ГЛАВА XI КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЧАСОВ. ПЕРВИЧНЫЕ И ВТОРИЧНЫЕ ЭЛЕКТРОЧАСЫ (1957 год)

ГЛАВА XI КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЧАСОВ. ПЕРВИЧНЫЕ И ВТОРИЧНЫЕ ЭЛЕКТРОЧАСЫ (1957 год) - часть 1

Электрическими часами называют такие часы, которые в качестве привода используют электрическую энергию. Последняя может использоваться для поддержания колебаний маятника или баланса, для приведения в движение электромагнитных механизмов часов, для осуществления подзавода механических двигателей часов и т. п. [43].

Электрические часы с каждым днем находят все более широкое 1рименение в самых различных отраслях науки и техники. Они трименяются для контроля и автоматизации производственных троцессов, в системах унификации времени, в системах управления, сигнальных устройствах и т. п.

I. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЧАСОВ

До настоящего времени не было разработано единой и исчерпывающей классификации электрических часов. Это объясняется отчасти быстрым ростом отечественной электрочасовой промышленности, быстрым увеличением номенклатуры электрических часов, опережающей литературную публикацию.

Наиболее принятая классификация электрических часов приведена в табл. 1а и 16 [43].

Согласно этой таблице электрические часы классифицируются: по физическому признаку и по назначению.

По физическому признаку электрические часы делятся на независимые, групповые и синхронные.

Независимые часы существуют двух типов: а) с электроприводом и б) с электроподзаводом. Часы с электроприводом бывают прямого и косвенного действия. В часах с электроподзаводом подзавод может осуществляться электромагнитом или электродвигателем.

Групповые электрические часы подразделяются на первичные и вторичные. В качестве первичных часов могут быть использованы любые независимые часы, снабженные для этой цели специальным контактным устройством, посылающим импульсы тока в цепь вторичных часов, управляя их работой.

Первичные часы делятся на [43]:

1. Первичные часы, посылающие импульсы постоянного тока переменного или постоянного направления для приведения в действие вторичных импульсных часов, снабженных электромагнитным механизмом для перемещения стрелок.

2. Первичные часы, посылающие периодические импульсы тока для корректировки хода вторичных часов, которые имеют самостоятельный источник энергии и ходовой узел, т. е. по своей сути являются самостоятельными часами.

3. Первичные часы, посылающие импульсы тока во вторичные часы большой мощности (типа башенных часов). При этом импульсы тока первичных часов используются для включения подзавода вторичных часов, имеющих, как правило, в таком случае гиревой привод, а также для включения и застопоривания механизма, управляющего перемещением стрелок.

Синхронные часы образуют самостоятельную, довольно своеобразную группу электрических часов, отличающихся от всех прочих плавностью перемещения стрелок и отсутствием какого бы то ни было спускового регулятора. Синхронные часы бывают с самопуском и без самопуска и состоят из синхронного двигателя, передаточного и стрелочного механизма.

По назначению электрические часы делятся на программные, показывающие, печатающие и астрономические.

Показывающими часами называют часы, предназначенные для указания времени при помощи стрелок и циферблата. Подобные часы

выполняются в виде назависимых маятниковых или балансовых часов, групповых и синхронных часов. Перемещение стрелок показывающих часов может быть различным; например, с перемещением через минутный интервал, с перемещением через секундный интервал и с плавным непрерывным перемещением.

Программные и печатающие часы могут быть созданы на базе независимых часов, синхронных часов и на базе вторичных импульсных часов.

Программные часы имеют три разновидности [43]:

1) сигнальные часы, дающие замыкание контактов по заранее установленной программе в пределах 12 час. или суток, включая звуковой, световой или иной сигнал определенной продолжительности;

2) процедурные часы, дающие замыкание контактов (сигнал) через определенный заранее установленный интервал времени;

3) реле выдержки времени, применяемые обычно при автоматизации производственных процессов и включаемые в систему автоматизации в комплексе с другими регулирующими и управляющими приборами.

К программным часам следует отнести также ряд специальных исполнительных электрочасовых механизмов типа автоматов включения и выключения уличного и лестничного освещения, вентиляции и т. п.

Печатающие часы имеют две основные разновидности [43]:

1) табельные часы, позволяющие получать при нажатии на соответствующий рычаг отпечаток (число, месяц, часы, минуты) на специальных картах, предназначенных для контроля времени прихода на работу и ухода. Табельные часы обычно имеют циферблат;

2) штемпели времени, дающие отпечаток числа, месяца, часов и минут, предназначенные для регистрации времени различных процессов. Штемпели времени могут не иметь циферблата.

Астрономическими часами называют высокоточные электрические часы, предназначенные для точного хранения времени и для регистрации значения текущего среднего или звездного времени при производстве астрономических наблюдений.

Астрономические часы подразделяются на отметчики времени и хранители времени.

Группу первых в настоящее время образуют так называемые печатающие хронографы, регистрирующие значение текущего времени с точностью ±0,005 сек. при точности хода, не превышающей 0,006 — 0,008 сек. за сутки.

Группу вторых образуют кварцевые часы с суточной ошибкой хода, не превышающей 0,001 сек., и так называемые атомные часы, отличающиеся еще более высокой точностью.

Таблица 1а Классификация электрических часов по физическому признаку

Таблица 1б
Классификация электрических часов по назначению

2. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПЕРВИЧНЫХ И ВТОРИЧНЫХ ЭЛЕКТРОЧАСОВ. ХАРАКТЕРИСТИКА ИХ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ

Под первичными электрическими часами обычно понимают любые часы, имеющие собственный источник энергии — двигатель, спусковой регулятор и контактный узел, дающий ежеминутно или ежесекундно импульсы тока в линию вторичных часов. Первичные часы по принципу своего действия могут быть чисто механическими, могут также иметь электрический привод — двигатель или электрический подзавод механического двигателя. Следовательно, основным отличительным признаком первичных часов является наличие контактного узла, дающего импульсы [44].

Вторичные часы представляют собой своеобразный электромагнитный механизм, срабатывающий от поступающих импульсов тока и движущий стрелочный механизм. Электрические вторичные часы обычно выполняются в двух конструктивных видах: с качающимся якорем и с вращающимся якорем. В первом случае колебательные движения якоря электромагнитов преобразуются во вращательное движение стрелок с помощью храпового устройства; во втором случае связь стрелок с якорем осуществляется через зубчатое зацепление.

Как уже упоминалось, существует разновидность вторичных электрических часов, имеющих самостоятельный двигатель и регулятор хода и корректируемых первичными часами. Но этот тип часов применяется значительно реже, чем вышеописанные.

В целом в электрочасовых системах находят применение главным образом следующие механизмы и устройства: первичные часы, вторичные часы, аккумуляторная батарея или какой-либо другой источник электрического тока, питающий всю систему; сеть проводов, соединяющих первичные и вторичные часы между собой и с источником питания; некоторые вспомогательные механизмы для корректировки показаний часов и их контроля [44].

Несмотря на большое разнообразие конструктивных оформлений и принципов действия этих основных механизмов и устройств, некоторые их детали и узлы входят составной частью почти во все электрочасовые механизмы. К ним относятся, прежде всего, контакты, электромагниты и реле, искрогасительные приспособления, источники питания электрическим током.

Контакты. В работе электрических часов существенное значение имеет периодическое срабатывание контактов, надежность и безотказность работы которых по сути дела определяют качество работы всей установки. Контакт представляет собой устройство для замыкания и размыкания проводника, несущего ток. Контактная система состоит из контактных пружин, стоек, на которых крепятся эти пружины, и изоляционных прокладок. Включение контактов в цепь последовательное. Основным параметром, определяющим работу контактов, является сопротивление, которое оказывают контакты

проходящему через них току. Это сопротивление, называемое переходным, зависит от целого ряда факторов. Основными из них являются: материал, из которого изготовлены контакты, конструкция, форма контактов, площадь соприкосновения контактирующих поверхностей, давление между этими поверхностями и их состояние, т. е. степень окисления, загрязнения и износа.

Для электрических часов основным требованием, предъявляемым к работе контактов, является наличие возможно меньшего переходного сопротивления.

Для изготовления контактов наиболее часто применяются серебро, платина, платиносеребряный сплав ПС-12 с 12% платины, платиноиридиевый сплав, вольфрам. Иногда для изготовления особо ответственных контактов применяют золото или покрывают контактные поверхности родием с толщиной покрытия порядка 4 — 7 микрон.

Низкая температура плавления, способствующая искровому износу контактов, ограничивает применение чистого серебра. Платина придает тугоплавкость контактам и предохраняет их от износа при искрении.

Серебро — наиболее дешевый из применяемых благородных металлов, легко обрабатывается, обладает хорошими тепло-и электропроводностями. Образующаяся со временем на поверхности контакта пленка окисла является полупроводником и не ухудшает качества работы контактов. Серебряные контакты не могут применяться в конструкциях, предназначенных для работы в помещениях, где возможно наличие сернистых газов, а также в конструкциях, имеющих детали из материалов с сернистыми включениями (вулканизированная резина, эбонит и т. п.), так как серебро образует с серой соединения, вредно отражающиеся на работе контактов и способствующие их разрушению. Серебряные контакты применяются при давлениях порядка 5—25 г.

Платина в процессе работы не окисляется, дает малое переходное сопротивление, легко обрабатывается. Применяется при контактных давлениях порядка 1—5 г.

Для контактов, находящихся в тяжелых условиях работы, предпочтительно применение сплава платины с иридием; добавление последнего повышает твердость сплава, но в световой дуге такие контакты сгорают.

В случае питания часов от осветительной сети в качестве контактного материала применяют вольфрам. Он способен противостоять образованию световой дуги, так как обладает высокой температурой плавления. Через такие контакты может быть пропущен ток в несколько ампер.

Вольфрам тверд и хорошо сопротивляется механическому износу, но хрупок, плохо обрабатывается, покрывается неэлектропроводной пленкой и требует высоких контактных давлений, достигающих 60—80 г.

Весьма важное значение в работе контактов имеют их конструкция и форма. В практике часто наблюдается явление вибрации контактных пружин. Вибрация приводит к дробным замыканиям цепи и появлению так называемых «дробных импульсов». Последние вызывают ложные срабатывания вторичных механизмов и ошибку в их показаниях.

Дробное соединение контактов вызывается тем, что соприкосновение подвижного контакта с неподвижным происходит ударно, вследствие чего подвижной контакт отскакивает от поверхности неподвижного и снова на нее падает. Дробное контактирование вредно также и тем, что возникающая при размыкании искра усиливает износ контактных поверхностей.

Для устранения явления вибрации контактную систему выполняют так, чтобы кинетическая энергия каждого подвижного контакта поглощалась соответствующей неподвижной опорной пружиной.

Опорная пружина изготовляется из более толстого материала, чем основные контактные пружины. Она устанавливается с внутренней стороны между контактирующими пружинами, причем ее длина принимается равной 2/3 длины основных пружин.

Контактные пружины изготовляются из нейзильбера, алюминиевой или марганцовистой бронзы. Пружины, изготовляемые из этих материалов, хорошо обрабатываются, длительное время сохраняют свою упругость и форму, приданную им при регулировке.

На фиг. 167 приведены основные формы контактов и контактных пружин, применяемых в электрических часах [44].

Как показано, контакты 1 прикрепляются к концам контактных пружин 2 приваркой или расклепкой. Наиболее распространен плоскоострый контакт а. Он крепится расклепкой.

Контакт типа б приварен; приварка более экономична с точки зрения расхода благородных металлов. Подобный контакт применяется почти исключительно в реле.

В реле механизмов применяется сферический клепаный контакт типа в. В некоторых устройствах применяется двойной сферический контакт ж. С целью устранения нарушения работы контактов применяют спаренные контакты типов г и д, снижающие нарушения в работе в 40—50 раз.

Иногда применяются контакты с напайками из благородных металлов, как это показано на пружинах е.

Ножевые контакты з и стоечные и применяются в поляризованных реле.

Наиболее распространенные формы контактных пружин показаны на этой же фигуре — пружины для двойных контактов к и одинарных л.

Изоляционные прокладки изготовляются из листового эбонита, из технического или зеркального гетинакса и текстолита.

Для повышения изолирующей способности эти материалы пропитываются бакелитовым лаком.

Электромагниты и реле. Не менее важным узлом электрических часов являются электромагниты — неизбежная принадлежность реле, вторичных, а иногда и первичных электрических часов.

Допустимая величина тока, который способны пропускать контакты, замыкающие электрическую цепь, зависит от размеров контактов, контактного материала и т. п. Контакты обычно изготовляются на допустимую нагрузку по току порядка 0,4—0,45 а. В электрочасовых системах обычно требуется подключать к первичным часам

такое количество вторичных часов, что нагрузка на контакты значительно превышает допустимую. В целях облегчения работы контактов применяют переходные поляризованные реле. В этом случае контакты первичных часов замыкают только цепь питания электромагнитов реле, потребляющих небольшой ток. Контакты же самого реле, рассчитанные на значительно большую нагрузку, подключаются к сети вторичных часов.

Фиг. 167. Различные формы контактов и контактных пружин.

Фиг. 168. Кинематическая схема поляризованного реле.

В последнее время все более широкое распространение получают поляризованные электромагниты. Применение реле с поляризованными электромагнитами вызвано необходимостью посылки в часовую

сеть импульсов тока, поочередно меняющих свое направление, что необходимо для предохранения

вторичных часовых механизмов от ошибочного срабатывания при возникновении «дробного импульса».

На фиг. 168 показано устройство реле с поляризованными электромагнитами [44].

Как показано на фигуре, якори 5 и 6 имеют возможность поворачиваться на центрах, установленных в скобе, прикрепленной к верхней части постоянного магнита 2. Якори несут плоские контактные пружины, соединяющиеся с контактами стоек, к которым подключается батарея. Оба провода линии часовой сети в состоянии покоя соединены между собой и подключены к положительному полюсу батареи.

Ток, поступающий от первичных часов, создает в электромагнитах реле магнитные потоки противоположного направления. Если магнитный поток какого-либо электромагнита совпадет с магнитным потоком постоянного магнита, то он усилится. Благодаря этому якорь, находящийся в этом магнитном потоке, притянется к сердечнику.

Одновременно магнитный поток другого электромагнита, имеющий обратное направление с магнитным потоком постоянного магнита, ослабеет и якорь, находящийся в этом потоке, будет удерживаться в исходном положении.

С прекращением импульса тока, поступавшего от первичных часов, магнитные потоки электромагнитов прекратятся и притянутый ранее якорь займет исходное положение.

Следующий импульс тока, поступающий на электромагниты реле, будет иметь противоположное направление, и взаимодействие магнитных потоков электромагнитов с магнитным потоком постоянного магнита изменится на обратное, т. е. сработает якорь, ранее остававшийся в покое.

При этом в сеть вторичных часов пойдет импульс тока противоположного направления. Таким образом, механизмы вторичных часов, также имеющие поляризованные реле, будут работать бесперебойно, так же, как если бы они были включены прямо в сеть первичных электрочасов.

Принцип работы схемы первичных часов, производящих перемену направления командных импульсов, будет рассмотрен несколько ниже.

Контакты переходного поляризованного реле допускают нагрузку по току до 0,6 а, т. е. к контактам реле можно подключать до 60 вторичных электрочасов.

Для защиты контактов реле от искрообразования выводные клеммы реле обычно шунтируют сопротивлением 600 ом, имеющим бифилярную намотку.

Искрогасительные приспособления [44]. Как известно, при прохождении тока через замкнутые контакты вокруг них создается некоторое магнитное поле. При размыкании контактов это магнитное поле почти мгновенно исчезает, причем такое быстрое сокращение магнитных силовых линий создает на обмотках электромагнита э. д. с. самоиндукции величиной, достигающей несколько сот и даже тысяч вольт.

Эта э. д. с. при размыкании контактов создает пробой воздушного промежутка, разделяющего контактные поверхности, и образует дугу.

Для сохранения контактов от обгорания стремятся создать для возникающей э. д. с. самоиндукции иной путь, шунтируя контакты безиндукционным сопротивлением.

В этом случае неизбежно возникает некоторый непроизводительный расход энергии источника тока, особенно вредно сказывающийся там, где от качества работы источника зависит работа и точность всей системы. Но с этими потерями приходится мириться, так как ущерб, причиняемый ими, значительно меньше, нежели от нарушения работы контактов. Обычно выбирают шунтирующее сопротивление в 2—3 раза большим, чем общее омическое сопротивление всей цепи электромагнитов, включаемых данной контактной группой.

Существующие в настоящее время методы расчета контура искро-гашения не дают достаточной точности, кроме того, подбираемый контур многозначен, т. е. искра может быть погашена не одним каким-либо определенным по величине сопротивлением, а несколькими, поэтому сопротивление для искрогашения обычно подбирают опытным путем.

Несколько реже применяется схема искрогашения шунтированием самих обмоток электромагнита.

В случае, когда индуктивность основного контура мала, применяют в качестве меры искрогашения шунтирование контура конденсатором.

На фиг. 169 показаны схемы искрогашения с помощью последовательно включенных безиндукционного сопротивления и конденсатора.

На схеме фиг. 169, а искрогасящее устройство подключено параллельно контакту, на схеме фиг. 169,6—параллельно электромагниту.

Э. д. с. самоиндукции, возникающая при размыкании контактов, заряжает конденсатор, который затем разряжается на обмотку электромагнита. Таким образом, искрообразование значительно ослабляется.

Практически емкость конденсатора выбирается из расчета, чтобы на каждый генри индуктивности основной цепи приходилась одна микрофарада. Обычно применяются конденсаторы в 2 микрофарады.

Иногда при разряде конденсатора часть тока все же пробивает контакты в виде короткой, но сильной искры. Последнее явление устраняется последовательным включением с конденсатором омического сопротивления.

Источники электрического тока. Необходимым условием работы всех электрических часов является наличие какого-либо источника электрического тока. Для независимых электрических .часов в качестве источника тока может быть использована осветительная сеть любого напряжения (110—220 в). Питание синхронных часов также осуществляется от сети переменного тока. В случае несоответствия напряжения осветительной сети требуемому для питания часов применяются соответствующие повышающие или понижающие трансформаторы [44].

Электрочасовые системы, состоящие из первичных и вторичных часов, а также синхронизируемые электрические часы работают от источников постоянного тока. В качестве таких источников используются различные батареи и аккумуляторы. Напряжение источников постоянного тока бывает различным для различных часов и колеблется в пределах 2—60 в. Наиболее часто применяются источники тока напряжением в 24 в для электрочасовых систем и в 6 и 12 в для индивидуальных электрических часов типа АТО и автомобильных часов.

Основным требованием, предъявляемым к работе источников тока, является требование длительного сохранения ими неизменной э. д. с.

Вообще говоря, источники тока в процессе работы электрических часов находятся под нагрузкой не постоянно. Электрочасовые механизмы рассчитываются на небольшое потребление энергии, что в большинстве случаев достигается прерывистым характером включения часов в сеть питания, при значительных перерывах по времени между включениями и незначительным расходом тока при включении.

В качестве примера работы источника тока можно рассмотреть работу импульсных вторичных часов, включенных в общую систему электрочасовой установки. Питание этих часов производится импульсами тока длительностью в 2 сек., с интервалами между замыканиями в 1 мин. Таким образом, источник тока находится под нагрузкой только 1/30 часть всего рабочего времени.

Такой режим работы способствует самозаряду источника в моменты отключения питания и его длительной работе.

В случае, когда нагрузка на источник тока велика (при питании от источника тока мощных электрочасовых систем), применяется так называемое буферное питание, заключающееся в подзаряде аккумуляторов источника в процессе его работы.

При этом в схему установки вводится выпрямитель достаточной мощности и реле, которое автоматически переключает часы на питание от этого выпрямителя в то время, когда аккумуляторы подзаряжаются.

содержание .. 20 21 22 23 ..