола увімкнення чи вимикання якорем 5 відповідно.

Електричні дані котушок ввімкнення та вимикання подані в табл.1.3.

Таблиця 1.3 Параметри котушок електромагніта

Номінальна напруга	Назва котушки	Діаметр проводу, мм	Кількість витків	Опір, мкОм
	Вмикання Вимикання	0,8 0,8		13,0±1,3 7,5±0,7

 

Механізм блокування 17 виконує функцію блокування увімкнення вимикача. Він складається зі скоби, штока 18 і пружини, яка утримує шток в нижньому розблокованому положенні. В рамі вимикача є необхідний отвір навпроти штока. Якщо через вказаний отвір натиснути на шток і перемістити його у верхнє положення, то відбудеться механічне блокування вимикача, що утримує його в вимкненому положенні.

 

Робота вимикача

 

У вимкненому положенні вимикача контакти вакуумних дугогасних
камер 2 (рис.1.2) розімкнуті, якір електромагніта 5 (рис.1.3) утримується в крайньому вимкненому положенні за допомогою „магнітної защіпки”. У цьому положенні на якір діють сили: сила втягування трьох ВДК (атмосферний тиск) і сила тяги постійних магнітів, яка має протилежний напрям.

У вимкнутому положенні блок-контакти Q1, Q2, Q3 4 (рис. Д.2) переключені дією важелів основного вала і знаходяться у вільному стані, в крайньому верхньому положенні.

У ввімкненому положенні вимикача якір електромагніта утримується силою притягання постійного магніту, тобто „магнітною защіпкою”. У цьому випадку контакти ВДК замкнуті і підтиснуті через тарілкоподібні пружини підтиску 7 (рис. 1.2). В цьому положенні на якір діють такі сили: сила втягування ВДК, сила дії „магнітної защіпки”, а також сила тарілкоподібних пружин підтиску, яка має протилежний напрям. Результуюча сила втримання складає близько 800 Н.

Вимикач надійно фіксується в увімкненому положенні навіть за умови ударів і вібрацій. В увімкнутому положенні вимикача блок-контакти переключаються.

 

1.4.2 Ввімкнення

 

Для ввімкнення вимикача необхідно через котушку ввімкнення 1 (рис.1.3) пропустити постійний струм, при якому сила дії в магнітному колі увімкнення, не зважаючи на великий проміжок між якорем і магнітопроводом, перебільшать силу притягання постійними магнітами якоря в магнітному колі вимикання, де аналогічний проміжок відсутній.

Як тільки сила тяги досягне достатньої величини (величини зрушення), якір електромагніта 5 починає з прискоренням рухатись, що призводить до руху всю кінематичну ланку вимикача. Якір, вставкою 7, через проміжний вал 13 діє на тягу 4 (рис. Д.1). Тяга, зв’язана з основним валом 3, повертає його. При цьому ізоляційні тяги полюсів 6 (рис. 1.2), що закріплені на важелях основного вала, починають рухатися вверх. Після замикання контактів ВДК 2 пружини підтиску 7, встановлені в ізоляційних тягах, починають стискатися. Дотик якоря магнітопровода вказує, що вимикач увімкнуто і відбувається його фіксація в цьому положенні „магнітною защіпкою”. Чим меншим стає проміжок між якорем і магнітопроводом магнітного кола, тим більша сила тяги постійних магнітів.

Отже, увімкнення вимикача відбувається в результаті спільної дії магніторушійної сили котушки увімкнення зі струмом і дії постійних магнітів, що мають велику енергоємність. При цьому вказівник положення вимикача 16 (рис. Д.1) переміщається разом з якорем електромагніта і у вікні фасадної перегородки 12 з’являється напис „УВМ”.

 

Вимкнення

 

Для вимикання вимикача необхідно через котушку вимикання 2 (рис.1.3) електромагніта пропустити постійний струм у напрямку, при якому сила дії на якір перебільшить результуючу силу втримання „магнітної защіпки”. Сила втримання в увімкнутому положенні дорівнює різниці між силами притягання постійних магнітів, притягання ВДК трьох полюсів і силою трьох груп пружин підтиску полюсів вимикача (становить приблизно 800 Н).

Після цього, якір 5 електромагніта починає рухатись. На першій ділянці руху якоря (приблизно третя частина ходу) головні контакти ВДК 2 (рис.1.2) продовжують бути замкненими, а стиснуті тарілкоподібні пружини підтиску 7 розтискаються і, тим самим, забезпечують необхідну початкову швидкість головних контактів вимикача під час процесу гасіння дуги.

Після того, як пружини підтиску розтиснулися на максимальну величину ходу, починають розмикатися контакти ВДК і відбувається процес гасіння електричної дуги.

При цьому одночасно рухається проміжний вал, тяга, основний вал і ізоляційні тяги полюсів. Важелі на основному валу діють на штоки блок-контактів положення вимикача Q1, Q2 і Q3 і їх контакти змінюють положення.

Процес вимикання закінчується тим, що якір електромагніта замикає собою
магнітне коло вимикання електромагніта (рис.1.3) і, тим самим, чітко фіксує вимикач у вимкнутому положенні „магнітною защіпкою”, яку забезпечують постійні магніти електромагніта. Вказівник положення вимикача при цьому переміщується разом з якорем, і у вікні фасадної перегородки з’являється напис „ВИМ”.

 

Ручне вимкнення

 

Механізм ручного вимикання зображений на рис.1.3. Щоб увімкнений вимикач вимкнути за допомогою даного механізму, необхідно ввести у зачеплення важіль ручного вимикання з валом ручного вимикання 19 (рис.1.3) і повернути його проти годинникової стрілки. При цьому два кулачки вала повертаються до упору в ролики 15 вставки вимикання 8. Потім, при подальшому повороті важеля вимикання, відбувається стиснення пружини важеля, поки зусилля не перебільшить величину втримання „магнітної защіпки”. Після цього відбувається вимикання вимикача.

За рахунок наявності пружини на важелі операція вимикання відбувається плавно. Після розчеплення важеля підпружинений вал ручного вимикання 19 повертаєтся в початкове положення.

 

1.5 Принцип дії електричної схеми вимикача

 

Електрична принципова схема вимикача VM1S зображена на рисунку Д.3.

При нормальній експлуатації вимикача на проводи 3 і 4 завжди подається
напруга, забезпечуючи підзарядку конденсаторів С2...С6, а при відсутності напруги – діодний міст VD2...VD5 дає можливість довго зберігати на цих конденсаторах заряд, який використовується для вимикання вимикача.

Всі елементи схеми на рис. Д.3 відповідають вимкненому положенню вимикача. Команда „увімкнути” виконується подачею напруги на проводи 1 та 2.
Команда „вимкнути” виконується подачею напруги на проводи 9 і 10. Команда „вимкнути” від захисту виконується подачею напруги на проводи 5 і 6 або струму в кола 7 та 8, 13 і 14.

Живлення електромагніта YAC і зарядка конденсаторів С2...С6, енергія яких
використовується для живлення електромагніта YAT, здійснюється по колу 3-4.

 

1.5.1 Ввімкнення

 

При подачі в коло 1-2 в момент часу t₀ команди „увімкнути” спрацьовує контактор KM 10 (рис. Д.1) і в момент часу t₁ замикає свої контакти, пропускаючи струм через котушку увімкнення 1 YAC електромагніта (рис.1.3). Струм наростає і в момент часу t₂ якір 5 електромагніта починає з прискоренням рухатись, вмикаючи вимикач.

При цьому, внаслідок виникнення електрорушійної сили руху, струм в котушці увімкнення YAC досягає свого максимуму і починає зменшуватись. Одночасно через контакти KM йде розряд конденсатора С7 (якщо конденсатор не встиг саморозрядитися від часу попереднього ввімкнення вимикача). В момент часу t₃ замикаються контакти вакуумної камери. При подальшому русі електромагніт здійснює необхідний підтиск контактів вакуумної камери (близько 4 мм) через тарілкоподібні пружини, вмонтовані в тягу полюса. В момент часу t₄ магнітне коло електромагніта замикається і рух якоря припиняється, електрорушійна сила руху зникає й струм знову починає наростати.

Під час руху якоря блок-контакти перемикаються і живлення котушки контактора KM припиняється, але його розмикання проходить із затримкою, зумовленою шунтуючим колом R4-VD1. Розмикання контактів контактора наступає в момент часу t₅. Оскільки на конденсаторі С7 напруга дорівнює нулю, то контакти KM, зашунтовані конденсатором, розмикаються без дуги, що призводить до швидкого зменшення струму в котушці ввімкнення YAC. Струм припиняється в момент часу t₆.

Таким чином, процес ввімкнення завершений. Вимикач надійно фіксується в увімкненому положенні за допомогою „магнітної защіпки”.

Характер зміни фізичних величин при ввімкненні вимикача поданий на рисунку 1.4.

 

 

 

На рисунку 1.4 відображена зміна з часом наступних величин: i₁ – струму в котушці ввімкнення електромагніта; х – ходу контактів вакуумної дугогасної камери; d – ходу якоря електромагніта; U_C2…C6 – напруги на конденсаторах вимкнення.

 

Вимкнення

 

При подачі в коло 9-10, в момент часу t₇, команди „вимкнути” спрацьовує реле КСТ. При цьому воно через свій контакт вмикає вихідні реле KL1 і KL2 в момент часу t₈, які розряджають попередньо заряджені конденсатори С2...С6 на котушку вимикання YAT 2 (рис.1.3). Струм в котушці YAT наростає і, разом з тим, наростає сила, яка діє на якір і намагається зірвати його з „магнітної защіпки”. В момент часу t₉ якір під дією сили, що виникла внаслідок розряду конденсаторів, а також сили тарілкоподібних пружин підтиску, починає з прискоренням рухатись в напрямку вимикання вимикача. В момент часу t₁₀ розмикаються контакти вакуумної камери. В момент часу t₁₁ якір по інерції переходить в крайнє праве положення і надійно фіксується у вимкненому положенні за допомогою „магнітної защіпки”. Під час руху якоря перемикаються блок-контакти, живлення котушки КСТ припиняється і дане реле розмикає свої контакти. Після

цього припиняється живлення котушок реле КL1 і KL2 і їх контакти розмикають коло розрядки конденсаторів С2...С6 на котушку електромагніта YAT. Для покращення комутації контакт KL2 зашунтовано колом C11-VD8.

Вихідні реле KL1 і KL2 спрацьовують при подачі команди „вимкнути” з затримкою, яка зумовлена зарядом ємності С1. Дана затримка необхідна для того, щоб при вимиканні струмів короткого замикання відсотковий вміст аперіодичної складової не перевищував допустимої величини, а також, щоб забезпечити нормальну роботу вимикача в циклах ВО. Характер зміни фізичних величин при вимкненні вимикача поданий на рисунку 1.5.

На рисунку 1.5 відображена зміна з часом наступних величин: U_C2…C6 – напруги на конденсаторах вимкнення; i₂ – струму в котушці вимкнення електромагніта; х – ходу контактів вакуумної дугогасної камери; d – ходу якоря електромагніта.

Вимкнення вимикача може здійснюватися від реле незалежного живлення. При цьому команда „вимкнути” подається в коло 5-6. Спрацьовує реле KCV. Далі всі процеси відбуваються так, як описано в п. 1.5.2.

Можливе вимкнення вимикача від реле КСА при живленні від трансформаторів струму по схемі з дешунтуванням. При подачі команди „вимкнути” в коло 7-8 (або, аналогічно, в коло 13-14) змінний струм замикається, в основному, через зустрічно-паралельно з’єднані силові кремнієві діоди VD16, VD17 (або VD18, VD19) стабілізована за амплітудою напруга, з яких подається на первинну обмотку підвищувального трансформатора ТІ (Т2). Випрямлена діодами VD20...VD25, напруга подається на котушку реле КСА. Контакти цього реле замикаються. Далі всі процеси відбуваються так, як описано в п. 1.5.2.

 

1.5.3 Блокування повторного увімкнення

Суть блокування полягає в тому, що при збереженні команди „ввімкнути” і одночасній команді „вимкнути”, вимикач вимикається і повторно не вмикається.

При подачі команди „увімкнути” в коло 1-2, в кінці процесу вмикання спрацьовує реле KBS і своїм контактом стає на саможивлення, перебуваючи в увімкненому стані весь час, поки зберігається команда „увімкнути”. Реле KBS своїм контактом розмикає живлення котушки контактора KM, і тим самим блокує повторне ввімкнення вимикача.

Для здійснення повторного ввімкнення вимикача (після вимикання) необхідно зняти команду „увімкнути”, а потім знову її подати.

Робота вимикача в циклах ВО без витримки часу між командами „увімкнути” і „вимкнути” відбувається так, як описані вище операції вмикання і вимикання підряд.

 

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

 

Перед початком роботи потрібно детально ознайомитися з теоретичними відомостями. Необхідно вивчити будову вимикача VM1S, його технічні характеристики, роботу привода при вмиканні та вимиканні апарата, принцип дії електричної схеми.