7.2 Устройство и принцип действия коммутационных контактных аппаратов
Контактный аппарат содержит две части: электрические контакты и привод для управления контактами. Форма, размеры, материал, типы покрытия контактов выбирают в зависимости от значений напряжения и тока в управляемой электрической цепи.
Контакты изготовляют из материалов, обладающих небольшим удельным электрическим сопротивлением (медь, сплавы с никелем, иридием, металлокерамические соединения). Для повышения износоустойчивости контакты покрывают вольфрамом или металлокерамическим соединением. Иногда плотность соединения обеспечивается специальными пружинами.
Для предотвращения разогрева и повреждения контактов ускоряют процесс размыкания и используют тугоплавкие материалы, увеличивают расстояние между контактами в разомкнутом состоянии, применяют специальные активные и пассивные дугогасительные элементы.
Перемещение контактов производится с помощью привода. Наиболее просто устроены приводы командоаппаратов, в которых электрические контакты замыкаются под действием механической силы, создаваемой движением руки (нажатие кнопки, поворот руки или рычага) или при движении частей какого-либо механизма (концевые и путевые выключатели). В контакторах, магнитных пускателях, реле используют электромагнитный привод контактов с помощью электромагнитов постоянного или переменного тока.
Все элементы, формирующие магнитное поле изготавливаются из ферромагнитных материалов. В аппаратах переменного тока они изготовляются шихтованными для уменьшения потерь энергии на вихревые токи.
При наличии в катушке тока, превышающего определенные значения (ток срабатывания), в магнитной системе возникает магнитное поле достаточное для перемещения якоря в другое устойчивое положение. При этом преодолевается сопротивление рабочей пружины и с помощью механических связей размыкаются или замыкаются электрические контакты.
К электрическим аппаратам ручного управления относят кнопки и ключи управления, командоаппараты и силовые коммутационные аппараты (рубильники, пакетные выключатели и силовые контроллеры).
Кнопки управления предназначены для подачи оператором управляющего воздействия на электропривод. Две, три и более кнопок смонтированных в одном корпусе, образуют кнопочную станцию. Одноцепные кнопки управления выпускают с замыкающими и размыкающими контактами. Контакты на схемах изображают в «нормальном» состоянии, когда на них не оказывается механическое, электрическое, магнитное воздействие. Двухцепные кнопки управления имеют обе пары указанных контактов, на которые действует один привод.
Особенностью кнопок управления является их способность возвращаться в исходное положение (самовозврат) после снятия воздействия. Выпускают кнопки цепей переменного тока на напряжение до 500 В и постоянного тока на напряжение до 220 В при токах до 16 А. На принципиальных электрических схемах кнопки ручного управления обозначают следующим образом:
Ключи управления предназначены для подачи управляющего воздействия на электропривод и имеют два или более фиксированных положений рукоятки и несколько замыкающих и размыкающих контактов. Ключи управления рассчитаны на те же напряжения и токи, что и кнопки. На принципиальных электрических схемах ключи управления обозначают таким образом:
Универсальные переключатели используются для коммутации цепей катушек контакторов, масляных выключателей, управления многоскоростными асинхронными двигателями и другими устройствами.
7.3 Коммутационные аппараты для управления электротехническими устройствами низкого напряжения
7.3.1 Магнитный пускатель
Схема включения приемника электрической энергии с помощью магнитного пускателя имеет вид:
Магнитный пускатель содержит несколько коммутационных аппаратов: двухкнопочный пульт SB1, SB2, контактор КМ и защитные тепловые реле КК1, КК2. Обычно в контакторе есть несколько пар основных и вспомогательных контактов, управляемых одним рычагом привода. Важным элементом контактора является дугогасительное устройство.
Для коммутации ряда устройств с защитой от аварийных режимов применяют аппарат, который называется автоматическим воздушным выключателем. Изготавливают автоматы универсальные для установки в закрытых шкафах распределительных устройств и установочные, имеющие пластмассовый защитный корпус для установки вне шкафов. Универсальные автоматы могут иметь ручной или электромагнитный привод для дистанционного управления. Установочные автоматы выполняют с ручным приводом.
В автомате имеются два защитных устройства – тепловой и электромагнитный расцепители. Оба расцепителя освобождают (или не позволяют зафиксировать механический расцепитель контактора. Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластина, которая деформируется при нагревании и освобождает механический расцепитель. Электромагнитный расцепитель имеет катушку, которая соединена последовательно с управляемыми контактами. При превышении определенного значения тока якорь, соединенный с механическим расцепителем притягивается к сердечнику и освобождает механический расцепитель. Защитные расцепители не только отключают, но и не позволяют вновь включать автомат до тех пор пока не будут устранены причины отключения.
Привод контактора замыкает основные контакты КМ1 и КМ2, которые соединены последовательно с приёмником, и, таким образом, приёмник подключается к сети. Одновременно замыкается вспомогательный контакт КМ3, который шунтирует кнопку S1 «пуск». Теперь при отпускании кнопки S1 катушка контактора не будет обесточена.
Для защиты от перегрузок сети и приёмника в магнитном пускателе устанавливают тепловые реле. Их обмотки управления КК1 и КК2 включены последовательно с приёмником, а нормально замкнутые контакты КК1 и КК2 включены последовательно с обмоткой контактора КМ.
Устройство одного из типов магнитного контактора постоянного тока показано на рисунке 7.4. Контактный узел состоит из неподвижного 1 и подвижного 3 контактов, помещённых в дугогасительную камеру 2. Контакт 3 закреплён на рычаге 4, связанном с помощью пружины 5 с якорем 6, и соединён с управляемой электрической цепью гибкой медной лентой 10. Электромагнитный привод контактора имеет возвратную пружину 7, сердечник 8 и обмотку 9.
Рисунок 7.4. - Конструктивная схема контактора постоянного тока
Важным элементом контактора является дугогасительное устройство. Его принцип действия таков: при размыкании между контактами в результате дугового разряда образуется ионизированная газовая область с движущимися зарядами. Этот ток создаёт магнитное поле между ферромагнитными пластинами, между которыми закреплены контакты 3. Магнитная сила перемещает ионизированную область в узкую щель между элементами дугогасительной решётки, которые изготовлены из изоляционного материала. Решётка отбирает тепловую энергию из области дугового разряда.
Для коммутации электротехнических устройств с защитой от аварийных режимов применяют автоматический воздушный выключатель (автомат). Изготовляют автоматы универсальные для установки в закрытых шкафах распределительных устройств и установочные, имеющие пластмассовый защитный корпус для установки вне шкафов. Универсальные автоматы могут иметь ручной или электромагнитный привод для дистанционного управления. Установочные автоматы выполняют с ручным приводом.
На рисунке 7.5 приведена схема установочного автомата. Включение и отключение производится рукояткой 11, которая находится в пазу изоляционной крышки корпуса 9.
Для включения рукоятку поднимают вверх. При этом пластина 10 свободным концом зацепляется за зуб 13 расцепителя 14 и фиксируется, пружина 12 тянет шарнир рычагов 4 и 5 наверх, рычаг 6 с подвижным контактом поворачивается влево до неподвижного контакта 7 и, таким образом, контакты замыкаются. Цепь автомата замыкается через гибкую токоведущую шину 3. Выключение осуществляют поворотом рукоятки вниз. В автомате установлена дугогасительная решётка 8.
В автомате есть два защитных устройства: тепловой и электромагнитный расцепители. Оба расцепителя не позволяют зафиксировать пластину 10 и расцепитель 14.
Рисунок 7.5. - Схема воздушного автоматического выключателя переменного тока
Тепловой расцепить – биметаллическая пластинка 1, которая деформируется при нагревании и опускается вниз. При этом поворачивается рычаг 14, освобождается пластина 10 и размыкаются контакты автомата. Так потребитель защищается от длительного превышения номинального значения тока.
Электромагнитный расцепитель имеет катушку, которая соединена последовательно с управляемыми контактами. При кратковременном превышении номинального значения тока якорь в виде ферромагнитной шайбы 2 притягивается к сердечнику катушки (влево), рычаг 14 расцепителя повернётся и управляемые контакты 6 разомкнутся. Причём, защитные расцепители не только отключают, но и не позволяют включить автомат вновь до тех пор пока не будут устранены причины защитного отключения (чрезмерный нагрев элемента тепловой защиты или недопустимо большой ток приёмника.