電気駆動装置

電気機器の接点を開閉するには、さまざまなアクチュエータが使用されます。手動ドライブでは、動力は人間の手から機械伝達システムを介して接点に伝達されます。手動作動は、一部の断路器、回路ブレーカー、回路ブレーカー、およびコントローラーで使用されます。

ほとんどの場合、手動作動は非自動装置で使用されますが、一部の保護装置ではスイッチオンが手動で行われ、圧縮されたバネの作用で自動的にスイッチオフになります。リモート ドライブには、電磁式、電空式、電気モーター、および熱ドライブが含まれます。

電磁駆動

電気機器で最も広く使用されているのは、アーマチュアのコアへの吸引力を利用する電磁駆動です。 電磁石 またはアンカーの引っ張り力 ソレノイドコイル.

磁場内に置かれた強磁性材料はすべて、磁石の特性を獲得します。したがって、磁石または電磁石は、強磁性体をそれ自体に引き付けます。この特性は、さまざまな種類の電磁石の昇降、格納、回転の装置に基づいています。

電磁石または 永久磁石 強磁性体、つまりアンカーを引き付けます（図1、a）。

ここで、B はエアギャップ内の磁気誘導です。 S は極の断面積です。

電磁石のコイルによって生成される磁束 F 、したがってエアギャップ内の磁気誘導 B は、前述したように、コイルの起磁力、つまり 1 に依存します。巻き数 w と電流が流れます。したがって、コイルに流す電流を変えることで力F（電磁石の吸引力）を調整することができます。

電磁駆動装置の特性は、アーマチュアの位置に対する力 F の依存性によって特徴付けられます。この依存性は、電磁駆動装置のトラクション特性と呼ばれます。磁気システムの形状はトラクション特性の推移に大きな影響を与えます。

コイル２と装置の可動接点３に接続された回転電機子４を備えたＵ字型コア１（図１、ｂ）からなる磁気システムは、電気機器において広く普及している。

トラクション特性の概略を図に示します。 2. 接点が完全に開いているとき、アーマチュアとコア間のエアギャップ x は比較的大きく、システムの磁気抵抗は最大になります。したがって、電磁石のエアギャップ内の磁束 F、誘導 B、吸引力 F は最小になります。ただし、正しく計算された駆動力により、この力によってアンカーがコアに確実に引き付けられるはずです。

米。 1.電磁石の概略図 (a) と U 字型磁気回路を備えた電磁駆動装置の概略図 (b)

アーマチュアがコアに近づき、エアギャップが減少すると、ギャップ内の磁束が増加し、それに応じて吸引力が増加します。

駆動装置によって生成される推力 F は、車両の推進システムの抗力を克服するのに十分なものでなければなりません。これらには、移動システムの重量による力 G、接触圧力 Q、およびリターン スプリングによって生成される力 P が含まれます (図 1、b を参照)。アンカーを移動したときに生じる力の変化は、図 (図 2 参照) の破線 1-2-3-4 で示されています。

アーマチュアが移動し、接点が接触するまでエア ギャップ x が減少すると、ドライブは移動システムの質量とリターン スプリングの作用による抵抗に打ち勝つだけで済みます (セクション 1-2)。さらに、力は接点の最初の押し込みの値とともに急激に増加し (2 ～ 3)、移動とともに増加します (3 ～ 4)。

図の特性を比較してみます。 2、装置の動作を判断できます。したがって、制御コイルの電流が ppm.I2w を生成する場合、デバイスがオンになる最大ギャップ x は x2 (点 A) であり、ppm より低い値になります。 I1w では、引っ張る力が十分ではなく、ギャップが x1 (点 B) まで減少した場合にのみデバイスがオンになります。

駆動コイルの電気回路が開くと、可動システムはバネと重力の作用により元の位置に戻ります。エアギャップと復元力の値が小さい場合、アーマチュアは残留磁束によって中間位置に保持されます。この現象は、一定の最小エアギャップを設定し、スプリングを調整することで解消されます。

サーキットブレーカーは保持電磁石を備えたシステムを使用します (図 3、a)。アーマチュア１は、制御回路から供給される保持コイル４が発生する磁束Ｆによってコア５のヨークに吸着された位置に保持される。断路が必要な場合には、断路コイル３に電流を流すことにより、コイル４の磁束Ｆｕに向かう磁束Ｆｏが発生し、アーマチュアとコアが消磁される。

米。 2. 電磁駆動のトラクション特性と力線図

米。 3. 保持電磁石 (a) および磁気シャント (b) を使用した電磁駆動

その結果、遮断ばね２の作用を受けているアーマチュアがコアから離れ、装置の接点６が開く。トリップ速度は、可動システムの動作の開始時に、引張られたばねの最大の力が作用するという事実によって達成されますが、前述した従来の電磁駆動では、アーマチュアの動作は大きなギャップから始まります。そして低いトラクション努力。

回路遮断器の作動コイル 3 として、バスバーまたは消磁コイルが使用される場合があり、デバイスによって保護されている電源回路の電流が通過します。

コイル 3 の電流が装置の設定によって決まる一定の値に達すると、アーマチュアを通過する磁束 Fu_Fo が減少し、アーマチュアを引っ張られた状態に保持できなくなり、装置が停止します。オフになっています。

高速サーキットブレーカー (図 3、b) では、制御コイルと投入コイルは相互誘導の影響を避けるために磁気回路の異なる部分に取り付けられています。これにより、コアの減磁が遅くなり、自身のトリップ時間が増加します。特に、保護回路内の非常電流の増加率が高い場合に注意が必要です。

トリップコイル３はコア７に取り付けられており、コア７はエアギャップによって主磁気回路から分離されている。

電機子 1、コア 5、7 は鋼板のパッケージの形で作られているため、それらの磁束の変化は保護回路の電流の変化に正確に対応します。遮断コイル 3 によって生成される磁束 Fo は、アーマチュア 1 を通る方法と、制御コイル 4 を備えた無充電磁気回路 8 を通る方法の 2 つの方法で閉じられます。

磁気回路に沿った磁束Ф0の分布は、その変化率に依存します。非常電流の増加率が高くなると、この場合、減磁磁束Ф0が生成され、この磁束はすべて電機子を通って流れ始めます。これは、コイル4のコアを通過する磁束Foの部分が急速に変化するためです。 EMFが防止されます。 d.保持コイルを流れる電流が急速に変化すると、保持コイル内に誘導されます。このeなど。 c. レンツの法則によれば、流れ Fo のその部分の成長を遅らせる流れが生成されます。

その結果、高速遮断器のトリップ速度は、投入コイル３を流れる電流の増加率に依存する。電流の増加が速くなるほど、電流が低くなり、装置のトリップが始まる。高速サーキットブレーカーのこの特性は、短絡モードで電流が最も速くなり、サーキットブレーカーが回路を遮断し始めるのが早ければ早いほど、それによって制限される電流が小さくなるため、非常に価値があります。

場合によっては、電気機器の動作を遅くする必要がある。これは、装置の駆動コイルに電圧が印加または除去された瞬間から接点の移動が開始されるまでの時間として理解される時間遅延を取得するためのデバイスの助けを借りて行われます。直流によって制御される電気機器の電源を切ることは、制御コイルと同じ磁気回路上に配置された追加の短絡コイルによって実行されます。

制御コイルから電力が除去されると、このコイルによって生成される磁束は動作値からゼロに変化します。

この磁束が変化すると、その磁束が制御コイルの磁束の減少を防止し、装置の電磁駆動装置のアーマチュアを吸引位置に保持する方向に短絡コイルに電流が誘導される。

短絡コイルの代わりに銅スリーブを磁気回路に取り付けることができます。その動作は短絡コイルの動作と似ています。制御コイルがネットワークから切り離された瞬間に制御コイルの回路を短絡することによっても、同じ効果が得られる。

電気機器の電源を入れるためのシャッタースピードを得るために、さまざまな機械的なタイミング機構が使用されます。その動作原理は時計に似ています。

電磁装置のドライブは、電流 (または電圧) による作動と復帰によって特徴付けられます。動作電流（電圧）とは、デバイスの明確で信頼性の高い動作が保証される電流（電圧）の最小値です。牽引装置の場合、反応電圧は定格電圧の 75% です。

コイル内の電流を徐々に減らすと、特定の値でデバイスがオフになります。デバイスがすでにオフになっている電流（電圧）の最高値は、逆電流（電圧）と呼ばれます。逆電流 Ib は常に動作電流 Iav より小さくなります。これは、装置の可動システムをオンにするときに、電磁システムのアーマチュアとヨークの間の増加したエアギャップだけでなく、摩擦力も克服する必要があるためです。 。

リターン電流とキャプチャ電流の比率はリターン係数と呼ばれます。

この係数は常に 1 未満です。

電空駆動

最も単純なケースでは、空気圧駆動装置はシリンダー 1 (図 4) と可動接点 6 に接続されたピストン 2 で構成されます。バルブ 3 が開くと、シリンダーは圧縮空気パイプ 4 に接続されます。これにより、ピストン 2 が上部位置に上昇し、接点が閉じます。その後バルブが閉じると、ピストンの下のシリンダーの容積が大気と接続され、ピストンはリターンスプリング 5 の作用を受けて元の状態に戻り、接点が開きます。このようなアクチュエータは、手動空気圧アクチュエータと呼ばれることがある。

圧縮空気の供給を遠隔制御できるように、蛇口の代わりに電磁弁が使用されています。ソレノイド バルブ (図 5) は、低電力 (5 ～ 25 W) の電磁駆動を備えた 2 つのバルブ (吸気および排気) からなるシステムです。コイル通電時の動作の性質によりオンとオフに分かれます。

コイルに通電すると遮断弁が作動シリンダを圧縮空気源に接続し、コイルの通電が停止するとシリンダを大気に連通し、同時に圧縮空気シリンダへのアクセスを遮断します。タンクからの空気は、開口部 B (図 5、a) を通って、初期位置では閉じられている下部バルブ 2 に流れます。

米。 4. 空気圧駆動

米。 5. 電磁弁のオン (a) とオフ (b)

ポート A に接続された空気圧アクチュエータのシリンダは、開いたバルブ 1 を介してポート C を介して大気に接続されています。 コイル K に通電すると、ソレノイドロッドが上部バルブ 1 を押し、スプリング 3 の力に負けて閉じます。同時に、圧縮空気がポート B からバルブ 2 とポート A を通って空気圧アクチュエータのシリンダに入ります。

逆に、遮断弁は、コイルが励磁されていないときはシリンダを圧縮空気に接続し、コイルが励磁されているときは大気に接続します。初期状態では、バルブ 1 (図 5、b) が閉じ、バルブ 2 が開いており、ポート B からバルブ 2 を通ってポート A に向かう圧縮空気の経路が形成されます。コイルに通電するとバルブ1が開き、シリンダー内が大気と接続され、バルブ2によりエアの供給が停止されます。

電動モーター駆動

多くの電気機器を駆動するために、電気モーターは、モーターシャフトの回転運動を接触システムの並進運動に変換する機械システムとともに使用されます。空気圧駆動と比較した電気モーター駆動の主な利点は、その特性が一定であることと、調整が可能であることです。動作原理によれば、これらのドライブは、モーターシャフトと電気装置との永久接続と定期接続の2つのグループに分類できます。

電気モーターを備えた電気機器（図 6）では、電気モーター 1 からの回転が歯車 2 を介してカムシャフト 3 に伝達されます。ある位置でシャフト 4 のカムがロッド 5 を持ち上げて閉じます。それに関連付けられた可動接点と固定接点 6.

グループ電気機器の駆動システムでは、電気機器のシャフトを段階的に回転させ、任意の位置で停止させる装置が導入されることがあります。ブレーキをかけるとエンジンが停止します。このようなシステムは、電気機器のシャフトを所定の位置に正確に固定することを保証する。

一例として、図２に示す。図７は、グループコントローラで使用されるいわゆるマルタクロスドライブの概略図である。

米。 6. モーターシャフトと電気機器が永久的に接続された電気モータードライブ

米。 7. グループコントローラーの電動モーター駆動

イチジク。 8. バイメタルプレートを備えたサーマルアクチュエータ。

ドライブはサーボ モーターと、マルタ十字による位置固定を備えたウォーム ギアボックスで構成されています。ウォーム 1 はサーボモーターに接続されており、回転をウォーム ホイール 2 のシャフトに伝達し、フィンガーとラッチでディスク 3 を駆動します (図 7、a)。マルタ十字４のシャフトは、ディスク６のフィンガ（図７、ｂ）がマルタ十字の溝に入るまで回転しない。

さらに回転させると、指は十字を回転させ、したがって指が置かれているシャフトを 60 度回転させ、その後指を放し、ロッキングセクター 7 がシャフトの位置を正確に固定します。ウォームギヤ軸を1回転させると、マルタクロス軸が1/3回転します。

ギア 5 はマルタ十字のシャフトに取り付けられており、グループ コントローラーのメイン カムシャフトに回転を伝達します。

サーマルドライブ

この装置の主な要素は、 バイメタルプレート、接触面全体にしっかりと接着された異種金属の 2 層で構成されています。これらの金属は線膨張温度係数が異なります。線膨張係数の高い金属層 1 (図 8) は熱活性層と呼ばれ、線膨張係数の低い金属層 3 は熱不活性層と呼ばれます。

プレートを通過する電流または加熱要素 (間接加熱) によってプレートが加熱されると、2 つの層に異なる伸びが発生し、プレートは熱不動態層に向かって曲がります。このような曲げにより、プレートに接続された接点２を直接開閉することができ、サーマルリレーに使用される。

プレートを曲げることで電気機器のレバー ラッチを解除することもでき、その後バネによって解除されます。設定駆動電流は、発熱体の選択(間接加熱の場合)または接触溶液の変更(直接加熱の場合)によって制御され、動作および冷却後にバイメタルプレートが元の位置に戻るまでの時間は15秒から1.5分まで変化します。