Биметаллический электротепловой преобразователь

Биметаллический электротепловой преобразователь осуществляет преобразование электрической энергии в тепловую энергию, которая затем преобразуется в механическую энергию изгиба биметаллической пластины. Действие преобразователя основано на разном линейном удлинении двух скрепленных друг с другом пластин при их нагревании. Пластины соединяются либо сваркой, либо прокаткой в горячем состоянии, образуя так называемую биметаллическую пластину. Составляющие ее пластины имеют разные температурные коэффициенты линейного удлинения. Например, для одной пластины используется железоникелевый сплав «инвар» с малым значением температурного коэффициента, для другой – хромоникелевый сплав с большим значением температурного коэффициента. Поэтому при нагревании биметаллическая пластина изгибается.

Биметаллические преобразователи электрической энергии в механическую энергию выполняют различной конструкции. Биметаллическая пластина может нагреваться проходящим по ней током. Для нагрева пластины применяют также специальный нагреватель, выполненный из провода высокого сопротивления, навитого на пластину. Провод нагревается проходящим по нему током и передает тепло биметаллической пластине.

Биметаллические преобразовательные устройства применяют в аппаратах защиты электрических цепей и электроустановок от перегрузок, например, в электротепловых реле, автоматических выключателях и др.

Глава 4

ЭЛЕКТРОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА АППАРАТОВ

Общие сведения

Современные электронные устройства¹⁹, независимо от их типа (аналоговые, дискретные, цифровые), являются твердотельными изделиями электронной промышленности, принцип действия которых основан на протекании электрического тока через полупроводниковые материалы. На базе этих устройств созданы электронные аппараты бесконтактной коммутации электрических цепей, например, разнообразные тиристорные пускатели, твердотельные реле и контакторы²⁰. В п. 1.1.3, рис. 1.6 приведен пример бесконтактного устройства управления передачей энергии по электрической цепи. Электронные аппараты, в том числе и выполненный по схеме рис. 1.6, можно применять с различными приемниками электрической энергии (R_H): лампой накаливания, электромагнитом, термостатом, электродвигателем и т. д.

На рис. 4.1а в качестве примера показан внешний вид трехфазного твердотельного реле, применяемого для коммутации цепей переменного тока. Реле подсоединяется в разрыв трехфазной электрической цепи {L1, L2, L3} как показано на рис. 4.1б.

б)

Рис. 4.1. Трехфазное твердотельное реле (а) и подключение реле в разрыв трехфазной электрической цепи (б)

а)

U=220 В

L1 L2 L3

R S T U V W

Все функциональные части реле размещены едином корпусе. Реле производит коммутацию электрических цепей с помощью силовых симисторов по сигналу управления, поступающему из цепи переменного тока с напряжением U= 220 В. Реле не имеет подвижных частей, в нем нет коммутирующих контактов. По классификации, приведенной в п. 1.9, твердотельное реле относится к статическим аппаратам, принадлежит классу аппаратов бесконтактной коммутации электрических цепей.

В твердотельном реле и, в общем случае, в составе электронного аппарата (рис. 4.2) выделяют две основные части: электронное исполнительное устройство (ИУ) и электронное устройство управления (УУ).

ZЭА

х

Электронный аппарат

y

Рис. 4.2. Функциональные части электронного аппарата

ЭЦ

УУ

ИУ

ИУВ

ИУ с помощью неразмыкаемых контактов (на рис. 4.1 их шесть: R, S, T, U, V, W) соединяют с электрической цепью (ЭЦ), чтобы аппарат мог оказывать управляемое влияние на передачу энергии по этой цепи. Требуемые управляющие воздействия на ИУ вырабатываются электронным устройством УУ по сигналам от внешнего источника управляющих воздействий (ИУВ). Могут использоваться электрические, оптические и механические связи УУ с ИУВ.

Электронное исполнительное устройство ИУ является силовой частью электронного аппарата. ИУ непосредственно воздействует на электрическую цепь ЭЦ, по которой передается энергия от источника к приемнику (см. п. 1.5.1). Исполнительные элементы ИУ могут быть подключены к ЭЦ по одной из схем, рассмотренных в п. 1.5.2, рис. 1.10. Для силовых ЭЦ применяют электронные аппараты, у которых основными исполнительными элементами ИУ являются электронные ключи. К таким ключам относятся транзисторные и тиристорные ключи, реализованные соответственно на транзисторах и тиристорах. Их называют также полупроводниковыми ключами. Они позволяют свести до минимума потери энергии при управляемой передаче энергии по ЭЦ (см. п. 1.5.3), так как дают возможность применять импульсную модуляцию потока энергии (см. п. 1.5.4) с частотой до десятков и более килогерц.

В функциональном отношении электронный ключ подобен коммутирующему контакту, так как практически мгновенно способен изменять в ЭЦ электрическое сопротивление Z_ЭА в широких пределах от значений, близких к нулю, до десятков мегаом. По-существу, можно говорить о коммутации электрической цепи электронным ключом. Поэтому его называют также коммутационным элементом аппарата. В электронном аппарате в зависимости от его назначения предусматривают от одного до шести таких коммутационных элементов. Например, в тиристорном реверсивном пускателе их может быть пять или шесть.

Электронное устройство управления УУ (рис. 4.2) формирует управляющие воздействия y на ИУ аппарата на основе обработки информации, поступающей от источника управляющих воздействий ИУВ в виде сигналов x (см. п. 1.1.3).Функции электронных УУ динамично расширяются и совершенствуются. На УУ возлагаются:

обмен информацией с внешней средой с помощью органов управления, датчиков и устройств отображения информации;

обработка информации по определенному алгоритму и выработка сигналов о требуемом воздействии на исполнительные элементы аппарата;

формирование импульсов определенной мощности и формы для управления электронными ключами;

текущий контроль и диагностика силовой части аппарата.

Устройство управления, реализующее все или некоторые из указанных функций, называют системой управления. Функциональные компоненты системы управленияобычно выполняют на микроэлектронных элементах с применением микроконтроллеров (см. п. 4.8.4). Электронные аппараты с развитой системой управления называют интеллектуальными аппаратами. Примером служит «интеллектуальный» твердотельный контактор, имеющий дополнительные диагностические возможности: контроль неисправности тиристоров, перегрева, отсутствия нагрузки, обрыва предохранителя и др.

Поскольку компоненты системы управления могут быть выполнены на различной элементной базе (аналоговые, цифровые микросхемы, транзисторы, и др.), то в системе управления в таком случае предусматривают источник оперативного питания (ИОП), который представляет собой блок вторичных источников питания. В ИОП используются различные виды преобразователей и регуляторов, согласующих параметры первичных источников питания - силовых цепей с параметрами питания элементов системы управления от ИОП.