Завдання до роботи та порядок її виконання Вказівки до виконання

0. Увімкнути перетворювач.

1. Зняти залежності напруги та частоти змінного струму від величини струму навантаження при постійній напрузі на клемах двигуна U₂ = (I₂); f = (I₂) при U₁ =27 В = const:

а) з увімкненим регулятором напруги (перемикач Р1 поставити в положення 1);

б) з вимкнутим регулятором напруги (перемикач Р1 поставити в положення 2, при цьому струм керуючої обмотки двигуна проходить через опір R_к та випрямляч В₁).

За допомогою опору R_к при холостому ході встановити номінальну змінну напругу U₂ =115 В.

0. Зняти залежності напруги та частоти змінного струму від величини підводимої напруги при сталому значенні опору навантаження U₂ = (U₁); f = (U₁) при R_н = const:

а) з увімкненим регулятором напруги;

б) з вимкненим регулятором напруги.

Опір R_н повинен відповідати номінальному струму навантаження при U₁= 27 В. Напруга U₁ змінювати за допомогою реостата R_р від 24,5 до 29,5 В.

Завдання до роботи

0. Вивчити зміст роботи, лабораторну установку і порядок виконання роботи.

1. Зібрати схеми випробувань.

2. Зняти залежності, перелічені в пунктах 2 і 3 для двох перетворювачів та побудувати графіки залежностей: U₂ = (I₂); f = (I₂); U₂ = (U₁) і f = (U₁).

Питання для самоперевірки

0. Якою є необхідність в застосуванні перетворювачів типу ПО?

1. Який принцип побудови електоромашинних перетворювачів типу ПО?

2. Як здійснюється автоматична стабілізація напруги в перетворювачах типу ПО?

3. Як здійснюється автоматична стабілізація частоти?

4. Яким є призначення відцентрового перемикача ВП, коли і як він спрацьовує?

5. Які переваги та недоліки перетворювачів типу ПО?

Література: [4, с. 333]; [5, c. 223]; [6, c. 57]; [7, c. 220]; [8, c. 113].

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6

ВИВЧЕННЯ АВІАЦІЙНОЇ КОМУТАЦІЙНОЇ І ЗАХИСНОЇ АПАРАТУРИ ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖ

Мета роботи

1. Вивчення призначення, конструкції і принципів роботи авіаційної комутаційної і захисної апаратури.

2. Вивчення і дослідження електричних схем і окремих зразків комутаційної і захисної апаратури.

Загальні теоретичні відомості

Комутаційна і захисна апаратура є складовою частиною системи передачі і розподілу електричної енергії на літальних апаратах. До комутаційної апаратури відносяться пристрої, за допомогою яких здійснюють включення, вимкнення і перемикання електричних ланцюгів. За своїм призначенням ця апаратура поділяється на апаратуру прямої дії (кнопки, вимикачі, кінцеві вимикачі) і прилади дистанційної дії (реле та інше). Застосування того або іншого типу апаратури в основному визначається величиною струму в комутуючих ланцюгах.

Захисні пристрої призначені для збереження електричних мереж, джерел і споживачів електричної енергії від виходу з ладу при появі аварійних режимів в енергосистемі. При цьому, як правило, несправності, що виникли не усуваються, а відбувається вимкнення з роботи аварійних дільниць.

До захисної апаратури відносяться: теплові автомати, плавкі запобіжники, різні автоматичні пристрої і системи.

Крім комутаційної і захисної апаратури, в систему передачі і розподілу входять: електрична мережа, установочна апаратура, мережеві фільтри і прилади контролю.

До установочних приладів відносяться: розподільні щитки, пульти, коробки, панелі, що служать для монтажу комутаційної і захисної апаратури, а також мережеві роз'єми (болтові з'єднання, клемні колодки, штепсельні роз'єми).

Комутаційна апаратура (апаратура управління)

До апаратури управління пред'являються, крім загальних вимог, ще і додаткові:

• включення і вимкнення ланцюгів повинно відбуватися практично миттєво;

• повинна забезпечуватися тривала робота при номінальному навантаженні та при десятиразовому перевантаженні протягом заданого часу;

• опір між струмопроводячими частинами і корпусом апаратів повинен бути не менше за 2 МОм;

• повинно відпрацьовуватися встановлене число включень.

• контактори і реле встановлюються в безпосередній близькості від керованих об'єктів, а кінцеві вимикачі - безпосередньо на їх корпусах.

Кнопки

Кнопки в електричних мережах встановлюють, коли необхідно короткочасно замикати або розмикати електричні ланцюги (рис. 6.1). Широке поширення на літальних апаратах отримали кнопки типу 5К, 204К, 205К і їх модифікації, працюючі тільки на замикання електричних ланцюгів тривалістю не більше 1 хв.

Рис. 6.1. Електричні схеми літакових кнопок: а, в - з нормально розімкненими контактами; б – з нормально замкненими контактами; г - кнопка, працююча на перемикання ланцюгів.

Кнопка 5К виконана двухконтактною і допускає величину струму до 5 А. Кнопки 204К і 205К трьохконтактні і розраховані на струм, який досягає величини 20 А.

Рис. 6.2. Розріз кнопки від джерел постійного струму напругою до 30 В.

Дані кнопки застосовуються на літальних апаратах з енергосистемами, працюючими не тільки на постійному, а і на змінному струмі. Це пояснюється тим, що оперативні ланцюги (ланцюги управління) в системах змінного струму живляться від джерел постійного струму напругою до 30 В.

Будь-яка кнопка складається (рис. 6.2) з цоколя 6, корпусу 5 головки кнопки 3, рухомих і нерухомих контактів 1 і 7 , поворотної пружини 4 та інших дрібних деталей.

Рухомий контакт 1 закріплений на штоку головки 2, а нерухомі - на цоколі. При натисненні на головку кнопки 2, замикається поворотна пружина 4 і рухомий контакт 1, що має конічну поверхню, з`єднується з нерухомими контактами 7. Для створення необхідного контактного тиску нерухомі контакти мають пружні властивості.

Вимикачі і перемикачі

Вимикачі і перемикачі призначені для тривалого замикання і розмикання електричних ланцюгів. По своєму виконанню вони бувають нажимні, перекидні та поворотні.

Рис. 6.3. Електричні схеми вимикачів: а - однополюсний вимикач В-45; б - двополюсний вимикач 2В-45; в - перемикач перекидний однополюсний ПП-45; г - перемикач натискний однополюсний з нейтральним положенням ручки ПН-45; д - цільноплатний щітковий перемикач.

Схематичне зображення вимикачів і перемикачів приведене на рис. 6.3 Перемикачі і вимикачі важілевого типу називають однополюсними, двополюсними та інше.

На відміну від звичайних перекидних нажимні вимикачі або перемикачі після припинення натиснення на важіль управління повертаються в початкове положення. Поворотні вимикачі і перемикачі здійснюють комутацію електричних ланцюгів тільки при повороті рукоятки управління. При цьому металева щітка (або щітки) перескакують з одного нерухомого контакту на інший, здійснюючи вимкнення і включення електричних ланцюгів (рис. 6.3, д).

Найбільш простим у конструктивному відношенні є вимикач типу В-45 і перемикач ПП-45 (рис. 6.4). Перемикач ПП-45 складається з латунного корпусу 8, металевої кришки 6, текстолітової основи 2, нерухомих контактів 1, контактного коромисла 7, металевої ручки 5 з пружиною 4, штифта з ізоляційного матеріалу 3.

Перемикачі виконують ті ж функції, що і вимикачі, але у них в процесі комутації один ланцюг (або декілька) розривається, а інший замикається.

Рис. 6.4. Вимикач перекидного типу ПП-45.

У перемикача ПП-45, на відміну від вимикача В-45, на текстолітовій панелі є третя крайня клема 1. При натисненні на ручку 5 перемикача штифт 3 починає ковзати по коромислу 7 і пружина 4 стискується, а потім запасена енергія пружини сприяє швидкому і надійному замиканню електричних контактів. Одночасно із замиканням одних контактів відбувається розмикання інших.

У багатополюсних вимикачів (перемикачів) є декілька контактних коромисел 7, штифтів 3 і пружин 4, які працюють одночасно. При цьому пластмасові штифти з пружинами вставлені в колодку ручки управління.

Кінцеві вимикачі

Широке поширення на літальних апаратах отримали кінцеві вимикачі і перемикачі, які вмикаються і вимикаються під дією рухомих частин авіаційних механізмів згідно із заданою програмою. Ці пристрої призначені для автоматичного управління різноманітними механізмами (шасі, посадочні щитки та інше.), ланцюгами сигналізації, для блокування різних електричних ланцюгів та інше. Кінцеві вимикачі можуть бути з великим і малим ходом штоку. Найбільше поширення серед кінцевих вимикачів з великим ходом штоку отримали кінцеві вимикачі МВШ-2Т. Серед вимикачів з малим ходом штоку можна відмітити малогабаритні вимикачі серій ВК-140, КВ-6, КВ-9 і КВ-20, які відносяться до розряду пристроїв миттєвої дії.

Вимикачі серії ВК-140 в залежності від схеми виконання контактної системи поділяються на перемикачі, вимикачі і вмикачі. Перемикачі мають в позначенні число 140, вимикачі 141, вмикачі 142. Відповідно забарвлення кришок у них чорного, білого і червоного кольору.

У залежності від способу приєднання проводів до вихідних клем в позначення цих вимикачів вводяться цифри 1 і 2. Так, при наявності пайки в позначення вводиться цифра 1, а при наявності гвинтового приєднання - цифра 2. Крім цього, в залежності від конструкції нажимного пристрою і корпусу в позначення можуть ще вводитися букви або букви з цифрами. Наприклад: ВК-1-140В означає, що це перемикач, з клемами під пайку, конструктивне виконання «В». Незважаючи на це всі вимикачі серії ВК-140 аналогічні за принципом дії і в основному по конструктивному виконанню.

Контактна система (рис. 6.5) і окремі деталі вимикача ВК-140 зібрані в пластмасовому корпусі 8, закритому кришкою 2, на якій розташований натискний важіль 8.

Безпосередньо всередині корпусу змонтовано два нерухомих контакти 10, трьохпелюсткова контактна пружина з берилієвої бронзи 9, натискна кнопка 4 з пластмасовим штифтом 5, гвинти 6 і скоба 7.

Рис. 6.5. Кінцевий вимикач ВК-140.

На кінці трьохпелюсткової контактної пружини розташований двосторонній пересувний контакт 7, який при ненатиснутій кнопці 4 притиснутий до верхнього нерухомого контакту 10.

Рис. 6.6. Схема контактної системи вимикача ВК-140: 1 - скоба; 2- контактна пружина; 3 - контакт; 4 - нерухомий контакт; 5 - кнопка.

На рис. 6.6 показана схема контактної системи кінцевого вимикача.

До натиснення кнопки 5 верхні контакти вимикача замкнені за рахунок пружних сил крайніх пелюсток контактної пружини 2.

При натисненні кнопки з'являється вертикальна сила Р_к, яка діє згідно з вертикальною складовою сили від дії середньої пелюстки Р_л. Середній пелюсток контактної пружини знаходиться в напруженому стані внаслідок деформованих крайніх пелюсток.

При певный деформації середньої пелюстки контактної пружини сумарне значення вертикальних складових сил середньої пелюстки і кнопки стає більше вертикальної складової сили крайніх пелюсток

Р_к + Р_л > Р_кл

В результаті відбувається перекидання рухомого контакту в нижнє положення. Зворотне перемикання контактів здійснюється при знятті тиску з кнопки.

Кнопкові вимикачі ВК розраховані на тривалу роботу при струмі навантаження до 15 А.

Мікровимикачі серії КВ-6 аналогічні за принципом дії і конструктивним виконанням і відрізняються лише розташуванням клем і виконанням контактної схеми.

Дані відмінності в конструкції зафіксовані в визначеннях вимикачів. Умовні позначення розшифровуються так:

букви KB - кінцевий вимикач; цифра 6 - перемикач; комбінація цифр 6-1 і 6-2 відповідно вимикач і вмикач; буква А означає, що у кінцевих вимикачів КВ-6А, КВ-6-1А, КВ-6-2А вивідні клеми проводять через бокові стінки корпусу.

Контактна система вимикача КВ-6 зібрана в пластмасовому корпусі. При цьому всі контакти 4 (рис. 6.7) розташовані на контактній пластиці 7, виконаній з берілієвої бронзи, і на корпусі.

Двухпелюсткова контактна пружина має фіксуючі вусики. У пластмасовій кнопці на бакелитовому лаку укріплена ліроподібна пружина 3 і направляюча планка 6, на яку одягається поворотна пружина 5.

Якщо на кнопку 2 не діє сила, то замкнуті нижні нерухомі контакти під дією пружних сил конактної пластини 1. Прі натисненні на кнопку пелюстки 7 опускаються вниз, а ліроподібна пружина деформується. При поєднанні пелюсток 7 з площиною контактної пластини виникає її нестійкий стан. І, нарешті, при подальшому руху пелюсток, контактна пружина швидко згинається в протилежну сторону. При цьому ліроподібна пружина енергійно віджимає пелюстки 7 вниз.

Рис. 6.7. Схема контактної системи вимикача КВ-6.

Повернення натискної кнопки і контактної пружини у первинне становище відбувається під дією зворотньої циліндричної пружини 5.

Більшість вимикачів серії КВ-6 розраховані на струм навантаження 10 А.

Мікровимикачі серій КВ-9 і КВ-20 близькі по своєму принципу дії до вимикачів ВК-140 і КВ-6. У них також використані пружні сили контактних пластин.

Кінцеві мікровимикачі володіють малою вагою та габаритами. Так, їх вага знаходиться в межах 30-150 г.

Вимикачі МВШ-2Т з великим ходом штоку сконструйовані з використанням мікровимикача КВ-9, який разом з натисним пристроєм змонтований в металевому корпусі 2 (рис. 6.8).

Натисний пристрій складається з рухомого штоку 11, в який угвинчується регулювальний гвинт 10. На шток 11 нагвинчено текстолітове кільце 7, а всередину штока входить поворотна пружина 6. Для виключення попадання вологи всередину корпуси на шток надітий фетровий сальник 9. Безпосередньо вплив на кнопку 5 мікровимикача 4 здійснює стальний важіль 13, який притиснутий до кільця 7 пружиною 12.

Рис. 6.8. Кінцевий вимикач МВШ-2Т.

При натисненні на шток 11 кільце 7 за допомогою важеля 13 впливає на кнопку вимикача 4 і відбувається комутація електричних ланцюгів. Втулка 8 направляє шток 11.

Клемова колодка закрита кришкою 1 з штуцером для накидної гайки. До колодки приєднуються проводи 3.

Реле та контактори

Реле і контактори, що служать для дистанційного управління електричними потужностями, дозволяють автоматизувати багато які процеси на літальних апаратах.

За принципом дії електричні реле поділяються на електромагнітні, магнітоелектричні, електронні і тиратронні.

На літальних апаратах найбільше поширення отримали електромагнітні реле і контактори завдяки надійності дії і своїй універсальності (можна варіювати їх електромеханічні характеристики).

Принципової різниці між електромагнітним реле і контакторами немає. Реле звичайно комутують ланцюги зі струмами до 10 А, а за допомогою контакторів управляють великими струмами в електричних ланцюгах.

Реле і контактори бувають втяжного (броньового) і клапанного (поворотного) типу (рис. 6.9).

Рис. 6.9. Ескізи магнітних систем реле і контакторів: а - магнітна система клапанного типу; б - магнітна система броньового типу; 1 - якір; 2 - обмотка; 3 - магнітопровід;  - повітряний зазор.

На літальних апаратах широко застосовуються контактори серії КМ, КП, К. Крім цього, велике поширення отримали контактори типу ТКД, ТКС і ТКТ, а також реле ТКЕ, THE та інші.

Таблиця 6.1

Основні технічні дані контакторів і реле

Тип реле і контак-торів	Номіналь-на напруга в ланцюгу обмотки, В	Напруга спрацьову-вання при температурі оточуючого середовища 20С, В	Напруга розмикання при температурі оточуючого середовища 20С, В	Номіна-льний струм в ланцюгу контакто-рів, В	Вага, кг
КМ.50Д	27	14,5	3,5	50	0,20
КМ-600Д	27	14,5	3,5	600	1,65
КП-100Д	27	14,5	3,5	100	0,50
ТКД-201КТ	27	14,0	3,5	25	0,125
ТКЕ-210Б	27	14,0	4,0	2	0,035
ТНЕ-201Б	27	14,0	4,0	2	0,035
ДО-50Д	27	13,0	4.0	50	0,370

Реле і контактори означаються буквами і цифрами. У табл. 6.1 вказані технічні дані деяких реле і контакторів та їх позначення.

У контакторів типу К, КМ, КП в позначеннях на першому місці стоїть буква К, яка означає слово контактор. На другому місці може знаходитися буква М або П, що означає слова «малогабаритний» або «перемикання». Числа 50, 100, 200 і т.п. показують номінальний струм в ланцюгу контакторів. Букви, що стоять в кінці позначень, вказують на заводську модифікацію.

Контактори і реле типу ТКД, ТКЕ, ТНЕ, ТКС в позначеннях містять індекси, які також визначають їх деякі конструктивно-технічні дані.

На першому місці ставиться буква, умовно вказуюча напругу в ланцюгу обмотки управління, наприклад, Д - десять, П - п’ятнадцять, Т - тридцять, С - сто. Друга буква вказує призначення даного апарату, наприклад: К - контактор або комутаційне реле, Н - реле напруги, В - реле з витримкою часу, Т – реле струму, П - реле змінного струму, Д - детекторне реле.

На третьому і четвертому місцях ставляться буква і цифра, спільно вказуючі номінальну величину струму в ланцюгу контактів, причому буква означає розряд (Е - одиниці, Д - десятки, С - сотні), а цифра вказує кількість одиниць даного розряду.

Так, Е5 означає 5 А, Д1 - 10 А, С6 - 600 А. Цифра, що стоїть на п’ятому місці, вказує кількість нормально замкнених контактів, а шоста - кількість нормально розімкнених контактів.

Відсутність нормально замкнених або нормально розімкнених контактів фіксується нулем. У тому випадку, якщо цифра стоїть на п’ятому місці, а на шостому літера П, то вони разом означають кількість перемикаючих контактів.

На сьомому місці може стояти буква, вказуюча різновид даного апарату по режиму роботи, наприклад: Д - тривалий режим роботи обмотки; К - короткочасний режим.

На восьмому місці може стояти буква, вказуюча тепловий режим роботи реле, наприклад, Т - теплостійке реле.

Для прикладу розшифруємо позначення реле клапанного типу ТКЕ52ПК. Дане комутаційне реле короткочасного режиму роботи розраховане на напругу 30 В і має два перемикаючих контакти, що можуть працювати при струмах, що досягають 5 А.

На рис. 6.10 приведений загальний вигляд контактору серії К втяжного типу.

У його конструкцію входять наступні деталі: якір 17, нерухоме осердя (стоп) 14, зворотня пружина 15, буферна пружина 18, вісь рухомих контактів 3, рухомі і нерухомі контакти 2, 1 і 5, котушка 13, кожух 12, панель 7 з кришкою 6, шайби 4, шинки 8, основа 10, гвинти 9, шпильки 11 і 16.

При подачі напруги на котушку 13 створюється магнітний потік, який замикається через стоп 14, повітряного зазор, якір 17 і далі через кожух 12. Для того щоб магнітний потік спрямувати через повітряний зазор, на якір і стоп одягають латунну гільзу.

У процесі тяжіння якоря до осердя 14 разом з ним починають переміщуватися вісь 3 і рухомі контакти 2. При цьому зворотня пружина 15 починає стискуватися.

Рис. 6.10. Загальний вигляд контактора серії К.

При зіткненні рухомих контактів 2 з нерухомими 1,5 починає стискуватися буферна пружина 18, створюючи тиск між контактами. Магнітний зазор між якорем і стопом меншає до моменту їх зіткнення. Далі стиснення пружин припиняється і контактний тиск досягає максимального значення (рис. 6.11).

При вимкнені напруги магнітний потік зникає і рухомі частини контактора повертаються в початкове положення під дією буферної і поворотної пружин. У цих випадках розмикання контактів відбувається завжди після того, як якір набрав певну швидкість руху. Цим забезпечується швидке, без іскріння, розмикання контактів. На рис. 6.11 зображені електромагнітна і механічна характеристики контактора. Електромагнітна характеристика має нелінійний характер. Механічна характеристика складається з двох лінійних характеристик зворотної і буферної пружин.

Рис. 6.11. Механічна і електромагнітна характеристики однообмоточного контактора.

Сила попереднього стиснення зворотної пружини визначає силу руху Q_ТР електромагніту. У момент замикання контактів сила зворотної пружини досягає значення Q_ВК. Одночасно буферна пружина, вімкнувшись в роботу (починає стискуватися), забезпечує створення контактного тиску, рівного Q_К. Механічна характеристика має «сходинку» за рахунок попереднього стиснення буферної пружини. Тому контактний тиск при замиканні контактів досягає відразу величини Q_К.ПРЕД. Якщо після спрацювання контактору поступово знижувати напругу живлення котушки, то вимкнення апарата виникне при електромагнітній силі, рівній максимальній механічній силі Q_ОТК.

У процесі конструювання контакторів і реле необхідно забезпечувати гарантоване перевищення електромагнітної характеристики над сумарною характеристикою протидіючих сил.

На рис. 6.12 зображена електрокінематична схема контактора серії КП.

Перемикаючі контактори серії КП (рис. 6.12 і 6.13) призначені для дистанційного перемикання великострумних ланцюгів. Вони, як і контактори серій К і КМ, виготовляються для тривалого режиму роботи і розраховані на струми розриву 50, 100, 200, 400, 600 А.

Котушка будь-якого контактору КП складається з двох обмоток, які вмикаються в певній послідовності в роботу. Як видно з схеми, при вмиканні контактора струм тече тільки по малоомній пусковий обмотці 9. В кінці ходу якора його фланець 4 натискає на контактну пружину 1 і шунтуючі контакти розмикаються. При цьому послідовно з пусковою обмоткою включається високоомна утримуюча обмотка 8.

Рис. 6.12. Електрокінематична схема контактора серії КП: 1 - пружина допоміжного контакту; 2 – шток; 3, 6, 10 - пружини; 4 - фланець; 5 - якір; 7 - стоп; 8,9 - утримуюча і пускова обмотки; А - нерухомі контакти: Б - шинки; В -рухомі контакти.

Схема форсування, що застосовується, дозволяє скоротити габарити контакторів за рахунок великої щільності струму в пусковій обмотці при її включенні.

Контактний пристрій у контактора має чотири пари силових контактів: дві пари нормально розімкнених і дві пари нормально замкнених, розташованих на двох шинках. Обидві рухомі контактні шинки ізольовані одна від одної.

Рис. 6.13. Конструкція контактора КП-400Д: 1, 5 - гвинт і стойка; 2, 3 - фланці електромагніту; 4 - корпус; 6 - ковпак.

Завдяки попередньому натяжінню поворотної пружини 6 між нормально замкненими контактами створюється необхідний контактний тиск. Буферна пружина 10 в процесі стиснення створює тиск на нормально розімкнених контактах.

Пружина 3 є демпферною. При відключенні контактора вона дає можливість якорю 5 продовжувати рух після замикання нормально замкнених контактів.

На рис. 6.13 зображена конструкція КП-400Д, магнітопровід контактора складається з корпусу 4, фланців 2 і 3, якоря і стопа, виконаних зі сталі. Котушки пускова і утримуюча намотані емальованим проводом ПЕЛ.

Пружини виготовлені з сталі, рухомі і нерухомі контактні шинки - з міді з наступним гальванічним лудінням. Силові контакти виготовляються з сплаву OK12. Шунтуючі контакти - з срібла, а шток - з немагнітної сталі. Ковпак, що захищає контактор від пошкоджень, виконаний з алюмінію. Втулка, в якій переміщається якір - латунна.

Контактори інших типів сконструйовані з таких же матеріалів.

Контактори КМ-100Д, КМ-200Д, КМ-400Д, КМ-600Д багато в чому схожі з контакторами серії КП (рис. 6.14), оскільки вони виконуються з форсуванням, з магнітопроводом втяжного типу і плоским кінцем стопа.

Дані контактори працюють тільки на включення, тому у них тільки одна рухлива шинка з двома контактами і відсутня демпферна пружина.

Крім двообмоточних контакторів серії КМ, застосовуються також і однообмоточні, але вони працюють тільки в короткочасних режимах.

Реле і контактори клапанного типу відрізняються один від одного лише потужністю комутуємих ланцюгів.

Рис. 6.14. Електрокінематична схема контактору серії КМ: 1, 9 - буферна і зворотна пружини; 2 - контакти; 3 - магнітопровід; 4 - якір; 5 - стоп; 6, 8 - пускова і утримуюча обмотки; 7 - допоміжні контакти.

На рис. 6.15 зображений конструктивний малюнок реле типу ТКЕ1Р2Д. Це реле, що складається з електромагніту і контактної системи, має Ш-образний магнітопровід.

Реле має два рухомих контакти 6 і два нерухомих.

Рухомі контакти конструктивно зв’язані між собою пружинними (контактними) пластинами.

Рис. 6.15. Конструкція реле ТКЕ1Р2Д: 1 - панель; 2 - вивідні проводи котушки, 3 - вивідні шинки; 4,11 - болти; 5 - контактні шинки; 6 - контакти; 7 - магнітопровід; 8 - упор; 9 - якір; 10 - контактна пластина; 12 - з’єднувальний провідник; 13 - кронштейн; 14 - пружина; 15 - обмотка; 16 - осердя, 17 - каркас котушки; 18 - ковпак; 19 - втулка.

Якір 9 разом з контактними пластинами може повертатися під дією сили пружини і електромагніту.

При знеструмленій котушці електромагніту якір займає крайнє положення, при якому контакти реле розімкнені.

Якщо підключити обмотку 15 до джерела електричної енергії, то створюється магнітний потік, який замикається через магнітопровід і повітряний зазор між осердям 16 і якором 9. В результаті якір перекидається в інше крайнє положення, і контакти реле замикаються.

При цьому роль буферної пружини виконують контактні пластини 10, які починають згинатися в момент замикання електричних контактів.

Вивідні шинки 3 впресовані в панель 1, яка виконона з прес-матеріалу. На них напаяні плоскі контакти з срібла. Зовні реле закрите ковпаком 18 з сплаву алюмінія. Така герметизація реле і малопотужних контакторів типу ТКД збільшує їх термін служби.

Для кріплення реле на якому-небудь об’єкті передбачена на ковпаку 18 втулка з різьбленням 19.

Магнітопровід реле і його якір виконані з електротехнічної сталі, контактні пластини - з смугової бронзи, а контакти виготовлені з чистого срібла.

Контактори і реле змінного струму в конструктивному відношенні подібні контакторам і реле постійного струму. Різниця в основному складається в пристрої контактної системи. Ця особливість, насамперед, властива комутаційним пристроям трифазного струму.

Рис. 6.16. Схема реле змінного струму ТПЕ.

У авіаційних контакторах і реле змінного струму для живлення котушок електромагнітів використовується постійний струм або від мережі постійного струму, або від спеціальних випрямляючих пристроїв.

Іноді котушки реле живляться безпосередньо від мережі змінного струму, але тоді в конструкції реле передбачено напівпровідниковий випрямляч (рис. 6.16).

У енергосистемах змінного струму можуть бути використані комутаційні реле мереж постійного струму.

Реле типу РП, РЛ, ТКЕ, МР і інші можуть працювати в авіаційних мережах постійного і змінного струму. Що стосується контакторів серії КМ, КП, у яких контакти виконані з сплаву OK12, то вони не забезпечують роботу в межах технічних умов в системах змінного струму. У цих контакторів спостерігається зварення контактів раніше, ніж закінчується передбачений термін служби.

Контактори типу ТКД, ТКС і ТКТ можуть працювати в електросистемах постійного і змінного струму. При цьому контакти у силових контакторів частіше за все виконуються з сплавів OK15 і СОМ8. Ці сплави, особливо СОМ8, володіють великою стійкістю проти зварювання.

Рис. 6.17. Принципова електрична схема трьохланцюжного перемикаючого контактора: 1 - пускова обмотка; 2 - втримуюча обмотка; К - механічні контакти.

Сплав ОК являє собою композицію, що складається із окислу кадмію і срібла, а сплав СОМ складається з срібла і окислу міді. Звичайно контакти виготовляються методом індивідуального пресування з суміші порошків.

Контактори, працюючі в літакових трифазних ланцюгах змінного струму, діляться на дві серії: трьохланцюжні, працюючі на включення, і на трьохланцюжні, працюючі на перемикання (рис. 6.17).

Характерною особливістю трьохланцюжних контакторів є розділення контактної системи на три відособлені контактні групи, розміщені в окремих камерах. Ці контактні камери повинні бути електрично ізольовані одна від одної.

Електромагнітна частина таких контакторів така ж, як і у контакторів серії КМ, але у якора є механічний зв’язок не з однієї пересувної шинки, а з трьома через спеціальну пластину.

Апаратура захисту електричних мереж

При експлуатації енергоустаткування в мережі літальних апаратів можуть з’явитися аварійні режими внаслідок обриву проводів, короткого замикання і перевантажень споживачів. Найбільш небезпечними для роботи електросистем є короткі замикання. Розрізнюють металеві і короткі , що перемежаються замикання.

При металевому короткому замиканні спостерігається зварення жили проводу з корпусом літального апарату. При цьому різко знижується напруження і починає протікати великий струм в короткозамкнутому ланцюгу, що представляє велику небезпеку для всієї системи електропостачання. Металеві короткі замикання можуть привести до виходу з ладу окремих споживачів і дільниць мережі, запаленню ізоляції проводів і виникненню пожежі.

При короткому замиканні в місці короткого замикання, що перемежається виникає змінний перехідний опір і спостерігається безперервне виникнення іскор, що може також викликати пожежу на літальному апараті. Середнє значення струму короткого замикання в цьому випадку невелике.

Перевантаження споживачів по струму частіше за все пов’язане з порушенням нормальних умов їх роботи. Так, у електромеханізмів привідних пристроїв споживаний струм може перевищити номінальне значення при зростанні навантажувального моменту зверх допустимого.

Якщо перевантаження носить тривалий характер, то це може привести до порушення ізоляції проводів і до виникнення короткого замикання.

Обрив живильних проводів, якщо це не супроводиться виникненням коротких замикань, приводить до припинення роботи окремих споживачів електричної енергії в одноканальних мережах.

До апаратури захисту пред’являються специфічні вимоги: вона повинна володіти властивостями селективності, інерційності і чутливості.

Вимога селективності (вибірковості) означає, що захисна апаратура повинна відключати тільки пошкоджені дільниці мережі. При цьому лише мінімум споживачів може відчувати відсутність електричної енергії.

Рис. 6.18. Дільниця мережі із захисною апаратурою.

Вимогу селективності для захисної апаратури порівняльно легко виконати в радіальних мережах постійного струму.

Нехай для прикладу коротке замикання сталося в точці А (рис. 6.18). Тоді при наявності селективного захисту спрацює тільки автомат захисту, що стоїть в аварійному проводі. Знеструмленим виявиться тільки споживач П3.

Якщо ж коротке замикання трапиться в точці В, то відключитися від мережі повинні лише споживачі дільниці III і при цьому в плюсовому проводі генератора не спрацює захист 1.

Отже, захист мережі повинен бути підібраний таким чином, щоб спочатку спрацьовував елемент у місця короткого замикання і тільки у випадку його неспрацьовування - елемент захисту, що стоїть в схемі ближче до джерела електричної енергії.

Інерційність захисту необхідна там, де є в ланцюгах короткочасні коливання струмів, наприклад, при запусках електродвигунів різних літакових привідних пристроїв.

Апаратура захисту повинна реагувати на тривалі, хоч і невеликі перевантаження, тобто вона повинна мати високу чутливість.

Рис. 6.19. Амперсекундні характеристики запобіжників.

Для захисту мережі і споживачів можуть застосовуватися різноманітні види захисту: максимальна струменева, теплова, диференціально-струменева, спрямована і інш.

Саме широке поширення отримав максимальний струменевий захист, реагуючий на перевищення струму навантаження над величиною номінального струму. Він виконується за допомогою плавких запобіжників і біметалічних автоматів захисту мереж. У електросистемах змінного струму максимальний захист може бути виконаний на трансформаторах струму, працюючих спільно з електромагнітною комутаційною апаратурою.

Про достоїнства і недоліки плавких запобіжників і біметалічних автоматів захисту судять за так званими амперсекундними характеристиками. Відомо, що в провідникові з струмом кількість тепла, що виділяється залежить від величини струму і часу його протікання через провідника:

Q=I²rt, [дж],

де I - струм, А; r - опір провідника (в цьому випадку робочого елемента апарату захисту), Ом; t - час, сек.

Таким чином, швидкість спрацювання теплового апарату буде залежати від величини струму навантаження.

Амперсекундні характеристики захисної апаратури виражають залежність часу спрацювання апарата від величини струму перевантаження (рис. 6.19).

За допомогою амперсекундної характеристики можна визначити особливості даного апарату захисту, критичний і номінальний струми.

Критичним струмом апарату захисту називається найменший струм, при якому можливе спрацювання апарату захисту.

Номінальний струм захисного пристрою завжди менше критичного:

I_ном = (0,8 - 0,5) I_крит .

Цим обмеженням запобігаються помилкові спрацьовування захисту при зміні умов навколишнього середовища або розбігу параметрів апарату захисту.

Плавкі запобіжники

Основною частиною плавкого запобіжника є металева нитка, через яку протікає струм навантаження ланцюга, який захищають. Перегорання цієї нитки відбувається при струмах, що перевищують номінальне навантаження, і при наявності струмів короткого замикання. На літальних апаратах застосовуються запобіжники наступних типів (рис. 6.20):

плавкі вставки ПВ;

скляноплавкі запобіжники СП;

тугоплавкі запобіжники ТП;

інерційно-плавкі запобіжники ІП;

запобіжники типу ПМ.

Плавкі вставки ПВ розраховані на струми 24-100 А і відповідно маркируються ПВ-2, ПВ-6 і т. д. Плавкі вставки ПВ до 40 А випускаються в закритому виконанні, понад 40 А у відкритому.

Плавка вставка закритого виконання (рис. 6.20, а) складається з скляної трубки 1, двох латунних або мідних ковпачків з контактними ножами 2 і плавкого елемента 3 з каліброваного срібного дроту. Дріт вміщений всередині скляної трубки і припаяний до ковпачків.

Рис. 6.20. Авіаційні запобіжники: а, б - типу ПВ відкритого і закритого виконання; в, г - типу СП і ТП; 1 - скляна трубка; 2 - контактні ножі; 3 - плавкий елемент; 4 - текстолітова планка; 5 - пайка.

У плавких вставок відкритого виконання (рис. 6.20, б) скляної трубки немає, а срібний дріт розміщений на текстолітовій планці 4.

Плавкі вставки встановлюються в спеціальні затиски блоків захисту.

Скляноплавкі запобіжники СП (рис. 6.20, в) випускаються в закритому виконанні і без контактних ножів. Вони розраховані на номінальні струми 1 - 40 А. На струми до 3 А плавкий елемент виготовляється з каліброваного мідного дроту, на струми 5-10 А - з срібного дроту, на струми 15 - 40 А - з цинкових пластин. Конструкція запобіжників СП схожа з конструкцією запобіжників типу ПВ. Введення в конструкцію запобіжників цинкової нитки збільшує декілька інерційність захисної апаратури.

Критичний струм скляноплавких запобіжників

I_кр= (1,21-1,37) I_ном.

Тугоплавкі запобіжники ТП (рис. 6.20, г) розраховуються на великі робочі струми від 400 до 900 А. У цих запобіжників плавким елементом є мідна пластина 3, укладена в теплостійкому корпусі 5, який виконаний з асбестоцементного складу. При перевантаженнях, коли пластина розплавляється електрична дуга, що утворюється гаситься газом, який виділяється з асбестоцементного матеріалу. Критичний струм тугоплавкого запобіжника

I_кр =( 1,4-1,7) I_ном.

Запобіжники типу ПМ випускаються закритого типу і розраховані на струми від одиниць до сотен ампер (рис. 6.21).

Їх особливістю є висока механічна міцність і тому вони можуть витримувати великі динамічні навантаження, що спостерігаються в електричних мережах, особливо в перехідних режимах. Крім цього, для зручності експлуатації на корпусах встановлені «віконця» - сигналізатори 1.

Рис. 6.21. Авіаційні запобіжники типу ПМ: а - малопотужний; б - багатострумний.

Сигналізатор виконується кольоровим і за допомогою дротяного гачка 3 кріпиться до плавкої пластини 4. При перегоранні запобіжника зусиллями пружини 2 виштовхується сигналізатор з свого гнізда. Таким чином, по цій ознаці завжди можна судити про стан запобіжників.

На рис. 6.21, а показана конструкція малопотужного запобіжника ПМ. Такі запобіжники кріпляться на літальних апаратах, як і плавкі вставки, за допомогою блоків захисту.

Запобіжники більш могутні (рис. 6.21, б) мають трубчасту конструкцію і кріпляться за допомогою контактних болтів аналогічно запобіжникам типу ТП.

Всі розглянуті запобіжники є малоінерційними апаратами захисту і при перевантаженнях, понад двократних, перегорають майже вмить. У запобіжників типу ТП інерційності трохи більше.

Плавким запобіжникам властиві наступні недоліки:

вони малоінерційні і тому не можуть витримувати великих короткочасних перевантажень;

швидкість їх спрацювання значною мірою залежить від температури і щільності повітря;

не можна заздалегідь перевірити працездатність запобіжників, а в польоті не завжди можливо замінити згорілий запобіжник.

До переваг плавких запобіжників можна віднести простоту конструкції, малу вагу, швидкість і надійність спрацювання при коротких замиканнях.

Більш універсальними властивостями володіють інерційно-плавкі запобіжники типу ІП. Вони на відміну від звичайних запобіжників володіють значною інерційністю дії, захищаючи електричні ланцюги не тільки від перевантажень і коротких замикань, але і від невеликих, але тривалих перевантажень. Запобіжники ІП найбільш зручні для захисту ланцюгів електричних двигунів і випускаються на номінальні струми від 5 до 250 А.

Інерційний запобіжник складається (рис. 6.22) з фібрового корпусу 1, до якого приєднані контактні ковпачки 3. Всередині корпусу вміщено плавкий елемент, що складається з двох частин: латунної вставки 9 і припою 7. Прі великих перевантаженнях і струмах короткого замикання перегорає латунна вставка 9. При невеликих, але тривалих перевантаженнях температура нагрівального елемента (спіралі) 2 підвищується і тепло передається мідній пластині 10, яка виконує роль інерційного елемента. При досягненні певної температури припой 7, що втримує скобу 6, плавиться, а пружина 5 відтягує скобу, і електричний ланцюг розривається.

Рис. 6.22. Інерційний запобіжник (а) і його амперсекундна характеристика (б).

Кріплення інерційних запобіжників на літальних апаратах здійснюється за допомогою виделок 4 і 8.

Амперсекундна характеристика інерційного запобіжника (рис. 6.22,б) складається з двох дільниць 1 і 2. Участок 1, відповідний відносно невеликим струмам, є амперсекундною характеристикою інерційної частини запобіжника і визначається в основному часом нагріву мідної пластини 10.

Дільниця 2 характеристики відповідає великим струмам короткого замикання, при яких перегорає латунна плавка вставка 9.

Інерційні запобіжники в значній мірі задовольняють вимогам селективності, інерційності і чутливості захисту невеликих, але тривалих перевантажень.

Біметалічні автомати захисту

Біметалічні автомати захисту (теплові автомати) служать для захисту електричних ланцюгів від перевантажень і коротких замикань.

Чутливим елементом теплового автомата є біметалічна пластина, що являє собою дві зварені металеві пластини з різними температурними коефіцієнтами лінійного розширення. Матеріалом для пластин з малим коефіцієнтом лінійного розширення може служити інвар або платиніт, а для пластин з великим коефіцієнтом - немагнітна сталь, нікель, латунь, константан і інші матеріали.

При протіканні по біметалічній пластині струму вона нагрівається і прогинається. Ця властивість використовується для впливу на кінематику автомата захисту при надмірному збільшенні струму, що протікає через його чутливий елемент і контакти.

Найбільше поширення на літальних апаратах отримали автомати АЗР і АЗС. По типу кінематичної схеми теплові автомати першої групи виконані з вільним розчепленням органу управління і контактної системи, а другої групи - без вільного розчеплення.

Після спрацювання АЗР не можна знову замкнути їх струменеві контакти важелем управління доти, поки біметалічна пластина не охолодиться до певної температури.

АЗС дозволяють примусово втримувати струменеві контакти в замкненому стані важелем управління незалежно від величини струму, що протікає через автомат.

АЗС по кінематичній схемі і габаритам всі однакові і відрізняються лише параметрами чутливих елементів. Вони розраховані на номінальні струми 2, 5, 10, 15, 20, 30 і 50 А.

Рис. 6.23. Автомат захисту АЗС.

Будь-який автомат без вільного розчеплення в своїй конструкції містить наступні основні частини (рис. 6.23): пластмасовий корпус 6, ручку управління 2, контактний важіль 4, контакти 5, упорний штифт з пружиною 3, біметалічну пластину 9, пружинний стопор 10, пружину 7, рухому пластмасову колодку 12, мідні канатики 8 і 11.

Автомат включається перекладом ручки 2 ліворуч. При цьому контактний важіль 4 повертається біля опори 1 і замикає контакти 5. Одночасно колодка 12 зміщується праворуч і фіксується в цьому положенні пружинним стопором 10. Якщо після цього ручку 2 повернути в початкове положення, то контакти 5 розімкнуться, але колодка 12 не змінить свого положення.

Після включенн АЗС струм буде протікати через струмопроводячі шинки, контакти 5 і біметалічну пластину.

При перевантаженнях біметалічна пластина прогинається вниз і пружинний стопор 10 звільняє колодку 12 і вона під дією поворотної пружини 7 переміщується в початковий стан. При цьому перекидається одночасно ручка 2 в положення «вимкнено», і контакти автомата розмикаються.

Автомати захисту типу АЗР (рис. 6.24) випускаються на номінальні струми 6, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 150 а.

У конструкцію автоматів цього типу входять наступні основні частини: важіль ручного управління 7, закріплений на осі, рухома вісь 3, спусковий важіль з сережкою 2, допоміжна пружина 5, допоміжний важіль 10, поворотна пружина 6, контакти 9, біметалічна пластина 7 (П-образної форми), упорний важіль 4, демпферна пружина 8.

Рис. 6.24. Автомат захисту АЗР.

Для включення автомата важіль управління 1 необхідно повернути ліворуч до упора. При цьому рухома вісь 3, переміщуючись в сережці спускового важеля 2, викликає спочатку стиснення допоміжної пружини 5. Потім при своєму розстисненні ця пружина перекине важіль 10 в крайнє ліве положення, а пов’язані з ним рухомі електричні контакти замкнуть ланцюг. Поворотна пружина 6 при зведенні автомата розтягується і запасає потенційну енергію, а важіль 2 впирається своїм кінцем в упорний важіль 4. Тому рухома система автомата не може повернутися в початкове положення.

Якщо після зведення АЗР повернути важіль управління 1 праворуч, то під дією пружин 5 і 6 важіль 10 також переміститься праворуч і електричні контакти 9 розімкнуться. При недопустимих перевантаженнях біметалічна пластина 7 прогинається вгору і натискає на керамічну кульку упорного важеля 4, що приводить до повороту останнього. У результаті спусковий важіль 2 звільняється і під дією пружин 5 і 6, важіль 10 відходить праворуч, і контактна система розмикається.

Необхідно зазначити, що поки біметалічна пластина 7 не повернеться в первинне положення, а упорний важіль 4 не увійде в зачеплення з важелем 2, включити автомат неможливо.

Для трифазних мереж змінного струму також розроблені автомати захисту, до яких можна віднести автомати типу АЗ-3.

Ці захисні пристрої спрацьовують при коротких замиканнях і перевантаженнях в фазах лінії, що захищається. Принцип роботи трифазних автоматів аналогічний принципу роботи біметалічних автоматів АЗС і АЗР.

Теплові автомати мають значно більшу теплову інерцію, ніж плавкі запобіжники. Але у них інерційність менше, ніж у запобіжників типу ІП. Час спрацювання АЗС і АЗР при подвійному номінальному струмі (І=2І_ном), становить 25 - 40 сек при умові попереднього прогрівання номінальним струмом.

На відміну від плавких запобіжників біметалічні автомати мають ряд позитивних якостей: багаторазовість дії, можливість використання як комутаційної апаратури, можливість перевірки характеристик в процесі експлуатації, наявність необхідної інерційності, що допускає великі короткочасні кидки струмів; здатність реагувати на невеликі, але тривалі струми перевантаження.

Недоліками біметалічних автоматів захисту є складність конструкції і значна залежність амперсекундних характеристик від параметрів навколишнього середовища.

Деякі відомості про вибір захисної апаратури

Розглянуті апарати захисту широко застосовуються для захисту магістральних і розподільних мереж. Однак з їх допомогою не завжди можна здійснити повний захист будь-якої магістральної мережі.

Зупинимося на виборі апаратів захисту для розподільної мережі. При цьому необхідно враховувати характер роботи споживачів електричної енергії.

Якщо струм навантаження споживачів при всіх режимах роботи не перевищує номінальної величини, то захист може здійснюватися або плавкими запобіжниками або тепловими автоматами.

Номінальний струм апарата захисту вибирається по номінальному струму споживача з урахуванням коефіцієнта запасу:

І_зах= К_з І_ном> І_ном,

де І_зах - номінальний струм апарата захисту; К_з - коефіцієнт запасу; І_ном - номінальний струм споживача.

Практично вибирають найближчий більший по номінальному струму апарат захисту.