книги из ГПНТБ / Головин Ю.К. Судовые электрические приводы. Устройство и эксплуатация учебник

Замкнутого подвижного контакта к неподвижному, если бы послед­ ний был удален. Чем больше износ контактов, тем меньше провал.

При ненормально малом провале приходится заменять контакты новыми. Раствором контактов называют кратчайшее расстояние В

между контактными поверхностями полностью разомкнутых контактов. Чем раствор больше, тем быстрее гасится дуга при размыкании кон­ тактов. Если раствор почему-либо значительно уменьшится по сравне­ нию с нормальным, дуга будет сильно оплавлять контакты. Раствор регулируют упором, ограничивающим ход якоря при отпадении от сердечника. Нормальная величина провала от 2,5 до 7 мм, раствора —

от 7 до 21 мм. Эти величины приводят­

тактора в магнитопроводе, изготовленном из ферромагнитного матери­ ала, сохраняется остаточная магнитная индукция. Соответствующая ей сила притяжения якоря к сердечнику может оказаться больше от­ рывной силы отключающей пружины или силы массы якоря. В таком случае якорь не отпадает и контакты аппарата не разомкнутся. Это явление называют прилипанием якоря. Для уменьшения силы притя­ жения, обусловленной остаточной индукцией, искусственно увеличи­ вают магнитное сопротивление магнитной цепи аппарата, образуя при помощи немагнитной прокладки зазор между частями магнитопровода.

Их включают на полное напряжение цепи управления. Катушки на­ матывают из большого числа витков тонкой эмалированной мед­ ной проволоки (20—25 тыс. витков). Для улучшения охлаждения высоту катушек принимают в четыре-пять раз больше их толщины. Тепловые потери в катушке составляют 20—75 Вт. Ток катушек не­ большой — порядка десятых ампера.

120

Назначение втягивающей катушки — создать магнитный поток, до­ статочный для надежного притяжения якоря к сердечнику и четкого замыкания контактов. Намагничивающая сила катушки, выраженная в ампер-витках, равна

напряжения и сопротивления обмотки, которое в свою очередь зависит от температуры катушки. Прй снижении напряжения питающей сети и нагрева катушки ее намагничивающая сила уменьшается.

изменной на всем протяжении процесса притяжения якоря. Однако магнитный поток, обусловленный этой и. с., непостоянный. Как извест­ но из электротехники, он равен

где R M— магнитное сопротивление магнитной цепи.

В момент включения при наличии воздушного зазора между яко­ рем и сердечником магнитное сопротивление велико и магнитный по­ ток незначителен, по мере приближения якоря к сердечнику и умень­ шения воздушного зазора магнитный поток возрастает и соответствен­ но увеличивается сила притяжения якоря. Необходимое условие нор­ мальной работы контактора— превышение тягового усилия контактора усилия сопротивления, создаваемого тяговой пружиной.

Начальный воздушный зазор между якорем и сердечником кон­ тактора при отпущенном якоре делают по возможности малым для уменьшения магнитного сопротивления магнитной цепи и, следователь­ но, для уменьшения н. с. катушки, необходимой для притяжения якоря. Но величина воздушного зазора обусловлена раствором контактов,

исделать ее слишком малой нельзя. В связи с этим в контакторах

споворотным якорем контакты располагают на большем плече отно­ сительно оси вращения, чем якорь. В контакторах на силу тока от 40 до 600 А воздушный зазор равен соответственно 4— 13 мм в зависимости от величины аппарата.

Ко э ф ф и ц и е н т в о з в р а т а . При полностью притянутом якоре тяговый момент значительно больше момента сопротивления.

Вэтом положении первый из них играет роль удерживающего, а вто­ рой — отрывного. Чтобы якорь под действием отрывного момента отпал от сердечника, нужно значительно уменьшить удерживающий

121

момент, а для этого снизить напряжение, подведенное к катушке. На­ ибольшее напряжение, при котором якорь полностью отпадает, назы­ вается напряжением отпускания. Оно составляет (0,154-0,2) U п. Наи­

меньшее напряжение, при котором якорь полностью притягивается, называется напряжением срабатывания. Оно должно быть не более 0,8 U „. Отношение напряжения отпускания U0Tn к напряжению сраба­ тывания Ucр называется коэффициентом возврата:

Чем этот коэффициент выше, чем он ближе к единице, тем четче ра­ ботает контактор.

Для увеличения коэффициента возврата в некоторых типах контак­ торов после притяжения якоря в цепь катушки автоматически вклю­ чат так называемое экономическое сопротивление. Ток в катушке снижа­

ется, удерживающий момент тоже. Последний при этом оказывается ненамного больше отрывного момента, Ti якорь контактора отпадает при меньшем снижении напряжения сети, чем при отсутствии экономи­ ческого сопротивления. Кроме того, экономическое сопротивление сни­ жает тепловые потери в катушке контактора. Отсюда и название этого сопротивления.

С о б с т в е н н о е в р е м я . Для контакторов, управляющих электроприводами повторно-кратковременного режима, характерно частое включение и выключение. В этом случае играет роль собствен­ ное время включения и выключения аппарата, которое может оказать­ ся соизмеримым со временем разгона управляемого электродвигателя. Время срабатывания контактора — это промежуток времени от момен­ та включения тока в цепь втягивающей катушки аппарата до момента касания контактов. Оно равно 0,1—0,2 с, а у контакторов большей ве­ личины доходит до 0,3 с. Время отпускания — это промежуток времени от момента размыкания тока в цепи втягивающей катушки до момента размыкания тока в цепи главных контактов. Оно обычно в два-трн раза меньше времени срабатывания.

З а м ы к а ю щ и е и р а з м ы к а ю щ и е ко и т а к т ы . Главные контакты контактора, изображенного на рис. 63, замыкаются, когда якорь притягивается к сердечнику. Такие контакты называют замыкающими. Есть контакторы, у которых главные контакты при по­

даче напряжения на втягивающую катушку не замыкаются, а, напро­ тив, размыкаются. Такие контакты называют размыкающими. По весь­

ма еще распространенной терминологии замыкающие контакты называ­ ют нормально открытыми, а размыкающие — нормально закрытыми. При этом нормальным считают такое положение контактов, которое

одновременно и замыкающий и размыкающий главные контакты. Та­ кой контактор, изображенный на рис. 67, называется двусторонним. При подаче напряжения на втягивающую катушку 1 замыкающие кон­ такты 2 замыкаются, а размыкающие 5 размыкаются. Двусторонний

контактор работает как однополюсный переключатель на два направле-

122

Ийя: ток подводится к подвижным контактам и отводится от одного ИЗ неподвижных. Особенностью этого аппарата является сернесная удер­ живающая катушка 6. Она включена последовательно в цепь размыка­ ющих контактов. При отсутствии тока в этой цепи якорь 3 прижимается

гих электромагнитных аппаратов, цепи сигнальных приборов и т. д. Токи в этих цепях небольшие, поэтому блок-контакты не имеют дугогасительного устройства. По форме они бывают пальцевыми, как на рис. 6 8 , а, а чаще мостиковыми (рис. 6 8 , б). Мостиковые

контакты разрывают цепь в двух местах, что улучшает дугогашение. Контактный мостик делают из латуни, а собственно контакты — из се­ ребра. Блок-контакты, как и главные, снабжены нажимной пружи­ ной. Подвижный контакт, или контактный мостик, прикрепляют к яко-

123

контактора якорь нажимает на выступающий штырь, и одни контакты размыкаются, а другие замыкаются. При отключении контактора пру­ жина возвращает штырь на прежнее место, и контакты занимают исход­ ное положение. У контакторов обычно бывает по нескольку замыкаю­ щих и размыкающих блок-контактов, общее количество которых дохо­ дит до шести. У блок-коитакторов, у которых главных контактов нет, число блок-коптактов доходит до двадцати четырех.

Контакторы переменного тока. Принцип действия контакторов пе­ ременного тока такой же, как контакторов постоянного тока, по устро­ ены они несколько иначе. Для примера рассмотрим контактор серии КТ (рис. 69) на ток 150 А.

Магпптопровод аппарата состоит из неподвижного ярма /, на сердечнике которого находится втягивающая катушка 4, и поворот-

г

Рис. 68. Блок-контакты контакторов:

а — пальцевые; б — мостнковые; о — кнопочного типа

ного якоря. 5. На крайних торцах ярма установлены так называемые короткозамкнутые витки 2 — латунныерамки, вставленные в специаль­

ные прорези н охватывающие часть магнитопровода. Отключающей пружины здесь нет, и якорь отпадает от ярма после отключения катуш­ ки только под действием собственной массы. Такого рода магнитные системы называются неуравновешенными. Во избежание самопроиз­ вольного перемещения отпавшего якоря к ярму, которое может про­ изойти из-за качки судна, магнитная система контактора снабжена защелкой 3. При подаче напряжения на катушку защелка под дейст­

вием потока рассеяния поворачивается против часовой стрелки, сжимая при этом свою пружину, и дает возможность якорю притянуться к ярму. Якорь поворачивает горизонтальный вал аппарата 6. На валу укреплены изолированные от него три подвижных главных контакта 9,

снабженные нажимными пружинами. Подвижные контакты соединены гибкими медными перемычками 10 с нижними выводными клеммами 12, установленными на изоляционной плите 11, на которой смонтированы

также все остальные детали аппарата. Неподвижные главные контакты 13 соединены с верхними выводными клеммами, которые тоже обозна­ чены на рисунке цифрой 12. Контакты помещены внутри цементно-

124

7

- ^ 1 А

Рис. 69. Контактор переменного тока типа КТ-ЗОЗЗМ

асбестной дугогасительной камеры 7, показанной в разрезе. Внутри камеры над контактами вертикально расположены стальные омеднен­ ные пластины 8, образующие так называемую денониую решетку.

К горизонтальному валу аппарата левее главных контактов прикреп­ лены мостиковые блок-контакты 14.

Ознакомимся с особенностями устройства контакторов перемен­ ного тока по сравнению с контакторами постоянного тока.

М а г н и т о п р о в о д . Магнитопроводы контакторов перемен­ ного тока не сплошные, а шихтованные — они собраны на заклепках из многих тонких пластин, выштампованных из листов электротехни­ ческой стали. Пластины изолированы друг от друга слоем окалины. Это сделано для уменьшения нагрева магнитопровода вихревыми то­ ками. Магнитные системы бывают с поворотным якорем и прямоходные. В первом случае ярмо и якорь имеют чаще всего Е-образную форму, а во втором — Ш-образную. Катушка размещается на среднем керне ярма. Для плотного прилегания якоря и ярма их соприкасающиеся тор­ цовые поверхности шлифуют. Этим уменьшают до минимума длину воз­ душного зазора, существенно влияющего на нагрев аппарата. С той же целью в некоторых типах контакторов якорь закрепляют не жестко, а с небольшими зазорами, дающими ему возможность самоустанавливаться, т. е. плотнее прижиматься к ярму. От ударов якоря о ярмо при включениях аппарата шлифованные поверхности этих деталей разбива­ ются, становятся неровными. Поэтому в современных типах контакто­ ров ярмо закрепляют тоже нежестко, причем между ним и изоля­ ционной панелью помещают плоскую пружину, амортизирующую удары. Ярмо получает возможность самоустанавливаться относитель­ но якоря, что обеспечивает особо плотное соприкасание торцов этих деталей.

Для предохранения якоря от прилипания в магнитопроводе остав­ ляют между средними кернами конечный воздушный зазор длиной 0,15— 0,20 мм. С той же целью в контакторах с П-образным магнитопроводом, имеющим только два керна, ярмо делают составным, разрезая его по­ перек на две части. В щель между ними помещают тонкую немагнит­ ную прокладку и соединяют их боковыми накладками.

К о р о т к о з а м к н у т ы й в и т о к . По втягивающей катуш­ ке аппарата протекает переменный ток, изменяющийся во времени по синусоидальному закону:

где / м — амплитуда тока; a t — фазный угол.

Подставим в уравнение (127), справедливое и для этого случая,

126

Следовательно, магнитный поток также изменяется по синусоидаль­ ному закону, совпадая по фазе с намагничивающим током. Согласно закону Максвелла сила притяжения якоря F пропорциональна квад­

рату потока, следовательно, ее значение определится выражением

Рассматривая последнее уравнение, замечаем, что сила притяжения

зависит от фазного угла. При соt = ~ sinco^ = 1 и F принимает макси­

мальное значение; при Ы = 0 и F равно нулю. Вспомнив, что фаз­ ный угол «it — 2nft, г д е /— частота тока, равная 50 Гд, устанавливаем,

что сила притяжения будет пульсировать с частотой 2/ = 100 Гц, т. е. что она 100 раз в секунду будет равна нулю. Кривые изменения потока Ф и силы F показаны на рис. 70, а.

Рис. 70. Принцип действия короткозамкнутого витка магнитной системы аппара­ тов переменного тока

127

кольку изменение силы во времени происходит очень быстро, а якорь обладает механической инерцией, отпасть от ярма он не успеет, и контакты аппарата не разомкнутся. Но якорь из-за пульсации силы притяжения будет непрерывно вибрировать, создавая неприятный шум; контактор будет сильно гудеть, жужжать, мешать работать об­ служивающему персоналу. В результате вибрации ослабевает нажим на контакты, а это может привести к их свариванию.

Для устранения описанного явления во всех аппаратах переменно­ го тока устанавливают короткозамкнутые витки. Виток охватывает часть магнитопровода, обычно 2/3 его сечения (рис. 70, б). Эту часть

назовем экранированной, а вторую, не охваченную витком, — неэкранированной. Магнитный поток Ф, созданный втягивающей катушкой, частично проходит по экранированной части магнитопровода (обозна­ чим его Фэ), а частично — по неэкранированной (обозначим его Ф„).

потока Фк, совпадающего с ним по фазе и охватывающего виток, из-за чего он направлен относительно потоков Фэ и Фи по-раз­ ному: если в данный момент времени поток Ф 1( совпадает по направле­ нию с одним из них, то по отношению к другому он направлен встречно.

Допустим, что в данное мгновение направление потоков Фэ, Фк и Ф н такое, как показано на рис. 70,6 и в. Рассмотрим силы притяжения,

которые возникают в экранированной и неэкранированной частях магнитопровода. Для этого сначала найдем результирующий поток экранированной части Фр.э, равный алгебраической сумме потоков Фэ

и Фк, второй из которых отстает по фазе от первого примерно на

На рис. 70, г показаны синусоиды обоих потоков и результирующая

кривая, полученная способом графического сложения этих синусоид. То же самое построение проделаем для неэкранироваиной части магни­ топровода (рнс. 70, д), учитывая, что в тот же момент времени поток

графиках построим в соответствии с уравнением (132) кривые измене­ ния сил притяжения Fg и F H. Сопоставляя их, замечаем, что когда одна

из этих сил равна нулю, другая близка к максимуму. Сложим графи­ чески обе кривые на рис. 70, е. Результирующая кривая F' = / (/)

показывает, что в любой момент времени пульсирующая сила притяже­ ния якоря не равна нулю. Следовательно, в результате применения ко­ роткозамкнутого витка вибраций якоря не происходит.

К а т у ш к а . Втягивающие катушки контакторов переменного тока не цилиндрические, а прямоугольные — по форме сердечников, на которых они размещаются. По сравнению с катушками контакторов постоянного тока они короче, но большей толщины. Отношение высоты

128

катушки к толщине у контакторов переменного тока равно всего 1,5— 2. Это вызвано тем, что у аппарата переменного тока катушка нагре­ вается не только при протекании тока по ней, но и вследствие соприкос­ новения с сердечником. В магнитопроводе аппарата пз-за вихревых то­ ков и перемагннчпванпя выделяется гораздо больше тепла, чем в са­ мой катушке. Снижение высоты катушки приводит к уменьшению по­

большое влияние на индуктивное сопротивление катушки, а значит, и на ее ток. Когда якорь контактора находится в наибольшем удале­ нии от ярма, индуктивное сопротивление катушки наименьшее, а ток в катушке максимальный. Его называют пусковым током катушки кон­ тактора. Он в несколько раз больше, чем рабочий ток катушки, обу­ словленный конечным воздушным зазором в магнитной системе ап­ парата. Пусковой ток влияет на нагрев катушки. При большом числе очень часто повторяющихся включений контактора катушка может не­ допустимо перегреться. Для контакторов постоянного тока такой ре­ жим гораздо менее опасен.

Поскольку рабочий ток катушки зависит от величины конечного воздушного зазора, последний стараются сделать по возможности наи­ меньшим. Если во врем*я эксплуатации шлифованные торцы якоря и яр­ ма становятся неровными или еслн(между ними попадает грязь, катушка перегревается и изоляция ее может сгореть.

Активное сопротивление катушки мало, и его изменение мало ска­ зывается на токе катушки. Повышение напряжения сети здесь более опасно,чем для контакторов постоянного тока, так как при этом воз­ растает насыщение магнитной системы и намагничивающий ток катуш­ ки увеличивается. Собственное время включения у контакторов пере­ менного тока меньше, чем у контакторов постоянного тока, так как ток в катушке и поток в магнитопроводе нарастают здесь значительно быст­ рее. В среднем время срабатывания у них составляет 0,08—0,1 с, а вре­ мя отпускания — 0,02—0,05 с.

К о н т а к т ы. Количество главных замыкающих контактов кон­

и формы контактов у контакторов переменного тока такие же, как и у контакторов постоянного тока.