Путевые переключающие устройства

Путевые переключающие устройства широко используют при автоматизации процессов, связанных с перемещениями механизмов или обрабатываемых материалов. Эти устройства работают по принципу включено – отключено. Характерной особенностью их является то, что перемещение механизма или обрабатываемого материала управляет цепью электрического исполнительного элемента путем ее замыкания или размыкания.

Путевые переключающие устройства бывают контактные механические, бесконтактные индуктивного и трансформаторного типов, магнитомодуляционные.

Контактные механические переключающие устройства. Эти устройства могут быть однопредельными или многопредельными, т. е. содержать одну или несколько пар рабочих контактов.

Путевое переключающее устройство, действующее только в конце пути, т. е. ограничивающее путь передвижения механизма путем размыкания или замыкания цепи электропривода, называется конечным выключателем. Конечные выключатели служат командоаппаратами при автоматическом управлении движущимися механизмами и аварийными ограничителями хода. Путевые переключающие устройства координируют работу нескольких механизмов, пуская их в ход, останавливая или изменяя их скорость в зависимости от проходимого пути. По способу привода контактные путевые переключающие устройства бывают рычажные, нажимные и вращающиеся.

В сложных схемах управления электроприводами применяют универсальные переключатели серии УП, обеспечивающие возможность нескольких переключений. Эти переключатели выполняют обычно в виде набора контактных устройств, в которых подвижные контакты укреплены на рычагах, управляемых кулачковыми шайбами. Изменение положения переключателя соответствует повороту на 45, 90, 135, 180°. Универсальные переключатели УП рассчитаны на управление током до 20 А при напряжении до 500 В. Они допускают комплектование в одном переключателе до 16 секций с соответствующим числом переключаемых цепей управления.

Контактные переключающие устройства имеют известные недостатки, определяемые износом контактов. В производственных условиях целесообразно применять в цепях с контактами напряжение порядка 100 – 250 В, при котором контакты работают надежнее.

Бесконтактные переключающие устройства. Эти устройства (на основе фотоэлементов или индуктивных элементов) надежнее контактных, особенно при большой частоте переключений. Бесконтактные переключающие устройства типа фотореле, работающего с двумя уровнями освещения, создают на основе простых схем усиления. В качестве бесконтактных переключающих устройств индуктивного типа широкое распространение получили параметрические и генераторные датчики положения. Принципиальная схема бесконтактного переключающего устройства на основе индуктивного генераторного датчика положения приведена на рис. 3.47, а. Это транзисторный генератор колебаний, амплитуда колебаний которого управляется при помощи металлической заслонки 2 между катушкой колебательного контура 1 и катушкой обратной связи 3. При отсутствии заслонки в зазоре между катушками схема генерирует колебания, вызывающие увеличение среднего значения тока через транзистор-генератор T1. Этот ток усиливается выходным транзистором. Когда заслонка проходит между катушками, коэффициент обратной связи уменьшается, амплитуда колебаний падает и колебания прекращаются, что в свою очередь вызывает закрытие выходного транзистора Т2. На таком принципе построены бесконтактные выключающие устройства типа КВД и БК.

Принципиальная схема бесконтактного выключателя КВД состоит из генератора и усилителя на транзисторах (рис. 3.47, б).При введении металлической пластинки в щель между базовой и коллекторной обмотками происходит уменьшение коэффициента обратной связи, вызывающее срыв генерации. Нормально закрытый выходной транзистор Т3 открывается, что вызывает срабатывание реле или логического элемента, включенного в цепь коллектора Т3. Выключатели типа КВД, БК предназначены для коммутации электрических цепей управления и сигнализации.

Путевые переключатели на МК. Большое применение МК получили в путевых переключателях со сложными логическими закономерностями. Путевой переключатель на МК схематически изображен на рис. 3.48, а. Контактная группа МК обычно включается в цепь управления многоконтактного реле или контактора. В простейших схемах управления и контроля, когда в зависимости от путевой команды необходимо отключить маломощный исполнительный двигатель или выдать световой сигнал, МК включается в цепь управления двигателя или в цепь сигнальной лампы.

а

б

Рис. 3.47. Схемы бесконтактных переключающих
устройств на основе индуктивного датчика:
а – схема с генераторным датчиком; 1 – колебательный контур,
2 – металлическая заслонка; 3 – обмотка обратной связи;
б – схема бесконтактного выключающего устройства типа КВД

Один из вариантов схемного исполнения путевого переключателя на МК представлен на рис. 3.48, б, в. Переключатель содержит четыре МК, соединенные последовательно-параллельно, что позволяет дублировать каждый контакт в случае его несрабатывания или залипания, и управляется поворотом якоря (постоянным магнитом) относительно собственной оси. Взаимное расположение МК и якоря выбирается так, что нейтраль якоря перпендикулярна оси МК и контактные пластины находятся в зоне максимального магнитного потока. При повороте якоря относительно собственной оси поток в зоне расположения МК уменьшается. Работоспособность такого путевого переключателя обеспечивается при повороте якоря на угол до 20° от нейтрали. Путевые переключатели на МК типа КЭМ-2 используют в цепях постоянного тока с напряжением 30 В и силой до 0,25 А.

а б в

Рис. 3.48. Путевые переключатели на магнитоуправляемых контактах:
а, б – взаимное расположение герконов и якоря;
в – схема подключения герконов

3.2.5. Релейно-контактные
схемы систем автоматики

Основными элементами релейно-контактных схем автоматики являются реле, контакторы и магнитные пускатели, различные командные аппараты (кнопки управления, командоконтроллеры, универсальные переключатели), технологические датчики, конечные и путевые переключающие устройства и другие элементы.

Контакторы – это электромагнитные аппараты, по принципу работы схожие с реле и предназначенные для коммутации сильноточных цепей (включение и отключение исполнительных электродвигателей, различных электрических установок и др.). Контакторы, как и мощные реле, выполняют в релейно-контактных схемах автоматики функции выходных устройств.

Магнитные пускатели – это специальные пусковые устройства, состоящие из одного или двух контакторов, тепловых реле и кнопок управления, применяемые в основном при управлении пуском, реверсом, остановом исполнительных трехфазных асинхронных электродвигателей.

На рис. 3.49 схематически изображен однополюсный контактор; он состоит из стального сердечника 1, на который надета катушка 2.

Рис. 3.49. Схема однополюсного контактора:
1 – сердечник; 2 – катушка; 3, 4 – контакты соответственно
неподвижный и подвижный; 5 – пружина; 6 – якорь;
7, 8 – блок-контакты; 9 – изолирующая основа

При включении тока в катушке якорь 6 притягивается к сердечнику и замыкает главные линейные притирающиеся контакты: 3 – неподвижный и 4 – подвижный. Пружина 5 обеспечивает надежность прикосновения контактов. Вспомогательные блок-контакты 7 и 8 служат для цепей обмоток других контакторов, реле и цепей сигнализации. Число вспомогательных контактов может быть различно, причем они могут быть размыкающими или замыкающими.

При выключении катушки якорь под действием собственного веса (при вертикальном расположении контактора) отпадает и выключает цепь тока; одновременно размыкаются контакты 7 и 8. Включение контакторов может осуществляться специальными замыкателями. Все детали контактора монтируются на изолирующей основе 9. Выбор контакторов производится исходя из напряжения в цепи главных контактов и блок-контактов, а также значения и длительности протекания тока нагрузки. Эти данные приводятся в каталогах и справочниках.

На рис. 3.50, а изображена схема управления электрическим двигателем переменного тока с короткозамкнутым ротором с помощью нереверсивного магнитного пускателя. Эта схема состоит из контактора с тремя главными линейными контактами Л1, одного блок-контакта БК, служащего для его самоблокировки после срабатывания при нажатии кнопки К1 (Пуск), и двух биметаллических тепловых реле РТ1 и РТ2 для защиты двигателя от перегрузки. Схема работает таким образом. Цепь управления присоединяется к цепи главного тока перед главными контактами пускателя (точки А и Б), в противном случае при отключенном контакторе цепь управления осталась бы без напряжения. При нажатии кнопки К1 (Пуск) образуется цепь: фаза А – контакт теплового реле КРТ1 – втягивающая катушка контактора Р – контакт теплового реле КРТ2 – нажатая кнопка К1 – замкнутая кнопка К2 (Стоп) – фаза Б.

Если через катушку контактора пропустить ток, то она замыкает главные контакты и замыкающий блок-контакт БК. В результате электродвигатель Д, присоединенный к сети, начинает вращаться. При замыкании блок-контакта БК пусковая кнопка К1 шунтируется и может быть отпущена, так как ток в катушку Р проходит теперь через блок-контакт БК. При нажатии кнопки К2 (Стоп) цепь катушки обесточивается, поэтому размыкаются главные линейные контакты Л1 и блок-контакт БК, а электродвигатель останавливается. Тот же эффект достигается при отключении напряжения в цепи главного тока при снижении его до 65 % от номинального. Теперь магнитный пускатель самопроизвольно включиться не может, так как цепь катушки Р разомкнута контактами К1 и БК. Поэтому повторная подача напряжения в цепь главного тока не вызывает включения электродвигателя до тех пор, пока не будет вновь нажата кнопка К1 (Пуск). Таким образом, обеспечивается так называемая «нулевая защита».

Тепловые реле РТ1 и РТ2 включены в цепь главного тока, и через них проходит весь ток электродвигателя. Эти реле имеют размыкающие контакты КРТ1 и КРТ2, включенные последовательно с катушкой Р. При нормальной нагрузке двигателя контакты реле КРТ1 и КРТ2 замкнуты. При перегрузке двигателя одно или два реле (РТ1, РТ2) размыкают свои контакты КРТ1 и КРТ2, что вызывает обесточивание цепи катушки Р. Контакты Л1 и БК размыкаются, и электродвигатель останавливается. Дальнейший принцип работы теплового реле описан ранее. Так как тепловые реле обладают большой тепловой инерцией, то они не могут защитить электродвигатель при коротких замыканиях. Поэтому включение плавких предохранителей ПП необходимо даже при наличии тепловых реле.

При частом реверсировании двигателя применяется реверсивный магнитный пускатель (рис. 3.50, б). Реверсивная схема собирается по принципу схемы самоблокировки (рис. 3.50, б).

а б

Рис. 3.50. Схемы магнитных пускателей
для управления электродвигателями:
а – нереверсивная; б – реверсивная

При включении первого магнитного пускателя электродвигатель Д вращается в одном направлении, а при выключении первого пускателя и включении второго – в обратном.

Одновременное включение обоих пускателей недопустимо, так как это может привести к короткому замыканию в цепи главного тока. Чтобы предотвратить включение второго пускателя, когда уже включен первый, в цепь катушки Р2 второго пускателя включают размыкающий контакт 2К1 первого пускателя, и наоборот. Поэтому при включении первого пускателя его контакт 2К1 размыкается и нажатие кнопки К2 не приводит к включению второго пускателя.

Для реверсирования двигателя необходимо сначала отключить работающий двигатель, а затем пустить его в обратном направлении. В схеме предусматривается только одна кнопка «Стоп» – K _общ, включенная в неразветвленную часть цепи, куда включены контакты тепловых реле КРТ1 и КРТ2.