Контакторы

В схеме контакторного управления (рис. 2.1) электродвигатель включают специальным аппаратом - контактором 1 [1, 6, 7]. Когда нажимают кнопку 2, ток проходит через катушку 3, надетую на сердечник 5 из листовой стали. Сердечник 5 намагничивается и притягивает якорь 4, также изготовленный из листовой стали. Вал 6 контактора при этом поворачивается и замыкает рабочие контакты 7 в цепи рабочего тока двигателя.

Рис. 2.1. Контакторное управление АД

Катушка 3 имеет большое числовитков провода малого сечения и обладает значительным сопротивлением, поэтому ток, протекающий через кнопку 2, не превышает сотни миллиампер. Вследствие малой силы тока кнопка 2 может быть небольшой. Воздействие на кнопочный элемент требует незначительного усилия, и, следовательно, при частых включениях рабочий меньше утомляется, чем при пользовании другой аппаратурой ручного управления. При отпускании кнопки 2 контактор отключается под действием силы тяжести своих подвижных частей. Реже для отключения применяют пружину. Главные контакты 7 при этом размыкаются, и двигатель отключается от сети.

При значительной мощности электродвигателя главные контакты контактора могут сильно обгорать под действием электрической дуги, возникающей между ними, особенно значительное разрушение контактов дугой постоянного тока.

Для ускорения гашение электрической дуги при значительной силе тока применяют контакторы с дугогашением (рис. 2.2). Дугогасительная катушка 1 (рис. 2.2а) состоит из небольшого числа витков провода большого сечения (либо медной полосы намотанной на ребро). Катушка 1 намотана на сердечник. Изоляцией между витками является воздушный промежуток. По виткам катушки 1 проходит весь рабочий ток электродвигателя.

а)

б)

Рис. 2.2. Дугогасительная катушка и решётка

Создаваемое дугогасительной катушкой магнитное поле замыкается через промежуток между рабочими контактами 2 и 3 контактора, где возникает электрическая дуга. Как известно, всякий обтекаемый током и не закрепленный на месте проводник, помещенный в магнитное поле, начинает двигаться в ту или иную сторону в зависимости от направления тока в проводнике и направления магнитного поля. В данном случае электрическая дуга является таким движущимся проводником; под влиянием магнитного поля дугогасительной катушки дуга начинает перемещаться. Направление витков дугогасительной катушки подбирают так, чтобы электрическая дуга перемещалась вверх; при этом она быстро удлиняется, остывает и рвется. Чем больше разрываемый ток, тем мощнее электрическая дуга, и тем сильнее действие дугогасительной катушки. Поток подводится двумя стальными щеками 4, изготовленными из мягкой стали и охватывающими справа и слева асбоцементную дугогасительную камеру 5, в которой помещены рабочие контакты 2 и 3. Дугогасительная камера закрывает область возникновения электрической дуги; щели остаются только сверху и снизу. Дугогасительную катушку применяют в контакторах как постоянного, так и переменного тока.

При переменном токе происходит одновременное изменение направлений тока в дуге и магнитного поля, создаваемого дугогасительной катушкой, следовательно, направление силы взаимодействия остаётся неизменным.

Для улучшения условий гашения электрической дуги применяют также дугогасительную решетку (рис. 2.2б), впервые предложенную русским электротехником М.О. Доливо-Добровольским.

Над рабочими контактами 1 и 2 расположены металлические пластины 3, укрепленные в боковых стенках дугогасительной камеры. При размыкании рабочих контактов электрическая дуга входит в промежуток между этимипластинами, разбивается там на части и быстро гаснет. Причинами, заставляющими электрическую дугу войти в промежуток между пластинами дугогасительной решетки, являются магнитное поле, создаваемое самой дугой и поток нагретого дугой воздуха, проходящего через щели камеры. Силовые линии поля дуги имеют одинаковое направление и поэтому отталкиваются друг от друга. Это приводит к удлинению дуги, которая в процессе втягивания входит в дугогасительную решетку. Пластины дугогасительной решетки отбирают у электрической дуги много тепла и тем способствуют быстрому её разрыву.

Все сказанное относится к контакторам, разрывающим большие токи. Кроме главных контактов, у контактора имеются ещё так называемые вспомогательные контакты. Они предназначены для управления токами не­большой силы и выполнены из сплава серебра с кадмием.

Контакторы с поворотной осью, конструкция которых описана выше, иногда называют контакторами клапанного типа. Кроме контакторов с поворотной осью широкое распространение получили прямоходовые контакторы, у которых якорь не поворачивается, а притягивается, перемещаясь прямолинейно по вертикали или горизонтально. В последнем случае возврат якоря производит пружина.

Между контакторами переменного и постоянного тока имеются следующие конструктивные и эксплуатационные различия:

1. Магнитную систему контакторов переменного тока во избежание нагрева её вихревыми токами собирают из отдельных листов электротехни­ческой стали. Магнитопроводы контакторов постоянного тока изготовляют из литой стали.

2. У контакторов переменного тока при нажатии кнопки 2 (рис. 2.1) через катушку 3 вначале протекает ток большой силы. После того как якорь 4 контактора притянется к сердечнику 5, сила тока в цепи катушки резко уменьшается. Это явление объясняется тем, что при наличии значительного воздушного зазора между сердечником и якорем магнитный поток, создаваемый включаемой катушкой 3 контактора, очень мал. Вследствие этого мала индуктивность катушки, а следовательно малое индуктивное сопротивление. Когда якорь притянется к сердечнику, магнитный поток возрастает, индуктивность и индуктивное сопротивление включающей катушки контактора увеличится, и сила тока в ней уменьшится в несколько раз.

Наличие импульса тока в цепи катушки контактора во время его включения приводит к тому, что включение контактора переменного тока происходит очень быстро и сопровождается значительными ударами якоря по сердечнику катушки. Это сокращает срок службы аппарата. Обычно контакторы переменного тока допускают (1–2)·10⁶ безотказных включений за время работы и от 150 до 1200 включений в час. При больших частотах включений в час необходимо на катушку управления подавать постоянное напряжение.

У контакторов постоянного тока после включения катушки сила тока будет постепенно увеличиваться до значения, которое не зависит от положения якоря. Постепенное нарастание силы тока объясняется значительной индуктивностью катушки. У контакторов постоянного тока поэтому якорь притягивается плавно и значительные удары якоря по сердечнику отсутствуют. Поэтому контакторы постоянного тока отличаются значительно большей механической долговечностью, чем контакторы переменного тока (до (30–50)·10⁶ включений). Контакторы постоянного тока изготовляют преимущест­венно однополюсными и в клапанном исполнении.

3. Помимо указанных особенностей контакторы переменного тока имеют
специальные устройства для уменьшения шума (гудения) при включенном положении. Когда ток в катушке 1 (рис. 2.3) проходит через нулевое значение, якорь 3 контактора под действием силы тяжести подвижных частей аппарата начинает отпадать. Новое нарастание тока в катушке 1 вновь притянет якорь 3 к сердечнику 2.Для устранения таких вибраций якоря и сопровождающего их громкого гудения на торце сердечника или якоре помещают демпферный виток 4, который представляет собой замкнутую медную рамку, охватывающую часть торца сердечника электромагнита. Переменный магнитный поток катушки 1, часть которого пульсирует внутри демпферного витка, наводит в нём ЭДС (так же как, во вторичной обмотке трансформатора). Под действием этой ЭДС в замкнутом демпферном витке потечёт переменный ток, который создает добавочный магнитный поток, не совпадающий по фазе с основным. Так как оба эти потока проходят через нулевое значение не одновременно, то всегда имеется поток, удерживающий якорь от отпадения. В результате резко уменьшается дрожание якоря и гудение.

Рис. 2.3. Демпферный виток

Контакторы различают между собой также:

1) по роду тока главной цепи и цепи управления (переменный ток, постоянный ток);

2)по числу главных контактов: от одного до пяти и вспомогательных: от двух до четырёх;

3) номинальному току главных цепей: на токи 4; 6,5; 10; 16; 25; 40; 63; 100;160; 250; 400; 630; 1000(2500) А;

4) номинальному напряжению главной цепи: на постоянное напряжение

220; 440; 600 В, на переменное напряжение 380 (500) и 660 В;

5) номинальному напряжению включающих катушек: на постоянное напряжение 24, 48, 60, 110, 220 В; на переменное напряжение 24, 36, 110, 127, 220, 230, 240, 380, 400, 500, 660 В частотой 50 Гц;

6) допустимой частоте включений в час – 30, 120, 300, 1200, 2000, 3000;

7) категории применения – АС-1, АС-2, АС-3, АС-4, ДС-1, ДС-2, ДС-3, ДС-4, ДС-5, степени защиты и воздействию климатических факторов.

Контакторы предназначены для работы в одном, нескольких или во всех следующих режимах: кратковременном, с периодом нагрузки 5; 10; 15; 30 с и 10; 30; 60 и 90 мин; в прерывисто-продолжительном с периодом нагрузки не более 8 часов; продолжительном (t_раб. >8 ч), повторно-кратковременном с продолжительностью включения (ПВ): 15; 25; 40 и 60 %.

Контакторы серии МК предназначены для работы во всех режимах в цепях при постоянном напряжении до 440 В и переменном до 660 В. Входящие в эту серию типы контакторов имеют четыре величины (I_НОМ = 40, 63, 100 и 160 А). Втягивающие катушки выполняются только на постоянное напряжение. Собственное время срабатывания контакторов при включении - 0,08 с, при отключении – 0,05 с. Допустимая частота включений в час до 1200 при ПВ=40 %. Во всех типах контакторов по два замыкающих и размыкающих вспомогательных контакта. Количество главных контактов от одного до трех. Однотипные контакторы допускают установку механической блокировки.

Контакторы серии КПВ 600 исполняются с одним замыкающим главным контактом при напряжении 220, 440, 600 В постоянного тока.

Контакторы серии КПВ 620 исполняются с одним размыкающим главным контактом при номинальном напряжении до 220 В постоянного тока.

Контакторы серии КТПВ выполняются с двумя замыкающими главными контактами и предназначены для работы в цепях переменного тока напряжением 380 В, в цепях постоянного тока напряжением до 220 В.

Втягивающие катушки контакторов предназначены для работы от сети постоянного тока. Контакторы КТПВ могут использоваться в качестве реверсивных.

Номинальный ток контакторов серии КПВ 600, КПВ 620 и КТПВ соответствует прерывисто-продолжительному режиму. Работа контакторов при номинальном токе в продолжительном режиме допускается, если рабочие поверхности контактов выполнены из серебра.

Допустимое число включений в зависимости от характера нагрузки для контакторов серии КПВ 600 и КТПВ до 1200 в час для КПВ 620 до 150 в час.

Контакторы серии КПВ 600 выполняются на номинальные токи 100, 160, 250 и 630 А, КПВ 620 на токи 160 и 250А и КТВПна токи 63, 100, 160 и 250 А.

Контакторы серии КТ 6000, КТП 6000 и КТ 7000 предназначены для коммутации силовых цепей переменного тока напряжением до 660 В. Питание втягивающих катушек контакторов серии КТ 6000 и КТ 7000 осуществляется переменным напряжением 36, 110, 127, 220, 380 к 500 В, а контакторов серии КТ 6000 А напряжением 660 В. Контакторы серии КТП 6000 выполняются с питанием втягивающих катушек напряжением 24, 48, 110 и 220 В. Допустимое число включений в зависимости от характера нагрузки для контактора КТ 6000 до 1200 в час, для КТ 7000 – до 600 в час.

Контакторы переменного тока предназначены для тяжелых режимов работы. Они выпускаются в двухполюсном исполнении (КТ 6002, КТ 6012, КТ 6012Б, ТК 6012С, КТ 6012БС и др.,КТП 6012, КТП 6012Б, КТП 6012С, КТП 6012БС, КТ 7012Б к др.), трехполюсном исполнении (КТ 6023, КТ6023Б, КТ 6023С, КТ 6023БС и др.; КТП 6023, КТП 6023Б, КТП 6023С, КТП 6023БС, КТ 7013С и др.), четырехполюсном исполнении (КТ 6014, КТП 6014Б, КТ 7014С и др.), пятиполюсном исполнении (КТ 6035Б, КТ 7035Б и др.).

Контакторы переменного тока имеют от двух, до трех вспомогательных замыкающих контакта на номинальный ток до 10 А. Контакторы выпускаются на рейках и допускают установку на плитах или пластмассовых основаниях.

В обозначении контакторов: буква А – контакторы рассчитаны для работы на напряжении 660 В с повышенной коммутационной износоустойчиво­стью главных контактов; отсутствие буквы А – контакторы предназначены для работы на напряжении 380 В и обладают меньшей коммутационной износоустойчивостью главных контактов; буква Б – контактор модернизирова­нный; С – контактор с металлокерамическими контактами; буква С отсутствует - контактор с медными контактами.

В каталогах (справочниках) номинальный ток главных контактов указан для прерывисто - продолжительного режима работы. Для контакторов с медными контактами он должен быть снижен на 25%. Контакторы серии КТ 64, КТП 64, на номинальное напряжение 380 В и серии КТ 65 и КТП 65 на напряжение 660 В являются модификацией контакторов серии КТ 7000, КТ 6000 и отличаются от них наличием полупроводникового блока. В контакторах указанных серий осуществляется бездуговая коммутация путем шунтирования главных контактов тиристорами на период коммутации, благодаря чему электрическая дуга не возникает. Электрическая износоустойчивость таких контактов составляет около 5 млн циклов, а обычных 0,1 – 0,5 млн циклов. Допустимое число включений для контакторов с бездуговой коммутацией 2000 и более в час.

Время включения контакторов переменного тока в зависимости от конкретного типа составляет 0,02–0,08 с, время отключения 0,02–0,07 с.

Основой для выбора контакторов для коммутации и управления электродвигателей являются номинальные (паспортные) данные двигателя, режим и условия его работы. К числу показателей по которым выбираются контакторы, относится характер и величина напряжений главной цепи и цепи управления (включающих катушек), номинальный ток контакторов, коммутационная способность контакторов и их количество, допустимая частота включений, режимы работы, категории размещения, степень защиты от воздействия окружающей среды [1,7].

Номинальный ток в катушке управления (КУ) контактора постоянного тока:

, (2.1)

где – номинальное напряжение катушки управления;

– активное сопротивление катушки управления.

Номинальный ток в катушке управления контактора переменного тока:

, (2.2)

где – индуктивное сопротивление катушки управления.

Номинальный ток главных контактов контактора, предназначенного для управления электродвигателем, работающего в продолжительном (прерывисто-продолжительном) режиме:

. (2.3)

Рабочий ток главных контактов контактора, предназначенного для управления электродвигателем, работающего в повторно-кратковременном режиме:

, (2.4)

где – номинальный ток контактора (паспортное значение), соответствующий прерывисто-продолжительному режиму; ПВ – относительная продолжительность включения; n – число включений в час.

Номинальное напряжение контактора, предназначенного для управления электродвигателем:

. (2.5)

Простейшая схема контакторного управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором показана на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Схема управления АД контактором

Контакты контактора имеют дугогашение. При нажатии на кнопку SВ1 (пуск) ток проходит от одного линейного провода через катушку контактора КМ к другому линейному проводу сети. Контактор КМ включается, закрывает свои замыкающие контакты, и двигатель М начинает вращаться. Чтобы двигатель М продолжал работать и после освобождения кнопки SВ1, применяют кнопочное управление с самопитанием. В схеме (рис.2.4) параллельно кнопке SВ1 включен блок-контакт контактора КМ, называемый контактом самоблокировки или контактом памяти. Блок-контакт самопитания шунтирует кнопку SВ1 и обеспечивает питание катушки контактора КМ и после того, как прекратится нажим на кнопку SВ1 (Пуск). Для отключения электродвигателя от сети необходимо нажать кнопку SВ2 (Стоп).

Рассмотренная схема (рис. 2.4) обеспечивает так называемую нулевую защиту.

Дата добавления: 2015-07-07