Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Электрические и электронные аппараты управления

Электрические аппараты непосредственного воздействия

Коммутационная аппаратура - устройства, предназначенные для включения, отключения и переключения электрических цепей - бывает ручного, дистанционного и автоматического управления.

Аппаратура ручного управления работает от непосредственного воздействия на его органы управления. Аппаратура дистанционного управления работает воздействием электромагнитных сил на ее приводные элементы.

Аппаратуру ручного управления по своему назначению и использованию подразделяют: для коммутации силовых цепей (обмотки электродвигателей, электромагнитов, трансформаторов, нагревателей) и для коммутации цепей управления (обмоток релейно-контактных аппаратов, устройств контроля, регулирования и сигнализации).

Такое разделение обусловлено различными значениями токов и напряжений в коммутационных цепях, что в свою очередь влияет на конструктивное исполнение и габаритные размеры аппаратов.

Все аппараты ручного управления обязательно имеют следующие узлы: неподвижные контакты; подвижные контакты; орган управления. Кроме этого они могут иметь элементы фиксации, дугогашения, монтажа.

В силовых цепях используют контроллеры, рубильники, пакетные выключатели. Они имеют мощную контактную систему и отличаются значительными габаритными размерами.

В цепях управления используемые аппараты называются командоаппаратами. Они служат для воздействия на вспомогательные цепи управления и защиты, для переключения цепей управления силовых электроаппаратов (контактов). Иногда используются для прямого пуска маломощных электродвигателей, включения электромагнитов. К ним относятся: кнопочные станции; командоконтроллеры; переключатели, путевые, конечные и аварийные выключатели.

Для переключения маломощных цепей при токе до 3А U = 380 В применяются малогабаритные микропереключатели.

Согласно действующим стандартам силовые цепи имеют следующие значения напряжений:

	220	380 (500)	660 В	при частоте 50 Гц
=	110	220 (340)	440 В

Допустимая токовая нагрузка аппаратов ручного управления определяется номинальным или длительно допустимым током (из условия нагрева) и током включения или отключения нагрузки.

Последние два параметра нормируют при определенной индуктивности нагрузки для цепи постоянного тока и cos для цепи переменного тока. Для ряда аппаратов нормируют также максимальную активную и реактивную развиваемую мощности контактов.

При необходимости одновременного переключения большого числа силовых цепей применяют барабанные или кулачковые (переключатели).

Контроллеры - электроаппараты с ручным управлением, предназначены для осуществления различных переключений с целью изменения схемы подключения электродвигателей к электропитанию. Их используют для пуска, реверса, остановки, регулирования скорости электродвигателей.

По конструктивному исполнению они делятся на барабанные, кулачковые, плоские.

Первые сегодня не применяются в виду малой износостойкости, низкого числа включений в час - 240. Раньше применялись при редких включениях ДПТ до 45 кВт, АД - до 75 кВт.

Кулачковые контроллеры тока (тип УП - допускает установку до 24 пар контактов) предполагают наличие перекатывающего подвижного контакта, имеют возможность вращаться вокруг оси. Момент включения и отключения контактов зависит от профиля кулачковых шайб. Управление осуществляется фигурным кулачком. Замыкание цепи в контроллере выполняется кулачковыми элементами.

Малый износ контактов позволяет увеличить число включений в час до 600 при ПВ = 60 %. Кулачковые контроллеры имеют высокую отключающую способность и наиболее распространены.

В состав контроллера входят два комплекта контактных элементов, расположенных по обе стороны кулачковых шайб, что позволяет резко сократить осевую длину устройства.

Контактные устройства снабжаются дугогасительной системой при работе на = токе, на токе она отсутствует.

Возможны три варианта контактов:

- контакты замыкаются кулачком, размыкаются пружиной;

- контакты замыкаются пружиной, размыкаются кулачком;

- контакты замыкаются и размыкаются кулачком.

Большое значение имеет четкая фиксация вала контроллера в положении соответствующем полному замыканию или размыканию контактов. Для удержания рукоятки в установленном положении применяется фиксатор положения.

Плоские контроллеры

При большом числе контактов габариты и масса кулачкового контроллера резко возрастает. В этом случае следует использовать плоские контроллеры, при условии, что число операций в час при регулировании и при пуске не велико (10-12). В них на неподвижной плите из изолированного материала располагаются неподвижные контакты (болты), по которым скользит подвижный контакт мостикового типа в виде щетки.

Достоинство - большое число ступеней.

Недостаток - низкая переключающая способность, работает при малых токах и редких переключениях.

Применяются для пуска АД с фазным ротором.

Рубильники

Простейшим аппаратом ручного управления является рубильник, который обычно не разрывает рабочий ток.

Это наиболее простые аппараты предназначены для ручного отключения электрических цепей с постоянным напряжением до 440 В и переменного - до 500 В.

В зависимости от электрических параметров и выполняемых функций они различаются: по габаритным размерам - на номинальные токи от 100 до 630 А; по схемам - однополюсные (=), двухполюсные (=) и трех полюсные (); по конструктивному исполнению - с передним и задним присоединением; с центральной и боковой рукояткой привода; с дугогасительными камерами и вспомогательными контактами, используемыми для целей контроля и сигнализации положения рубильника, в схемах управления.

Рубильник состоит из неподвижных и подвижных контактов, выполненных в виде ножей из меди или латуни. При включении рубильника его ножи плотно входят в неподвижные пружинящие контакты (губки).

Разновидностью рубильников являются переключатели на два рабочих и одно нейтральное положения.

При помощи рубильников можно производить пуск электрических двигателей малой мощности с небольшим числом включений в час.

В схемах автоматического управления электроприводами рубильники главным образом используются для снятия напряжения со схемы при осмотрах, ремонтных работах или при остановке привода на длительное время.

Применение дугогасительных камер позволяет использовать рубильники не только в качестве разъединителей (коммутация без тока), но и для коммутации под нагрузкой.

Рубильники без дугогасительных камер способны коммутировать цепи с токами, не превышающими 10 % и 30 % номинального значения соответственно для постоянного и переменного тока.

Для защиты персонала рубильника закрывают кожухом или размещают в электрошкафу.

Переключатели

Рубильник - простейший аппарат, осуществляющий видимый на глаз разрыв электрической цепи.

Переключатель по существу представляет собой двусторонний рубильник. Рубильники изготовляются на ном. токи от десятков до сотен ампер.

Предельные токи, отключаемые рубильником обычно меньше номинального

при U₌ = 220 В, I_откл = 0,2I_н, с дугогашением - I_н

при U₌ = 440 В - с дугогашением 0,5 I_н

при U = 380 В, I_откл = 0,3I_н, с дугогашением - I_н

при U = 500 В - с дугогашением 0,5 I_н.

Для повышения предельного отключаемого тока рубильники снабжаются дугогасительными камерами.

Рубильники на ном. токи свыше 1000 А комплектуются из нескольких параллельных элементов.

При переменном токе в таких параллельных ножах рубильника появляется эффект близости, в результате которого между отдельными ножами ток распределяется неравномерно, и общий номинальный ток рубильника оказывается меньше суммы токов, допустимых для каждого ножа.

Главное требование к рубильникам высокая износоустойчивость как электрическая, (не менее 2500 операций включение - отключение), так и механическая - не менее 5000 операций.

С уменьшением длины ножа рубильника электродинамическая сила, воздействующая на дугу, увеличивается и условия гашения дуги улучшаются.

Чтобы ножи отключенного рубильника не находились под напряжением и не представляли опасности при случайном прикосновении провода сети присоединяют к верхним контактным стойкам (губкам) рубильника, прикосновения к которым менее вероятно.

В основном применяют рубильники с центральным рычажным приводом, вынесенным из зоны контактов (с боковой рукояткой).

Гашение электрической дуги постоянного тока при токе до 75 А в контактах рубильника происходит за счет механического удлинения дуги движущимся ножом. Чем больше скорость движения ножа, тем больше скорость растяжения дуги и меньше время ее горения.

При отключении больших токов решающим фактором является электродинамическая сила, действующая на единицу длины дуги примерно обратно пропорционально длине ножа.

На процессы гашения дуги влияют также тепловые потоки воздуха, создаваемого дугой. Дуга гаснет более интенсивно, если ее растяжение за счет конвективного движения воздуха совпадает с направлением действия электродинамических сил (рубильник устанавливается так, что кривизна дуги обращена вверх).

При отключении переменного тока дуга гаснет за счет возникновения электрической прочности 200-220 В около каждого катода рубильника.

В однофазной цепи двухполюсный рубильник позволяет легко гасить дугу с номинальным током при U = 380 В. Однополюсный при U = 220 В.

Рубильник с центральной ручкой разрешается применять только для отключения обесточенной цепи.

Для рубильников с боковой ручкой отношение отключаемого тока к номинальному составляет 0,2 - при = 220 В, и 0,3 - при 380 В. При = 440 В и = 500 В она используется только для отключения обесточенной цепи.

коммутационный электрический электронный

Пакетные выключатели

Это компактные коммутационные аппараты, применяемые для тех же целей, что и рубильники, но более совершенные. Основное их достоинство - малые габариты. Предназначены для одновременного управления большим числом электрических цепей. Используются для пуска реверса АД, переключения обмоток статора со «звезды» на «треугольник». Пакетный выключатель состоит из комплекта неподвижных изоляционных колец (пакетов), размещенных друг над другом. Это набор наложенных друг на друга однополюсных поворотных выключателей, управляемых общим поворотным валиком.

Число пакетов соответствует числу коммутационных цепей. Внутри каждого пакета находится контактная система. Замыкание и размыкание контактов происходит при повороте ручки выключателя. Для облегчения гашения дуги к каждому подвижному контакту прикреплены щечки из фибры.

Выключатель снабжен устройством фиксации рукоятки и пружинным механизмом для быстрого разрыва электрической цепи независимого от скорости поворота рукоятки.

Пакетные выключатели изготовляются на номинальные токи от нескольких десятков до нескольких сотен ампер постоянного (220 В) и переменного (380 В) напряжения. Часто используют пакетные выключатели кулачкового типа с мостиковыми контактами.

В пакетных выключателях обычного типа подвижные контакты устанавливаются на валу и связаны с ним через специальное моментное устройство, которое обеспечивает постоянные скорости включения и отключения независимо от скорости вращения рукоятки.

Это аппарат закрытого типа. Дуга возникает и гасится в ограниченном объеме, в результате давления в этом объеме возрастает. Это приводит к усилению интенсивности теплообмена между частицами газа и улучшению условий теплоотдачи от дуги.

Условия охлаждения столба дуги улучшается, а это ведет к увеличению электрического сопротивления дуги.

- давление дуги при ее гашении.

Чтобы улучшить условия гашения дуги в пакетных выключателях устанавливаются вкладыши из газогенерирующего материала (фибры).

Существует много различных исполнений пакетных выключателей, но все они имеют один принцип действия. Эти аппараты различают по габаритным размерам (в зависимости от номинального тока от 10 до 250 А), количеству цепей или пакетов (от 2 до 10), и числу фиксированных положений (от 2 до 6).

По конструктивному исполнению пакетные выключатели и переключатели делятся на: защищенные, закрытые, герметичные.

Номинальный ток пакетных выключателей является длительно допустимым (по нагреву) током; коммутируемые токи составляют (в зависимости от индуктивности и cos нагрузки) не более 30 % от номинального. Причем для цепей переменного тока (cos = 0,5-0,7) допустимый отключаемый ток в 2,5-3 раза меньше включаемого, который соответствует 0,8 номинального.

Для цепей постоянного тока допустимые токи включения равны допустимым токам отключения, но значительно меньше их номинальных значений 0,1 номинального. Другими словами, коммутация цепей постоянного тока переключателями допустима только без нагрузки, с цепей переменного тока - при значительном уменьшении коммутируемых токов по сравнению с длительно допустимыми значениями.

Как правило, эти аппараты коммутируют силовые цепи в холостую. И только маломощные потребители иногда коммутируются пакетными выключателями под током.

В качестве аппаратов для коммутации силовых цепей в современных установках нашли широкое применение автоматические воздушные выключатели.

Гашение электрической дуги в пакетных выключателях на = токе осуществляется за счет давления газа, выделяемой фиброй, а на токе за счет около катодной электрической прочности.

Все пакетные выключатели выбираются на номинальный ток.

Наиболее распространенными пакетными выключателями являются:

ПКУ-2 (6 А, 380 В; = 220 В) для цепей управления	ПКУ-3 (10 А; 500 В; = 220 В) для цепей управления

Самый совершенный кулачковый - ПКВ (до 160 А) для силовых цепей.

Преимущества: малые габариты, удобство монтажа и управления большое число электрических цепей, высокие вибро- и ударостойкость.

Пакетные выключатели предназначены для небольшого числа переключений (15-20 в час).

Аппараты для коммутации цепей управления

Коммутация цепей управления - более частая операция, чем коммутация силовых цепей. Для всех этих операций используют включатели и переключатели различных исполнений, расположенные на панелях, постах, пультах управления. Это одно- и многоцепные аппараты с двумя и более положениями.

Коммутация цепей управления для включения и выключения релейно-контакторной аппаратуры осуществляется кнопками управления.

Пакетные выключатели, используемые для коммутации цепей управления - это по существу такие же аппараты, как и для силовых цепей, но имеющие меньше габаритные размеры.

Конструкции пакетных выключателей, предназначенных для цепей управления, позволяют получить разнообразные схемы соединений (до 220 вариантов) при числе коммутируемых цепей до 24 (12 пакетов) и количестве фиксированных положений от 2 до 8 (через 45, 60 или 90⁰). Причем имеются переключатели с самовозвратом в исходное положение, т.е. без фиксации переключенного положения, что для ряда схем может быть необходимо.

Универсальные переключатели схем управления УП 5100 и УП 5300 обеспечивают большое число вариантов схем соединений (до 300) при числе коммутируемых цепей от 2 до 48 и положений 2-10. Номинальный ток этих переключателей 12 А при U = 500 В или U₌ = 440 В.

Они выполняются открытыми, в кожухе, влагозащищенными и взрывозащитными (пакетные, кулачковые, универсальные). Учитывая, что они коммутируют токи управления до 12 А, их габариты близки к габаритам аппаратов для коммутации силовых цепей.

Промежуточное положение между пакетными выключателями управления общепромышленного исполнения и аппаратурой радиоэлектроники занимают переключатели серий ПУ, ПЕ и тумблеры. Они предназначены, как правило, для фланцевого монтажа на панелях пультов управления (кольцо перед панелью и гайка за панелью). Имеют два или три положения, замыкания до четырех цепей при различных комбинациях контактов.

Ключи управления по устройству сходны с пакетными выключателями. На валу ключи размещают ряд элементов с подвижными контактными системами. Различная конфигурация контактов позволяет использовать разнообразные варианты последовательности переключений контактов.

В маломощных цепях применяются тумблеры - это однополюсной выключатель с пружинным контактом, который управляется поворотным рычажном, воздействующем на спусковое устройство, пружина которого обеспечивает мгновенное переключение контактов при повороте рычажка. Скорость срабатывания не зависит от скорости перемещения рычажка. Этим обеспечивается быстрый разрыв дуги между контактами.

Переключатели серии ПУ и ПЕ - аппараты с поворотным механизмом привода на два или три положения. Номинальный ток их 5 А при U = 220 В и 1 А при U₌ = 110 В.

Кнопки управления - это аппараты, подвижные контакты которых перемещаются и срабатывают при нажатии на толкатель кнопки. Комплект кнопок, смонтированных на общей панели, представляет собой кнопочную станцию. Применяются для управления цепями катушек электрических магнитов постоянного и переменного тока напряжением до 500 В. Имеют как замыкающий ток и размыкающие контакты.

Кнопки управления различают по числу и типу контактов (от 1 до 4 замыкающих и размыкающих), форма толкателя (цилиндрический, прямоугольный и грибовидный), надписями и цветом толкателя, а также способу защиты от воздействия окружающей среды (открытие, закрытие, герметичные, взрывобезопасные).

Независимо от конструкции и габаритов все кнопки имеют неподвижные и подвижные контакты, перемещаемые с помощью толкателя.

Кнопки управления общепромышленного применения серий КУ, К-20 и КЕ имеют различные исполнения.

Основные факторы выхода кнопок из строя - механические повреждения, повышенная токовая перегрузка, вредные воздействия окружающей среды.

Отключающая способность кнопочных элементов до 80-100 Вт постоянного тока и до 1500 ВА переменного тока. Электрическая износостойкость не менее 200000 отключений, механическая износостойкость - не 100000 циклов. Номинальный ток кнопок - 2,5; 5; 6; 10 А.

Следует иметь в виду, что при проектировании схем управления целесообразно, чтобы непосредственное отключение цепи производилось не кнопочной, а другим более мощным электрическим аппаратом.

Условные обозначения

нажимные кнопки	поворотные кнопки	вытяжные кнопки
кнопка без самовозврата нажимной контакт с возвратом посредством вытягивания кнопки		кнопка без самовозвратом нажимной контакт с возвратом посредством вторичного нажатия кнопки

Командоконтроллеры - используются для управления электрического двигателя, работающего в напряженном ПКР. Наибольшее распространение получили кулачковые. Принцип их действия аналогичен силовым кулачковым контроллерам, но габариты значительно меньше, а контакты маломощные без дугогашения. Выпускают на разное число коммутируемых цепей и положений с ручным и ножным управлением.

С помощью мостикового контакта в отключаемой цепи создаются два разрыва, что облегчает гашение дуги. Ток отключения командоконтроллера в 4 раза больше кнопочного. Допустимый длительный ток КК-10-15 А, ток включения 50-75 А отключаемый постоянный ток при индуктивной нагрузке 0,5-2,5 А при U₌ = 440-110 В, отключаемый ток 10 А при U до 500 В. Число коммутируемых цепей от 4 до 12.

Командоконтроллеры коммутируют цепи катушки управления силовых аппаратов.

Для увеличения отключающей способности контактной системы контроллеры могут снабжаться дугогасительным устройством с магнитным дутьем.

Более современные - кулачковые командоконтроллеры.

Путевые (позиционные) выключатели (переключатели) и микровыключатели

Путевое выключатель предназначен для замыкания или размыкания слаботочных сигнальных цепей в зависимости от пространственного положения (позиции) рабочего органа управляемого проводом.

Частный случай путевого переключателя - конечный (концевой) выключатель, обеспечивающий коммутацию сигнальных цепей только в крайних положениях хода рабочего органа.

Контактные путевые переключатели делятся на кнопочные и рычажные.

В кнопочном контролируемый рабочий орган воздействует на шток кнопочного элемента, при этом размыкание и замыкание контактов происходит со скоростью перемещения контролируемого органа.

При скорости штока меньше 0,4 м / мин необходимо применять выключатели с повышенным быстродействием, обеспечивающим необходимую скорость размыкания контактов.

При требовании остановки рабочего органа с высокой точностью м применяют путевые (конечные) микропереключатели, например серии ВМК - ВЗГ (включаемый ток 2,5 А при U₌ = 220 В, U = 380 В).

При больших ходах рабочего органа и больших токах применяют рычажные переключатели. Благодаря наличию пружины замыкания и размыкания контактов происходит с большей скоростью, не зависящей от скорости движения ролика. Это дает возможность отключить токи до 6 А при U₌ = 220 В.

Контактные путевые переключатели обеспечивают точность срабатывания 0,02-0,05 мм при износостойкости до переключений и благодаря простоте конструкции находят широкое применение.

Условные обозначения путевых и конечных выключателей

переключающий со средним положением	контакты без самовозврата	контакты с самовозвратом	силовые контакты
контакты с дугогашением	переключатель многополюсной	переключатель двухполюсной трехпозиционный с нейтральным положением	переключатель двухполюсной трехпозиционный с самовозвратом в нейтральное положение

Контакторы и магнитные пускатели

Основные понятия. Контактор - это двухпозиционный коммутационный аппарат с самовозвратом дистанционного действия, предназначенный для частых включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных режимах работы. Замыкание и размыкание контактов контактора осуществляется чаще всего под воздействием электромагнитного привода.

Контакторы постоянного тока предназначены для коммутации цепей постоянного тока и, как правило, приводятся в действие электромагнитом постоянного тока.

Контакторы переменного тока предназначены для коммутации цепей переменного тока. Электромагниты этих контакторов могут быть как переменного, так и постоянного тока.

Основными операциями при управлении электроприводами являются пуск, реверсирование, торможение, отключение.

В соответствии с этим ГОСТом используются следующие категории применения современных контакторов.

а) Контакторы переменного тока

АС-1 - активная или малоиндуктивная нагрузка.

АС-2 - пуск электродвигателей с фазным ротором, торможение противовключением.

АС-3 - пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Отключение вращающихся электродвигателей при номинальной нагрузке.

АС-4 - пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Отключение неподвижных или медленно вращающихся электродвигателей. Торможение противовключением.

б) Контакторы постоянного тока.

ДС-1 - активная или малоиндуктивная нагрузка.

ДС-2 - пуск электродвигателей постоянного тока с параллельным возбуждением и их отключение при номинальной частоте вращения.

ДС-3 - пуск электродвигателей с параллельным возбуждением и их отключение при неподвижном состоянии или медленном вращении ротора.

ДС-4 - пуск электродвигателей с последовательным возбуждением и их отключение при номинальной частоте вращения.

ДС-5 - пуск электродвигателей с последовательным возбуждением, отключение неподвижных или медленно вращающихся двигателей, торможение противотоком.

Контакторы постоянного тока в зависимости от категории рассчитаны на коммутацию токов от I_ном до 10 I_ном.

Контакторы могут быть рассчитаны на работу в прерывисто-продолжительном, продолжительном, повторно-кратковременном и кратковременном режиме. Для контакторов существует еще режим редких коммутаций, характеризуемый более тяжелыми условиями, чем при нормальных коммутациях (ток включения достигает 10 I_ном). Такие режимы возникают довольно редко (например, при КЗ).

Контакторы не имеют устройств, реагирующих на перегрузки или КЗ.

Эту функцию выполняют предохранители и автоматические выключатели, включаемые последовательно с контактором и защищающие сеть от перегрузок и КЗ. Электродинамическая и термическая стойкость контакторов не нормируется.

Контактора не имеют механических устройств, запирающих контактор в положении «включено». Во включенном положении контактор удерживается электромагнитом. (рис. 1 схема включения).

Главные контакты контактора КМ включены в цепь двигателя М, а катушка - в цепь управления последовательно с кнопками управления SB1, SB2 и вспомогательными контактами SQ.

Основными техническими данными контакторов являются номинальный ток главных контактов, предельный отключаемый ток, номинальное напряжение коммутируемой цепи, механическая и коммутационная износостойкость, допустимое число включений в час, собственное время включения и отключения.

Способность контактора, как и любого другого коммутационного аппарата, обеспечить работу при большом числе операций характеризуется износостойкостью. Различают механическую и коммутационную износостойкость. Механическая износостойкость определяется числом циклов включение-отключение контактора без ремонта и замены его узлов и деталей. Ток в цепи при этом равен нулю. Механическая износостойкость современных контакторов составляет (10-20)10⁶ операций.

Коммутационная износостойкость определяется таким числом включений и отключений цепи с током, после которого требуется замена контактов. Современные контакторы должны иметь коммутационную износостойкость порядка (2-3)10⁶ операций (некоторые выпускаемые в настоящее время контакторы имеют коммутационную износостойкость 10⁶ операций и менее).

Коммутационная износостойкость главных контактов для категорий ДС-2, ДС-4 и АС-3 в режиме нормальных коммутаций должна быть не менее 0,1, а для категорий ДС-3 и АС-4 не менее 0,02 механической износостойкости. Вспомогательные контакты должны коммутировать цепи электромагнитов переменного тока, у которых пусковой ток может во много раз превышать установившийся.

Собственное время включения состоит из времени нарастания потока в электромагните контактора до значения потока трогания и времени движения якоря. Большая часть этого времени тратится на нарастание магнитного потока. Для контакторов постоянного тока с номинальным током 100А собственное время включения составляет 0,14 с, для контакторов с током 630А оно увеличивается до 0,37 с.

Собственное время отключения - время с момента обесточивания электромагнита контактора до момента размыкания его контактов. Оно определяется временем спада потока от установившегося значения до потока отпускания. Временем с начала движения якоря до момента размыкания контактов можно пренебречь. В контакторах постоянного тока с номинальным током 100А собственное время отключения составляет 0,07 с, в контакторах с номинальным током 630А - 0,23 с.

Номинальный ток контактора I_ном представляет собой ток, который можно пропускать по замкнутым главным контактам в течении 8 ч без коммутаций, причем превышение температуры различных частей контактора не должно быть больше допустимого (прерывисто-продолжительный режим работы). Номинальный рабочий ток контактора I_ном,р - это допустимый ток через его замкнутые главные контакты в конкретных условиях применения. Так, например, номинальный рабочий ток I_ном,р контактора для коммутации асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором выбирается из условий включения шестикратного пускового тока двигателя.

Номинальным напряжением называется наибольшее напряжение коммутируемой цепи, для работы при котором предназначен контактор.

Контактор имеет следующие основные узлы: контактную систему, дугогасительное устройство, электромагнит и систему вспомогательных контактов (рис.2). При подаче напряжения на обмотку электромагнита контактора его якорь притягивается. Подвижный контакт, связанный с якорем электромагнита, замыкает или размыкает главную цепь. Дугогасительное устройство обеспечивает быстрое гашение дуги, благодаря чему достигается малый износ контактов. Система вспомогательных слаботочных контактов служит для согласования работы контактора с другими устройствами.

Главные контакты. Осуществляют замыкание и размыкание силовой цепи. Они должны быть рассчитаны на длительное проведение номинального тока и на производство большого числа включений и отключений при большой частоте. При небольшой частоте включений номинальный ток главных контактов определяется в основном из условий нагрева при продолжительном или прерывисто-продолжительном режимах работы. При большой частоте включений номинальный ток определяется еще из условий дополнительного нагрева контактов от возникающей при отключении дуги.

В зависимости от нормального положения главных контактов различают контакторы с замыкающими, размыкающими и смешанными контактами. Нормальным считается положение контактов, когда втягивающая катушка контактора не возбуждена и освобождены все имеющиеся механические защелки. Главные контакты могут выполняться рычажного или мостикового типа. Рычажные контакты предполагают поворотную подвижную систему, мостиковые - прямоходовую.

Дугогасительная система. Система обеспечивает гашение электрической дуги, возникающей при размыкании главных контактов. Способы гашения дуги и конструкции дугогасительных систем определяются родом тока главной цепи и режимом работы контакторов.

В контакторах постоянного тока наибольшее распространение получили устройства с электромагнитным дутьем с катушкой тока 3 и полюсами 15.

В контакторах переменного тока наряду с магнитным гашением дуги широко применяются дугогасительные решетки, особенно при облегченных режимах работы.

Электромагнитная система. Система обеспечивает дистанционное управление контактором, т.е. включение и отключение. Конструкция системы определяется родом тока цепи управления контактора и его кинематической схемой. Электромагнитная система может рассчитываться на включение якоря и удержание его в замкнутом положении или только на включение якоря. Удержание же его в замкнутом положении в последнем случае осуществляется защелкой.

В первом случае отключение контактора происходит после обесточивания катушки под действием отключающей пружины, или собственного веса подвижной системы, или того и другого. Во всех случаях на первом этапе отключения участвуют и контактные пружины. В зависимости от схемы включения и значения удерживающей силы электромагнита система может осуществлять минимальную или нулевую защиту. Под минимальной защитой понимают автоматическое отключение контактора при снижении напряжения в цепи катушки ниже определенного уровня, под нулевой - автоматическое отключение контактора при напряжении, близком к нулю (обычно U_откл 0,1U_ном).

В контакторах с защелкой, кроме электромагнитной системы включения и подведения подвижной системы под защелку, имеется вторая электромагнитная система, осуществляющая отключение контактора, т.е. освобождение подвижной системы из-под защелки. Так как электромагнитные системы работают здесь очень кратковременно, они могут выполняться малых размеров, с большими перегрузками по току.

Вспомогательные контакты. Они производят переключения в цепях управления контактора, блокировки и сигнализации. Они рассчитываются на продолжительное проведение тока не более 20 А и отключение тока не более 5 А. Контакты выполняются как замыкающими, так и размыкающими, главным образом мостикового типа, но могут быть и рычажного типа.

Электромагнит. В контакторах постоянного тока распространены электромагниты клапанного типа 20. с целью повышения механической износостойкости применяется вращение якоря 17 на призме 19.

При включении электромагнита преодолеваются усилия возвратной и контактной пружин. Тяговая характеристика электромагнита должна во всех точках идти выше характеристики этих пружин при минимально допустимом напряжении на катушке (0,85 % U_ном) и нагретом ее состоянии. Включение должно происходить при все время нарастающей скорости движения якоря. Скорость якоря не должна снижаться и в момент замыкания главных контактов.

Для привода контактов контакторов переменного тока широкое распространение получили электромагниты с Ш- и П - образными магнитопроводами. Магнитопровод электромагнита состоит из двух сердечников, один из которых неподвижен, другой (якорь) связан через рычаги с контактной системой. Для амортизации удара якоря о неподвижный сердечник последний крепится к основанию с помощью пружины. Это улучшает условия работы и контактной системы, поскольку при включении не возникает вибрация основания контактора.

С целью устранения вибрации якоря во включенном положении на полюсах магнитной системы устанавливаются короткозамкнутые витки.

Ток в катушке ЭМ в притянутом положении якоря в 10=15 раз меньше пускового тока из-за уменьшения индуктивности катушки. Катушки электромагнитов большинства контакторов допускают до 600 включений в час при ПВ=40%.

Электромагниты контакторов переменного тока могут питаться от сети постоянного тока. Такие электромагниты имеют специальную катушку с форсировочным резистором, который шунтирован размыкающим вспомогательным контактом контактора или контактами другого аппарата.

Тяговая характеристика электромагнита переменного тока поднимается менее круто, чем в электромагните постоянного тока, и благодаря этому ближе подходит к противодействующей. В результате напряжение отпускания близко к напряжению срабатывания. Относительно высокий коэффициент возврата (0,6-0,7) позволяет использовать контакторы переменного тока для защиты электродвигателей от снижения сетевого напряжения. При понижении напряжения сети до (0,6=0,7) U_ном происходит отпадание якоря и отключение двигателя.

Электромагниты контакторов обеспечивают надежную работу в диапазоне колебания питающего напряжения 85-110% U_ном. Поскольку катушка контактора питается через замыкающий вспомогательный контакт, то включение контактора не происходит автоматически после восстановления напряжения до номинального значения. Срабатывание и отпускание электромагнита переменного тока происходит значительно быстрее, чем электромагнита постоянного тока. Собственное время срабатывания контакторов составляет 0,03-0,05, а время отпускания 0,2 с.

Характеристика противодействующих усилий, приведенных к якорю электромагнита, для контактора КПВ-600 приведены на рис.9.1, где - угол поворота якоря. Отрезки ординаты этой кривой представляют соответственно: 1 =силу тяжести, 2 - силу возвратной пружины, 3 - силу контактной пружины; 4 - результирующая противодействующая характеристика. Наиболее тяжелым моментом при включении является преодоление силы в момент касания главных контактов, так как электромагнит должен развивать значительное усилие при большом рабочем зазоре.

Важным параметром контактора является коэффициент возврата k_в=U_отп /U_ср. Для контакторов постоянного тока k_в, как правило, мал (0,2-0,3), что не позволяет использовать контактор для защиты двигателя от снижения напряжения.

Наибольшее напряжение на катушке не должно превышать 110% U_ном, так как при большем напряжении увеличивается износ контактов из-за усиления ударов якоря, а температура обмотки может превысить допустимое значение.

Характеристики некоторых типов контакторов

Электрические аппараты должны допускать работу в одном, нескольких или во всех следующих режимах работы:

- продолжительном;

- прерывисто-продолжительном;

- повторно-кратковременном - ПВ - 15, 25, 40, 60 %;

- кратковременном, для которого устанавливаются следующие продолжительности работы (длительности):

5; 10; 15; 30 сек и 10; 30; 60; 90 мин.

Аппараты должны допускать работу при напряжениях в пределах

(0,85 - 1,1) U_ном.

Силовые контакты контакторов выпускаются на номинальные токи 4; 6.5; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000 (2500) А.

Номинальное напряжение: на постоянном токе - 220; 440; 600 В

на переменном токе - 380 (500); 660 В.

Номинальное напряжение на катушке контактора:

- на постоянном токе	- 24; 48; 60; 110; 220 В;
- на переменном токе	- 24; 36; 110; 127; 220; 230; 240; 380; 400; 415; 500; 600 В при частоте 50 Гц; - 110; 220; 380; 440 В при частоте 60 Гц.

Контактор серии МК

Работает как в силовых цепях, так и в цепях управления постоянного и переменного тока при U₌ = 440 В, при U = 660 В при частоте 50 и 60 Гц. Имеет П-образный сердечник, шихтованный. Постоянный магнит до 160 А, U_{катушки} = 24-220 В. Это комбинированный контактор с тиристорной приставкой.

Принцип действия

Главный контакт ГК шунтирован двумя встречно-параллельно включенными тиристорами VS1 и VS2, управление которыми осуществляется через разделительные диоды VD2 и VD3. Диоды VD1 и VD4 предназначены для защиты управляющих переходов тиристоров от превышения напряжения R-C-цепочек.

Во включенном состоянии ток проходит через ГК, тиристоры закрыты. При размыкании контактов схема управления открывает тиристоры, которые шунтируют ГК, разгружают его от токов отключения, препятствуя возникновению электрической дуги.

МК с тиристорной приставкой относится к категории АС4, для тяжелых режимов с частотой коммутации 1200 включений в час и более.

Контакторы МК имеют 4 величины:

МК1 (I_н = 40 А); МК2 (I_н = 63 А); МК3 (I_н = 100 А); МК4 (I_н = 160 А).

Собственное время срабатывания при включении составляет 0,08 с, при отключении - 0,05 с.

Число силовых контактов - 3 н.о, 2 н.з, число блок-контактов - 2 н.о, 2 н.з.

В ряде случаев в качестве силовых контактов в контакторах переменного тока применяют герсиконы. В них используются специальные электромагниты - серии КМГ - для АД с к.з. ротором, мощностью до 3 кВт.

Контакторы КПВ 600; КПВ 620; КТПВ 600 - для тяжелых режимов работы.

КПВ 600 - применяется в силовых цепях постоянного тока с U = 220 В с одним силовым замыкающем контактам

I_н = 100; 160; 250; 630 А.

КПВ 620 - с одним размыкающем силовым контактом применяется для динамического торможения ДПТ при U = 220 В

I_н = 160; 250 А.

КТПВ - выполняется с двумя замыкающими силовыми контактами предназначены для работы в цепях переменного тока с U = 380 В в цепях постоянного тока при U = 220 В. Могут использоваться в качестве реверсивных при наличии главного линейного контактора

I_н = 63; 100; 160; 250 А.

Втягивающие катушки контакторов серий КПВ 600 и КТПВ 600 предназначены для работы от сети постоянного тока с напряжением 24; 48; 110; 220 В.

При работе контактора в ПКР значения рабочего тока зависит от продолжительности включения и частоты срабатывания

,

где ПВ - относительная продолжительность включения;

I_н - номинальный ток контактора;

n - число включений в час.

Для КПВ 600 и КТПВ 660 - n = 1200 вкл. / час

Для КПВ 620 - до 159 вкл. / час.

Контакторы КТ 6000; КТ 7000; КТП 600; КТ 64; КТП 65; КТ 65; КТП 65.

Предназначены для коммутации силовых цепей переменного тока напряжением до 600 В частотой 50 и 60 Гц. В зависимости от номинального тока выпускаются контакторы семи величин на токи от 63 до 1000 А. Число полюсов от двух до пяти.

Контакторы КТ 6000 и К 7000 выполняются с втягивающей катушкой переменного тока с напряжением 36, 110, 127, 220, 380, 500 В с частотой 50 Гц. Допускаемое число включений зависит от характера нагрузки для КТ 6000 - до 1200 вкл. / час, для КТ 7000 - до 600 вкл. / час.

Контакторы КТП 6000 выполняется с катушкой постоянного тока на напряжение 24; 48; 110 и 220 В.

Контакторы серий КТ 64, КТП 64 - на U_н = 380 В 50 Гц серии КТ 65 и КТП 65 - являются модификацией контакторов КТ 7000, КТ 6000 и КТП 6000 и отличаются от них наличием полупроводникового блока. В них осуществляет бестоковая коммутация силового тока путем шунтирования главных контакторов тиристорами на период коммутации, благодаря чему электрическая дуга не возникает.

Отсутствие электрической дуги при отключении контактором силовой цепи значительно повышает надежность его работы.

Контакторы КТ 65; КТП 65 работают на напряжение 660 В 50 Гц допустимое число включений для контакторов бездуговой коммутации достигает 2000 вкл. / час. Причем рабочий ток составляет 60 % номинального тока контактора, а не 40 %, как у обычных контакторов.

Выбор контакторов

Необходимо выполнение трех основных требований:

- обеспечение необходимой коммутационной способности;

- обеспечить необходимый нагрев;

- обеспечить коммутационную износостойкость.

При работе контактора в продолжительном режиме выбор его производится по номинальному току для указанного режима и проверяется по току включения.

При работе в ПКР допускаемый ток контактора определяется для тех контакторов, у которых нормируемым является продолжительный режим работы.

Выбор контакторов для кратковременного режима работы производится по пусковому току, который не должен превосходить ток включения контактора.

Внешние отличительные признаки контакторов постоянного и переменного тока

Внешний признак	Контактор постоянного тока	Контактор переменного тока
Вид магнитной системы	Литой, круглой формы клапанного типа. Наличие немагнитной прокладки между якорем и сердечником малый зазор между якорем и сердечником.	Шихтованный, П- или Ш-образной формы, клапан-ного типа и прямохо-довые. Большой зазор между якорем и сердечником. Наличие к.з. витка на полюсе магнитопровода.
Форма катушки	Круглая, удлиненная, с малым диаметром.	Квадратная, короткая, большого диаметрально-го размера.
Число полюсов силовых контактов	1-2	3-5
Тип дугогасительного устройства	Узкая щель с магнитным дутьем.	Узкая щель с дугогасительными решетками.

Вакуумные контакторы - устройства, предназначенные для включения и отключения асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором в режимах работы АС3, АС4 и других мощных потребителей электроэнергии с большой индуктивной нагрузкой. Отличительной особенностью устройств данного типа, является наличие вакуумной дугогасительной камеры, в которой происходит разрыв цепи.

Преимущества контакторов вакуумных

1. Так как размыкания контактов главной цепи происходит в вакууме, при разрыве контактов не возникает электрической дуги, что предотвращает подгорание главных контактов,

2. Уменьшается время размыкания цепи, благодаря малому ходу контактов.

3. Не выделяются раскаленные газы разрушающие конструкцию обычных контакторов и пускателей.

4. Большая предельная коммутационная способность

5. Уменьшение времени при планово ремонтных работах при обслуживании оборудования.

6. Меньшие габариты по сравнению с пускателями на такие же номинальные токи.

7. Широкий диапазон рабочих температур.

8. Большее номинальное напряжение корпуса

Основные характеристики вакуумных контакторов.

1. Номинальный ток - величина тока, при нормальном режиме работы устройства.

2. Номинальное напряжение - напряжение, на которое рассчитан корпус контактора. Подразделяются на два типа - низковольтные до 1,14 кВ и высоковольтные до 10 кВ.

3. Коммутационная износостойкость - количество срабатываний за срок службы оборудования (имеет два значения, в режиме работы АС3,и АС4)

4. Номинальное напряжение катушки - уровень напряжение управляющего сигнала катушки.

5. Тип контакторов - реверсивный и нереверсивный. Реверсивные вакуумные контакторы позволяют управлять направлением вращения электродвигателя.

6. Расчетное количество пусков в час

7. Специсполнения вакуумных контакторов

8. Выдвижные исполнения обслуживание и замена контакторов происходит путем вывода из корзины без необходимости отключать проводники от контактов.

9. Шахтное (горнорудное исполнение) исполнение - изготовлены во взрывозащищенной оболочке, контакторы используются для установки в окружающей среде насыщенной взрывоопасными газами.

Магнитные пускатели

а) Основные требования и условия работы. Магнитным пускателем называется электрический аппарат, предназначенный для пуска и отключения короткозамкнутых асинхронных электродвигателей. В пускатель помимо контактора встроены тепловые реле для защиты двигателя от токовых перегрузок и «потери фазы».

Наиболее важным требованием, предъявляемым к пускателям, является надежность их работы. Не менее важным - простота конструкции, ремонтопригодность, большая коммутационная износостойкость, минимальное потребление мощности, надежность защиты двигателя от перегрузок.

Такт как при включении асинхронного электродвигателя пусковой ток в 6-7 раз превышает номинальный, то особым требованием является минимальная вибрация контактов пускателя, иначе они быстро выйдут из строя.

При номинальных токах до 100А целесообразны серебряные накладки на медные контакты. При токе выше 100А эффективна композиция серебра и оксида кадмия.

После разгона двигателя ток падает до номинального значения. Поэтому отключение работающего двигателя происходит при меньшей токовой нагрузке контактов.

При отключении двигателя восстанавливающееся напряжение на контактах равно разности напряжения сети и ЭДС двигателя, что составляет 15-20% U_ном, т.е отключение происходит в облегченных условиях.

В то же время возможны утяжеленные условия работы пускателя, когда приходится отключать не разогнавшийся двигатель. Через пускатель протекает и увеличенный ток, и напряжение на контактах равно напряжению источника питания. В техническом паспорте пускателя в связи с этим указывается мощность двигателя, с которым пускатель может работать в различных режимах. Поскольку ток, отключаемый пускателем, относительно мало падает с ростом напряжения. Мощность двигателя, с которым может работать данный пускатель, возрастает с увеличением номинального напряжения. Наибольшее рабочее напряжение пускателей равно 600 В.

Электрическая износостойкость контакторов пускателя обратно пропорциональна мощности управляемого электродвигателя в степени 1,5-2. Для повышения срока службы пускателя его необходимо выбирать на ток, превышающий номинальный ток двигателя.

Наиболее распространены пускатели с прямоходовой контактной системой и электромагнитным приводом, работающие на переменном токе, серий ПМЕ, ПМА, ПА, ПВН. Пускатели имеют различное исполнение: с тепловым реле и без них, реверсивные и нереверсивные, открытые, защищенные и пылебрызгонепроницаемые.

Некоторые типы магнитных пускателей

Серия ПМ-12 - предназначены для дистанционного пуска непосредственным подключением к сети, остановки и реверсирования трехфазных АД с к.з. ротором мощностью до 125 кВт при напряжении до 380 и 660 В переменного тока.

Пускатели, имеющие в наличии тепловое реле серий РТТ5 или РТТ, осуществляют защиту АД от перегрузок по току недопустимой продолжительности и от токов, возникающих при обрыве одной из фаз.

Класс износостойкости А, Б, В.

Категория применения главных контактов АС-3, АС-4, вспомогательных контактов - АС-11, ДС-11.

Номинальное напряжение катушки управления: 24, 36, 40, 48, 110, 127, 220, 230, 240, 380, 400, 415, 500, 660 В, 50 Гц.

В основном реверсивные пускатели имеют механическую блокировку.

Номинальные токи: 10, 16, 25, 40, 63, 250 А.

Пускатели реле - контактные типа ПМ 12-004 - это коммутационные аппараты многоцелевого назначения, технические параметры которых позволяют применять их в качестве промежуточных реле, а также в качестве пускателя в схемах управления электроприводами для дистанционного пуска, останова и реверса АД с к.з. ротором мощностью до 1,5 кВт при 380 В.

Они применяются в устройствах бытового и промышленного назначения. Имеют в наличии тепловое реле типа РТТ 5-006 или РТТ-1. Пускатели, комплектуемые ограничителями перенапряжений, пригодны для работы в системах управления с применением микропроцессорной техники.

Изготовитель АО «Кашинский завод электроаппаратуры» Тверская область г. Кашин.

Серия ПМА - для АД с к.з. ротором до 100 кВт при напряжении 380 и 660 В.

Применяются тепловые реле серии РТТ (ТРН), позисторная защита. Могут комплектоваться ограничителями перенапряжений ОПН.

Пускатели с электромагнитным приводом постоянного тока применяют для комплектации тепловозов, допускается их применение в общепромышленных стационарных установках.

I_н = 40, 63, 80, 100, 160 А (третьей - шестой величины). На постоянном токе U_{катушки} = 24, 48, 110, 220 В.

Изготовитель «Уралэлектро», г. Медногорск, Оренбургская область.

Серия ПМЕ - для АД мощностью не более 11 кВт при U_н до 660 В. Используется тепловое реле серии РТТ.

Класс износостойкости В.

Категория применения главных контактов АС-3, АС-4.

Номинальный ток 10, 25 А U_{катушки} = 24, 36, 42, 48, 110, 127, 220, 440, 500 В. f = 50 Гц имеются реверсивный и нереверсивные варианты построения.

Изготовитель «ЭЛТО-СЕРВИС» г. Харьков.

Серия ПМЛ - для АД мощностью до 75 кВт.

Применяются тепловое реле РТЛ. Могут комплектоваться ограничителями перенапряжений типа ОПН.

I_н = 10, 16, 25, 40, 63.

Серия ПММ - применяется на корабельных электрических установках при температуре окружающей среды не выше 40⁰С.

Могут применяться в добывающей промышленности (нефтегазовой, угольной, горнодобывающей) и других областях, где существуют повышенные требования к надежности оборудования.

I_н = 22,5; 45; 90 А; U_н = 380 В, 50 Гц U_{катушки} = 127, 220 В, 50 Гц

реверсивное и нереверсивное исполнение

каплезащитное и водозащитное исполнение

Имеются встроенные элементы управления:

- предохранители;

- кнопки управления;

- пакетный переключатель и предохранители.

Изготовитель «Уралэлектро» г. Медногорск, Оренбургская область.

Реле-пускатели серии РЭП15П

Предназначены для применения в электромагнитных электрических установках для дистанционного пуска непосредственным подключением к сети, остановки и реверсирования трехфазных АД с к.з. ротором. При наличии электротепловых реле РТТ5-10 реле-пускатели осуществляют защиту управляемых электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности.Пускатели, комплектуемые ограничителями перенапряжений (помехоподавляющими приставками), пригодны для работы в системах управления с применением микропроцессорной техники.

Используется электротепловое реле типа РТТ5-10.

I_н = 6,3 А, U_н = 380, 415, 440, 500, 660 В, f = 50, 60 Гц.

U_{катушки} = 24, 36, 40, 48, 110, 127, 220, 230, 240, 380, 400, 415, 500, 600 В

Реверсивный вариант с механической блокировкой.

Изготовитель ОАО «ЧЭАЗ» Чебоксарский электроаппаратный завод.

Пускатели полупроводниковые

Типы ПБР и ПБН (реверсивный и нереверсивный)

Выполнены на тиристорных и оптотиристорных модулях на токи 4-630 А для пуска, останова и реверировки АД с к.з. ротором, а также для динамического торможения АД.

Функции:

- прямой бесконтактный пуск;

- плавный пуск и динамическое торможение.

Используется тепловая защита.

Имеется встроенный источник питания.

I_н = 4, 6, 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 230 А; U_н = 220-380 В, f = 50 Гц.

...