A kapcsolókról II.

2008/1-2. lapszám | Kemény József |  13 019 |

Figylem! Ez a cikk 16 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Forgómozgású kézi kapcsolók a bütykös, a görgős és a kamrás (pakett-) kapcsolók. A bütykös kapcsolók esetében a kapcsoló érintkezőit a kapcsoló tengelyére fűzött bütykös tárcsák mozgatják. A 6. ábrán egy görgős bütykös kapcsoló érintkező szerkezetén...

A 6. ábrán egy görgős bütykös kapcsoló érintkező szerkezetének vázlatos rajzát látjuk. A közös tengelyre fűzött bütykös tárcsák alakjának megváltoztatásával tetszőleges kapcsolási program valósítható meg. Az ábra jobb oldalán a helyzetbiztosító szerkezet vázlata látható. A kapcsolók felhasználási területe igen széleskörű. Alkalmasak főkapcsolónak, motorvezérlésekre és más vezérlési programok megvalósítására.

A görgős kapcsoló (6. ábra) a bütykös kapcsolók továbbfejlesztett változata, működése abban különbözik, hogy a görgős kapcsoló tengelyére fűzött bütykös tárcsára az érintkezőket mozgató elem görgőn keresztül kapcsolódik. Az érintkezői szigetelőkamrában vannak elhelyezve. Alkalmazási területe: motorok, kis transzformátorok, kisfeszültségű hálózatok és berendezések kapcsolása. Az ábra jobb oldalán a helyzetbiztosító szerkezet látható, a kapcsolónak 6 stabil állapota lehetséges.

A kamrás kapcsoló (7. ábra) érintkező elemei kerámia vagy műanyag kamrákban, teljesen elzártan helyezkednek el. Az érintkező elemek a kamrákban egymástól 900, 450 vagy 600-ra illeszthetők. Az érintkező elemeket a kamrákon áthaladó szigetelt tengelyre fűzik fel.

A kamrás kapcsolók görgős helyzetrögzítővel és rugós dobóművel készülnek. Ez biztosítja azt, hogy kapcsoláskor a fogantyú működtetésének sebességétől függetlenül a be- és kikapcsolás pillanatszerűen következzen be.

A 7. ábrán egy kamrás kapcsoló fényképét láthatjuk. Az ábrán a csatlakozás, a mozgó érintkező, az álló érintkező és a működtető kar látható. A kamrás kapcsolók különféle erősáramú készülékek, vezérlő- és irányító berendezések, továbbá mérőáramkörök kapcsolására használhatók.

A hengeres kapcsoló több áramkör egyidejű, illetőleg adott sorrendű zárására és nyitására alkalmas kapcsolókészülék. Szerkezetileg az érintkezőik ívdarabokból állnak, és szigetelőhengerre vannak szerelve, a kívánt helyzetekben rugózott érintkező ujjak között létesítenek összeköttetést.

A kormányhengeres kapcsolókat csúszógyűrűs motorok közvetlen irányítására, irányváltoztatására és különböző ellenállásfokozatok bekapcsolására használják. Kisebb teljesítményű motorok kapcsolására, csillag-háromszög átkapcsolására stb. is alkalmas. Nagy teljesítmények esetén, különösen egyenáramú áramkörökben, érintkezőit ívoltó kamrával látják el. A kormánykapcsolók egyik változata a mesterkapcsoló, amely lényegében kis kontroller. Alkalmas a motorok vezérlésére, leggyakrabban daruüzemben alkalmazzák.

c. Billenőkapcsolók
A billenőkapcsoló olyan kapcsoló, amelynek működtetőszerve olyan alacsony profilú billentyű, amelyet egy vagy több kijelölt helyzetbe kell billenteni az érintkező állapotában végbemenő változás elérése céljából. Jelenleg a legáltalánosabban alkalmazott kapcsolófajta. Működési elvét a 8. ábra szemlélteti.

A működtető kar átbillenése közben először az átbillenő részben lévő rugó feszül meg (összenyomódik), majd a kar középállásban kismértékű elmozdulás hatására hirtelen átbillen a másik holtpontba. Ez biztosítja a gyors ki- és bekapcsolást.

d. Nyomócsapos kapcsolók
A nyomócsapos kapcsolók speciális válfajai a parány- (mikro), végállás-, helyzet-, nyugtázó- stb. kapcsolók, amelyekre az jellemző, hogy működtetésük kézzel vagy más tárggyal való kölcsönhatás során kifejtett erő útján történik, és a működtetés megszűnése után a tárolt energiájuk (rugó) téríti vissza őket az alaphelyzetbe. Ha a nyomógombbal a rugólemezre nyomást gyakorlunk, az átpattan a másik véghelyzetébe, így létesítve kapcsolatot a bal és az alsó, vagy a bal és a felső kivezetések között. A kapcsolót kis érintkezőnyitási távolság és gyors működés jellemzi.

e. Kontaktorok
A kontaktorok olyan kapcsolókészülékek, amelyeknek csak egyetlen nyugalmi állapotuk van, mindig gépi működtetésűek, a működtetésük megszűnte után a tárolt energiájuk téríti vissza őket. A gépi működtetést elektromágnessel vagy pneumatikus motorral valósítják meg. A kontaktorok legfontosabb jellemzői azonosak a kapcsolóknál megismertekkel. Ezért megkülönböztetünk fő- és segédáramkörű kontaktorokat.

A legelterjedtebb az elektromágneses működtetésű kontaktor, amelyet a mindennapi szóhasználatban általánosan mágneskapcsolónak nevezünk.

Mágneskapcsolók
A 9. ábrán egy mágneskapcsoló (elektromágneses működésű kontaktor) elvi felépítését látjuk: (bal oldal elölnézeti, jobb oldal oldalnézeti nyugalmi helyzet, működtető mágnes (4), érintkezőhíd (3), mozgóérintkező (1), kikapcsolórugó (5), érintkező nyomórugó (2), segédérint-kezők (6).

Az alsó ábrán látható elölnézeti nyugalmi helyzetben a működtető mágnes energiamentes, a kikapcsolórugó a működtető mágnes mozgó részét kikapcsolt állapotban tartja.

A mozgó részben lévő csatlakozóelem az érintkezőhidat az érintkező nyomórugó ellenében az álló érintkezőktől eltávolítja, vagyis a főérintkezők nyitottak.

A felső ábrán a kontaktor oldalnézeti nyitott helyzetében látható. Működése: a csatlakozóelem a működtető mágnes mozgó részével együtt mozdul, és az érintkezőhidat felszabadítja, amelyet ezáltal az érintkezőrugó az álló érintkezőkhöz szorítja, vagyis a főérintkezők zárnak. A kontaktorok a főérintkezőiken kívül segédérintkezőkkel is el vannak látva, amelyek a különféle vezérlési feladatok elvégzésére szolgálnak.

Annak ellenére, hogy a kontaktorok érintkezői ívoltó szerkezettel is ellátottak lehetnek, zárlati áramok, teljesítmények megszakítására nem alkalmasak.

A kontaktorokat főleg automatizált, távvezérelt erősáramú fogyasztók működtetéséhez használják. Igen nagy kapcsolási gyakoriság mellett is megbízhatóan üzemelnek, gyakran jelentős túlterheléseket is elviselő kapcsolókészülékek.

Motorvédő kapcsolók
A motorvédő kapcsoló, akár mágneskapcsolóból, akár kapcsolóból alakítják ki, olyan kapcsolókészülék, amely alkalmas a motor indítási áramának bekapcsolására, a névleges áramának üzembiztos vezetésére, a motor káros túlterhelése (túlmelegedése) esetén a beépített hőérzékelő (pl. ikerfém) segítségével az önműködő kikapcsolásra, esetleg a megfelelő számú segédérintkezőivel érintésvédelmi, reteszelési feladatok megoldására, különféle jelzések adására, és zárt állapotban véges ideig el tudják viselni a rajtuk átfolyó zárlati áram hatásait.

Ilyen feladat ellátására a mágneskapcsolót vagy a kapcsolót hőkioldóval együtt gyártják. Az ilyen kapcsolókészülék névleges megszakítóképessége az üzemi, túlterhelési áramok tartományában van, ezért a zárlati áramok megszakítására nem alkalmas. Ha tehát működtetésre és motorvédelemre hőkioldóval ellátott kapcsolókészüléket kívánunk alkalmazni, akkor a kapcsoló elé zárlatvédő eszközt kell beiktatni. A zárlatvédő eszköz hivatott a motor zárlatvédelmét megoldani.

A kisfeszültségű hálózatokon kisebb teljesítményű motorok kapcsolására a motorvédő kapcsolók nagy része a mágneskapcsolók elvén működik. Ezek a motorvédő kapcsolók az üzemi áram be- és kikapcsolásán túl a motor túlterhelésvédelmét is ellátják mind a három fázisba beépített, ikerfémes hőkioldó segítségével, valamint feszültség-kimaradás esetén automatikusan lekapcsolják a motort a hálózatról. A motor zárlatvédelmét - amint az előbbiekben említettük - a motorvédő kapcsoló elé beiktatott, megfelelően megválasztott zárlatvédő eszközökkel oldják meg.

A 10. ábrán egy ilyen kialakítású motorvédelem, motorvédő kapcsoló elvi kapcsolási rajza látható. A motorvédő kapcsoló kézi működtetésű BE nyomógombjának benyomásával a behúzótekercs meghúz, ennek hatására egyszerre működnek a fő- és segédérintkezők. Ez utóbbiak közül az egyik az öntartást végzi. Az ikerfém (bimetál) a túlterhelés nagyságától és tartósságától függően felmelegszik, felmelegedésével alakját változtatja.

Ennek az alakváltozásnak a hatására egy működtető kar segítségével (az ábrán nyomon követhetően) a behúzótekercs áramkörét megszakítja, a behúzó (tartó-) tekercs elejt, a motorvédő kapcsoló kikapcsol. A hőkioldónak fontos szerepe van a háromfázisú motor esetében akkor, ha az egyik fázison kimarad a feszültség (a fázis kiesik).

Ebben az esetben ugyan a motor tovább jár, de az ép fázisvezetőjén olyan nagy áram folyik, amitől a tekercs szigetelését veszélyeztető melegedés jönne létre. A hőkioldó ebben az estben is lekapcsolja a motort a hálózatról. Természetesen a KI nyomógomb megnyomásával is kikapcsolhatjuk motorunkat. A kapcsoló feszültség-kimaradáskor is kikapcsol. A különböző fémek hőtágulását használja ki a kettősfémes (ikerfémes) hőérzékelő. A kettősfém két különböző hőtágulású fémből összehengerelt lemezcsík.

Melegedéskor a lemezcsík a kisebb hőtágulású lemezoldal felé hajlik el, s így érintkező zárására vagy valamilyen mechanizmussal működtetésre használható.

Az ikerfémet a védendő berendezés árama fűti. Fűtése lehet közvetlen, azaz a védett berendezés árama az ikerfémen van keresztülvezetve, és lehet közvetett, ilyenkor az ikerfémre külön fűtőspirált helyeznek el, és azon folyik keresztül a motoráram.

A motorvédő kapcsolókat többféle kapcsolási feladatra, motoroknál pedig különféle üzemmódban való működtetésre lehet felhasználni. Így felhasználhatók:
. csillag-háromszög indításra,
. pólusátkapcsolásra és
. irányváltó kapcsolásra stb.
Napjainkban már vannak olyan motorvédő kapcsolókombinációk is, amelyek a zárlatvédelmet is ellátják.

f. Félvezetős kapcsolók
A félvezetős kapcsoló olyan kapcsoló, amely a félvezető vezérelt vezetőképessége útján villamos áramkör áramának bekapcsolására és/vagy megszakítására szolgál. Ilyen kapcsolókat akkor alkalmazunk, ha nagy kapcsolási sebességre, nagy óránkénti kapcsolási számra, pergésmentességre vagy a kapcsolási folyamat és a környezet szigetelt szétválasztására van szükség. Egy félvezetős kapcsoló blokksémája látható a 11. ábrán, amely kapcsoló elemként tirisztort tartalmaz. A félvezetők túlmelegedésre, túlfeszültségre nagyon érzékenyek, ezért minden védelmük különleges és drágább, mint az érintkezős kapcsolóknál megszokott.

A hálózati betáplálásnál a félvezető zárlatvédelmére alkalmas zárlatvédelem helyezkedik el. A félvezetők túlfeszültségvédelméről mindig gondoskodnunk kell. A félvezetők vezérlése a vezérlő áramkörön keresztül történik. A túlterhelés-védelem általában a vezérlő áramkörön keresztül valósul meg. A kapcsoló elem a tirisztoron kívül lehet triak (kétirányú vezetésre alkalmas tirisztor), bipoláris teljesítmény-tranzisztor, illetve szigetelt kapuelektródás bemenetű bipo-láris tranzisztor (IGBT).

A legegyszerűbb egyenáramú félvezetős kapcsoló elvi kapcsolási rajzát tartalmazza a 12. ábra. A kapcsolóelem egy tirisztor, amely a gyújtóimpulzus fellépésétől mindaddig vezet, amíg az árama a rájuk jellemző ún. tartó áram alá nem csökken. A valóságban a be- és kikapcsolásra általában nem nyomógombos vezérlést használunk. Vizsgájuk meg a kapcsolás működését! A tápfeszültség bejelölt polaritású rákapcsolása után a tirisztor zárva marad. A BE nyomógomb megnyomása után az R ellenálláson keresztül a K katódhoz képest a G gyújtóelektródára nyitóirányú feszültség jut, és a tirisztor ún. begyújtott állapotba kerül, ami azt jelenti, hogy gyakorlatilag rövidzárként viselkedik. Az Rt ellenállás hálózatra kapcsoltnak tekinthető.

A C kondenzátor az R ellenálláson és a tirisztoron keresztül gyakorlatilag a tápfeszültségre töltődik a bejelölt polaritásnak megfelelően. A KI nyomógomb megnyomásával kezdeményezhetjük a kikapcsolást. A C kondenzátor záróirányú feszültsége jut a kapcsolóelemre, és azon záróirányú áramot indít. A jól megválasztott C kondenzátor esetén a záróirányú áram képes a tirisztor áramát a tartóáram alá csökkenteni. Ha a tirisztor árama a tartóáram alá csökken, akkor kialszik. Kikapcsolt félvezető esetén az általa lekapcsolt hálózat érintésvédelmi szempontból nem tekinthető feszültségmentesnek a félvezetők nyitott állapotbeli szivárgási árama miatt!

[1] MSZ EN 60947-1
Kisfeszültségű. kapcsoló- és vezérlőkészülékek.

[2] MSZ EN 60947-2 Kisfeszültségű kapcsoló- és vezérlőkészülékek. 2. rész: Megszakítók.

[3] MSZ EN 60947-3 Kisfeszültségű kapcsoló- és vezérlő-készülékek. 3. rész: Kapcsolók, szakaszolók, szakaszoló-kapcsolók és biztosító-kapcsolókészülék kombinációk.

[4] MSZ EN 60947-4 Kisfeszültségű kapcsoló- és vezérlő-készülékek. 4. rész: Kontaktorok és motorvédő kapcsolók.

[5] MSZ EN 60947-5 Kisfeszültségű kapcsoló- és vezérlőkészülékek. 5. rész: Vezérlőáramköri készülékek és kapcsolóelemek.

[6] MSZ EN 60669-1 Kapcsolók háztartási és hasonló jellegű rögzített villamos szerelések számára.

---