Dispositifs d'entraînement électrique

Différents actionneurs sont utilisés pour fermer et ouvrir les contacts des appareils électriques. Dans un entraînement manuel, la puissance est transmise de la main humaine via un système de transmissions mécaniques aux contacts. L'actionnement manuel est utilisé dans certains sectionneurs, disjoncteurs, disjoncteurs et contrôleurs.

Le plus souvent, l'actionnement manuel est utilisé dans les dispositifs non automatiques, bien que dans certains dispositifs de protection, la mise en marche se fasse manuellement et s'éteint automatiquement sous l'action d'un ressort comprimé. Les entraînements à distance comprennent les entraînements électromagnétiques, électropneumatiques, à moteur électrique et thermiques.

Entraînement électromagnétique

Le plus largement utilisé dans les appareils électriques est un entraînement électromagnétique qui utilise la force d'attraction de l'armature vers le noyau électro-aimant ou la force de traction de l'ancre bobine de solénoïde.

Tout matériau ferromagnétique placé dans un champ magnétique acquiert les propriétés d'un aimant. Par conséquent, un aimant ou un électroaimant attirera à lui les corps ferromagnétiques.Cette propriété est basée sur les dispositifs de divers types d'électroaimants de levage, de rétraction et de rotation.

Une force F avec laquelle l'électroaimant ou aimant permanent attire un corps ferromagnétique - une ancre (Fig. 1, a),

où B est l'induction magnétique dans l'entrefer ; S est la section transversale des pôles.

Le flux magnétique F créé par la bobine de l'électroaimant et donc l'induction magnétique B dans l'entrefer, comme mentionné ci-dessus, dépendent de la force magnétomotrice de la bobine, c'est-à-dire du nombre de tours w et du courant qui le traverse. Par conséquent, la force F (force de traction de l'électroaimant) peut être ajustée en modifiant le courant dans sa bobine.

Les propriétés de l'entraînement électromagnétique sont caractérisées par la dépendance de la force F à la position de l'armature. Cette dépendance est appelée la caractéristique de traction de l'entraînement électromagnétique. La forme du système magnétique a une influence significative sur l'évolution de la caractéristique de traction.

Un système magnétique constitué d'un noyau en forme de U 1 (Fig. 1, b) avec une bobine 2 et une armature rotative 4, qui est connectée au contact mobile 3 de l'appareil, s'est répandu dans les appareils électriques.

Une vue approximative des caractéristiques de traction est illustrée à la fig. 2. Lorsque les contacts sont complètement ouverts, l'entrefer x entre l'armature et le noyau est relativement grand et la résistance magnétique du système sera la plus grande. Par conséquent, le flux magnétique F dans l'entrefer de l'électroaimant, l'induction B et la force de traction F seront les plus faibles. Cependant, avec un entraînement correctement calculé, cette force devrait assurer l'attraction de l'ancre vers le noyau.

Riz. 1.Schéma de principe d'un électroaimant (a) et schéma d'un entraînement électromagnétique avec un circuit magnétique en forme de U (b)

Au fur et à mesure que l'armature se rapproche du noyau et que l'entrefer diminue, le flux magnétique dans l'entrefer augmente et la force de traction augmente en conséquence.

La force de poussée F créée par la propulsion doit être suffisante pour vaincre les forces de traînée du système de propulsion du véhicule. Celles-ci incluent la force du poids du système mobile G, la pression de contact Q et la force P créée par le ressort de rappel (voir Fig. 1, b). La variation de la force résultante lors du déplacement de l'ancre est indiquée dans le diagramme (voir Fig. 2) par la ligne pointillée 1-2-3-4.

Comme l'induit se déplace et que l'entrefer x diminue jusqu'à ce que les contacts se touchent, le variateur n'a plus qu'à vaincre la résistance due à la masse du système mobile et à l'action du ressort de rappel (section 1-2). De plus, l'effort augmente fortement avec la valeur de l'appui initial des contacts (2-3) et augmente avec leur déplacement (3-4).

Une comparaison des caractéristiques présentées dans la Fig. 2, permet de juger du fonctionnement de l'appareil. Donc, si le courant dans la bobine de commande produit ppm.I2w to, alors le plus grand écart x auquel l'appareil peut s'allumer est x2 (point A) et à ppm inférieur. I1w, la force de traction ne sera pas suffisante et l'appareil ne pourra s'allumer que lorsque l'écart décroît jusqu'à x1 (point B).

Lorsque le circuit électrique de la bobine motrice s'ouvre, le système mobile revient à sa position d'origine sous l'action du ressort et de la gravité.Aux petites valeurs de l'entrefer et des forces de rappel, l'induit peut être maintenu dans une position intermédiaire par le flux magnétique résiduel. Ce phénomène est éliminé en fixant un entrefer minimum fixe et en ajustant les ressorts.

Les disjoncteurs utilisent des systèmes avec un électroaimant de maintien (Fig. 3, a). L'armature 1 est maintenue en position attirée vers la culasse du noyau 5 par le flux magnétique F généré par la bobine de maintien 4 qui est alimentée par le circuit de commande. S'il est nécessaire de se déconnecter, un courant est fourni à la bobine de déconnexion 3, ce qui crée un flux magnétique Fo dirigé vers le flux magnétique Fu de la bobine 4, qui démagnétise l'induit et le noyau.

Riz. 2. Caractéristiques de traction de l'entraînement électromagnétique et diagramme de force

Riz. 3. Entraînement électromagnétique avec électroaimant de maintien (a) et avec shunt magnétique (b)

En conséquence, l'armature sous l'action du ressort de déconnexion 2 s'éloigne du noyau et les contacts 6 du dispositif s'ouvrent. La vitesse de déclenchement est atteinte du fait qu'au début du mouvement du système mobile, les plus grandes forces du ressort tendu agissent, tandis que dans l'entraînement électromagnétique conventionnel, discuté précédemment, le mouvement de l'armature commence avec un grand écart et un faible effort de traction.

Comme bobine d'actionnement 3 dans les disjoncteurs, des jeux de barres ou des bobines de démagnétisation sont parfois utilisés, à travers lesquels passe le courant du circuit d'alimentation protégé par le dispositif.

Lorsque le courant dans la bobine 3 atteint une certaine valeur déterminée par le réglage de l'appareil, le flux magnétique résultant Fu - Fo traversant l'armature diminue à une valeur telle qu'il ne peut plus maintenir l'armature dans un état tiré, et l'appareil est éteint.

Dans les disjoncteurs rapides (Fig. 3, b), les bobines de commande et de fermeture sont installées dans différentes parties du circuit magnétique pour éviter leur influence inductive mutuelle, ce qui ralentit la démagnétisation du noyau et augmente son propre temps de déclenchement, en particulier à des taux élevés d'augmentation du courant de secours dans le circuit protégé.

La bobine de déclenchement 3 est montée sur le noyau 7, qui est séparé du circuit magnétique principal par des entrefers.

L'armature 1, les noyaux 5 et 7 sont réalisés sous la forme de paquets de tôle d'acier, et donc le changement du flux magnétique en eux correspondra exactement au changement du courant dans le circuit protégé. Le flux Fo créé par la bobine de coupure 3 est fermé de deux manières : à travers l'induit 1 et à travers le circuit magnétique non chargé 8 avec la bobine de commande 4.

La distribution du flux Ф0 le long des circuits magnétiques dépend de la vitesse de son changement. À des taux d'augmentation élevés du courant de secours, qui dans ce cas crée un flux démagnétisant Ф0, tout ce flux commence à traverser l'armature, car un changement rapide de la partie du flux Fo traversant le noyau avec la bobine 4 de la fem est empêchée. d. s induit dans la bobine de maintien lorsque le courant qui la traverse change rapidement. Cet e. etc. c) selon la règle de Lenz, il crée un courant qui ralentit la croissance de cette partie du flux Fo.

Par conséquent, la vitesse de déclenchement du disjoncteur ultra-rapide dépendra de la vitesse d'augmentation du courant traversant la bobine de fermeture 3. Plus le courant augmente rapidement, plus le courant est faible, le déclenchement de l'appareil commence. Cette propriété d'un disjoncteur à grande vitesse est très précieuse car le courant a la vitesse la plus élevée dans les modes de court-circuit et plus tôt le disjoncteur commence à couper le circuit, plus le courant limité par celui-ci sera faible.

Dans certains cas, il est nécessaire de ralentir le fonctionnement de l'appareillage électrique. Cela se fait à l'aide d'un dispositif permettant d'obtenir une temporisation, qui s'entend comme le temps entre le moment où la tension est appliquée ou retirée de la bobine d'entraînement de l'appareil jusqu'au début du mouvement des contacts. l'extinction des appareils électriques commandés en courant continu, s'effectue au moyen d'une bobine de court-circuit supplémentaire située sur le même circuit magnétique que la bobine de commande.

Lorsque l'alimentation est coupée de la bobine de commande, le flux magnétique créé par cette bobine passe de sa valeur de fonctionnement à zéro.

Lorsque ce flux change, un courant est induit dans la bobine court-circuitée dans une direction telle que son flux magnétique empêche la réduction du flux magnétique de la bobine de commande et maintient l'armature de l'entraînement électromagnétique de l'appareil en position attirée.

Au lieu d'une bobine de court-circuit, un manchon en cuivre peut être installé sur le circuit magnétique. Son action est similaire à celle d'une bobine de court-circuit. Le même effet peut être obtenu en court-circuitant le circuit de la bobine de commande au moment où elle est déconnectée du réseau.

Pour obtenir la vitesse d'obturation pour allumer l'appareil électrique, divers mécanismes de synchronisation mécaniques sont utilisés, dont le principe de fonctionnement est similaire à une horloge.

Les entraînements de dispositifs électromagnétiques sont caractérisés par un actionnement et un retour de courant (ou de tension). Le courant de fonctionnement (tension) est la plus petite valeur de courant (tension) à laquelle un fonctionnement clair et fiable de l'appareil est assuré. Pour les appareils de traction, la tension de réaction est de 75 % de la tension nominale.

Si vous réduisez progressivement le courant dans la bobine, l'appareil s'éteindra à une certaine valeur. La valeur la plus élevée du courant (tension) à laquelle l'appareil est déjà éteint est appelée courant inverse (tension). Le courant inverse Ib est toujours inférieur au courant de fonctionnement Iav, car lors de la mise sous tension du système mobile de l'appareil, il est nécessaire de surmonter les forces de frottement, ainsi que les entrefers accrus entre l'armature et la culasse du système électromagnétique .

Le rapport du courant de retour au courant de capture est appelé facteur de retour :

Ce coefficient est toujours inférieur à un.

Entraînement électropneumatique

Dans le cas le plus simple, l'entraînement pneumatique se compose d'un cylindre 1 (Fig. 4) et d'un piston 2, qui est relié à un contact mobile 6. Lorsque la vanne 3 est ouverte, le cylindre est relié au tuyau d'air comprimé 4, ce qui soulève le piston 2 en position haute et ferme les contacts. Lorsque la soupape se ferme ensuite, le volume du cylindre sous le piston est mis à l'atmosphère et le piston sous l'action du ressort de rappel 5 revient à son état d'origine, ouvrant les contacts.Un tel actionneur peut être appelé actionneur pneumatique à commande manuelle.

Pour la possibilité de contrôler à distance l'alimentation en air comprimé, des électrovannes sont utilisées à la place d'un robinet. L'électrovanne (Fig. 5) est un système de deux soupapes (admission et échappement) à entraînement électromagnétique de faible puissance (5-25 W). Ils sont divisés en on et off selon la nature des opérations qu'ils effectuent lorsque la bobine est alimentée.

Lorsque la bobine est alimentée, la vanne d'arrêt relie le cylindre d'actionnement à la source d'air comprimé, et lorsque la bobine est désactivée, elle communique le cylindre à l'atmosphère, bloquant simultanément l'accès au cylindre d'air comprimé. L'air du réservoir s'écoule à travers l'ouverture B (Fig. 5, a) vers la vanne inférieure 2, qui est fermée en position initiale.

Riz. 4. Entraînement pneumatique

Riz. 5. Allumer (a) et éteindre (b) les électrovannes

Le cylindre de l'actionneur pneumatique connecté au port A est relié par la vanne ouverte 1 à l'atmosphère via le port C. Lorsque la bobine K est excitée, la tige du solénoïde appuie sur la vanne supérieure 1 et, surmontant la force du ressort 3, se ferme vanne 1 et ouvre la vanne 2. En même temps, l'air comprimé de l'orifice B à travers la vanne 2 et l'orifice A dans le cylindre de l'actionneur pneumatique.

Au contraire, la vanne d'arrêt, lorsque la bobine n'est pas excitée, relie le cylindre à l'air comprimé, et lorsque la bobine est excitée - à l'atmosphère. Dans l'état initial, la vanne 1 (Fig. 5, b) est fermée et la vanne 2 est ouverte, créant un chemin pour l'air comprimé du port B au port A à travers la vanne 2.Lorsque la bobine est alimentée, la vanne 1 s'ouvre, connectant le cylindre à l'atmosphère, et l'alimentation en air est arrêtée par la vanne 2.

Entraînement par moteur électrique

Pour entraîner un certain nombre d'appareils électriques, des moteurs électriques sont utilisés avec des systèmes mécaniques qui convertissent le mouvement de rotation de l'arbre du moteur en mouvement de translation du système de contact. Le principal avantage des entraînements par moteur électrique par rapport aux entraînements pneumatiques est la constance de leurs caractéristiques et la possibilité de leur réglage. Selon le principe de fonctionnement, ces entraînements peuvent être divisés en deux groupes: avec connexion permanente de l'arbre moteur avec un appareil électrique et avec connexion périodique.

Dans un appareil électrique à moteur électrique (Fig. 6), la rotation du moteur électrique 1 est transmise par une roue dentée 2 à l'arbre à cames 3. Dans une certaine position, la came de l'arbre 4 soulève la tige 5 et ferme le contact mobile qui lui est associé avec le contact fixe 6.

Dans le système d'entraînement des appareils électriques de groupe, des appareils sont parfois introduits qui assurent une rotation pas à pas de l'arbre d'un appareil électrique avec une butée dans n'importe quelle position. Pendant le freinage, le moteur est coupé. Un tel système assure une fixation précise de l'arbre de l'appareil électrique en position.

A titre d'exemple, la Fig. 7 est une illustration schématique de ce que l'on appelle l'entraînement en croix de Malte utilisé dans les contrôleurs de groupe.

Riz. 6. Entraînement par moteur électrique avec connexion permanente des arbres moteurs et des appareils électriques

Riz. 7. Entraînement par moteur électrique du contrôleur de groupe

Figue. 8. Actionneur thermique avec plaque bimétallique.

L'entraînement se compose d'un servomoteur et d'un réducteur à vis sans fin avec fixation de position au moyen d'une croix de Malte. La vis sans fin 1 est reliée au servomoteur et transmet la rotation à l'arbre de la roue à vis sans fin 2, entraînant le disque 3 avec des doigts et un verrou (Fig. 7, a). L'arbre de la croix maltaise 4 ne tourne pas tant que le doigt du disque 6 (Fig. 7, b) n'entre pas dans la rainure de la croix maltaise.

Avec une rotation supplémentaire, le doigt fera tourner la croix, et donc l'arbre sur lequel il repose, de 60 °, après quoi le doigt sera relâché, et le secteur de verrouillage 7 fixera avec précision la position de l'arbre. Lorsque vous tournez l'arbre de la vis sans fin d'un tour, l'arbre de la croix de Malte tourne d'1/3 de tour.

Le pignon 5 est monté sur l'arbre de la croix de Malte, qui transmet la rotation à l'arbre à cames principal du contrôleur de groupe.

Entraînement thermique

L'élément principal de cet appareil est plaque bimétallique, qui se compose de deux couches de métaux différents solidement liées sur toute la surface de contact. Ces métaux ont des coefficients de température de dilatation linéaire différents. Une couche métallique à fort coefficient de dilatation linéaire 1 (Fig. 8) est appelée couche thermoactive, contrairement à une couche à faible coefficient de dilatation linéaire 3, qui est dite thermopassive.

Lorsque la plaque est chauffée par un courant qui la traverse ou par un élément chauffant (chauffage indirect), un allongement différent des deux couches se produit et la plaque se plie vers une couche thermopassive. Avec une telle flexion, les contacts 2 connectés à la plaque peuvent être directement fermés ou ouverts, ce qui est utilisé dans les relais thermiques.

Le cintrage de la plaque peut également libérer le verrou du levier sur l'appareil électrique, qui est alors libéré par les ressorts. Le courant de commande réglé est contrôlé en sélectionnant les éléments chauffants (avec chauffage indirect) ou en changeant la solution de contact (avec chauffage direct).Le temps pour ramener la plaque bimétallique à sa position d'origine après fonctionnement et refroidissement varie de 15 s à 1,5 minutes.