2.3. Особенности контакторов постоянного тока и контакторов переменного тока

Контакторы постоянного тока (серии КП, КПВ, КМВ, КПД).

Включающая (называют также намагничивающая или втягивающая) катушка ЭММ (см. [1] разд. 4) и контактная система КК_Г рассчитаны на работу в цепях постоянного тока. Применяются ЭММ клапанного (поворотного) типа с вращением якоря на призме или на оси. Реже применяются и прямоходовые ЭММ. Втягивающая катушка обычно имеет цилиндрическую форму (небольшого диаметра и большой длины для улучшения теплоотдачи). Зазор между якорем и полюсом сердечника небольшой (8…10 мм). Количество главных контактов (КК_г), иначе говоря, полюсов – один или два. Раствор главных контактов составляет обычно 10…20 мм. Для увеличения раствора в клапанных системах подвижный контактный узел КК_Г располагается на большом рычаге механической передачи (МП). Контактные пружины создают значительное по величине контактное нажатие (F_К). Используются дугогасительные устройства с магнитным дутьем при последовательном включении катушки магнитного дутья с соответствующим контактом КК_Г. Применяются дугогасительные камеры с узкими зигзагообразными щелями (см. [1] разд. 2).

Тяговая характеристика ЭММ постоянного тока плохо согласуется с механической характеристикой (см. [1] п. 4.4, п. 4.6). Напряжение отпускания контактора постоянного тока обычно составляет 0,15…0,25 U_ном. Поэтому коэффициент возврата имеет малое значение (0,2…0,3), что не позволяет использовать контактор постоянного тока для защиты двигателя от снижения напряжения.

Минимальное напряжение срабатывания (втягивания) у некоторых контакторов постоянного тока может достигать значения 0,65 U_ном. Такое низкое напряжение срабатывания приводит к тому, что при номинальном напряжении по обмотке катушки ЭММ протекает ток, приводящий к ее повышенному нагреву. В связи с этим обмотка может включаться под номинальное напряжение только кратковременно на время не более 15 с [9].

Наибольшее напряжение на катушке ЭММ не должно превышать величины 1,1 U_ном, так как при большем напряжении увеличивается износ контактов, из-за усиления ударов якоря о полюс сердечника, а температура обмотки катушки может превысить допустимое значение [9].

Собственное время срабатывания контакторов постоянного тока (на примере серии КПМ) составляет 0,12…0,3 с, отпадания - 0,08…0,2 с.

В составе автоматизированного электропривода (и других систем автоматики) контактор может рассматриваться как усилитель электрического сигнала с нелинейной характеристикой управления. (В таком случае контактор нужно обязательно рассматривать совместно с силовой цепью, в которой создано напряжение U_С источником электрической энергии). Соответствующий пример приведен на рис. 2.3а.

Входным сигналом контактора КМ является напряжение U_у (напряжение управления), а выходным сигналом – напряжение U на щетках двигателя М.

Характеристика управления контактора (как усилителя) показана на рис. 2.3б. Через U_ср, U_от и U_ном обозначены соответственно напряжение срабатывания, напряжение отпускания и номинальное напряжение катушки контактора.

Контакторы переменного тока (серии КТ, КВД, КТД,, КТП, КНТ).

Катушка ЭММ (см. [1] разд. 4) и контактная система КК_Г обычно рассчитаны на работу в цепях переменного тока. Катушка низкоомная с малым количеством витков. Основную часть сопротивления катушки составляет ее индуктивное сопротивление, зависящее от величины воздушного зазора между якорем и сердечником. Поэтому ток в катушке при разомкнутом якоре (пусковой ток) в 5…10 раз превышает ток при замкнутом якоре (рабочий ток). Большой пусковой ток ограничивает применение контакторов при большой частоте включений в цепи переменного тока. Поэтому у контакторов, работающих в тяжелых условиях, втягивающая катушка иногда выполняется с питанием от цепи постоянного тока. Обычно применяют специальную катушку с форсировочным резистором, который шунтирован размыкающим вспомогательным контактом контактора или контактом другого аппарата.

Применяются ЭММ клапанного (поворотного) типа с сердечником Е- и П-образной формы и якорем, вращаящемся на оси. Применяются также прямоходовые ЭММ с Ш- и Т-образными сердечниками и сердечниками соленоидного типа. Магнитопроводы ЭММ выполняются шихтованными, т. е. набираются из отдельных изолированных друг от друга пластин толщиной 0,35; 0,5 или 1 мм. Полюс сердечника с короткозамкнутым витком для устранения вибрации якоря (см. [1] п. 4.5).

Нагревание втягивающей катушки обусловлено потерями в ее обмотке и потерями в стали магнитопровода. Поэтому катушку выполняют короткой, а поверхность теплоотдачи увеличивают за счет увеличения диаметра катушки. Катушки ЭММ большинства контакторов переменного тока допускают до 600 включений в час при продолжительности включения ПВ=40%.

Из-за более легких условий гашения электрической дуги переменного тока раствор главных контактов небольшой, а контактное нажатие увеличено по сравнению с контакторами постоянного тока. Наряду с магнитным дутьем применяются дугогасительные решетки. Для повышения эффективности гашения дуги и уменьшения износа контактов используются дополнительно дугогасительные камеры с продольной или зигзагообразной щелью. У большинства контактных систем предусматривается двукратный разрыв дуги на полюс. Для этого используются мостиковые контакты при поворотных ЭММ и при прямоходовых ЭММ. Пальцевые контакты нашли преимущественное применение в контакторах тяжелого режима работы.

Тяговая характеристика ЭММ контактора переменного тока ближе подходит (в среднем на полный зазор) к механической характеристике (суммарной противодействующей силе). В связи с этим напряжение отпускания составляет 0,5…0,7U_ном, т.е. выше, чем у контакторов постоянного тока. Коэффициент возврата также выше (0,6…0,7), поэтому контактор переменного тока может быть использован для защиты электродвигателей от снижения напряжения в сети.

Если контактор переменного тока рассматривать как усилитель входного сигнала (по аналогии с тем, как это сделано для контактора постоянного тока), его характеристику управления будет представлять график, приведенный на рис. 2.3б.

ЭММ контакторов переменного тока обеспечивают их надежную работу при колебаниях напряжения на катушке в диапазоне 0,85…1,1U_ном. Срабатывание и отпускание ЭММ происходит быстрее, чем у ЭММ постоянного тока. Собственное время срабатывания составляет 0,03…0,09 с, а время отпускания 0,02…0,05 с. Количество главных контактов от одного до пяти. Наиболее распространены контакторы трехполюсного исполнения. Количество вспомогательных контактов до четырех.

Промышленность выпускает контакторы постоянного и переменного тока серий МК, КМ, КМЗ, РПК, КН.

Пример применения контакторов для пуска асинхронного двигателя с фазным ротором приведен на рис. 2.4а.

Трехполюсный линейный контактор КМ1 своими главными контактами подключает двигатель М на питание от силовой сети с напряжением U_С, когда на катушку контактора КМ1 по цепи управления подается напряжение U_у1. Двухполюсный контактор ускорения КМ2 срабатывает по сигналу U_у2, подаваемому на его катушку по цепи управления через определенное время после включения КМ1. Замкнувшимися главными контактами КМ2 отключает резисторы R1, R2, R3 и соединяет в узел концы фазной обмотки. Последовательное срабатывание контакторов КМ1 затем КМ2 приводит к изменению величины сопротивлений в цепи ротора во время пуска двигателя и ограничению броска тока I_С в цепи статорной обмотки двигателя, т. е. пускового тока. Временные диаграммы, характеризующие работу схемы, приведены на рис. 2.4б.

Линейный контактор КМ1 переменного тока может рассматриваться как усилитель электрического сигнала U_у1 в канале управления электродвигателем М по аналогии с тем, как это представлено для контактора постоянного тока по рис. 2.3а. Характеристика управления контактора переменного тока аналогична характеристики, представленной на рис. 2.3б в правом квадранте (в этом случае U_ср, U_от, U_ном - действующие значения напряжения).