Электромагнитные контакторы постоянного тока

Контактор – это электрический аппарат, предназначенный для частой коммутации силовых электрических цепей как при номинальных токах, так и при токах перегрузки. Он имеет два коммутационных положения, соответствующие включенному и отключенному состоянию. Возврат контактора в отключенное состояние (самовозврат) происходит при отключении тока через включающую катушку под действием возвратной пружины, массы подвижной системы или при совместном действии этих факторов. Наибольшее распространение получили контакторы, в которых замыкание и размыкание контактовосуществляется под воздействием электромагнитного привода. Они имеютглавные контакты, снабженные системой дугогашения, электромагнитный привод и вспомогательные контакты (блок-контакты).

Основными техническими параметрами контактора являются его механическая и коммутационная износостойкость, номинальный ток главных контактов, предельный отключаемый ток, номинальное напряжение отключаемойцепи, номинальное напряжение цепи управления (включающей катушки), допустимое число включений в час и пр.

Под механической износостойкостью понимается число циклов включение-отключение (без токовой нагрузки, главной цепи = 0) без какой-либо замены элементов и узлов контактора. В современных контакторах механическаяизносостойкость достигает 10 ÷ 20 млн. операций. Коммутационная износостойкость определяется износом контактов под действием электрической дугипри коммутации цепи с током и характеризуется таким числом операций включение-отключение, после которого необходима замена контактов (обычно после 3 ÷ 5 млн. срабатываний). Собственное время включения – время от момента подачи напряжения на электромагнитный привод до момента замыканияконтактов. Собственное время отключения – время от момента обесточиванияэлектромагнита до момента размыкания контактов.

Токи перегрузки для контакторов не превышают (8 ÷ 20)-кратных перегрузок по отношению к номинальному току. Для режима пуска асинхронныхэлектродвигателей с фазным ротором характерны (2,5 ÷ 4)-кратные токи перегрузки. Пусковые токи асинхронных электродвигателей с короткозамкнутымротором достигают (6 ÷ 10)-кратных перегрузок. Двигатели постоянного токадопускают 2,5-кратную перегрузку по сравнению с номинальным током.

Электромагнитный привод контакторов при соответствующем выборепараметров может осуществлять функции защиты электрооборудования от понижения напряжения. Если электромагнитная сила, развиваемая приводом, приснижении напряжения в сети окажется недостаточной для удержания аппаратаво включенном состоянии, то он самопроизвольно отключится и осуществит,таким образом, защиту от понижения напряжения.

Рисунок 1. Схема электромагнитного контактора постоянного тока:

1 – сердечник дугогасительной катушки; 2 – неподвижный главный контакт; 3– токоведущая шина; 4 – дугогасительная камера; 5 – подвижный главный контакт; 6 – пластины (накладки); 7 – контактодержатель; 8 – изолирующая пластина; 9 – контактная (притирающая) пружина (); 10 – опорная точка контактодержателя 7 (призма вращения); 11 – якорь электромагнита; 12 – упор(буфер); 13 – гибкое соединение («косичка»); 14 – нажимная пружина (); 15– возвратная пружина (); 16 – блок-контакты; 17 – токоведущая шина; 18 –выводы включающей катушки; 19 – болт крепления сердечника электромагнита; 20 – магнитопровод электромагнита (скоба, ярмо); 21 – полюсный наконечник электромагнита; 22 – включающая катушка; 23 – немагнитная прокладка;24 – дугогасительная катушка (катушка тока); 25 – пластина-полюс (2 шт.) дляподведения магнитного поля в зону горения дуги. SB1 – кнопка включения контактора «Пуск» (без фиксации); SB2 – кнопка выключения контактора «Стоп» (без фиксации); О – ось вращения якоря; δ – рабочий зазор электромагнита (мм); Д – столб электрической дуги; ДПТ – двигатель постоянного тока (); ОВД – обмотка возбуждения двигателя.

На Рисунке 1 изображена конструктивная схема электромагнитного контактора постоянного тока. В первоначальный момент времени контакты кнопки SB1 «Пуск» разомкнуты, включающая катушка электромагнита 22 обесточена, т.к.на её выводы 18 не подано постоянное напряжение U цепи управления. Якорьэлектромагнита 11 под действием возвратной пружины 15, создающей силу , прижат к упору (демпферу) 12. Рабочий зазор δ в этом положении максимален. Главные контакты 2 и 5 разомкнуты, разомкнуты и блок-контакты 16 вцепи управления электромагнитом.

При кратковременном нажатии на кнопку SB1 «Пуск» напряжение U цепиуправления() прикладывается к выводам 18 включающей катушки электромагнита и по виткам катушки протекает ток. Поток Ф, созданный магнитодвижущей силой катушки 22, развивает тяговую силу и притягивает якорь 11 электромагнита (ось вращения О) к сердечнику с полюсным наконечником 21 (рабочий зазор δ минимален). При этом преодолевается сила противодействия возвратной пружины 15 и сила контактной (притирающей) пружины 9. Полюсный наконечник 21, диаметр которого больше диаметра сердечника d сердечника, предназначен для увеличения магнитной проводимости рабочего зазораэлектромагнита, а также видоизменения тяговой характеристики электромагнита (зависимости электромагнитной силы от величины воздушного зазора). Дляустранения «залипания» якоря 11 в отключенном состоянии электромагнита,вызванного остаточной намагниченностью магнитопровода 20, используется немагнитная прокладка 23.

После срабатывания электромагнита кнопку SB1 «Пуск» можно отпустить, так как она окажется замкнутой накоротко (зашунтированной) блокконтактами (вспомогательными контактами) 16, прижатыми силой нажимной пружины 14. Электромагнит контактора «встанет на самопитание».

Соприкосновение главных контактов 2 и 5 друг с другом и появление тока главной цепипри включении контактора произойдет раньше, чем якорьэлектромагнита 11 полностью притянется к полюсному наконечнику 21. По мере дальнейшего движения якоря 11 подвижный контакт 5 будет как бы «проваливаться», упираясь своей верхней частью в неподвижный контакт 2. Он повернется на некоторый угол вокруг опорной точки (призмы вращения) 10 и вызовет дополнительное сжатие контактной (притирочной) пружины 9. Появитсяпровал контакта,под которым подразумевается величина смещения подвижного контакта на уровне точки его касания с неподвижным контактом в случае,если неподвижный контакт будет удалён.

Провал контактов обеспечивает надежное замыкание цепи, когда толщина контактов уменьшается вследствие эрозии (выгорания) их материала поддействием электрической дуги Д. Величина провала определяет запас материала контактов на износ в процессе работы контактора.

После соприкосновения контактов 2 и 5 происходит перекатывание ипроскальзывание подвижного контакта по поверхности неподвижного, как этопредставлено на Рисунке 2.

Рисунок 2. Динамика процесса замыкания главных контактов. Линия контактирования перемещается по рабочей поверхности с одновременным возрастанием усилия контактного нажатия . Обозначение позиций соответствует Рисунку 1.

Контактная пружина 9 создает определенное нажатие в контактах, поэтому при перекатывании и проскальзывании происходит разрушение окисных пленок и других химических соединений, которые могут появиться на поверхности контактов. Точки касания контактов при перекатывании и проскальзывании переходят на новые места контактной поверхности, не подвергавшиеся воздействию дуги Д и являющиеся поэтому более чистыми. Все это уменьшает переходное сопротивление контактов и улучшает условия их работы. В тоже время перекатывание и проскальзывание повышает интенсивность механического износа контактов. Главные контакты 2 и 5 крепятся болтами, позволяющими осуществить их замену в случае износа.

В момент соприкосновения подвижный главный контакт 5 сразу же оказывает на неподвижный контакт 2 давление, обусловленное предварительным натяжением контактной пружины 9. Вследствие этого переходное сопротивление контактов в момент их касания будет небольшим и контактная площадкане разогреется при включении до значительной температуры. Кроме того,предварительное контактное нажатие, созданное пружиной 9, позволяет снизить вибрацию(дребезг) подвижного контакта 5 при ударе его о неподвижныйконтакт 2. Все это предохраняет контакты от приваривания при включении тока главной электрической цепи.

На главные контакты могут устанавливаться методом пайки контактные накладки 6, выполненные из специального материала, например серебра, дляулучшения условий длительного прохождения тока. Достаточно часто в электроаппаратах применяются накладки из дугостойкого материала – металлокерамики (КМК-А10 – 85% Ag + 15% CdO; КМК-А20 – 90% Ag + 10% CuO).

Гибкое соединение («косичка») 13, необходимое для подвода тока к контактодержателю 7, выполняется из листов медной фольги (ленты) или из тонкой переплетённой медной проволоки. Контактор включается в силовую электрическую цепь путём соединения вывода катушки тока 24 и «косички» 13 стоковедущими шинами 3 и 17 при помощи стальных или латунных болтов.

Раствором контактовназывается расстояние между подвижным и неподвижным контактами в отключенном состоянии контактора. Раствор контактовобычно лежит в пределах от 1 до 20 мм. Чем меньше раствор контактов, темменьше ход якоря приводного электромагнита. Это приводит к уменьшению вэлектромагните рабочего воздушного зазора δ, магнитного сопротивления,намагничивающей силы, мощности катушки электромагнита и его габаритов.Минимальная величина раствора контактов определяется: технологическими иэксплуатационными условиями, возможностью образования металлическогомостика между контактами 2 и 5 при разрыве цепи тока, условиями устранениявозможности смыкания контактов при отскоке подвижной системы от упора(эластичного буфера) 12 при отключении аппарата. Раствор контактов такжедолжен быть достаточным для обеспечения условий надёжного гашения дуги Д при малых токах.

Для отключения контактора, т.е. для разрыва тока главной цепи, необходимо кратковременно нажать на кнопку SB2 «Стоп». Включающая катушкаэлектромагнита 22 потеряет питание, магнитный поток Ф исчезнет, сила возвратной пружины 15 переместит якорь электромагнита 11 в исходное положение (рабочий зазорdмаксимален); разомкнутся блок-контакты 16. Возникающая при расхождении главных контактов 2 и 5 электрическая дуга Д гасится в дугогасительной камере 4.

Быстрое перемещение дуги Д с контактов 2 и 5 в дугогасительную камеру 4 обеспечивается системой магнитного дутья. В цепь тока главной цепивключена последовательная дугогасительная катушка 24, которая размещена настальном сердечнике 1. Ферромагнитные пластины-полюса 25, расположенныепо торцам сердечника 1, подводят создаваемое катушкой 24 магнитное поле кзоне горения дуги Д в камере 4. Взаимодействие этого магнитного поля с током дуги приводит к появлению силы (по правилу левой руки), котораярастягивает и перемещает дугу Д в камеру 4.

Щелевая дугогасительная камера образована двумя стенками с перегородками, выполненными из изоляционного материала (асбоцемент, асбестоцемент, асбопласт, силикатная керамика), обладающего большой теплоёмкостьюи высокой теплопроводностью. В результате взаимодействия электрическоготока дуги с магнитным полем появляется сила , которая растягивает дугу Д и перемещает её между стенками щелевой камеры. Гашение дуги происходит, таким образом, из-за интенсивного охлаждения и быстрого увеличения сопротивления столба дуги.

При последовательном включении главных контактов 2, 5 и катушкимагнитного дутья 24 направление силы остается неизменным при любомнаправлении тока главной цепи.

Рисунок 3 Электромагнитный двухполюсный контактор постоянного тока

На Рисунке 3 представлен внешний вид электромагнитного двухполюсного контактора постоянного тока со следующими паспортными данными: ; ; ; ПВ% =60%; z =600 циклов в час.