Практическая работа №2 Изучение конструкции и принципа работы выключателей, контакторов, реле.

Практическая работа №2 Изучение конструкции и принципа работы выключателей,
контакторов, реле.
Цель работы: изучить конструктивные особенности и принцип работы концевых
выключателей, контакторов и реле. Выполнить контрольное задание.
Концевой выключатель — электромеханическое устройство, широко применяемое
в системах автоматизации для определения наличия объекта в зоне действия.
В основе принципа работы концевого выключателя лежит механическое воздействие
на актуатор. Когда он перемещается, происходит замыкание либо размыкание
электрической цепи.
Назначение концевых выключателей
Устройство позволяет переключать режимы работы оборудования, обесточивать части
систем, включать освещение, отслеживать положение каких-либо объектов.
Функции, которые также могут выполнять различные типы концевых выключателей:

обнаружение объектов;

подсчет количества предметов;

определение зоны перемещения объекта;

обесточивание оборудования в целях защиты;

контроль крайних положений при перемещении.
Если движущиеся элементы оборудования имеют ограниченный диапазон перемещения,
необходимо предусмотреть отключение двигателя при достижении крайних положений.
Концевой выключатель размещается так, чтобы движущийся элемент гарантированно
задевал его актуатор, достигая заданной точки. В этом случае концевик срабатывает, ток
отключается и движение останавливается.
Для подключения концевого выключателя требуется обнаружить необходимую точку
контакта и установить сам датчик таким образом, чтобы срабатывание происходило
именно там. Здесь изменение положения датчика при монтаже обеспечивает более точную
настройку момента срабатывания (смещение датчика возможно за счёт использования
крепежных отверстий либо за счёт изменения места крепления). Также более точная
настройка возможна регулировкой самого рычага, если это предусмотрено конструкцией
датчика.
В сравнении с размерами регистрируемых объектов и расстояниями, проходимыми ими,
точность срабатывания концевика составляет доли процента. При этом расстояние,
проходимое проводящей пластиной от момента отсутствия контакта до его появления
составляет доли миллиметра. Данное расстояние и определяет точность, с которой датчик
может зарегистрировать положение контролируемого объекта. Это может быть 0,5, 0,2 мм
и даже меньше. Дополнительное достоинство концевика в том, что точность срабатывания
(а также характер взаимодействия при контакте) можно настраивать (регулировать)
за счёт использования различных типов актуаторов.
Сферы применения концевых выключателей
Концевые выключатели используются как датчики в различных системах автоматизации.
Они нужны в следующих отраслях:

станкостроение: все типы деревообрабатывающего и металлообрабатывающего
оборудования, прессы, спецтехника;

упаковочные системы, технологические линии;

погрузочно-разгрузочная техника: краны, подъёмные устройства, транспортные
ленты;

лёгкая и пищевая промышленность;

транспорт: автомобильная, железнодорожная, авиационная техника.
В любой области применение концевых выключателей преследует одну из двух целей:
либо защитить технику от несанкционированного доступа, либо автоматически
активировать (дезактивировать) конкретные функции оборудования.
Основные функциональные элементы концевых выключателей:

актуатор;

устройство переключения контактов;

клеммы.
Актуатор непосредственно взаимодействует с внешними объектами, а затем, за счёт
своего перемещения, — с устройством переключения контактов, приводя к замыканию
или размыканию электрической цепи.
Существует несколько видов концевых выключателей в зависимости от типа актуатора.
Разделяют кнопочные, рычажные и штоковые актуаторы. Степени защиты различны
и отражаются в маркировке: в ассортименте Meyertec артикулы концевых выключателей
с IP-54 начинаются с букв MTB4-MS, а с IP-65 — с букв MTB4-LZ.
Актуаторы концевиков Meyertec возвращаются в исходное положение сразу после
прекращения контакта объекта с актуатором.
Возможно линейное движение актуатора либо вращение.
Распространено применение концевых выключателей нормально замкнутого и нормально
разомкнутого типа. В концевиках Meyertec используются NO+NC контакты.
Типы актуаторов концевых выключателей
Роликовый рычаг
Чтобы снизить усилие активации и трение и уменьшить износ исполнительного
механизма, рычаг снабжают роликом, который поворачивается вокруг своей оси при
контакте. Ролик изготавливается из металла или полимера. Рычаг снабжен пружиной,
после прекращения внешнего воздействия он возвращается в исходное состояние.
Что такое регулируемый роликовый рычаг
Регулируемый роликовый рычаг — исполнительный элемент изменяемой длины, который
позволяет обеспечить точную настройку выключателя для лучшего контакта
с контролируемыми объектами. Это подвижное приспособление с роликом, допускающее
фиксацию в различных положениях посредством специального винта.
Скругленный плунжер: особенности конструкции Актуатор кнопочного типа, без рычага,
срабатывает при непосредственном воздействии на кнопку. Исполнительный механизм
выполнен в виде выступающего элемента со скруглённой верхней частью, что позволяет
повысить площадь контакта и обеспечить срабатывание также и при небольшом
отклонении объекта от движения по направлению к кнопке.
Роликовый плунжер Назначение концевых выключателей данного типа — обеспечивать
активацию в случаях, когда внешний объект движется не только прямо на актуатор, но и,
например, по окружности. По своей сути это актуатор кнопочного типа, снабженный
роликом на конце.
Стержневой рычаг (шток)Срабатывание происходит за счет бокового воздействия.
Стержневой рычаг работает по тому же принципу, что и роликовый рычаг, но отличается
размерами и, соответственно, отсутствием ролика. Длина может достигать
10 сантиметров.
Гибкий стержень По принципу действия схож со стержневым рычагом, но активируется
при воздействии с любой стороны.
Свойства концевых выключателей
Концевые выключатели широко применяются, являются практичным и относительно
недорогим решением для создания систем автоматизации.
Особенности концевых выключателей:

высокая точность — датчик можно установить с точностью, соответствующей
расстоянию, на которое перемещается актуатор до срабатывания;

повторяемость — после срабатывания актуатор возвращается в изначальное
положение и полностью готов к повторению рабочего цикла;

возможность работать в неблагоприятных условиях;

не потребляет электроэнергию — устройство представляет собой механический
выключатель и просто замыкает или размыкает цепь без затрат электричества,
однако отдельные виды устройств могут иметь светодиодную индикацию,
потребляющую незначительное количество энергии;

простота монтажа.
К недостаткам концевых выключателей можно отнести ограничение скоростей,
на которых осуществляется взаимодействие, а также необходимость физического
контакта с контролируемым объектом, что повышает нагрузку на устройство
и отрицательно влияет на срок его службы.
Контакторы - это электромагнитные устройства, состоящие из двух позиций,
аналогичных электромагнитным элементам. Особое назначение контакторов состоит в
дистанционном управлении электрическими сетями и коммутации номинального тока. С
помощью данного аппарата производят отключение и подключение элементов
электрической цепи. Конструкция контакторов включает в себя подвижный элемент,
катушки, пружины и замыкающиеся группы контактов.
Сферы использования контактора

Для управления электрическими двигателями;

Коммутация компенсационных электрических цепей мощности реактива;

Коммутация постоянных повышенных токовых передач;

Монтаж электрофурнитуры;

Электромонтажные работы;

Эксплуатация электросетей;

Запуск мощных промышленных двигателей;

Установка электротехнических изделий.
Типы электромагнитных контакторов различаются в зависимости от ключевых
технических характеристик:
рода тока (постоянного или переменного; также существуют комбинированные
устройства, способные работать в любых сетях);
напряжения рабочей цепи (от 27 до 1600 В);
силы тока рабочей цепи (от 1,5 до 4800 А);
частоты переменного тока для соответствующих устройств (50 и 60 Гц);
напряжения вспомогательной цепи (от 12 до 660 В);
класса износостойкости — величины, которая обозначает количество включений в час (в
основном производятся устройства, рассчитанные на 1200 вкл/ч).
Кроме того, контакторы классифицируются по конструктивному исполнению. Имеют
значение следующие особенности:
Количество полюсов (от одного до пяти). Наиболее распространены одно-, двух- и
трехполюсные устройства. В частности, последние применяются для управления
включением и выключением трехфазных двигателей. Кроме трех основных, в
конструкции бывает предусмотрен дополнительный блокировочный полюс, который
удерживает контакты в замкнутом положении. Реже в промышленности используются
многополюсные контакторы — они служат для решения особых задач.
Наличие дугогасительной системы . Она, как мы уже сказали, необходима для работы с
высоковольтными электрическими сетями. При напряжении главной цепи до 220 В
дугогасительная система не обязательна.
Наличие вспомогательных контактов . Они предназначены для переключения параметров
в слаботочной цепи, управляющей контактором, системами сигнализации и блокировки.
Способ управления . С этой точки зрения контакторы
бывают ручными и автоматическими . Первые включаются и выключаются механически и
требуют присутствия обслуживающего персонала. Вторые работают от слаботочной
линии и управляются дистанционно. В основном в промышленности используются
автоматические контакторы.
Тип монтажа . Традиционная конструкция электромагнитного контактора предполагает
наличие корпуса, который защищает детали устройства от пыли, влаги и других
повреждающих внешних факторов. Но есть и бескорпусные аппараты. Они монтируются
внутри самих установок или в электрощитах.
Степень защиты корпуса . Она определяется особенностями эксплуатации устройства
Самые важные характеристики при выборе контактора — это напряжение и сила тока .
При этом нужно понимать, что существуют номинальные и расчетные параметры.
Исходить следует из предполагаемых режимов работы электромагнитного контактора: для
разных условий характеристики тока будут различаться. Выбирать устройство
рекомендуется с запасом допустимой нагрузки: расчетные показатели должны быть
значительно ниже номинальных.
Еще одна важная характеристика — износостойкость. От нее зависит, как долго
проработает контактор, сколько циклов включения-выключения он выдержит.
Износостойкость бывает механической и коммутационной . Первая характеристика
означает количество циклов срабатывания, при котором контактор не потребует ремонта.
При этом нагрузка электрической цепи не учитывается. Под коммутационной
износостойкостью тоже понимают количество циклов включения-выключения, но уже с
нагрузкой. Эта величина должна составлять не менее 0,1 от механической
износостойкости.
Устройство и принцип работы
Электромагнитное поле создается, когда электромагнитная катушка находится под
напряжением. Как мы видели в конструкции, подвижный контакт контактора связан с
якорем (металлическим стержнем) электромагнита.
Когда создается электромагнитное поле, якорь испытывает силу и тянет к неподвижному
контакту. Сила, создаваемая катушкой, больше, чем сила пружины. Оба контакта
остаются в этом положении до тех пор, пока катушка не будет обесточена.
Как только обмотка будет обесточена, электромагнитная сила становится равной нулю, и
якорь оттягивается из-за силы пружины. Происходит возврат в нормальное состояние.
Контакторы предназначены для быстрого включения-выключения.
Вход катушки контактора может быть переменным или постоянным, или в некоторых
случаях универсальная катушка используется в качестве электромагнитной катушки.
Универсальные катушки работают как на переменном, так и на постоянном токе.
Небольшая потеря мощности происходит в контактах, и цепь компенсации используется,
чтобы уменьшить эту потерю.
При замыкании и размыкании контактов между контактами образуется дуга. Эта дуга
может сократить срок службы контактора, так как увеличивает температуру контактов.
Из-за дуги вредные газы производят монооксид. Следовательно, существует несколько
методов, используемых для контроля и исчезновения дуг.
Реле – одно из наиболее распространенных устройств, применяемых для автоматизации
процессов в электротехнике. По факту, это автоматический выключатель, который
соединяет или разъединяет электроцепи при достижении установленных значений или
под внешним воздействием. Реле применяются в промышленности для автоматизации
технологических процессов, в бытовой технике, которая есть в каждом доме, например в
холодильниках и стиральных машинках, для защиты сети от слишком высоких или
слишком низких параметров тока. Выбор нужного устройства упрощает классификация
реле по различным признакам.
В сегодняшнее время реле выглядит таким образом: это катушка с намотанным на нее
проводом. Этот провод сделан из меди и покрыт, обычно, лаком с диэлектрическим
свойством. Он также может иметь изоляцию из ткани или синтетики. В катушке
установлен металлический сердечник, который стоит на основании, не проводящем ток.
Кроме этого в реле установлены различные соединительные элементы, контакты, якорь и
пружины.
Принцип работы реле заключается в следующем. Когда подается ток на катушку, ее
сердечник начинает притягивать к себе якорь. Далее он соединяется с контактом и цепь
замыкается. Когда сила тока станет ниже, то происходит ее размыкание, т. е. якорь снова
вернется в первоначальное положение с помощью пружины.
Чтобы работа устройства продвигалась более точно, для этого используют резисторы.
Также существует необходимость в установке конденсаторов. Они защитят реле от
скачков напряжения.
Для более продуктивной работы устройства, чтобы управлять сразу несколькими цепями,
в электромагнитное реле устанавливают несколько пар контактов.
Характеристика реле
Существует несколько основных характеристик реле, которые подходят всем устройствам
не зависимо от принципа работы:
Чувствительность – обозначает, включится ли устройство, если на обмотку подать ток
определенной силы.
Сопротивление, возникающее на обмотке катушки.
Ток срабатывания – показывает минимальное значение силы тока, при котором
переключатся контакты.
Ток отпускания – это величина, при которой устройство отключится, т. е. прервется
электроцепь.
Время срабатывания – это значение, которое определяется количеством времени от
поступления сигнала, до момента воздействия на электрическую цепь.
Частота срабатывания реле, когда есть нагрузка на контакты.
Контрольное задание: Опишите конструкцию, принцип работы и характеристики
концевых выключателей, контакторов и реле.