Automate termice de protectie cu bimetal Constructia aautomatelor termice cu bimetal. Alaturi de sigurantele fuzibile, la bordul aeronavelor se folosesc pe scara larga si automatele termice de protectie, ceea ce se explica prin avantajele pe care le prezinta in comparatie cu sigurantele fuzibile, dintre care mentionam: Posibilitatea de a urmari pe care vizuala starea automatului (cuplat\decuplat); Repetabilitatea actiunii Caracteristici amper-secunda mai stabile Posibilitatea verificarii caracteristicilor amper-secunda

Elementul sensibil al tuturor automatelor termice de protectie este constituit dintr-o placa bimetalica legata prin constructie cu mecanismul de decuplare. Placa bimetalica este confectionata din doua lamele metalice sudate intre ele, posedand coeficienti termici de dilatare diferiti.

Dintre metalele cu coeficient de dilatare liniara mare se utilizeaza Ni, Al, otelul iar ca metale cu coeficient de dilatare liniara mic se utilizeaza invarul si platina. Actionarea automatului se produce in momentul cand placa atinge o anumita incovoiere (bine determinata) proportionala cu temperatura, determinata de valoarea si durata de trecere a curentului prin placa.

Toate automatele de protectie cu bimetal au cuplarea manuala si decuplarea atat manuala cat si automata, sub actiunea curentilor de suprasarcina. Ca atare, aceste automate, pe langa functia de protectie, indeplinesc si functia de intrerupatoare.

Automatele de protectie a retelei din seria A.Z.S. au particularitatea ca dupa declansare este posibila cuplarea fortata manuala, mentinand contactele in starea inchisa. La automatele din seria A.Z.R. dupa declansare este imposibil sa se inchida contactele cu ajutorul manete de actionare pana nu se raceste lameta bimetalica.

In figura se prezinta o sectiune prin automatul de tip A.Z.S. Circuitul de curent se inchide de la borna 9 la borna 8 prin placa bimetalica 7 si contactele 4 si 5. Pentru decuplarea automatului, parghia 2 se deplaseaza spre stanga prin basculare si pintenul 1 sub actiunea arcului 3 apasa asupra placii suport a contactului mobil 4, care se inchide pe contactul fix 5. Totodata, se deplaseaza spre dreapta sania 12, care preseaza arcul 6. In timpul acesta clichetul 11 al caruciorului se agata de pintenul 10 al placii bimetalice 7. In consecinta, sania este blocata in aceasta pozitie iar pintenul 1 mentine parghia 2 si contactele 4 si 5 in pozitia cuplat. In cazul decuplarii manuale a automatului, parghia 2 se basculeaza spre dreapta, pintenul 1 apasa asupra placii suport iar contactele 4 si 5 se deschid. Pintenul 1 retine parghia 2 si contactele 4 si 5 in pozitie decuplat, iar sania 12 ramane in pozitia anclansat (spre dreapta).

La decuplarea automata, in caz de suprasarcina sau scurtcircuit, placa bimetalica 7 se incovoaie in jos, pintenul acesteia 10 lasa liber clichetul 11 al saniei 12, care, sub actiunea arcului 6, trece in pozitia din stanga deplasand parghia 2 la pozitia decuplat. Circuitulor contactelor se intrerupe. In aceasta pozitie a placii bimetalice se pot inchide bimetalice se pot inchide din nou contactele 4 si 5 cu ajoturl parghiei 2, insa la luarea mainii de pe parghie, contactele se vor deschide din nou. Toate automatele de tip A.Z.S. se confectioneaza dupa o schema cinematica si electrica unica, in gabarite identice, deosebindu-se numai prin parametrii placii bimetalice.

Automatul de protectie de tip AZR are o constructie destul de simpla si sigura, posedand o stabilitate sporita la actiunea vibratiilor si socurilor. De asemenea, acesta poseda putere mare de rupere, prin faptul ca foloseste ruperea dubla a arcului electric si contacte din aliaje metalo-ceramice.

Caracteristicile amper-secunda ale automatelor termice de protectie cu bimetal

Automatele termice de protectie cu bimetal au caracteristica amper-secunda depdendenta.

La calculul timpului de incalzire a lamelei bimetalice pana la temperatura la care incepe declansarea automatului vom admite urmatoarele ipoteze simplificatoare: Incalzirea lamelei metalice se face uniform Rezistenta specifica si capacitatea calorica specifica a bimetalului nu depind de temperatura Se neglijeaza cedarea de caldura pe la capetele lamelei bimetalice.

Calculul timpului decurge plecand de la ecuatia bilantului termic.Puterea electrica dezvoltata la trecerea unui curent prin placa bimetalica este disipata sub forma de caldura, din care o parte se inmagazineaza in aceasta, ridicandu-I temperatura, iar o alta parte se evacueaza in mediul inconjurator, in cea mai mare parte prin convectie. Ecuatia bilantului termic are urmatoarea expresie:

In care:

Reprezinta puterea electrica disipata sub forma de caldura in placa;

Reprezinta cantitatea de caldura inmagazinata in placa in unitatea de timp pentru a-I ridica temperatura cu ;

Reprezinta cantitatea de caldura evacuata de catre placa in mediul inconjurator (in principal prin convectie) in unitatea de timp.

Tinand seama de acestea, ecuatia diferentiala ce descrie procesul de incalzire a placii bimetalice este:

In care I - curentul de suprasarcina prin placa

c caldura specifica a materialului placii

l, b, h sunt dimensiunile placii

Utilizant notatiile:

Care reprezinta constanta de timp a incalzirii placii si

Solutia acestei ecuatii fiind:

Constanta de integrare C se determina punand conditia ca la t=0, adica la valoarea nominala a curentului prin placa bimetalica, placa are o supraincalzire initiala astfel incat se obtine

Sau

Curba de incalzire a lamelei bimetalice data de ecuatia de mai sus indica supraincalzirea la care se produce actionarea (declansarea) automatului. Aceasta supraincalzire se atinge intr un timp mai lung sau mai scurt, in functie de valoarea curentului. Placa bimetalica incalzita pana la temperatura , fiind temperatura placii la curent nominal, se deformeaza cu sageata si dezvolta o forta suficienta pentru actionarea automatului (declansarea protectiei). Daca temperatura mediului inconjurator ramane constanta, atunci declansarea automatului se va face la o anumita supraincalzire a placii bine determinata .

Timpul de incalzire a elementului bimetalic poate fi determinat din ecuatia 7.14 exprimand pe si in functie de curentii respectivi si punand conditia

In care - este curentul preliminar la care functiona automatul inainte de a aparea curentul de suprasarcina;

I - curentul de suprasarcina este curentul critic, adica acea valoare a curentului la care incepe deformarea placii si care ar duce la atingerea supraincalzirii de declansare a automatului dupa un timp foarte mare.

Timpul de incalzire a placii pana la actionarea automatului se deduce din ec 7.15

De unde rezulta

Relatia 7.17 reprezinta expresia analitica a timpului de incalzire a placii bimetalice pana la temperatura la care se produce declansarea automatului preincalzit de curentul .

Daca automatul nu a functionat initial, deci nu are o preincalzire ( timpul de incalzire pana la actionare este:

(EATON AEROSPACE)

Unde k este un coeficient care se alege in functie de natura instalatiei protejate. Adunand la timpul obtinut timpul pentru deplasarea contactelor in pozitia extrema si timpul de existanta a arcului voltaic dintre contacte putem obtine caracteristica amper-secunda a automatului bimetalic. Ca si sigurantele fuzibile automatele termice nu declanseaza la suprasarcini mici . In comparatie cu sigurantele fuzibile, automatele termice poseda o intertie termica mai mare si de aceea sunt mai adecvate pentru protectia consumatorulor contra suprasarcinilor de durata.

Principalele neajunsuri ale automatelor termice de protectie cu bimetal sunt: complexitatea constructiei, o intarziere la deconectare in cazul curentilor de scurtcircuit si depdendenta mare a caracteristicilor amper-secunda de conditiile de mediu.

Automate de protectie cu caracteristica amper-secunda limitat dependenta

Pentru a proteja placa bimetalica si contactele automatului impotriva unor curenti mari de scurtcircuit, automatele pentru curenti nominali mai mari de 20A sunt prevazute cu un dispozitiv suplimentar care asigura intreruperea curentului de scurtcircuit pe cale electromagnetica.

Automate de protectie cu caracteristica amper-secunda instantanee

Pentru curenti nominali de peste 50A elementul sensibil al automatului de protectie este constituit dintr-un dispozitiv care asigura intreruprea curentului pe care electromagnetica. Acest dispozitiv nu difera de dispozitivul asemanator din automatul bimetalic prezentat anterior. Caracteristica amper-secunda pentru asemenea automate este independenta de valoarea curentului. Aceste automate sunt folosite pentru protectia la scurtcircuit a retelelor de alimentare, dar ele nu pot asigura protectia impotriva suprasarcinilor chiar de durata. Lipsa elementului bimetalic le face mult mai simple din punctul de vedere al constructiei si mai ieftine in comparatie cu automatele termice de protectie cu bimetal.

Determinarea caracteristicii amper-secunda a bimetalului

Curentul nominal presupus este de 50A, curba fiind reprezentata pana la 400A. Metalele alese pentru acest calcul sunt platina si nichel.

Unde j reprezinta raportul dintre curent si cel nominalProtectia cu automate termice vs. protectia cu controllere de putere solid-state (SSPC)In acceptiunea generala utilizarea SSPC aduce o imbunatatire enorma automatelor termice conventionale sau combinatiei automat termic releu. In afara de pret, un motiv cheie pentru utilizarea SSPC este acela ca ofera o acuratete a declansarii imbunatatita comparata cu cea a automatelor termice cu bimetal. Este notabil faptul ca pentru orice dispozitiv de protectie sunt anumite conditii pentru care acesta trebuie sa declanseze, dar sunt si niste situatii in care nu este necesara declansarea, altfel pot sa apara declansari inutile.