Styczniki to mechaniczne łączniki służące do otwierania i zamykania obwodów, w których płyną prądy robocze, często o natężeniu kilkunastu lub kilkuset amperów. Stycznik może wyłączać także prądy przeciążeniowe, natomiast nie wyłącza prądów zwarcia. Sam stycznik nie posiada wyzwalacza, który w przypadku przeciążenia lub zwarcia wywoła otwarcie styków głównych stycznika, jednak może być stosowany w układzie z przekaźnikiem zabezpieczeniowym, który spowoduje przerwanie zasilania cewki stycznika i w konsekwencji otwarcie jego styków. Stycznik może być sterowany elektrycznie lub pneumatycznie. Wobec tego ze względu na zasadę działania wyróżniany styczniki elektropneumatyczne i styczniki elektromagnetyczne.
STYCZNIKI ELEKTROPNEUMATYCZNE
Stycznik elektropneumatyczny zbudowany jest z zaworu elektropneumatycznego, siłownika pneumatycznego ze sprężyną zwrotną i dźwignią, pary styków głównych - ruchowego i stałego, cewki gasikowej, komory łukowej oraz często ze styków pomocniczych. Całość osadzona jest na izolowanej konstrukcji wsporczej. Na niej znajdują się także zaciski styków głównych i pomocniczych. Niekiedy jako napęd stycznika stosuje się pneumatyczne membrany połączone za pomocą kątowników i trzonów ze stykami.
Działanie stycznika następuje, gdy zawór elektropneumatyczny (2) zostanie otwarty i sprężone powietrze dostanie się do siłownika pneumatycznego (3). Wówczas ciśnienie sprężonego powietrza pokona siłę sprężyny i spowoduje uniesienie się tłoka w górę. Osadzony na tłoku ruchomy styk (6) podniesie się i dotknie styku stałego (7). Styk ruchomy (6) połączony jest z zaciskiem poprzez elastyczny przewód (4) wykonany z taśmy miedzianej lub linki, natomiast styk stały (7) połączony jest z jednym końcem cewki gasikowej (8), a drugie koniec cewki gasikowej połączony jest z zaciskiem. Często na dźwigni tłoka umieszczone są także styki pomocnicze, przez które płyną mniejsze prądy. Wyłączenie stycznika (otwarcie styków głównych) następuje po zamknięciu zaworu elektropneumatycznego (2). Wówczas zostaje odcięty dopływ sprężonego powietrza, a powietrze znajdujące się w cylindrze siłownika (3) zostaje wypuszczone do atmosfery poprzez otwór wylotowy znajdujący się w zaworze elektropneumatycznym. Sprężyna zwrotna powoduje powrót dźwigni siłownika do położenia pierwotnego. Styk ruchomy (6) opada z dźwignią na dół i obwód zostaje rozwarty. W tym czasie w obwodach, gdzie płyną duże prądy między stykami pali się łuk elektryczny. Zjawisko to jest niekorzystne dla styków ponieważ je nadpala, a także nie przerywa obwodu. Wobec tego stycznik wyposażony jest w cewkę gasikową (8) i komorę łukową (9). Zadaniem cewki gasikowej jest skierowanie łuku palącego się między stykami do komory łukowej. W czasie, gdy zaczyna palić się łuk elektryczny, w rdzeniu cewki tworzy się zmienny strumień magnetyczny i wypycha łuk na zewnątrz do komory łukowej, gdzie zostaje on zgaszony.
Cewka gasikowa wykonana jest z płaskownika miedzianego i posiada kilka zwojów. Jeden koniec cewki połączony jest z zaciskiem zewnętrznym, a drugi połączony jest ze stykiem stałym. Komora gaszeniona wykonana jest z materiału izolacyjnego, odpornego na wysoką temperaturę. Styki najczęściej wykonane są z miedzi.
STYCZNIKI ELEKTROMAGNETYCZNE
Styczniki elektromagnetyczne są powszechnie stosowane w pojazdach trakcyjnych, wagonach pasażerskich, urządzeniach sterowania ruchem kolejowym, na podstacjach trakcyjnych, a przede wszystkim w energetyce i przemyśle. Stycznik elektromagnetyczny niewiele różni się od stycznika elekropneumatycznego. Zbudowany jest ze styków głównych - ruchomego i stałego, cewki elektromagnetycznej z rdzeniem i styków pomocniczych. Styczniki przenoszące duże prądy wyposażone są w komory gaszeniowe i cewki gasikowe. Styki ruchome przymocowane są do zwory, która osadzone jest za pomocą sprężyn zwrotnych na jarzmie stycznika. Części przewodzące prąd są odizolowane od konstrukcji wsporczej. Wszystkie styki połączone są z zaciskami.
Na poniższym rysunku pokazana jest zasada działania stycznika elektromagnetycznego oraz układ połączeń typowego trójfazowego stycznika przemysłowego ze stykami pomocniczymi. Stycznik ten różni się w budowie od styczników stosowanych w pojazdach trakcyjnych, jednak zasada działania jest taka sama.
Działanie stycznika (zamknięcie styków) nastąpi, gdy cewka elektromagnetyczna (3) zostanie zasilona prądem. Wówczas cewka indukuje pole magnetyczne, które wzmocnione jest przez rdzeń. Pole to pokonuje siłę sprężyn (2) i powoduje przyciągnięcie zwory (1), na której osadzone są styki (5, 7, 8, 9). Przerwa w działaniu stycznika nastąpi, gdy zasilanie cewki elektromagnetycznej zostanie przerwane. Siła sprężyn zwrotnych odrzuci zworę ze stykami do góry. W stycznikach, które przepuszczają duże prądy, w momencie otwieranie się styków głównych nastąpi niekorzystne zjawisko jakim jest łuk elektryczny. Cewka gasikowa (nie pokazana na rysunku) skieruje łuk w kierunku komory gaszeniowej, gdzie zostanie zgaszony.
Każdy stycznik składa się najczęściej ze styków głównych i pomocniczych. Styków głównych jest zazwyczaj kilka na jednym styczniku. Styki pomocnicze mogą być zwierne lub rozwierne. W czasie gdy stycznik nie pracuje styki zwierne są rozwarte, a styki rozwierne zwarte. W momencie, gdy stycznik zaczyna działać styki zwierne siłą pola magnetycznego zostają zwarte, a styki rozwierne się otwierają. Dzięki takiemu działaniu stycznik może być stosowany w automatyce w układzie zależności. Styki pomocnicze najczęściej umieszczone są na kilku poziomach.
STYCZNIKI Z NAPĘDEM KRZYWKOWYM
W pojazdach trakcyjnych bardzo często stosuje się napęd styczników za pomocą wału kułakowego. Wał kułakowy składa się z dwóch płyt będących wspornikami, które są ze sobą połączone za pomocą stalowych prętów. W płytach tych ułożyskowany jest wał o przekroju kwadratowym lub sześciokątnym. Na wale umieszczone są niesymetryczne izolowane krzywki o różnych średnicach. Na dwóch wspornikach umieszczonych równolegle do wału kułakowego znajdują się listwy, na których umieszczone są styki. Jedna listwa utrzymuje styki stałe, a druga dźwignie z rolką, która toczy się po krzywce wału. Dźwignia ta na końcu posiada styk ruchomy. Na wale umieszczonych jest tyle krzywek ile wymaga obwód rozrządu. W czasie, gdy wał się obraca rolka stycznika wpada w pewnym momencie w wycięcie krzywki. Wówczas styki dotychczas zwarte zostają rozwarte, w tym samym czasie rolka innego stycznika zostaje wypchnięta na zewnątrz poprzez obrót rolki. Styki innego stycznika zostają zwarte. W innych rozwiązaniach zwieranie styków następuje wówczas, gdy rolka wpadnie w wycięcie krzywki. Wały kułakowe są mechanicznie zaprogramowane, to znaczy, że w czasie obrotu wału poszczególne styczniki są zamykane według odpowiedniej kolejności dzięki kształtom krzywek. Niektóre ze styków podczas pracy przerywać mogą większe prądy robocze i właśnie te wyposaża się w komory gaszeniowe z cewkami wydmuchowymi.
Wały kułakowe napędzane mogą być za pomocą silnika elektrycznego lub pneumatycznie. Napęd pneumatyczny jest podobny do tego jaki stosowany jest przy nawrotniku, z zastosowaniem zaworów elektropneumatycznych. Obrót wału następuje poprzez impulsowe zasilenie zaworu elektropneumatycznego i wpuszczenie sprężonego powietrza.
Styczniki mogą pracować pojedyńczo lub w grupie. Styczniki pracujące w grupie nazywamy stycznikami grupowymi. Ich działanie zwykle jest uzależnione od siebie. Uzależnienie następować może w sposób elektryczny poprzez styki pomocnicze (blokada wykluczająca) lub za pomocą opisanego wcześniej wału kułakowego (mechanicznie). Pierwszy sposób polega na odpowiednim powiązaniu ze sobą styków pomocniczych, w taki sposób aby działanie jednego stycznika (lub kilku) uniemożliwiało działanie drugiego stycznika (lub kilku) i na odwrót. Sposób ten w przypadku, gdy styczniki sterują pracą złożonego układu jest dość skomplikowany.
Zastosowanie styczników
Styczniki mogą pracować zarówno w obwodach głównych jak i pomocniczych. Styczniki pracujące w obwodach głównych najczęściej mają napęd elektropneumatyczny (wymagany jest duży docisk styków) i posiadają cewki gasikowe i komory łukowe do gaszenia łuku. Styczniki pracujące w obwodach pomocnicznych i rozdządczych (sterowniczych) mają napęd elektromagnetyczny. Urządzenia gaszące łuk mają zwykle tylko styczniki przenoszące duże prądy.
Styczniki pracujące w obwodach głównych nazywają się stycznikami liniowymi. W pojazdach nie posiadających wyłączników szybkich styczniki są połączone z przekaźnikami zabezpieczającymi i mają za zadanie wyłączać obwód główny podczas dużych przeciążeń i zwarć. W wielu przypadkach styczniki liniowe w lokomotywach otwierają się pod wpływem działania przekaźników nadmiarowych silników.
Styczniki grupowe stosowane są do włączania i wyłączania oporów rozruchowych, boczników silników trakcyjnych i łączenia silników trakcyjnych w grupy.
W elektrycznych zespołach trakcyjnych styczniki pełnią rolę wyłącznika głównego zabezpieczającego obwód główny. Są one połączone szeregowo ze sobą, część z nich otwierając obwód główny włącza dodatkową rezystancję, która ogranicza wartość prądu płynącego w obwodzie i ułatwia zgaszenie łuku. Takie rozwiązanie zastępuje wyłącznik szybki, jednak wydłuża czas otwarcia obwodu i dlatego tego typu wyłączniki stosuje się tylko w przypadkach, gdy zastosowanie wyłącznika szybkiego jest trudne. Poza tym w obwodach zabezpieczających stosowane są styczniki uziemienia, które uziemiają obwód wysokiego napięcia w czasie, gdy pantografy są opuszczone. Stycznik uziemienia stanowi ponadto część blokady szafy wysokiego napięcia.
Główne parametry styczników
Dla styczników jak i dla innych urządzeń podaje się w danych technicznych pewne parametry. Oto niektóre z nich dla stycznika elektromagnetycznego i elektropneumatycznego:
- napięcie znamionowe izolacji obwodu głównego [V];
- napięcie znamionowe izolacji obwodu pomocniczego [V];
- prąd znamionowy ciągły styków głównych [A];
- prąd znamionowy ciągły styków pomoczniczych [A];
- zdolność łączeniowa robocza [J*n];
- szczelina pomiędzy rozwartymi stykami głównymi [mm];
- siła docisku styków głównych [kg] lub [N];
- siła docisku styków pomocniczych [kg] lub [N];
- liczba i rodzaj styków głównych;
- liczba i rodzaj styków pomocnicznych;
- moc cewki [W];*
- napięcie i rodzaj zasilania cewki [V]*;
- rezystancja cewki [W]*;
- ciśnienie znamionowe napędu elektropneumatycznego [MPa], dawniej [kg/cm2]**
* dotyczy stycznika elektromagnetycznego;
** dotyczy stycznika elektropneumatycznego.
