PRZEKAŹNIKI. Budowa i właściwości przekaźników elektromagnetycznych

Transkrypt

1 PRZEKAŹNIKI Budowa i właściwości przekaźników elektromagnetycznych Przekaźniki elektromagnetyczne są łącznikami sterowanymi elektromagnetycznie, przeznaczonymi do pracy w obwodach małej mocy. W takich przekaźnikach pole cewki nawiniętej na rdzeniu wykonanym z materiału ferromagnetycznego przyciąga zworę poruszającą sprężyste styki przewodzące prąd elektryczny (rys. 1). Rys. 1. Przekaźnik 1 cewka (elektromagnes); 2 zwora; 3 styk roboczy Zadaniem przekaźników elektromagnetycznych jest łączenie obwodów elektrycznych, przez które przepływa prąd o wartości większej lub równej wartości prądu sterującego płynącego przez cewkę. Prąd sterujący nazywany jest także prądem wzbudzenia przekaźnika. Ze względu na działanie rozróżniamy trzy rodzaje styków przekaźnika: czynne, bierne oraz przełączające (tabela 1) Styki czynne zamykają się, gdy przez cewkę przekaźnika przepływa prąd wzbudzenia i dlatego są nazywane stykami normalnie otwartymi. Styki bierne otwierają się, gdy przez cewkę przekaźnika przepływa prąd wzbudzenia i dlatego są nazywane stykami normalnie zamkniętymi. Trzecia grupa styków to styki przełączające. W przekaźnikach wyposażonych w tego rodzaju styki wzbudzenie cewki napędowej powoduje otwarcie jednego i zamknięcie drugiego styku, za pośrednictwem zestyku sprężystego przemieszczającego się między tymi stykami. Odmianą tego rodzaju styków są styki bezprzerwowe (styk zwierny zamyka się przed rozwarciem styku rozwiernego) - poz. 4 w tabeli 1.

2 Tabela 1. Podstawowe rodzaje styków w przekaźnikach i ich oznaczenia na schematach Przekaźniki w technice samochodowej stosuje się w celu oddzielenia przestrzennego i galwanicznego (elektrycznego) obwodu roboczego, w którym są włączone styki przekaźnika, od obwodu sterującego z cewką wzbudzającą. Dzięki tej właściwości przekaźnika miejsce zamykania obwodu sterującego może być oddalone od miejsca zamykania obwodu wykonawczego (rys. 2). Rys. 2. Obwód sterujący oraz obwód główny przekaźnika Ze względu na liczbę zwojów cewki wzbudzającej przekaźniki można podzielić na dwie grupy: przekaźniki wzbudzane napięciowo i przekaźniki wzbudzane prądowo. Przekaźniki wzbudzane napięciowo są to przekaźniki z cewką o dużej liczbie zwojów. Cewka wzbudzająca takich przekaźników jest nawinięta drutem o niewielkiej średnicy. Rezystancja takiej cewki jest duża i dlatego przez cewkę płynie mały prąd roboczy. Do grupy przekaźników o wzbudzeniu napięciowym nie należą hermetyczne przekaźniki z zestykami sprężystymi, które zostały opisane na początku tego podrozdziału. Przekaźniki wzbudzane prądowo są to przekaźniki z cewką o małej liczbie zwojów, nawiniętych drutem o dużej średnicy. Ze względu na małą rezystancję, przez cewkę przekaźników wzbudzanych prądowo płynie duży prąd i dlatego cewka wzbudzająca takich przekaźników jest nazywana cewką prądową. Typowymi przekaźnikami prądowymi są kontaktrony rysunek 3.

3 Rys. 3. Schemat przekaźnika kontaktronowgo z nawiniętą cewką prądową W przekaźniku hermetycznym ferromagnetyczne, sprężyste, podłużne styki zwierne są zatopione w gazoszczelnej rurce szklanej, na której jest nawinięta cewka o niewielkiej liczbie zwojów z drutu o dużej średnicy. Pod wpływem prądu wzbudzającego płynącego przez cewkę, w jej wnętrzu powstaje pole magnetyczne zamykające styki kontaktronu, ponieważ linie sił pola dążą do skrócenia swojej drogi (styki pod wpływem pola magnetycznego cewki przyciągają się). Zamiast cewki wzbudzającej styki kontaktronu mogą być zwierane za pomocą magnesu trwałego umieszczonego w jego pobliżu. Zastosowanie przekaźników w elektrycznych instalacjach samochodowych W elektrycznych instalacjach samochodowych stosuje się zarówno przekaźniki o wzbudzeniu napięciowym, jak i kontaktrony. W celu identyfikacji punktów połączenia zaciski przekaźników wzbudzanych napięciowo oznaczono odpowiednimi numerami, zgodnymi z numeracją określoną w normie DIN tabela 2. Rys. 4. Schemat ideowy przekaźnika zwierno-rozwiernego (wyposażonego w styki przełączające).

4 Tabela 2. Oznaczenia zacisków w przekaźnikach wg normy DIN Przekaźniki wzbudzane napięciowo są w instalacji samochodowej stosowane wszędzie tam, gdzie jest wymagany prąd sterujący o małej wartości, nieprzekraczającej kilku miliamperów. Przykładem zastosowania takich przekaźników jest obwód włączający światła samochodowe - rys. 5 Rys. 5. Schemat obwodu włączającego światła. Styki zespolonego przełącznika świateł są przystosowane do przewodzenia prądu o małej wartości. Gdyby do tych styków dołączyć bezpośrednio włókna żarówek H4, wówczas styki te uległyby zniszczeniu, a ciepło wydzielające się podczas przepływu prądu o dużej wartości przez te styki mogłoby zdeformować plastikowy przełącznik świateł. Liczbowo problem ten wyjaśnia następujący przykład.

5 Przykład 1 Obliczyć wartość prądu płynącego przez styki przekaźnika zamykającego obwód świateł drogowych z żarówkami halogenowymi jednowłóknowymi typu H7 o mocy 55 W, dołączonych do instalacji elektrycznej zasilanej za pośrednictwem akumulatora o napięciu 12 V. Rozwiązanie Do wyznaczenia wartości prądu płynącego przez włókno żarówki H7 można wykorzystać odpowiednio przekształcony wzór na moc P odbiorników elektrycznych prądu stałego. P = U * I I = = = 4,58 A Z obliczeń wynika, że styki przekaźnika zamykającego obwód zasilający jednej żarówki typu H7 muszą być dostosowane do przepływu prądu o wartości 4,58 A. Przy doborze przekaźnika należy pamiętać, że występuje rozrzut produkcyjny i włókno żarówki ma moc określaną z pewną tolerancją. Dlatego też przekaźnik należy tak dobierać, aby prąd roboczy styków przekaźnika załączającego światła drogowe był co najmniej o 30% większy od prądu wyznaczonego ze wzoru na moc żarówki. 30% * 4,48 A = 1,37 A; 4,48 A + 1,37 A = 5,85 A Należy dobrać przekaźnik prąd roboczy przekaźnika był co najmniej 5,85 A (na jedną żarówkę) W odróżnieniu od przekaźników niehermetycznych, wykorzystywanych w obwodach wykonawczych, przekaźniki kontaktronowe są stosowane w obwodach kontrolnopomiarowych samochodu, między innymi do sprawdzania poziomu płynów eksploatacyjnych: płynu hamulcowego, cieczy chłodzącej, płynu do spryskiwaczy, do nadzoru świateł zewnętrznych pojazdu oraz do kontroli poziomu gazu w zbiornikach samochodów przystosowanych do tego rodzaju paliwa. W układach nadzorujących poziom płynów eksploatacyjnych do pływaka unoszonego na powierzchni płynu jest zamocowany magnes, którego pole zamyka styki kontaktronu, gdy poziom płynu jest zadowalający. Po obniżeniu poziomu płynu poniżej dolnej dopuszczalnej granicy pole magnetyczne magnesu nie obejmuje kontaktronu i jego styki są rozwarte. Rozwarte styki kontaktronu sygnalizują sterownikowi silnika pojazdu niski poziom płynu w odpowiednim zbiorniku. Schemat nadzoru ilości płynu w zbiorniku zilustrowano na rys. 6.

6 Rys. 6. Schemat nadzorowania poziomu płynu w zbiorniku Współpracę wyłącznika pływakowego wyposażonego w magnes toroidalny z kontaktronem wyjaśniono na rys. 7. Rys. 6. Wyłącznik pływakowy z zestykiem kontaktronowym W przypadku wykorzystania kontaktronu do nadzoru świateł zewnętrznych, jego styki zwiera pole magnetyczne pochodzące od cewki, przez którą płynie prąd zasilający konkretną żarówkę - rys. 6.

7 Rys. 6. Schemat nadzorowania obwodu świateł Budowa i zasada działania wybranych podzespołów elektromechanicznych Pomimo rozwoju technologii półprzewodnikowej, w pojazdach samochodowych wykorzystuje się podzespoły napędzane elektromagnesami. Do grupy tych podzespołów należy elektromechaniczny sygnalizator dźwiękowy oraz zawory elektromagnetyczne. Elektromechaniczny sygnalizator dźwiękowy Sygnalizator dźwiękowy jest przeznaczony między innymi do ostrzegania użytkowników drogi o obecności na tej drodze pojazdu samochodowego. W zależności od liczby generowanych dźwięków sygnalizatory dzielimy na jedno- lub wielotonowe. Wspólnym elementem tych sygnalizatorów jest elektromechaniczny układ napędowy. Budowę takiego układu przeznaczonego dla sygnalizatora jednotonowego przedstawiono na rys. 7. Rys. 7. Budowa jednotonowego sygnalizatora dźwiękowego 1 stalowa membrana 2- zespół elektromagnesów 3 przerywacz 4 - trzpień

8 Podzespołem napędzającym elastyczną stalową membranę 1 sygnalizatora jest zespół elektromagnesów 2 połączonych szeregowo z przerywaczem 3 zamykającym obwód elektryczny. Membrana stanowi zworę elektromagnesów i w czasie, gdy jest przyciągana do ich rdzeni za pomocą stalowego trzpienia, otwiera styki przerywacza. Obrzeże membrany jest zamocowane między obudową a osłoną sygnalizatora, a jej położenie ustala sprężyna umieszczona między obudową i stykiem przerywacza, który za pośrednictwem trzpienia odpycha membranę od rdzeni elektromagnesów. Cewki elektromagnesów sygnalizatorów dźwiękowych mają małą liczbę zwojów i dlatego uruchomienie sygnalizatora wymaga przepływu prądu o dużej wartości w obwodzie zasilającym. Przycisk uruchamiający sygnalizator jest umieszczony przy kierownicy pojazdu i nie jest przystosowany do przewodzenia i przerywania takiego prądu. W związku z tym między tym przyciskiem a sygnalizatorem dźwiękowym musi być umieszczony przekaźnik elektromagnetyczny - rys. 8 Rys. 8. Połączenie sygnalizatora dźwiękowego z instalacją elektryczną R1 - przekaźnik Po włączeniu przycisku S1 umieszczonego w pobliżu kierownicy pojazdu, przekaźnik pośredniczący R1 zamyka obwód zasilający sygnalizatora. Elektromagnesy przyciągają membranę, której trzpień rozwiera styki przerywacza, otwierając obwód zasilający cewki elektromagnesów napędowych. Brak siły przyciągającej membranę do rdzeni elektromagnesów powoduje, że sprężyna umieszczona między stykiem przerywacza a obudową sygnalizatora za pośrednictwem trzpienia unosi membranę. Jednocześnie styki przerywacza zostają ponownie zwarte i membrana jest przyciągana do rdzeni elektromagnesów napędowych. Cykliczne zamykanie i otwieranie styków przerywacza wprawia membranę w drgania. Drgająca membrana wytwarza falę dźwiękową która za pośrednictwem słupa powietrza znajdującego się nad membraną jest przenoszona na zewnątrz za pomocą odpowiednio ukształtowanego rezonatora tubowego. Zawór elektropneumatyczny W technice samochodowej oprócz przekaźników elektromagnetycznych i sygnalizatorów dźwiękowych stosuje się elektrozawory pneumatyczne i hydrauliczne, napędzane również za pomocą elektromagnesu. Zawory takie mogą sterować kierunkiem przepływu, ciśnieniem oraz natężeniem przepływu medium roboczego: sprężonego powietrza lub oleju. Elektrozawory są elementami łączącymi elektryczny lub elektroniczny układ sterujący z pneumatycznym lub hydraulicznym układem wykonawczym. Przykładem takiego układu wykonawczego jest modulator układu przeciwblokującego (ABS) samochodu. Układ ABS rozpoznaje podczas hamowania, które z kół pojazdu ma skłonność dó zablokowania i pilnuje, aby samochód nie stracił sterowności. W tym celu zawory elektrohydrauliczne modulatora otwierają lub zamykają połączenia przewodów hydraulicznych między pompą hamulcową a hamulcami. We współczesnych układach

9 ABS są stosowane zawory elektromagnetyczne z dwoma króćcami i dwoma położeniami suwaka, dlatego też w literaturze fachowej tego rodzaju zawory noszą oznaczenie 2/2. Na rys przedstawiono trójdrożny zawór 3/2 (trójdrogowy, dwupołożeniowy) monostabilny, sterowany elektrycznie bezpośrednio. Rys. 9. Elektropneumatyczny monostabilny zawór 3/2 normalnie zamknięty 1 otwór wlotowy, 2 otwór wylotowy, 3 - elektromagnes Elementem zaworu otwierającym przepływ medium roboczego między otworem wlotowym 1 a wylotowym 2 jest zwora, która przy braku zasilania cewki napędowej jest dociskana przez sprężynę do wylotu otworu zasilającego 1 (rys. 9). Przepływ prądu przez uzwojenie elektromagnesu powoduje zmianę położenia zwory i udrożnienie przepływu medium roboczego, tzn. otwarcie drogi między otworem wlotowym a wylotowym zaworu. W celu umożliwienia działania w stanach awaryjnych zawory sterowane elektrycznie są wyposażone w element pozwalający na ręczną zmianę ich położenia. Głośnik radiowy Rys. 10. Przekrój poprzeczny głośnika Głośnik radiowy przekształca sygnał elektryczny najpierw w sygnał mechaniczny, a następnie w akustyczny. Na przewód z prądem elektrycznym oddziałuje w polu magnetycznym, skierowanym poprzecznie do przewodu, określona siła. Na takiej zasadzie przekształcania energii elektrycznej w magnetyczną, a następnie w mechaniczną opiera się działanie głośnika elektrodynamicznego. Od wyjścia wzmacniacza jest doprowadzone napięcie do swobodnie zamocowanej cewki drgającej. Powstałe pole elektromagnetyczne oddziałuje na pole magnetyczne magnesu

10 trwałego. Ponieważ cewka jest swobodnie zamocowana, jej ruch wprawia w drgania przeponę, która z kolei powoduje ruch warstwy powietrza i w ten sposób powstają sygnały akustyczne. Wtryskiwacz jako zawór elektromagnetyczny Rys. 11. Wtryskiwacz elektromagnetyczny Współczesne samochody są wyposażane w elektroniczny układ wtryskowy. Odmierzanie dawki paliwa następuje w elektromagnetycznych wtryskiwaczach. Wtryskiwacze są otwierane i zamykane impulsami elektrycznymi z urządzenia sterującego. Wtryskiwacz składa się z korpusu zaworu i igły rozpylacza, powiązanej z kotwicą magnetyczną. Kiedy przez cewkę nie płynie prąd, igła rozpylacza jest szczelnie dociskana do gniazda sprężyną śrubową. Po wzbudzeniu elektromagnesu igła rozpylacza unosi się około 0,1 mm nad gniazdem i paliwo wydostaje się kolistą szczeliną.