Контакторы Исполнитель

Контакторы.

                                                                      План:

               1.Общие сведения.

               2.Устройство контактора с управлением от сети постоянного тока.

               3.Контакторы переменного тока.

               4.Магнитные пускатели.

 {spoiler=Подробнее}

                                                           1.Общие сведения.

         Контактор – это двухпозиционный аппарат, предназначенный для частых коммутаций токов, которые не превышают токов перегрузки соответствующих электрических силовых цепей. Замыкание или размыкание контактов контактора может осуществляться двигательным (электромагнитным, пневматическим или гидравлическим) приводом. Наибольшее распространение получили электромагнитные контакторы.

         Контакторы постоянного тока коммутируют цепь постоянного тока и имеют, как правило, электромагнит также постоянного тока.

         Контакторы переменного тока коммутируют цепь переменного тока. Электромагнит этих контакторов может быть выполнен либо для работы на переменном токе, либо для работы на постоянном токе. В связи с повышением производительности труда в настоящее время схемы электрического привода требуют до 1200 и более включений в час. Этот режим работы является  наиболее тяжёлым. При каждом включении и отключении происходит износ контактов. Поэтому принимаются меры к сокращению длительности горения дуги при отключении  и к устранению вибрации при включении. Большая частота операций требует высокой механической стойкости электромагнитного механизма контактора. Способность аппарата обеспечить работу при большом числе операций характеризуется износостойкостью. Различают механическую и коммутационную износостойкость.

         Механическая износостойкость определяется числом включений – отключений контактора без ремонта и замены его узлов и деталей. Ток в цепи при этом равен нулю.

         Коммутационная износостойкость определяется числом включений и отключений цепи с током, после которого требуется замена износившихся контактов. Современные контакторы должны иметь коммутационную износостойкость порядка 2-3 млн. операций. Эти требования очень высоки.

         Наряду с высокой механической и коммутационной износостойкостью контакторы должны иметь малую массу и размеры. Зона выхлопа раскалённых газов дуги должна  быть возможно малой, что позволяет сократить размеры всей установки в целом. Детали, наиболее быстро подвергающиеся износу, должны быть легко доступны для замены.

         Контактор имеет следующие основные узлы: контактную систему, дугогасительную систему, электромагнитный механизм, систему блок-контактов.

         При подаче напряжения на обмотку электромагнита якорь притягивается. Подвижный контакт, связанный с якорем, производит замыкание или размыкание главной цепи. Дугогасительная система обеспечивает быстрое гашение дуги, благодаря чему достигается малый износ контактов. Кроме главных контактов, контактор имеет несколько вспомогательных слаботочных контактов для согласования работы контактора с другими аппаратами или для включения в цепь управления самого контактора.

                     2.Устройство контактора с управлением от сети постоянного тока.

        а) Коммутирующее устройство. Для предотвращения вибраций контактов контактная пружина создаёт предварительное нажатие, равное примерно половине конечной силы нажатия. Большое влияние на вибрацию оказывает жёсткость крепления неподвижного контакта и стойкость к вибрациям всего контактора в целом. В этом отношении очень удачна конструкция контактора серии КПВ-600 ( рис.1).

Неподвижный контакт 1 жёстко прикреплён к скобе 2. Один конец дугогасительной катушки 3 присоединен к этой же скобе. Второй конец катушки вместе с выводом 4 надёжно скреплён с изоляционным основанием из пластмассы 5. Последнее крепится к прочной стальной скобе 6, которая является основанием аппарата. Подвижный контакт 7 выполнен в виде толстой пластины. Нижний конец пластины имеет возможность поворачивается относительно точки опоры 8. Благодаря этому пластина может перекатываться по сухарю неподвижного контакта 1. Вывод 9 соединяется с подвижным контактом 7 с помощью гибкого проводника (связи) 10. Контактное нажатие создаётся пружиной 12.

         При износе контактов сухарь 1 заменяется новым, а пластина подвижного контакта поворачивается на 180° и неповреждённая сторона её используется в работе.

         Для уменьшения оплавления основных контактов дугой при токах более 50 А контактор имеет Дугогасительные контакты – рога 2,11 . под действием магнитного поля дугогасительного устройства опорные точки дуги быстро перемещаются на скобу 2, соединенную с неподвижным контактом 1, и на защитный рог подвижного контакта 11. Возврат якоря в начальное положение (после отключения магнита) производится пружиной 13.

         б) Дугогасительное устройство. В контакторах постоянного тока наибольшее распространение получили устройства с электромагнитным дутьём.

         Для надёжного и быстрого гашения дуги в области малых токов применяются контакторы на небольшой ток со сменными катушками магнитного дутья. Эти катушки имеют номинальный ток 1,5 – 40 А. при малом отключаемом токе устанавливается катушка, имеющая большое число витков, благодаря чему создаётся необходимое магнитное поле для гашения дуги за малое время.

 Достоинствами системы с катушкой тока являются:

1.Система хорошо работает в области токов свыше 100 А. При этих токах магнитное поле быстро сдувает дугу с рабочей поверхности контактов и обеспечивает малый их износ.

2. Работа системы не зависит от направления тока. При изменении направления тока меняет знак и магнитное поле. Сила, действующая на дугу, не изменяет своего направления.

3. Поскольку через катушку проходит номинальный ток контактора, она выполняется из провода большого сечения. Такая катушка механически прочна и не боится ударов, возникающих при работе контактора. Падение напряжения на катушке составляет доли вольта. Поэтому к изоляции катушки не предъявляются высокие требования.

Наряду с достоинствами эта система имеет и ряд недостатков:

Плохое гашение дуги при малых точках (5 – 7А), большая затрата меди на катушку, нагрев контактов за счёт тепла, выделяемого дугогасительной катушкой.

Несмотря на эти недостатки, благодаря высокой надёжности при гашении номинальных и больших токов система  с катушкой тока получила преимущественное распространение.

в) Электромагнитная система. В контакторных с приводом на постоянном токе преимущественное распространение получили электромагниты клапанного типа.

С целью повышения механической износостойкости в современных контакторах применяется вращение якоря на призме. Выбранная компоновка электромагниты и контактной системы (рис.1), применение специальной пружины 16, прижимающей якорь к призме, позволяют повысить износостойкость узла вращения у контакторов КПВ 600 до 20·10⁶. По мере износа призменного узла зазор между скобой якоря и опорной призмой автоматически выбирается. В случае же применения подшипникового соединения якоря и магнитопровода при износе подшипника возникают люфты, нарушающие нормальную работу аппарата.

Для получения вибро- и ударостойкости подвижная система контактора должна быть уравновешена относительна оси вращения. Типичным примером является электромагнит контактора серии КПВ-600 (рис.1). Якорь магнит уравновешивается хвостом, на котором укрепляется подвижный контакт. Возвратная пружина также действует на хвост якоря. Катушка электромагнита наматывается на тонкостенную изолированную стальную гильзу. Такая конструкция катушки обеспечивает хорошую прочность и улучшает тепловой контакт катушки с сердечником. Последнее способствует снижению температуры катушки и уменьшению габарита контактора.

                                                   3.Контакторы переменного тока.

         а) Коммутирующее устройство. Контакторы переменного тока выпускаются на токи от 100 до 630 А. Число главных контактов колеблется от 1 до 5. Это отражается на конструкции всего аппарата в целом. Наиболее широко распространены контакторы трёхполюсного исполнения. Наличие большого числа контактов приводит к увеличению усилия и соответственно момента, необходимых для включения аппарата.

         На рис.2,а представлен разрез контактора КТ-6000 по магнитной системе, а на рис.2,б – по контактной и дугогасительной системам одного полюса. Подвижный контакт 1 с пружиной 2 укреплён на изоляционном рычаге 3, связанном с валом контактора. Вследствие более лёгкого гашения дуги переменного тока раствор контактов может быть взят небольшим. Уменьшение раствора даёт возможность приблизить контакт к оси вращения. Малое расстояние точки касания контактов от оси вращения позволяет уменьшить силу электромагнита.

         б) Гашение дуги в контакторах переменного тока. Для эффективного гашения дуги, уменьшения износа контактов могут быть использованы следующие системы:

1. Магнитное гашение дуги с помощью катушки тока и дугогасительной камеры с продольной или лабиринтной щелью.

2. Дугогасительная камера с деионной решёткой из стальных пластин.

         В системе магнитного дутья с катушкой тока сила, действующая на дугу, пропорциональна квадрату тока. Поэтому и при переменном токе на дугу действует сила, неизменная по направлению.

         Применение для гашения катушки напряжения на переменном токе исключается из-за того, что сила, действующая на дугу, меняет свой знак, т.к. поток, создаваемый магнитной системой дугогашения, сдвинут по фазе относительно отключаемого тока. Если ток и поток имеют разные знаки, то сила отрицательна.

         в) Дугогасительные устройства высокочастотных контакторов. В высокочастотных контакторах устаревшей конструкции используется гашение дуги с помощью магнитного дутья с катушкой тока и асбестоцементной дугогасителной камеры. Такой контактор, рассчитанный на работу в цепи с частотой 8000 Гц и напряжением до 1500 В имеет два полюса. В каждом полюсе имеются главный контакт и включенный параллельно ему дугогасительный контакт с токовой катушкой магнитного дутья. Привод контактов осуществляется электромагнитом. При отключении вначале размыкаются главные контакты и ток перебрасывается  в катушку, после чего размыкаются Дугогасительные контакты. Дуга гасится в камере под действием магнитного поля так же, как и на частоте 50 Гц. Во включённом положении катушка и дугогасительный контакт шунтированы главным контактом, поэтому падение напряжения на катушке практически равно 0. При размыкании главных контактов на них появляется напряжение , равное падению напряжения на катушке, которое может быть довольно большим, т.к. индуктивное сопротивление пропорционально частоте. Это затрудняет переброс тока в цепь дугогасительных контактов. Дугогасительная система контактора обеспечивает отключении тока , равного 2I_н. При использовании контакторов на более низкой частоте отключаемый ток увеличивается.

         г) Электромагнитный механизм контактора переменного тока. Для привода контактов широкое распространение получили электромагниты с Ш-образным и П-образным сердечниками.

         Магнитопровод состоит из двух одинаковых частей, одна из которых укреплена неподвижно, другая связана через рычаги с контактной системой. В электромагнитах старой конструкции для устранения залипания якоря между средними полюсами Ш-образной системы делался зазор. При включении удар приходился на крайние полюсы, что приводило к их заметному расклёпыванию, В случае перекоса якоря на рычаге возможно разрушение поверхности полюса сердечниками острыми кромками якоря. В современных контакторах (серии ПА) для устранения залипания в цепь введена магнитная прокладка. Во включённом положении все три зазора равны 0. Это позволяет уменьшить износ полюсов, т.к. удар приходится на все три полюса. В современных контакторах для уменьшения удара неподвижный сердечник амортизирован с помощью цилиндрических пружин, что улучшает условия работы и контактной системы, поскольку при включении не возникает вибрации основания контактора.

                                                  4.Магнитные пускатели.

         а) Требования к пускателям и условия работы. Как правило, в пускателе, помимо контактора, встроены тепловые реле для защиты двигателя от перегрузок и «потери фазы». Бесперебойная работа асинхронных двигателей в значительной степени зависит от надёжности пускателей. Поэтому к ним предъявляются высокие требования в отношении износостойкости, коммутационной способности, чёткости срабатывания, надёжности защиты двигателя от перегрузок, минимального потребления мощности.

         Исследования показали, что при токах до 100 А целесообразно применять серебряные накладки на контактах. При токе выше 100 А хорошие результаты даёт композиция серебра и окиси кадмия КМК-10А.

         После разгона двигателя ток падает до номинального значения.

         При отключении восстанавливающееся напряжение на контактах равно разности напряжения сети и э.д.с. двигателя. В результате на контактах появляется напряжение, составляющее всего 15-20% U_н, т.е. имеют место облегчённые условия отключения.

         При работе двигателя нередки случаи, когда двигатель отключается от сети тотчас же после пуска. Пускатель приходится тогда отключать ток, равный семикратному номинальному току при очень низком коэффициенте мощности (cos φ=0,3) и восстанавливающемся напряжении, равном номинальному напряжению источника питания.

         С учётом исключительно широкого распространения пускателей большое значение приобретает снижение мощности, приобретаемой ими. В пускателе мощность расходуется в электромагните и тепловом реле. Потери в электромагните составляют примерно 60%, в тепловых реле – 40%.

         б) Конструкция и схема включения пускателя. Учитывая облегчённые условия работы, пускателя  при отключении, возможно, используя двукратный разрыв цепи, отказаться от применения громоздких дугогасительных устройств в виде решётки или камеры магнитного дутья. Широко применяются торцевые контакты с металлокерамикой. Подвижный контакт выполняется мостикового типа с самоустанавливанием. Токоведущие шинки от зажимов к неподвижным контактам выполняются таким образом, чтобы электродинамические силы сдували дугу с контактов.

         Прямоходовой электромагнит имеет Ш-образный сердечник и якорь. Возврат пускателя в исходное положение за счёт пружины. Короткозамкнутый виток расположен на двух крайних стержнях сердечника. Якорь электромагнита связан с изоляционной траверсой, несущей подвижные контакты с контактными пружинами. Траверса движется в направляющих. Являющихся частью литого корпуса. Пускатель может иметь пять главных и два вспомогательных контакта. Основной особенностью электромагнитного механизма является равенство ходов контакта и якоря электромагнита. Такая система имеет ряд недостатков, которые ведут к большому времени вибрации контактов и их быстрому износу. В современных пускателях такая система применяется только при малых мощностях двигателей (номинальный ток 25 А).

         При токах, больших 25 А, хорошо себя зарекомендовала система пускателей серии ПА, в которой ход контакта примерно в 2,5 раза меньше, чем ход якоря электромагнита. Для защиты двигателя от перегрузки в двух фазах устанавливаются тепловые реле. В некоторых типах пускателей, например в серии П, тепловые реле расположены на одной панели с контактором.

{/spoilers}