Крайни изключватели

ЕлектроапаратурaСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 9, 2008

Крайни изключвателиКрайни изключвателиКрайни изключвателиКрайни изключвателиКрайни изключватели

Важен елемент от механизми, извършващи възвратно-постъпателно движение


 Крайните изключватели представляват механични устройства, използвани главно за ограничаване на хода на различни механизми, които извършват предимно възвратно-постъпателно движение. Областта им на приложение включва основно кранове, телфери, хаспели, лентови транспортьори и много други. Разбира се, използват се и като защити, блокировки и т.н.
У нас преимуществен пазарен дял държат крайните изключватели, работещи на механичен принцип. Конструктивно обхващат лостова система, свързана механически с един или повече електрически контакти. При взаимодействие между лостовата система и подвижните части на следения механизъм, контактите се превключват, което води до генерирането на електрически сигнал, използван впоследствие от системата за управление.

Принципи на конструиране на изключвателите
Много механизми, сред които телфери и кранове, например, имат вградени в конструкцията си крайни изключватели. Често степента на интеграция е толкова висока, че крайните изключватели са част от основната конструкция и дори не са обособени като отделни модули. При най-елементарния принцип на управление, когато повдигателният механизъм достигне крайно горно ниво, се изключва двигателят и се задейства спирачката. Ако крайният изключвател е оборудван с нормално отворен и нормално затворен контакт, дори не е необходима система за управление. Контактите директно се включват в захранващите вериги на двигателя за вертикално движение и спирачката или във веригите на техните контактори. При по-сложни алгоритми за управление е възможно да е необходимо първоначално двигателят да премине в спирачен режим на работа и едва след известно време той да се изключи и да се включи спирачката. На практика се реализира чрез контролери или краен изключвател - с допълнителни контакти, с времезакъснение на превключване.
Разнообразието от приложения и схеми на свързване обяснява многообразието от конструкции на предлаганите крайни изключватели. Някои фирми дори предлагат сглобяеми крайни изключватели, в които потребителят може да избира вида на лостовата система, както и броя и типа на контактите на желаното устройство. Крайните изключватели се предлагат във вид на модули, които са механически съвместими един с друг и дадено тяло може да се сглоби с коя да е от предлаганите лостови и контактни системи. Разбира се, в практиката съществуват множество стандартни приложения, в които толкова голяма гъвкавост не е необходима. За тях е по-оправдано използването на готови във вид на сглобен възел крайни изключватели.
Основните параметри на крайните изключватели са:
l вид и начин на задействане на лостовата система;
l брой и тип на контактите;
l напрежение и ток, които контактите могат да комутират;
l механическа и електрическа износоустойчивост;
l тип и начин на закрепване на корпуса;
l пробивно напрежение;
l степен на защита;
l параметри на околната среда, при които се гарантира безотказна работа.

Примерни конструкции
Според вида на лостовата система, съществува огромно разнообразие от крайни изключватели. Някои от предлаганите конструкции могат да се видят на показаните фигури от 1 до 9. Например крайният изключвател от фиг. 1 е с бутало и аксиално задействане, докато моделът на фиг. 2 също е с аксиално задействане, но има стоманена ролка, която намалява триенето с движещите се части. Лостова система от пружинен тип е показана на фиг. 4. Напоследък се наблюдава засилено търсене на крайни изключватели от този тип, тъй като те са по-устойчиви на ударно натоварване. Добре е да се има предвид, обаче, че крайните изключватели с пружинна лостова система (наричана още пружинен палец) в повечето случаи имат поне два пъти по-кратък живот (изразен в брой превключвания).
На фиг. 3 и фиг. 5 са показани две конструкции с гумирана ролка и странично задействане. Крайни изключватели с две ролки и самозадържане могат да се видят на фиг. 6 и фиг. 7. При тях, след задействане, изключвателят остава в даденото положение, докато не бъде задействана втората ролка. Устройство с кръстовидна лостова система е изобразено на фиг. 8. Крайният изключвател с цилиндрична глава, показан на фиг. 9, е предназначен за работа с лентови транспортьори.

Видове контактни системи
Преимуществен процент крайни изключватели имат контактна система, състояща се от един нормално отворен (NO) и един нормално затворен (NC) контакт. Разработени са и се предлагат изключватели с различна конфигурация на контактните групи, например, две групи нормално отворени и две групи нормално затворени контакти, по-голям брой нормално затворени контакти, наличие на контакти със закъснение на превключване и др.
Производителите се стремят да предлагат контактни групи, работещи на стандартно променливо напрежение 230 V. Големината на тока, който може да бъде комутиран, варира между 3 и 10 А. По-често срещани са по-малките стойности. Същите модели контакти могат да работят и с постоянен ток, дори с по-високо напрежение, което се дължи на факта, че при 220 V ефективна стойност, амплитудната е около 310 V. Големината на постоянния ток, обаче, е много по-малка, тъй като комутацията е по-тежка в сравнение с тази при променлив ток. Необходимо е да се обърне внимание при избора на крайни изключватели, които ще работят на линейно напрежение, тъй като не всички типове са предназначени за напрежения 380/400 V.

Механична и електрическа износоустойчивост
Износоустойчивостта на контактите определя броя цикли, които крайният изключвател може да превключи. По принцип съществува разлика между механична износоустойчивост, която лостовата система има способност да понесе, и електрическа износоустойчивост (брой на комутациите при номинални параметри), които контактната система може да издържи. Много производители, обаче, задават само един параметър, който би следвало да е по-малкото от двете числа. Продават се крайни изключватели, които имат способността да издържат от половин милион до 30 милиона превключвания. Параметърът се определя основно от вида на използваните в конструкцията материали и тяхната обработка. Като правило стоманените конструкции са по-износоустойчиви от пластмасовите и алуминиевите, но са и по-скъпи.
Корпусите на крайните изключватели се произвеждат от
пластмаса, стомана или лят алуминий
Предимство на пластмасовите е по-добрата изолация, която би могла да има съществена роля при някои приложения и високото пробивно напрежение (равно или по-високо от 2500 V). Изолираният корпус не е задължително предимство, дори по отношение на безопасността, тъй като металните корпуси могат да се заземят. Също така се явява неудобството от използването на допълнителен заземителен проводник, който трябва да бъде свързан към корпуса, дори ако цялата конструкция, в която е монтиран изключвателят, е заземена. Стандартизационната база не позволява крепежни елементи да бъдат използвани като заземители, така че монтажът върху заземена ментална конструкция не е достатъчен като обезопасително мероприятие, макар че се прилага много често в практиката). Степента на защита варира от IP54 до IP67 в зависимост от изпълнението, като изключвателите с метални корпуси обикновено са с по-голяма степен на защита.
Върху параметрите на околната среда, при които производителят гарантира нормална работа, следва да се обръща специално внимание, ако крайните изключватели ще работят на открито. Много производители гарантират работоспособността на своите изделия при недостатъчно широк температурен диапазон, например от -5 до 45 оС. Добре е да се има предвид, че това е крайно недостатъчно за климатичните особености на България и със сигурност ще се отрази на надеждността на системата при продължителна експлоатация на открито.

През последните две десетилетия нараснаха значително разновидностите на предлаганите
електронни датчици а именно – индуктивни, капацитивни, оптични, магнитни, ултразвукови и др. Тези датчици могат да бъдат използвани вместо класическите механични крайни изключватели, при това без съществени промени в конструкцията.
Основните предимства на класическите крайни изключватели са:
l много голяма надеждност, дължаща се на елементарното им устройство и дългия им приложен опит;
l изключително просто и лесно свързване в схемите за управление и сигнализация;
l характеризират се с възможност директно да комутират бобините на контакторите, а понякога и на самите товари (най-често двигатели);
l не се нуждаят от допълнително захранване;
l имат сравнително ниска цена.
Въпреки всички изброени предимства, съществуват редица ограничения, които не позволяват използването им в специфични приложения и оправдават прилагането на електронни датчици.

Класическите имат ограничено бързодействие
Поради инертността на механичната лостова система, класическите крайни изключватели имат ограничено бързодействие. Типични стойности на операциите в минута, които могат да бъдат извършени от тях, са - 20, 60 и 150. Последната стойност означава над две превключвания в секунда и е близо до горната граница на възможностите на механични системи от този тип. Добре е да се има предвид, че колкото по-масивна е конструкцията на изключвателя, а следователно и по-издръжлива на натоварвания, толкова тя е по-бавна. На практика това означава, че механичните крайни изключватели не могат да се използват, когато е необходима висока честота на превключване.
Аналогична е ситуацията, при която крайният изключвател е с достатъчно бързодействие, но се износва много интензивно от взаимодействието си с подвижните части на системата. Оптичните датчици, които са безконтактни и имат много голямо бързодействие, са типичен избор в случаите, при които са необходими по-голям брой операции в минута. Основният недостатък на оптичните датчици е ч
увствителността им към замърсявания
Те не могат да работят в силно запрашени или задимени среди, а дори и при средни нива на запрашеност се нуждаят от твърде често почистване. Освен това, оптичните датчици се нуждаят от допълнително захранване както за източника, така и за приемника на оптичния сигнал.
За случаите, при които се наблюдават големи ударни натоварвания върху палеца на изключвателя, са характерни редица проблеми. Например, ако крайният изключвател е използван като блокировка и задейства само в случай на аварийна ситуация. В нормален режим той не работи, а работният му орган го задейства само при наличие на проблем. Именно поради аварийния характер на задействането, това би могло да се осъществи с твърде сериозен удар върху крайния изключвател и той да дефектира много бързо. Известно е, че при лоша производствена дисциплина, аварийните ситуации не са редки. В подобни приложения е възможно да се използват безконтактни датчици, функциониращи на магнитен, индуктивен, капацитивен или оптичен принцип. Характерна за индуктивните и капацитивните датчици е склонността им към самовъзбуждане в някои случаи. Магнитните – с датчик на Хол, се отличават с много добра стабилност, нечувствителни са към замърсявания. За работата им е необходимо да се осигури източник на магнитно поле (постоянен магнит), който да ги задейства. Датчиците на Хол реагират само на компонента на магнитното поле, която е перпендикулярна на техния кристал. Освен това, когато са за дискретно действие, са снабдени и с тригер на Шмит, което ги прави много шумоустойчиви. Разбира се, те изискват допълнително захранване на приемника и изходите им трябва да се свързват към високоомни, нисковолтови вериги, а не директно към оперативните вериги на фазно или линейно напрежение. Този недостатък може да се превърне в предимство, ако системата за управление е изградена на базата на програмируем логически контролер, който работи много добре с нисковолтови входове. При най-евтините PLC е възможна точно обратната ситуация – искренето на механичните контакти на класическите изключватели при комутация да създава по-големи проблеми, отколкото малките напреженови и токови възможности на изходите на електронните сензори.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top