Призначення комутаційних елементів
Основні поняття
Комутаційні елементи предназначені для включення, отключення і перемикання електричних ланцюгів. Під комутацією звичайно розуміють виконання цих трьох операцій. Розрізняють комутаційні елементи ручного та автоматичного керування. Комутаційні елементи ручного управління спрацьовують при безпосередньому механічному впливі на їх органи управління. Автоматичні комутаційні елементи спрацьовують під впливом електромагнітних сил на їх приводні органи. Основною частиною таких елементів зазвичай є електромагніт, вхідним сигналом для них служить електричний струм або напругу. Автоматичні комутаційні елементи використовуються в системах автоматики і при дистанційному управлінні різними механізмами і пристроями. Вони розглядаються у наступних розділах даного розділу.
У цій главі розглянуті комутаційні елементи з механічним приводом. Використовуються вони, як правило, для місцевого управління і для подачі сигналів про досягнення будь-яких проміжних і кінцевих положень. За своїм призначенням комутаційні елементи поділяють на два види: для комутації силових ланцюгів (обмоток електродвигунів, потужних електромагнітів, трансформаторів, нагрівачів та інших споживачів) і для комутації ланцюгів управління (обмоток релейно-контактної апаратури, пристроїв контролю, регулювання та сигналізації). Такий поділ обумовлено різними значеннями струмів і напруг в комутованих ланцюгах, що, в свою чергу, впливає на конструктивне виконання і габаритні розміри. Вивчення комутаційних елементів для силових ланцюгів не входить в нашу задачу. Відзначимо тільки, що найбільше поширення для цих цілей отримали рубильники і перемикачі рубаючого типу, що забезпечують швидке розмикання і мають спеціальні пристрої для гасіння електричної дуги.
Всі комутаційні елементи, використовувані в колах управління, обов'язково мають наступні вузли: нерухомі контакти, рухомі контакти і орган управління. Крім того, вони можуть мати елементи фіксації, монтажу і налаштування, дугогасіння і т. п. Необхідні комутаційні елементи вибирають за допустимим значенням струму і напруги. Але найбільш важливою для практики характеристикою комутаційних елементів є їх надійність, тобто збереження працездатності при великому числі спрацьовувань.
Комутаційні елементи розрізняють по числу комутованих ланцюгів (одноланцюгові і багатоланцюгові) і по числу фіксованих положень, причому є комутаційні елементи з самоповерненням у вихідне положення, тобто без фіксації перемиканням положення, що може бути необхідно для ряду схем управління.
До комутаційним елементам з механічним приводом відносяться кнопки управління, мікроперемикачі, тумблери, клавішні, поворотні, важільні і кулачкові перемикачі, а також кінцеві і шляхові вимикачі.
Кнопки управління і тумблери
Кнопки управління - це апарати, рухомі контакти яких переміщуються і спрацьовують при натисканні на штовхач кнопки. Комплект кнопок, змонтованих на загальній панелі, являє собою кнопкову станцію. Використовувані в схемах автоматики кнопки управління розрізняють за кількістю і типом контактів (від 1 до 4 замикаючих і спорогенезів), формі штовхача (циліндричний, прямокутний і грибоподібний), способом захисту від впливу навколишнього середовища (відкриті, закриті, герметичні, вибухобезпечні і т. д.).
Незалежно від конструкції і габаритних розмірів кнопок (рис. 1, а, б) всі вони мають нерухомі контакти 1 і рухливі контакти 6, переміщувані за допомогою штовхача 3. Зовнішня ланцюг під'єднується до кнопки за допомогою гвинтових затискачів 7. Корпус 2 кнопки фіксується на панелі управління гайками 4 і 5.
Рис. 1. Конструкції кнопок управління
Електричні параметри найбільш поширених кнопок наведено в табл. 1. Кнопки управління загальнопромислового застосування серій КУ і КЕ мають різні виконання і форми штовхачів.
Таблиця 1. Електричні параметри кнопок управління різних типів
| Найменування параметрів | Типи кнопок | ||||
| КУ Про | КУ 1, КУ2 | КЕ | ВК 14-21 | До 20, До 03 | |
| Номінальна напруга, В: змінного струму постійного струму | 20 0 | ||||
| Мінімальна напруга, В | - | ||||
| Номінальний струм, А | 2,5 | ||||
| Розривається змінний струм, А | 2,5 | 9,6 |
Для комутації ланцюгів електроніки випускаються спеціальні кнопки (наприклад, типу ВК14-1). Малогабаритні кнопки управ ління виконують на основі мікровимикача типу МП, який використовують як виконавчого контактного елемента в тумблерах типу MT 1 і МТП. Довговічність і надійність кнопок управління оцінюють комутаційної зносостійкості, яку висловлюють в гарантованому числі циклів включень-відключень під навантаженням. Цей параметр різний для різних кнопок і умов експлуатації. Наприклад, для кнопок типу ВК14-21 з мед вими контактами він становить 0,25 * 10 6 циклів, з біметалічни ськими контактами - 2,5 * 10 б, з срібними контактами - 4 * 10'' циклів. Механічна зносостійкість завжди перевищує комутаційну. Останнім часом все більшого поширення набули кнопки управління з прямоку Ольне формою штовхача - їх на зують клавішами.
На основі кнопок управління виготовляють кнопкові станції, що містять до 12 кнопок різного виконання, зібраних на загальній панелі або в одному корпусі. Такі комутаційні устрій ства називають кнопковими або клавішнимиперемикачами (рис. 2).
Рис.2. Кнопковий перемикачі
Перемикач являє собою складальну панель з кнопок 1 (або клавіш), змонтованих на загальному каркасі 2 і сну б дені механізмом фіксації, який може бути незалежним для кожної кнопки (клавіші) або взаємно зблокованим. Кнопки можуть також мати самовозврат у вихідне положення або чергування включеного і відключеного фіксованих положень. Кожнакнопка або клавіша здійснює комутацію однієї або декількох ланцюгів. Деякі типи перемикачів постачають спеціальноїкнопкою повернення (Скидання) включених кнопок у вихідне положення. У цьому випадку можливе ввімкнене положення кількох кнопок одночасно. Особливістю цих перемикачів є двопозиційне положення (включено, вимкнено) кожної кнопки або клавіші. Необхідний режим або програма управлени я задається шляхом набору включений них івідключених положень відповідних кнопок (Клавіш). При цьому положення кнопок або клавіш (Підняте або втоплені) грає роль покажчика. Для цієї мети використовують також світлові сигналізатори 3 (лампи або світлодіоди), вмонтовані в корпус блоку перемикача (рис.2). Закрите виконання і використання високоякісних матеріалів (біметалів, сплавів срібла іт. п.) для контактів забезпечують малі перехідні опори, що вельми важливо при установці цих перемикачів в низьковольтних і слабкострумових ланцюгах автоматики та електроніки.
Для більш потужних ланцюгів автоматики застосовують тумблери, ис пользуемие в якості вимикачів, а також дво-і трехпозіціо нних перемикачів. На рис. 3 показано пристрій двохпозиційного тумблера. Мостіковий контакт, виконаний у вигляді струмопровідного ролика /, замикає одну з двох пар нерухомих контактів 2. Перемикання контактів тумблераздійснюється в оздействіем на важіль 3, а прискорення спрацьовування (миттєва дія) забезпечується пружиною 4. Номінальний струм тумблера I і 2 А при напрузі 220 В, маса їх не перевищує 30 м.
Рис.3. Двохпозиційний тумблер
Для комутації декількох кіл при декількох фіксованих положеннях для вибору різних режимів роботи використовуються пакетні перемикачі. Такий перемикачі ль (рис. 4, а) складається з ряду шарів - пакетів 3 (показаний окремо на рис. 4, б), усередині яких знаходяться рухливий 5 і нерухомий 4 контакти. Рухомий контакт 5 закріплений на осі 2, що обертається з по міццю рукоятки 1 і має ряд фіксованих положень, і яких замикаються нерухомі контакти одного з пакетів. Висновки 6 нерухомих контакт ів закріплені в корпусі переклю отримувача. Недолік таких паку тних перемикачів - низька на дежності ковзних контактів.
Пакетні перемикачі кулачкового типу, в яких електричний ланцюг замикається нерухомими контактами, більш надійні. Рухливими у них є діелектричні кулачки, які і замикають контакти залежно від профілю кулачка і положення осі.Конструкції пакетних перемикачів, призначених для кіл управління, дозволяють отримати десятки і сотні варіантом різноманітних схем з'єднань при числі комутованих ланцюгів до 24 (12 пакетів) і кількості фіксованих положень до X (через 45, 60 або 90 °).
Рис.4. Пакетний перемикач
Є перемикачі і без фіксації перемикається положення - з самоповерненням у вихідне положення. Особливість цих перемикачів - наявність замикаючого (на ключ) пристрою, що, виключає безконтрольне перемикання.
Найбільш поширеними перемикачами ланцюгів управ ління є апарати серій ПКУ2 і ПКУЗ. Номінальний (дли т ельно допустимий) струм перемикачів серії ПКУ2 - 6 А при напрузі 380 В змінного струму і 220 В постійного струму, а для перемикачів серії ПКУЗ - 10 А при 500 В змінного струму. Як видно за технічними параметрами, такі перемикачі придатні і для безпосереднього включення і відключення досить потужних споживачів електроенергії, наприклад електродвигунів потужністю в кілька кіловат.
Меншими габаритами володіють перемикачі серій ПУ і ПЕ, мають поворотні механізми приводу на два або три положення. Серед них є виконання з виймальної ключем-рукоят до ой. Такими перемикачами, до ак правило, блокують подачу на напруги в схему управління, змінюють режими і способи управління. При цьому передбачена можливістьзапирання п ереключателя як у відключеному, так і в інших його положеннях. Номінальний струм перемикачів серій ПУ і ПЕ - 5 А при напрузі 220 В змінного струму і 1 А при 110 В постійного струму.
Системи автоматичного і програмного управління вимагають в Есьм складних перемикань, для яких необхідні многопо з іціонние і багатоланцюгові перемикачі (при числі ланцюгів і по л Ожен часом у кілька десятків). Конструктивно такі комму ТАЦ іонні елементи виконані у вигляді двох, чотирьох (і більше) нерухомих секцій, змонтованих на платах, ірухомих контактів, закріплених на загальному валу і що фіксуються спеціальним пружинно-кульковим фіксатором в заданих позиціях.
На рис.5 показані найбільш поширені ползунковиє перемикачі серії ПП однопанельного виконання на 35 ланцюгів.Перемикачі у відкритому виконанні призначені для вбудованого монтажу за панеллю керування. Аналогічні щіткові перемикачі, але закритого виконання, мають від 1 до 4 секцій при числі контактів в кожній секції від 4 до 24. Вони забезпечують надійну комутацію при струмі навантаження до 1 А кіл змінного (напругою 380 В) і постійного (напругою 220 В) струму.
У радіоелектронній апаратурі використовуються аналогічні па кетним перемикачі - так звані галетні. Вони мають від2 до 11 положень при числі секційн й (галет) від 1 до 4. На рис. 6 п наданий перемикач серії ПГС на 10 положень.
Рис.5. Повзунковий перемикач
Рис.6. Галетних перемикач
Останнім часом в автомат ике все ширше використовуються досягнення мікроелектроніки, наприклад великі інтегральні схеми Для комутації в ланцюгах, що містять подібні елементи, необхідні перемикачі, контакти яких забезпечували б надійне проходження дуже слабких струмів (мілі-або мікроампери) при знижених значеннях напруг (до 5 В).
