3. Аппараты управления

Аппараты управления осуществляют управление режимом работы электрооборудования промышленных предприятий и режимом работы разделительных сетей низкого напряжения. К аппаратам управления относятся контакторы и магнитные пускатели, которые осуществляют пуск, торможение, реверсирование, изменение скорости вращения электрических машин и управляют технологическими процессами. Тепловые реле являются частью магнитных пускателей, поэтому рассматриваются в данном разделе.

3.1. Контакторы и магнитные пускатели

3.1.1. Основные параметры и устройство

Контактор – электрический аппарат, предназначенный для частых коммутаций силовых цепей при нормальных режимах работы, а также для редких отключений при токах перегрузки.

Магнитный пускатель – электрический аппарат, предназначенный для пуска, остановки, реверсирования и защиты электродвигателей. Единственное отличие его от контактора – наличие устройства защиты от токовых перегрузок.

Существует ряд технических параметров, которые характеризуют работу контактора.

Номинальным током контактора называется ток прерывисто-продолжительного режима работы, когда контактор находится во включенном состоянии не более 8 часов, после чего он должен быть несколько раз включен-отключен для зачистки контактов от окиси металла.

Токи перегрузки, или сверхтоки, больше номинальных токов в 5 – 15 раз и действуют в кратковременном режиме.

В продолжительном режиме (более 8 часов непрерывного включения) допустимый ток контактора снижается на 20%.

Номинальные токи контакторов лежат в пределах от 3 до 630 А (меньшие токи коммутируются реле).

Номинальные напряжения главной цепи контакторов: 220,

440, 750 В – при постоянном токе и 380, 660 – при переменном токе. Коммутация цепей при более высоких напряжениях (от единиц киловольт и более) осуществляется выключателями высокого напряжения (масляные, воздушные и т.д.); чаще всего контакторы имеют электромагнитный привод. При номинальных токах выше 200 А применяют пневматический привод (от сжатого воздуха).

Современные схемы электроприводов требуют до 1200 и более включений в час. При каждом включении и отключении происходит износ контактов. Поэтому необходимо сократить длительность горения дуги при отключении и устранить вибрацию при включении.

Способность аппарата обеспечивать работу при большом числе операций характеризуется износостойкостью. Различают механическую и коммутационную (электрическую) износо-стойкости.

Механическая износостойкость определяется числом включений-отключений контактора без ремонта при токе в цепи, равном нулю. Существует 4 класса механической износо-стойкости контакторов с числом циклов от 0,25·10⁶ до 20·10⁶.

Коммутационная износостойкость определяется степенью износа контактов под действием электрической дуги, которая характеризуется определенным числом включений-отключений. Если это число превышено, требуется замена контактов. Число

	циклов достигает 5·106 и более. Очень упрощенный вид контактора представлен на рис. 45, где: 1 – неподвижный контакт; 2 – подвижный контакт; 3 – дугогасительная камера с изоляционными перегородками; 4 – катушка электромагнита; 5 – возвратная пружина. Контактор имеет 3 основных узла: контактную систему, дугога-
Рис. 45

сительную систему и электромагнитный (исполнительный) механизм.

При подаче напряжения на катушку 4 электромагнита приходит в движение его якорь. Подвижный контакт 2, связанный с якорем, движется к неподвижному контакту 1. Соприкосновение контактов, а следовательно, замыкание главной цепи произойдет раньше, чем якорь электромагнита полностью притянется к полюсу. По мере движения якоря подвижный контакт будет как бы проваливаться, упираясь в неподвижный контакт. Возникает так называемый провал контактов, который обеспечивает надежное замыкание цепи, когда толщина контактов уменьшается из-за выгорания их материала под воздействием дуги. Величина провала определяет запас материала контактов на износ в процессе работы контактора.

После соприкосновения контактов происходит как бы перекатывание подвижного контакта по неподвижному. При этом происходит разрушение окисных пленок и других химических соединений.

Кроме того, точка касания контактов переходит на новые места контактной поверхности, не тронутые дугой, но, с другой стороны, при перекатывании повышается механический износ.

В момент соприкосновения подвижный контакт сразу оказывает давление на неподвижный контакт, так как есть предварительное натяжение контактной пружины. Следовательно, переходное сопротивление контактов в момент касания небольшое и их температура невелика. Все это предохраняет контакты от приваривания в момент включения.

Расчет силы контактного нажатия в режиме прохождения тока короткого замыкания необходимо делать с учетом условия неприваривания контактов по соотношению вида

 А.

Значение K₂ зависит от материала и типа контактов и принимается равным от 950 до 1830 .

Чтобы улучшить условия длительного прохождения тока через замкнутые контакты, на них делают контактные накладки (чаще всего из серебра). При частых отключениях цепи накладки выполняют из дугостойкого материала, чтобы уменьшить износ материала контактов.

На рис.46 изображен общий вид контактора постоянного тока КПВ-600 [2], который устанавливается, например, в трубопрокатном цехе.

Рис. 46

Неподвижный контакт 1 механически и электрически соединен со скобой 2 – дугогасительным рогом (направляющей для дуги). К скобе 2 присоединен один конец дугогасительной катушки 3, второй конец которой с выводом 4 закреплен в электроизоляционном основании 5 и является одним из двух токоподводов контактора. Основание 5 жёстко укреплено на стальной скобе 6, являющейся главной несущей деталью для электромагнитного привода и подвижной контактной системы. Подвижной контакт 7 может поворачиваться относительно опорной точки 8. Вывод 9, являющийся вторым токоподводом, соединен с подвижным контактом 7 гибкой связью 10. С подвижным контактом 7 электрически связан дугой дугогасительный рог 11. Контактное нажатие создается пружиной 12, а возвратная пружина 13 предназначена для размыкания контактов и возврата привода в исходное положение.

При размыкании контактов на них появляется электрическая дуга 14, которая попадает в магнитное поле между пластинами 15 магнитопровода системы магнитного дутья, создаваемого катушкой 3. Под воздействием этого поля дуга перемещается в камеру, её опорные точки переходят на дугогасительные рога, дуга растягивается, охлаждается и гаснет.

В данном контактно-дугогасительном устройстве применена система последовательного магнитного дутья.

Электромагнитный привод контактора включает в себя обмотку 20 с магнитопроводом. Якорь 17, преодолевая противодействие возвратной пружины 13, начинает притягиваться к магнитопроводу. При определенном зазоре между якорем и магнитопроводом происходит соприкосновение контактов 7 и 4. Дальнейшее сближение якоря и магнитопровода влечет за собой поворот контакта 7 относительно опорной точки 8 (в направлении по часовой стрелке) и сжатие контактной пружины 12.

Работу контактора можно оценивать двумя зависимостями: суммарной характеристикой противодействующих усилий (от возвратной и контактной пружин) и тяговой характеристикой электромагнитного привода (рис. 47). Для сохранения работоспособности контактора должно соблюдаться условие: тяговая характеристика 1 электромагнита должна во всех точках проходить выше характеристики 2 противодействующих усилий при минимально допустимом напряжении на катушке (15%-ное понижение напряжения по отношению к номинальному). По горизонтальной оси принято откладывать значение зазора δ между якорем и магнитопроводом, по вертикальной – приведенные к этому зазору тяговые усилия F.

На графике обозначены: точка а – момент соприкосновения контактов; часть характеристики между точками б-в – провал контактов; в-г – раствор между контактами (зазор между якорем и сердечником); а-в – предварительное сжатие контактной пружины, которое необходимо для предотвращения сваривания и вибрации контактов при включении токовой нагрузки.

На рис. 48 показана контактная система в разрезе (а) и общий вид (б) одного полюса контактора переменного тока КТ6000 [2]. Подвижный контакт 1 с пружиной 2 укреплен на рычаге 3. Подвижный контакт 1 (на общем виде три подвижных контакта 1) и якорь 4 привода электромагнита связаны между собой валом 6. Отключение контактора происходит под действием контактных пружин и массы подвижных частей. Для удобства эксплуатации подвижные и неподвижные контакты выполнены легко сменяемыми.

F δ б в г 2 1 Рис. 47

Рис. 48

Контактная пружина 2, так же как и в контакторах постоянного тока, имеет предварительное нажатие, на 30 – 50% меньшее конечного контактного нажатия. Все детали аппарата укреплены на изоляционной рейке 5. Рычаг 3 подвижного контакта 1 укреплен на валу 6, покрытом изоляционным материалом. Вал вращается в подшипниках 7.

Система дугогашения состоит из последовательной катушки 8, магнитопровода 9, полюсных пластин 10 и дугогасительной камеры 11.

Обмотка 8 включена в цепь последовательно с неподвижным контактом 12 и подвижным контактом 1. Главные контакты подключаются к внешней электрической цепи выводами 13 и 14. Подвижный контакт 1 соединяется с выводом 13 при помощи гибкой связи 15. Блок вспомогательных контактов 16 приводится в действие посредством вала 6. Крепление всех деталей на рейке позволяет использовать контактор в комплектных станциях реечной конструкции и сократить объем и массу станции управления. Контакторы устанавливают в мартеновских цехах.

Конструктивная схема магнитного пускателя серии ПА дана на рис. 49 [2].

Пускатель собран на металлическом основании 1. Контактная система мостикового типа с неподвижными 2 и подвижными 3 контактами размещена в дугогасительной камере 5. Контактное нажатие обеспечивается пружиной 4. Подвижные контакты 3 соединены с траверсой 6, которая может поворачиваться относительно точки О1. На противоположном конце траверсы 6 укреплен якорь 7 электромагнитного привода с магнитопроводом 8 и обмоткой 9. Под магнитопроводом 8 имеется пружина сжатия 10, которая обеспечивает более плотное прилегание якоря к магнитопроводу при срабатывании элек-

Рис. 49

тромагнита и смягчает возникающий при этом удар. Последовательно с коммутируемой цепью включено тепловое защитное реле 11. При токах перегрузки тепловое реле 11 срабатывает и своими контактами (на рис. 49 не показаны) разрывает цепь питания катушки 8, траверса 6 под действием возвратной пружины 12 отходит вправо и происходит отключение главной цепи. Номинальный ток пускателей обычно не превышает 200 А при максимальном напряжении до 660 В. В технических данных пускателей обычно указывается номинальный ток и номинальная мощность двигателя при различных напряжениях. Пускатели могут быть нереверсивными и реверсивными. В реверсивном пускателе имеются два блока контактов с механической блокировкой. Это допускает возможность включения только одного блока. Реверс электродвигателя осуществляется за счет изменения последовательности подключаемых фаз, что заранее обеспечивается соответствующим включением каждого из контактных блоков.