1. Cel ćwiczenia
Układy wyzwalania zamków sprężyn napędowych wyłączników są jednym z najwrażliwszych elementów aparatów elektrycznych i w znacznej mierze mają wpływ na ich niezawodność. Okazuje się jednak, że korzystając ze specyficznych właściwości wyzwalaczy elektromagnetycznych w każdej operacji łączeniowej można, w stosunkowo prosty sposób, diagnozować stan układu wyzwalającego na podstawie przebiegu prądu uzwojenia wyzwalacza.
Celem niniejszego ćwiczenia jest zapoznanie studentów z działaniem i diagnostyką wyzwalacza w postaci siłownika elektromagnesowego, które służą do napędzania mechanizmów, w szczególności łączników elektrycznych wysokiego napięcia.
2. Podstawy teoretyczne
Siłowniki elektryczne stosowane w układach automatyki występują w dwóch odmianach: silnikowe i elektromagnetyczne. Do napędzania mechanizmów, a w szczególności łączników elektrycznych stosuje się siłowniki elektromagnesowe. Elektromagnesy te określane charakteryzują się dużym skokiem nura i impulsową pracą, implikującą możliwość działania w zakresie nasycenia magnetowodu. Dla siłowników pracujących w łącznikach elektrycznych specyficzne są także wymagania dotyczące realizowanych przebiegów ruchu oraz obciążenie mechaniczne znamienne skokowym narastaniem siły oporowej. Podstawą modelowania takich urządzeń są funkcje stanu pola magnetycznego elektromagnesu traktowanego jako przetwornik energii ze sprzężeniem magnetycznym, tj. funkcje energii i koenergii, charakterystyki magnesowania oraz charakterystyki siły. Funkcje te – nazywane charakterystykami siłownika – definiują go jednoznacznie jako bezstratny przetwornik energii o sprzężeniu magnetycznym.
W większości zasobnikowych napędów sprężynowych ostatni stopień zamka ma budowę pokazaną schematycznie na Rys. 1. Zapadka o postaci półwałka Z rygluje dźwignię D podtrzymującą w stanie napięcia sprężynę napędową o momencie M. Wyzwalacz elektromagnesowy E obracając półwałek Z powoduje otwarcie opisanego zamka. Pokazany na Rys. 5 typowy przebieg prądu jest wynikiem zasilania uzwojenia wyzwalacza ze źródła napięcia stałego i ruch zwory: w początkowej fazie prąd wyzwalacza narasta przy nieruchomej zworze i przebiega wykładniczo ze stałą czasową wynikającą z rezystancji uzwojenia i początkowej indukcyjności uzwojenia. W miarę wzrostu prędkości zwory, narasta SEM ruchu, przejawiająca się nawet zanikaniem prądu. W końcu ruchu, po niemal skokowym zahamowaniu zwory elektromagnesu następuje skokowa zmiana stromości prądu.
Rys. 1. Schemat budowy układu wyzwalającego wyłącznika WN
3. Obiekt symulacji
Symulacja dotyczy siłownika elektromagnesowego o znanych statycznych charakterystykach magnesowania, wyrażonych jako zależność strumienia skojarzonego Ψ w funkcji prądu i przy stałej szczelinie zwory elektromagnesu d, dalej oznaczanych jako (1).