3.1. Контакторы постоянного тока

а) Контактная система. С целью уменьшения износа для контакторов применяются преимущественно линейные пере­катывающиеся контакты. Для предотвращения виб­раций контактов контактная пружина создает предвари­тельное нажатие, составляющее примерно 50 % конечного контактного нажатия. Большое влияние на вибрацию ока­зывает жесткость крепления неподвижного контакта и стойкость к вибрациям всего контактора в целом. На рис. 3.1 показана конструкция контактора серии КПВ-600. Не­подвижный контакт 1 жестко прикреплен к скобе 2, к которой присоединен один конец дугогасительной катушки 3. Второй «конец дугогасительной катушки с выводом 4 за­креплен в пластмассовом основании 5. Последнее крепит­ся к прочной стальной скобе 6. Подвижный контакт 7 вы­полнен в виде толстой пластины, нижний конец которой может поворачиваться относительно точки опоры 8. Благо­даря этому контакт 7 может перекатываться и скользить по поверхности неподвижного контакта /. Вывод 9 соеди­няется с подвижным контактом 7 гибкой связью 10. Кон­тактное нажатие создается пружиной 12.

При износе контакт 1 заменяется новым, а пластина подвижного контакта переворачивается на 180° и использу­ется ее неповрежденная сторона.

Для уменьшения оплавления контактов дугой, при токах более 50 А контактор имеет дугогасительные, контакты — рога 2, 11. Под действием магнитного поля опорные точки дуги 14 быстро перемещаются на скобу 2, соединенную с неподвижным контактом 1, и на защитный рог подвижно­го контакта 11. Возврат якоря в начальное положение (пос­ле отключения электромагнита) производится пружиной 13.

В контакторах КПВ-600, как и во многих других, вывод подвижного контакта электрически соединен с корпусом. Как при включенном, так и при отключенном состоянии контактора его конструктивные детали могут находиться под напряжением, и соприкосновение с ними опасно для жизни. Контакторы серии КПВ имеют два исполнения кон­тактной системы: с замыкающим и размыкающим главны­ми контактами. В первом исполнении замыкание главных контактов производится при подаче напряжения на обмот­ку электромагнита, а размыкание—под действием возврат­ной пружины. Во втором исполнении контакты замыкают­ся под действием пружины, а размыкание контактов про­исходит при подаче напряжения на обмотку электромагнита. В обесточенном состоянии обмотки контакты замкнуты. При номинальном токе контактор находится во вклю­ченном состоянии не более 8 ч. По истечении этого времени его необходимо несколько раз отключить и включить для зачистки контактов от оксида меди. После этого аппарат снова пригоден для работы.

Номинальный ток контакторов, расположенных в шкафах, понижается примерно на 10 % из-за ухудшения охлаждения.

В продолжительном режиме работы, когда длительность нахождения во включенном состоянии превышает 8 ч, до­пустимый ток контактора снижается примерно на 20 %. В таком режиме из-за окисления меди контактов растет их переходное сопротивление, что может привести к повы­шению температуры выше допустимой. В контакто­рах с небольшим числом включений или предназначенных для длительного нахождения во включенном состоянии, на рабочую поверхность контактов напаивается серебряная пластина. Это позволяет сохранить допустимый ток кон­тактора, равный номинальному, и в режиме продолжитель­ною включения. Если контактор наряду с режимом продол­жительного включения используется в режиме повторно-кратковременного включения, применение серебряных накладок нецелесообразно из-за малой механической прочности серебра.

Необходимо отметить, что если при отключении в по­вторно-кратковременном режиме длительно горит дуга (от­ключается нагрузка с большой постоянной времени T=L/R), то температура контактов может резко увеличить­ся за счет их нагрева дугой. В этом случае нагрев контак­тов в продолжительном режиме работы может быть мень­ше, чем в повторно-кратковременном режиме.

Как правило, контактная система имеет один полюс. Для реверса асинхронных двигателей при большой частоте включений в час (до 1200) применяются контакторы типа КТПВ-600 со сдвоенными полюсами. В этих контак­торах подвижные контакты изолированы от корпуса, что делает более безопасным обслуживание аппарата. На рис. 3.2 показана схема включения главных контактов контак­тора КТПВ-600 (обведены штриховой линией) для реверса асинхронного двигателя. Для пуска, останова и реверса двигателя используются три контактора такого же типа.

При неполадках и отказе одного контактора подается напряжение только на одну фазу двигателя, что не приводит к его включению. В схеме с однополюсными контакторами отказ одного контактора привел бы к возникновению тяжелого режима двухфазного питания двигателя.

Контакторы с двухполюсной контактной системой очень удобны для закорачивания сопротивлений в цепи ротора асинхронного двигателя.

В контакторах типа КМВ-521, предназначенных для включения и отключения мощных электромагнитов посто­янного тока масляных выключателей, также применяется двухполюсная контактная система. Такая система, вклю­ченная в оба провода сети постоянного тока, обеспечивает надежное отключение индуктивной нагрузки, так как в от­ключаемую цепь вводятся два дуговых промежутка.

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

Следует отметить, что при отключении малых постоянных токов (5—10 А) и большой индуктивности нагрузки наблюдается длительное горение дуги. По опытным данным ток, надежно отключаемый контактором, составляет 20—25 % номинального тока. Современные контакторы се­рии МК обеспечивают отключение тока до 1 А при посто­янной времени цепи до 100 мс.

в) Электромагнит. В контакторах постоянного тока распространены электромагниты клапанного типа 20. С целью повышения механической износостойко­сти применяется вращение якоря 17 на призме 19. Компо­новка электромагнита и контактной системы, показанная на рис. 3.1, применение специальной пружины 16, прижи­мающей якорь к призме, позволяют обеспечить износостой­кость узла вращения у контакторов КПВ-600 до 20*10⁶ при допустимом числе включений 1200 в час. По мере из­носа зазор между скобой якоря 18 и призмой 19 автомати­чески выбирается под воздействием пружины 16.

Подвижная система контактора должна быть уравно­вешена относительно оси вращения. В контакторе серии КПВ-600 якорь электромагнита уравновешивается деталя­ми, несущими подвижный контакт и воспринимающими воздействие возвратной пружины. Катушка электромагнита наматывается на тонкостенную изолированную стальную гильзу, которая обеспечивает достаточную жесткость " и улучшает тепловой контакт катушки с сердечником. По­следнее способствует снижению температуры катушки и уменьшению габаритов контактора.

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.

Характеристика противодействующих усилий, приведенных к якорю электромагнита, для контактора КПВ-600 приведена на рис. 3.3, 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 К_В==U_ОТП/U_СР. Для контакторов постоян­ного тока Кв, 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 % Uном, так как при большем напряжении увели­чивается износ контактов из-за усиления ударов якоря, а температура обмотки может превысить допустимое значение.

В контакторах типа КТПВ, имеющих сдвоенную кон­тактную систему, при номинальном токе 600 А устанавли­ваются два параллельно работающих электромагнита для того, чтобы развить необходимую силу.

Следует отметить, что с целью уменьшения МДС обмот­ки, а следовательно, и потребляемой ею мощности рабочий ход якоря выбирается небольшим— (8-10)*10^-3 м. В свя­зи с тем что для надежного гашения дуги при малых токах требуется зазор контактов (17—20) • 10^-3 м, расстояние точ­ки касания подвижного контакта от оси вращения подвиж­ной системы берется в 1,5—2 раза больше, чем расстояние от оси полюса до оси вращения.

Электромагниты контакторов серии КМВ, предназначен­ных для включения и отключения приводов масляных вы­ключателей, допускают регулировку напряжения срабаты­вания и отпускания за счет регулирования возвратной и специальной отрывной пружин. Минимальное напряже­ние срабатывания этих контакторов достигает 65 % Uном. Низкое напряжение срабатывания приводит к тому, что при номинальном напряжении через обмотку протекает ток, приводящий к ее повышенному нагреву. В связи с этим при номинальном напряжении обмотка может включаться под напряжение только кратковременно на время не более 15 с.

Схема включения электромагнита контактора для пус­ка двигателя аналогична схеме включения электромагнита пускателя.