Контакторы переменного тока на напряжение до 660 В.

Контакторы переменного тока промышленной частоты строятся, как правило, трехполюсными с замыкающими главными контактами.

Электромагнитные системы выполняются шихтованными, т. е. набираются из отдельных изолированных друг от друга пластин толщиной 0,35; 0,5; 1 мм. Катушки низкоомные, с малым числом витков. Основную часть сопротивления катушки составляет ее индуктивное сопротивление, зависящее от величины зазора. Ввиду этого ток в катушке при разомкнутой магнитной системе (пусковой ток) в 5-10 раз превышает ток при замкнутой магнитной системе (рабочий ток). Применяются магнитные системы как поворотного (Е-образные, П-образные, клапанные и др.), так и прямоходового (Ш-образные, Т-образные, соленоидные) типа, первые – в контакторах тяжелого режима работы, вторые – в контакторах нормального режима работы.

Электромагнитная система независимо от типа состоит из сердечника, якоря, короткозамкнутого витка, катушки и крепежных деталей. Слабым местом в отношении износостойкости является короткозамкнутый виток. Удары якоря о сердечник вызывают вибрацию консольно выступающих участков витка и поломку его после определенного числа операций. Высокую износостойкость витка обеспечивает такое крепление, при котором отсутствуют незакрепленные консольные участки.

Для уменьшения расклепывания полюсов и «распушивания» пластин магнитопровода применяются более толстые пластины (до 1 мм для средних и до 2-3 мм для крайних связующих). Однако это приводит к увеличению потерь и более высокому нагреву системы. Поэтому применение более толстых пластин возможно при условии использования магнитных материалов с малыми потерями.

При жестком креплении магнитной системы кинетическая энергия подвижных частей гасится при ударе якоря о сердечник, что приводит к износу как якоря, так и сердечника. Удар передается контактам и приводит к их дребезгу («вторичный» дребезг).

 

Рисунок 17 – Схема амортизации магнитной системы

1 – фиксирующая пружина; 2 – призма; 3 – основание.

 

Рисунок 20 – Пример исполнения призматического подшипника

Рисунок 19 – Характерные механические схемы контакторов

переменного тока нормального режима работы

 

Для повышения механической износостойкоcти магнитную систему амортизируют (рисунок 17). Амортизируется либо неподвижная часть (рисунок 17, а), либо подвижная (рисунок 17, б), либо и та, и другая. При амортизированном креплении кинетическая энергия движущихся масс расходуется на перемещение сердечника или якоря и гасится амортизирующими пружинами. Механическая износостойкость системы резко возрастает. Устраняется «вторичный» дребезг контактов, и повышается их коммутационная износостойкость.

Амортизированное крепление, кроме того, обеспечивает самоустановку частей магнитной системы, их хорошее прилегание во включенном положении и снижение «вторичного» дребезга.

Кинематические схемы современных контакторов переменного тока характеризуются большим разнообразием.

Поворотные схемы применяются преимущественно в контакторах тяжелого режима работы и специальных, например, в контакторах со смешанными контактами. Вращение в подшипниках скольжения не обеспечивает высокой механической износостойкости. Для достижения износостойкости 10 млн. циклов и выше переходят на вращение вала контактора на цапфах или призматических подшипниках (рисунок 18). Последнее также облегчает сборку контактора, так как обеспечивает самоустановку вала.

Широко применяется прямоходовая схема (рисунок 19, а). В ней исключаются промежуточные звенья и шарнирные соединения от якоря к контактам. Иногда контакты непосредственно связываются с якорем (рисунок 19, б). Якорь перемещается в направляющих, где трущейся парой является металл – пластмасса.

Отсутствие каких-либо шарнирных соединений и подшипников позволяет получить высокую механическую износостойкость. Однако за счет ударов в магнитной системе, непосредственно передаваемых контактам, здесь происходит дополнительный «вторичный» дребезг контактов, для устранения которого необходимо применять специальные меры. Здесь трудно получить наилучшее соотношение между тяговой и механической характеристиками.

Наряду с прямоходовой весьма широкое распространение получили схемы, в которых передача движения от электромагнита к контактам осуществляется через шарнирно-рычажные соединения. Существовавшее мнение, что шарнирные соединения (оси, втулки и т. п.) не обеспечивают достаточной механической износостойкости, практически опровергнуто. Высокая износостойкость (до 10 млн. циклов и выше) шарнирных соединений достигается правильным их расчетом и конструкцией, отсутствием ударов в них, правильным подбором трущейся пары, например, применением в качестве трущихся деталей пары металл – пластмасса и т. д.

Передача движения от электромагнита к контактам через рычажную систему позволяет подобрать желаемое соотношение плеч и достигнуть наиболее благоприятного соотношения между механической и тяговой характеристиками. Например, схема на рисунке 19, г, представляющая собой сочетание поворотной магнитной системы с прямоходовой контактной системой, позволяет получить снижение скорости контактов в момент их замыкания и соответствующее повышение нажатия на контакты. Такая кинематика дала возможность применить многоступенчатую контактную систему при четырехкратном разрыве на полюс без существенного увеличения размеров магнитной системы. Движущиеся во взаимно перпендикулярных плоскостях прямоходовые (рисунок 19, в) или поворотные (рисунок 19, д) контактные и магнитные системы приводят к снижению степени взаимного влияния ударов в каждой из систем. Кинематическая схема на рисунке 19, е, позволяет обеспечить при одинаковой по отношению к схемам на рисунке 19, а и б магнитной системе более высокое контактное нажатие. Однако в схеме на рисунке 19, е, следует ожидать более сильных ударов, для устранения вредного влияния которых необходимо применять специальные меры.

Контактные системы. При поворотных магнитных системах применяются рычажные контактные системы, при прямоходовых – мостиковые. Таким образом, первые находят более широкое применение в контакторах тяжелого режима работы, вторые – в контакторах нормального режима работы.

Говоря о контактных системах, следует иметь в виду следующее весьма важное обстоятельство. В отличие от контакторов постоянного тока режим включения для контакторов переменного тока более тяжел, чем режим отключения. Пусковой ток (периодическая составляющая) асинхронных короткозамкнутых электродвигателей, для управления которыми предназначены рассматриваемые контакторы, составляет шести-восьмикратный, а иногда и десятикратный номинальный ток. С учетом апериодической составляющей амплитудное значение пускового тока первого полупериода при нормальных рабочих режимах достигает 14-15-кратного номинального тока. Наличие дребезга контактов при включении приводит в этих условиях к большому износу контактов, часто в несколько раз превосходящему их износ при отключении. Борьба с дребезгом при включении приобретает здесь первостепенное значение.

Дугогасительные системы. В контакторах переменного тока, как и в контакторах постоянного тока, применялось магнитное гашение в камерах с широкими щелями. Во избежание перекрытия между фазами через дугу, выбрасывающуюся далеко за пределы камеры, полюсы приходилось значительно удалять друг от друга. Так, у контактора серии КТ на 150 А расстояние между полюсами составляло 100 мм. Применение дугогасительной решетки (многократный разрыв дуги при переходе тока через нуль) почти полностью исключило выброс дуги за пределы камеры при напряжении 380 В. Это позволило сократить размеры контактора за счет сближения полюсов. Указанная система гашения характерна для контакторов с однократным разрывом на фазу на напряжение 380 В и частоту до 600 включений в час.

Для контакторов тяжелого режима работы с частотой включений в час 1200 и более на напряжение до 660 В широкое распространение получило электромагнитное гашение в камерах с узкими щелями, а также в комбинированных камерах — с узкими зигзагообразными и другими щелями в сочетании с пламегасительными решетками, где также исключается выброс дуги и ее пламени за пределы камеры.

 

1 – основание камеры; 2 – неподвижные контакты; 3 – мостиковый контакт; 4 – дугогасительная скоба; 5 – крышка; 6 – дугогасительная решетка;

7 – стальной вкладыш; 8 – дугогасительный виток; 9 – направление выталкиваемых из камеры газов, обдувающих дугу; 10 – дугогасительный канал

Рисунок 20 – Комбинированные дугогасительные устройства контакторов переменного тока

 

Для контакторов тяжелого режима работы с частотой включений в час 1200 и более на напряжение до 660 В широкое распространение получило электромагнитное гашение в камерах с узкими щелями, а также в комбинированных камерах – с узкими зигзагообразными и другими щелями в сочетании с пламегасительными решетками, где также исключается выброс дуги и ее пламени за пределы камеры.

Особо следует отметить применение для контакторов переменного тока системы бездуговой коммутации, что во много раз (до десяти и более) повышает износостойкость контактов. Так, в контакторах с бездуговой коммутацией (шунтирование контактов тиристорами) в режимах коммутаций, соответствующих категориям применения АС-3 и АС-4, достигается коммутационная иэносостойкость контактов не менее 5 млн. циклов, в то время как у контакторов с электромагнитным гашением она составляет 0,5 млн. циклов. В режимах коммутаций номинальных токов коммутационная износостойкость контактов равна механической износостойкости контакторов и достигает 10-15 млн. циклов.

Для большинства контакторов категорий применения АС-1, АС-2 и АС-3 характерно использование двукратного разрыва на фазу (мостиковый контакт) в закрытой комбинированной камере (рисунок 20). Гашение дуги здесь также основано на использовании околокатодных явлений при переходе тока через нуль. Однако для повышения надежности гашения, а также для обеспечения гашения при напряжениях до 660 В в дополнение к двукратному разрыву используется еще ряд средств (рисунок 20): небольшое поперечное магнитное поле, создаваемое в зоне контактов при помощи скоб 4, охватывающих контакты, витков 8 с магиитопроводом, вкладышей 7 и т. п.; дополнительные катоды, образуемые решеткой 6, скобой 4 и т. д.; струя газа, создаваемая движением подвижной системы контактора и обдувающая дугу на контактах.

Применяются и более сложные дугогасительные системы. На рисунке 21 приведена система с четырехкратным разрывом на фазу. Она более эффективна, чем дугогасительная решетка, куда дуга должна еще зайти. Однако суммарное усилие на контактах здесь удваивается, что требует более мощной магнитной системы.

1 – токоподводы; 2 – перемычка; 3 – мостиковые контакты (основной и дугогасительный); 5 – зазор контактов

Рисунок 21 – Контактная система с четырехкратным разрывом и двухступенчатым контактом

Рисунок 22 – Контакторы серии КТ6600, КТ64 и КТ65: а – условное изображение трехполюсного контактора; б – электромагнитная система; в – контактная и дугогасительная системы; г – схема контактора с бездуговой коммутацией

Конструкции контакторов переменного тока. Для нормальных условий работы (в основном категория применения АС-3) контакторы выполняются по кинематическим схемам, приведенным на рисунке 19 (или им подобным), с контактным и дугогасительным устройством, изображенным на рисунке 20 (или ему подобным). Для тяжелых режимов работы (АС-4) контакторы выполняются с поворотными кинематическими схемами, электромагнитными дугогасительными системами на напряжение до 660 В частотой 50 и 60 Гц. Эти контакторы пригодны для работы на постоянном токе до 440 В. Фактически это контакторы переменно-постоянного тока. Как пример таких контакторов приведем контакторы серии КТ6600 и ее модификаций.

Контакторы серии КТ6600 (рисунок 22) выпускаются на токи до 160 А, напряжение 660 В частотой 50 и 60 Гц и 440 В постоянного тока. Частота включений до 1200 вкл/ч, механическая износостойкость 10·10⁶ циклов, коммутационная износостойкость 1·10⁶ циклов.

Контакторы серий К164 и KJ65 (рисунок 22) выпускаются на токи до 630 А и те же напряжения и представляют собой комбинированный аппарат из контактора серии КТ6600 и полупроводникового блока 16 бездуговой коммутации. Механическая износостойкость (5...15)·10⁶ циклов в зависимости от значения номинального тока, коммутационная износостойкость 5·10⁶ циклов, а при коммутации номинальных токов 15·10⁶ циклов.

Конструкция контакторов (рисунок 22, а) – моноблочная с поворотной подвижной системой. Контактор состоит из электромагнита 3, контактной и дугогасительной системы 2 и блока вспомогательных контактов 1. Неподвижные части контактора укреплены на базовой металлической рейке 4, подвижные – на самоустанавливающемся пластмассовом валу 5.

Якорь 10 электромагнита (рисунок 22, б) – внедряющийся, на внешнем полюсе действие экрана имитировано поджимной (она же амортизирующая) пружиной 6. Внутренний (по отношению к катушке) полюс снабжен короткозамкнутым витком 7. Магнитная система не имеет воздушного зазора, что значительно снижает потребляемую мощность катушки 9. Весь узел собирается на основании 8.

Главные контакты 13 и 14 выполнены с накладками из металлокерамической композиции на основе серебра. Подвижный контакт рычажного типа. Гашение дуги – электромагнитное (катушка 12) в камерах 11 с узкими щелями. Для ограничения вылета пламени в камерах установлены пружинные пламегасители. Для ускорения гашения подвижный контакт снабжается рогом 15.

 

Порядок выполнения работы:

1. Выполнить задание лабораторной работы.

2. Составить отчет.

3. Ответить на контрольные вопросы.

 

Ход работы:

Изучить теоретические сведения.

Изучить устройство предложенных образцов контакторов. Выявить их характеристики и отличительные особенности. Результаты отразить в отчете по лабораторной работе.

 

Задание.

Изучить контакторы в схемах пуска электродвигателей на стендах в лаборатории. Выявить устройство электромагнитных и дугогасительных систем контакторов. Найти главные и вспомогательные контакты, объяснить их назначение в каждой схеме. Схемы зарисовать в отчете о проделанной работе.

 

Контрольные вопросы:

1. Для чего предназначены контакторы?

2. Как можно классифицировать контакторы?

3. Назовите характерные конструктивные отличия контакторов постоянного и переменного тока.

4. Объясните назначение и устройство главных и вспомогательных контактов.

5. Как устроена электромагнитная система контактора переменного тока?

6. Как могут быть устроены дугогасительные системы контакторов переменного тока?

7. Почему дугу переменного тока проще погасить, чем дугу постоянного тока?

8. Каким образом обеспечивается изоляция контакторов?

 

 

Лабораторная работа №6