Aplikace a údržba střídavých styčných čidel | Komplexní analýza zpracování běžných poruch ovládněte v jednom článku

1 Analýza klíčových komponent přepínače AC

Přepínač AC je automatický elektromagnetický spínač používaný pro dlouhodobé a časté přepínání hlavních i ovládacích obvodů střídavého proudu. Vyznačuje se výhodami jako je automatická operace ochrana před podnapětím a bez napětí, velká provozní kapacita, silná stabilita a nízké nároky na údržbu. V elektrických ovládacích obvodech strojů se přepínače AC primárně používají k řízení elektrických motorů a jiných zatížení.

Klíčové komponenty přepínače AC zahrnují elektromagnetický systém, kontaktní systém a zařízení na uhašení oblouku atd. Je tvořen strukturálními částmi jako jsou hlavní kontakty, pohyblivé železo, cívka, statické železo a pomocné kontakty.

1.1 Elektromagnetický systém

Elektromagnetický systém přepínače AC se skládá především z cívky, pohyblivého železného jádra, statického železného jádra a krátkozavěru. Když je kontrolní cívka zapojena nebo odpojena, dokončí ta tahovou nebo uvolňovací akci, což umožňuje udržet pohyblivé a statické kontakty v otevřeném nebo zavřeném stavu, aby bylo možné dosáhnout cíle přepnutí obvodu.

Aby bylo sníženo proudění vířivých proudů a ztráty v důsledku hystereze, jsou železné jádro a armatura přepínače AC při výrobě hlavně vyrobeny složením E-tvarových silikátových plechů. Aby byla zvýšena plocha odvody tepla a zabráno shoření, je cívka vyrobena ve tvaru tlustého a malého válcovitého objektu navinutého na izolační rám, s určitým rozestupem mezi ní a železným jádrem, aby nedošlo k překryvu. E-tvarové železné jádro má na koncové ploše středního válce rezervován vzduchový mez 0,1 - 0,2 mm, aby byl snížen vliv zbytkového magnetického pole a zabráno zaseknutí armatury. 

Když přepínač AC pracuje, střídavý proud v cívce vytváří střídavé magnetické pole v železném jádře, což způsobuje kmitání armatury a vytváří šum. Na každém konci železného jádra a armatury je poskytnuta drážka, do které je vložen krátkozávěr z mědi nebo nikl-kromové slitiny, aby byl tento problém vyřešen. Po instalaci krátkozávěru, když střídavý proud protéká vinutím, budou vytvořeny magnetické toky Φ₁ a Φ₂ s různými fázemi, což zajistí, že mezi železným jádrem a armaturou bude vždy přitahovací síla, což výrazně sníží vibrovaní a šum.

1.2 Kontaktní systém

Existují tři typy kontaktů přepínače AC, a to bodový kontakt, liniární kontakt a plošný kontakt, jak je znázorněno na následujícím obrázku. Podle strukturní formy se dělí na mostové kontakty a prstencové kontakty. Mostové kontakty zahrnují bodový mostový typ a plošný mostový typ, které jsou vhodné pro různé případy proudu. Prstencové kontakty jsou většinou v liniárním režimu kontaktu, jejich plocha kontaktu je rovnou čarou, což je vhodné pro časté a velké proudy. Podle schopnosti zapínání a vypínání se dělí na hlavní kontakty a pomocné kontakty. Hlavní kontakty jsou vhodné pro hlavní obvody s velkým proudem, obvykle existuje 3 páry otevřených kontaktů. Pomocné kontakty jsou vhodné pro ovládací obvody s malým proudem, obvykle existuje 2 páry otevřených kontaktů a 2 páry uzavřených kontaktů.

1.3 Zařízení na uhašení oblouku

U obvodů s velkým proudem nebo vysokým napětím se při otevírání přepínačů AC nevyhnutelně vytvářejí oblouky, což způsobuje shoření kontaktů, poškození zařízení, ovlivňuje jeho životnost a může dokonce rušit čas odpojení obvodu; v extrémních případech může vést k požáru. Z bezpečnostních důvodů musí být všechny přepínače s kapacitou vyšší než 10 A vybaveny zařízením na uhašení oblouku. Běžně používané metody uhašení oblouku v přepínačích AC zahrnují dvouprůchodové uhašení elektrickou silou, longitudinální slotové uhašení a mřížové uhašení.

Dvouprůchodové zařízení na uhašení oblouku pomocí elektrické síly rozděluje oblouk na dvě části a roztažením oblouku pomocí elektrické síly samotného obvodu kontaktu realizuje odvod tepla a chladění oblouku a dosahuje tak cíle jeho uhašení. Longitudinální slotové zařízení na uhašení oblouku je vyrobeno z materiálů odolných vůči oblouku, jako je hlinková hlína, azbestový cement a jiné, s jedním nebo více longitudinálními sloty na jeho vnitřní straně, což umožňuje rozšířit plochu kontaktu mezi obloukem a stěnou komory na uhašení oblouku a dosáhnout efektu uhašení oblouku jeho stlačením. Když jsou kontakty v odděleném stavu, oblouk je přiveden do slotů externím magnetickým polem nebo elektrickou silou, tepelná energie je přenesena na stěnu komory na uhašení oblouku, což umožňuje rychlé uhašení oblouku.

Na tomto základě byla navržena nová struktura mřížového zařízení na uhašení oblouku. Kovy mříže používají herringbone měděné nebo zinečité železité listy, které jsou vloženy do poklopy na uhašení oblouku. Oblouk vytvořený přerušením kontaktu generuje silné magnetické pole a existence magnetického odporu způsobí, že intenzita elektrického pole v této oblasti není rovnoměrná, což přitahuje oblouk do mezí mříže a vytváří krátké oblouky. Každá mříž funguje jako elektroda, která celkový padec napětí oblouku rozděluje na několik částí, a napětí oblouku mezi každou částí je menší než zapalovací napětí oblouku. Současně mříže odvádí teplo a rychle uhasí oblouk, dosahují tak efektu uhašení [3-5].

1.4 Příslušenství

Příslušenství přepínače AC zahrnuje opěrnou pružinu, tlumičovou pružinu, pružinu kontaktního tlaku, přenosové mechanizmy, základnu atd. Opěrná pružina po odpojení energie vytlačí armaturu, aby kontakty vrátila do původního stavu. Tlumičová pružina může zmírnit dopad. Pružina kontaktního tlaku může výrazně zvýšit kontaktní tlak a snížit kontaktní odpor. Funkční kontakty jsou poháněny armaturou nebo opěrnou pružinou, aby bylo možné je zapojit nebo vypnout.

2 Správné použití přepínačů AC

2.1 Principy výběru přepínačů AC

Nominálné napětí hlavních kontaktů nesmí být nižší než nominální napětí ovládacího obvodu. Nominálný proud hlavních kontaktů musí splňovat požadavky zatížení: pro ohmické zatížení by měl být roven nominálnímu proudu; pro motory by měl být mírně vyšší než nominální proud. Napětí cívky je vybíráno podle složitosti ovládacího obvodu: pro jednoduché obvody lze zvolit 380 V nebo 220 V, pro složitější obvody 36 V nebo 110 V. Počet a typ kontaktů musí splňovat základní standardy ovládacího obvodu.

2.2 Instalace a údržba přepínačů AC

Před instalací je nutné potvrdit, zda technická data přepínače (jako je nominálné napětí, proud, frekvence cyklického provozu atd.) splňují standardy, zkontrolovat, zda je vnější vzhled nepoškozen a pohyb je plynulý, a změřit DC odpor a izolační odpor cívky. Instalační poloha by měla být vertikální, s nakloněním nejvýše 5°, a strana s otvory pro odvod tepla by měla směřovat vertikálně. Během instalace a zapojení je třeba zabránit padání součástí, jako jsou šrouby, podložky a terminály, což by mohlo způsobit ucpání nebo krátké spojení přepínače AC.

Po instalaci je třeba zkontrolovat správnost zapojení. Bez zapojení hlavních kontaktů přepínač několikrát zapnout a vypnout, aby bylo možné zkontrolovat pohyb hlavních kontaktů a zda po nasánutí železného jádra dochází ke šumu. Lze ho použít pouze v případě, že nejsou žádné chyby. Není povoleno připojit přepínač AC k zdroji DC, jinak by cívka shořela.

3 Běžné poruchy a metody údržby přepínačů AC

3.1 Poruchy hlavních kontaktů

3.1.1 Silné jiskření v okamžiku připojení a odpojení pohyblivých a statických hlavních kontaktů

Když je zatížení v normálním provozu, dochází k jiskření v okamžiku, kdy jsou kontakty připojeny a odpojeny. Plocha kontaktu kvůli vysoké teplotě oblouku vytváří nerovnoměrné malé jamky, což způsobuje snížení plochy kontaktu, zvýšení proudu a silné jiskření. Pro opravu poškozených kontaktů je třeba zkontrolovat stupeň poškození na ploše kontaktu; kontakt lze opravit pouze v případě, že jeho tloušťka je větší než 2/3 původní tloušťky. Při opravě kontaktů nejdříve položte jemný papír na hladkou plochu, pak na papír rovnoměrně otlákejte poškozené kontakty, zkontrolujte stav opravy, dokud nebudou všechny poškozené body otláceny, a nakonec odstraňte ostřílení.

3.1.2 Tavení, shoření a slepení pohyblivých a statických hlavních kontaktů

Hlavní příčiny tavení, shoření a slepení pohyblivých a statických hlavních kontaktů zahrnují krátké spojení zatížení, krátké spojení hlavního obvodu nebo snížení impedance zatížení. Mezi nimi je současná existence krátkého spojení a krátkého spojení hlavního obvodu klíčovým faktorem. V důsledku pracovních potřeb se frekvence cyklického provozu přepínače AC pohybuje od nízké k vysoké; během častého připojování a odpojování kontaktů se teplota povrchu zvyšuje a pod vlivem oblouku pohyblivé a statické hlavní kontakty nakonec tají, shoří a slepí.

Obecně existují dvě metody řešení: první, nahradit přepínač AC přepínačem s vyšším napětím a proudem; druhý, opravit přepínač AC: nahradit kontakty stejnou specifikací, vyčistit uhlíkové depozity kolem pohyblivých a statických kontaktů atd., a připojit RC zařízení na uhašení oblouku paralelně s každým ze 3 páry hlavních kontaktů.

3.2 Poruchy pomocných kontaktů

3.2.1 Příliš vysoký kontaktní odpor pohyblivých a statických pomocných kontaktů

Příliš vysoký kontaktní odpor pohyblivých a statických pomocných kontaktů způsobí zvýšení impedancí ovládacího obvodu a snížení napětí. Existují dvě hlavní příčiny tohoto jevu: první, na kontaktech se usazuje velké množství olejových skvrn a prachu; druhý, na ploše kontaktu se vytváří oxidová vrstva. Na základě mechanismu ochrany před podnapětím přepínače AC, když je napětí na cívce přepínače AC nižší než 85% nominálního napětí, ovládací obvod přestane pracovat. Řešení spočívá v tom, že se kontakty vytáhnou, osuší čistým gázem a pak plocha kontaktu je jemně otlácena.

3.2.2 Silné jiskření v okamžiku připojení a odpojení pohyblivých a statických pomocných kontaktů

Hlavní příčiny této poruchy mohou být, že ovládaný obvod prošel krátkým spojením, nebo se snížila hodnota impedance spotřebičů v ovládacím obvodu atd.

3.3 Poruchy cívky

3.3.1 Otevřený obvod cívky

Otevřený obvod cívky přepínače AC způsobí, že ovládací obvod nebude pracovat. Tento jev je poměrně vzácný a obvykle je způsoben kvalitou přepínače nebo nesprávnou instalací při montáži.

3.3.2 Krátké spojení cívky

Krátké spojení cívky přepínače AC způsobí, že pojistka krátkého spojení v ovládacím obvodu vyhoří. Běžná situace krátkého spojení cívky je, že AC napětí aplikované na cívku není 0,85-1,05 násobkem nominálního napětí; dlouhodobá práce cívky pod nízkým nebo vysokým napětím může způsobit krátké spojení. Poškozenou cívku přepínače AC je třeba vyměnit; při výměně cívky je třeba dbát na rozměry cívky, nominální napětí a specifikaci přepínače AC.

3.4 Poruchy ploch kontaktu pohyblivého a statického železného jádra

3.4.1 Slepení ploch kontaktu pohyblivého a statického železného jádra

Hlavní příčinou této poruchy je přítomnost olejových skvrn na plochách kontaktu pohyblivého a statického železného jádra. Po stisknutí tlačítka start motor běží normálně, ale po stisknutí tlačítka stop přepínač AC ztratí napětí, kontakty se nevrátí do původního stavu a motor bude nadále běžet. Po odejití ruky od tlačítka stop zůstane cívka zapojená a motor bude nadále běžet. Způsob řešení spočívá v čištění ploch kontaktu pohyblivého a statického železného jádra.

3.4.2 Hlasité šumění železného jádra

Hlavní příčiny hlasitého šumění železného jádra jsou prasknutí krátkozávěru nebo velké množství hořčíku na plochách kontaktu pohyblivého a statického železného jádra. V případě velkého množství hořčíku lze použít jemný papír k ošetření plochy kontaktu. Pokud je krátkozávěr poškozen, obvykle se železné jádro vymění, aby byla porucha odstraněna.

4 Závěr

Správné použití, diagnostika poruch a dovednosti údržby přepínačů AC jsou klíčové pro stabilní fungování elektrických ovládacích systémů. Aby byla zvýšena efektivita služby přepínačů AC a prodloužena jejich životnost, je třeba běžné poruchy včas opravit a snížit počet selhání během výroby.