книги / Электрические аппараты. Общий курс

вается на спаде потока, так как цепь обмотки быстро разрывается отлючающим аппаратом. Этот процесс в ос­ новном определяется токами, циркулирующими в мас­ сивных элементах магнитной цепи (в основном за счет токов в цилиндрическом сердечнике, ‘ на котором сидит катушка). Ввиду большого удельного электрического сопротивления стали эти точки создают небольшое замед­ ление в спадании потока. В контакторах на 100 А соб­ ственное время отключения составляет 0,07 с, а в кон­ такторах 630 А — 0,23 с. В связи с особыми требования­ ми, предъявляемыми к контакторам серии КМВ, кото­ рые предназначены для включения и отключения элек­ тромагнитов приводов масляных выключателей, электро­ магнитный механизм у этих контакторов допускает регулировку напряжения срабатывания и напряжения от­ пускания за счет регулирования силы возвратной пружи­ ны и специальной отрывной пружины. Контакторы типа КМВ должны работать при глубокой посадке напряже­ ния. Поэтому минимальное напряжение срабатывания у этих контакторов может спускаться до 65% £/н. Такое 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 вклю­ чаться под напряжение только кратковременно (время включения не должно превышать 15 с) v

Схема включения электромагнита контактора для пу­ ска двигателя аналогична схеме пускателя — рис. 10-14.

10-3. Контакторы переменного тока

а) Коммутирующее устройство. Контакторы перемен­ ного тока выпускаются на токи от 100 до 630 А. Число главных контактов колеблется от одного до пяти. Это отражается на конструкции всего аппарата в целом. Н аи­ более широко распространены контакторы трехполюсно­ го исполнения. Наличие большого числа контактов при­ водит к увеличению усилия и соответственно момента, необходимых для включения аппарата.

На рис. 10-7, а представлен разрез контактора КТ6000 по магнитной системе, а на 10-7, б — по контактной и дугогасительной системам одного полюса. Подвижный контакт 1 с пружиной 2 укреплен на изоляционном рыча­ ге 3, связанном с валом контактора. Вследствие более

легкого гашения дуги переменного тока раствор контак­ тов может быть взят небольшим. Уменьшение раствора дает возможность приблизить контакт к оси вращения. Малое расстояние точки касания контактов от оси вра­ щения позволяет уменьшить силу электромагнита, необ­ ходимую для включения контактора, что дает возмож­ ность уменьшить габариты и потребляемую мощность

распространена в пускателях. Быстрое гашение дуги, отсутствие гибкой связи являются большим преимущест­ вом такой конструкции.

Применяется как прямоходовая система (рис. 10-13), так и с вращением якоря (рис. 10-8). В первом случае якорь движется поступательно. Подвижные контакты свя­ заны с якорем и совершают тот же путь, что и якорь. При

передаче усилия контактных пружин к якорю из-за от­ сутствия рычажной системы нет выигрыша в силе. Элек­ тромагнит должен развивать усилие большее, чем сумма сил контактных пружин и веса якоря (в контакторах с вертикальной установкой).

Ркс. 10-8. Контактор пускателя серии ПА.

В большинстве выполненных по этой схеме контак­ торов наблюдается медленное нарастание силы контакт­ ного нажатия, из-за чего имеет место длительная вибра­ ция контактов (до 10 мс). В результате происходит силь­ ный износ контактов при включении. Поэтому такая кон­ струкция применяется только при небольших номиналь­ ных токах. Более совершенным является контактор, который имеет мостиковую систему и рычажную пере­ дачу усилий от контактов к якорю электромагнита [Л .10-2]. Разрез такого контактора на ток 60 А показан на рис. 10-8. Каждый пблюс имеет два неподвижных кон­ такта 1 и один мостиковый контакт 2. Места касания контактов облицованы металлокерамическим материа­

лом (серебро — окись кадмия). Нажатие контактов соз-' дается пружиной 3. Контактный мост имеет малую массу и выполнен самоустанавливающимся.

Расстояние от оси вращения до места расположения контактов в 2,5 раза меньше, чем расстояние от оси вра­ щения до точки крепления якоря 4. Такая кинематика позволяет увеличить силу нажатия при данных габаритах электромагнита. Близкое расположение контактов к оси вращения снижает скорость движения контактов. М алая

Рис. 10-9. Зависимость раствора контактов, обеспечивающего гаше­ ние дуги, от величины тока при различных условиях.

масса моста, низкая скорость в момент касания, большая сила нажатия способствуют резкому снижению вибрации (она длится всего 0,3 мс). При этом коммутационная из­ носостойкость возрастает до 2 - 106 операций включения

иотключения.

Ввысокочастотных контакторах (500— 10 000 Гц) су­ щественно возрастают потери в токоведущих частях из-за эффекта близости и поверхностного эффекта. Для эффек­ тивного отвода тепла целесообразно использование водя­ ного охлаждения [Л .2-6, 3-4].

б) Гашение дуги в контакторах переменного тока. Особенности процесса гашения дуги переменного тока рассмотрены в гл. 4.

Вопрос гашения дуги переменного тока в низковольт­ ных аппаратах подробно изучен О. Б. Броном [Л. 3-3].

На рис. 10-9 изображены экспериментальные зависи­ мости раствора контактов, необходимого для гашения ду­ ги, от величины тока цепи. Коэффициент мощности цепи

cos <p меняется в пределах от 0,2 до 1. Контактор имеет один разрыв на полюс и не снабжен никаким дугогаси­ тельным устройством.

В случае активной нагрузки (cos ср=1) гашение дуги происходит при растворе контактов примерно 0,5-10-3 м при любом токе и любом напряжении (до 500 В), кривая 3 рис. 10-9.

При индуктивной нагрузке (cos ср=0,2—0,5) такое же гашение имеет место при напряжении до 220 В. Это объясняется тем, что гашение дуги происходит за счет практически мгновенного восстановления электрической прочности 200—220 В около катода (см. § 4-8).

При напряжении источника питания, не превышаю­ щем 220 В, для гашения дуги необходим всего один раз­ рыв на полюс. Никаких дугогасительных устройств не нужно.

Если в цепи полюса аппарата создавать два разрыва, например, за счет применения мостикового контакта, то дуга надежно гасится за счет околоэлектродной прочно­ сти при напряжении сети 380 В. На основании этих дан­ ных в настоящее время широко применяются контакторы с двукратным разрывом цепи в одном полюсе. При ин­ дуктивной нагрузке (cos cp = 0,2-f-0,5) и напряжении ис­ точника свыше 380 В величина восстанавливающегося напряжения становится большеоколокатодной прочно­ сти. Кривые 1 и 2 сняты при cos ф =0,2ч-0,5 и напряже­ ниях источника 500 и 380 В. Гашение дуги в этом случае зависит от процессов в столбе дуги и нагрева электродов током [Л.. 4-5].

Кривые 1 и 2 рис. 10-9 аналогичны кривым рис. 10-3, полученным для постоянного тока. В области до 40—50 А гашение происходит за счет механического растяжения дуги. Максимальный раствор, требуемый для гашения, составляет 7- 10~3 м. При токах более 50 А необходимый раствор уменьшается. Гашение происходит за счет дей­ ствия на дугу электродинамических сил. При токе более 200 А гашение происходит при растворе менее 10~3 м. Таким образом, наиболее тяжелой для гашения является величина тока 40—50 А. Исследования показали, что увеличение раствора сверх 8 - 10~3 м не влияет на процесс гашения дуги.

Для эффективного гашения дуги, уменьшения износа контактов могут быть использованы следующие системы:

1. Магнитное гашение дуги с помощью катушки тока

и дугогасительной камеры с продольной или лабиринт­ ной щелью (рис. 10-5).

2. Дугогасительная камера с деионной решеткой из стальных пластин.

В системе магнитного дутья с катушкой тока сила, действующая на дугу, пропорциональна квадрату тока. Поэтому и при переменном токе 'на дугу действует сила, неизменная по направлению. Сила пульсирует с двойной частотой во времени (так же, как электродинамическая сила, действующая на проводник). Средняя сила получа­ ется такой же, как и при постоянном токе, при условии, что постоянный ток равен действующему значению пере­ менного тока. Указанные соотношения справедливы, ког­ да потери в магнитной системе катушки дутья отсутству­ ют и поток по фазе совпадает с током. Несмотря на эф ­ фективную работу этого устройства, в настоящее время оно применяется только в контакторах, работающих в тяжелом режиме (число включений в час более 600).

Недостатками этого метода гашения являются: уве­ личение потерь в контакторе цз-за потерь в стали маг­ нитной системы дугогашения, что ведет к повышению температуры контактов, расположенных вблизи дугога­ сительного устройства, и возможность возникновения больших перенапряжений из-за принудительного^ обры­ ва тока (до естественного нуля).

Значительное увеличение электрической износостойко­ сти контактов (до 15-106) можно получить, шунтируя контакты тиристорами (§ 13-9).

Применение для гашения катушки напряжения на переменном токе исключается из-за того, что сила, дейст­ вующая на дугу, меняет свой знак, так как поток, созда­ ваемый магнитной системой дугогашения, сдвинут по фа­ зе относительно отключаемого тока. Если ток и поток имеют один знак, сила положительна, если же ток и по­ ток имеют разные знаки, то сила отрицательна.

Довольно широкое распространение получила дугога­ сительная камера с деионной решеткой из стальных пла­

ученому М. О. Доливо-Добровольскому. Принципиальная схема дугогасительного устройства дана на рис. 10-10,6. Дуга 1, возникающая после расхождения контактов, втя­ гивается в клиновидный паз параллельно расположен­

ных стальных пластин 2 (см. § 1-7). В верхней части дуга пересекается пластинами и разбивается на ряд коротких дуг 3. При вхождении дуги в решетку возникают силы, тормозящие движениедуги [Л. 3-3]. Для уменьшения этих сил дуга, смещенная относительно середины ре­ шетки, вначале пересекает пластины с нечетными номе­ рами, а потом уже с четными (рис. 10-10,6). После того как дуга втянется в решетку и разобъется на ряд ко­ ротких дуг, в цепи возникает дополнительное падение

напряжения А на каждой паре электродов. Это падение напряжения составляет 20—30 В. Из-за наличия этого падения напряжения ток в цепи пройдет через нуль ра­ нее своего естественного нулевого значения. При этом уменьшается восстанавливающееся напряжение промыш­ ленной частоты, а следовательно, и пик восстанавлива­ ющегося напряжения (рис. 10-10, а).

Гашение дуги произойдет, если O i> i7 ^ aKC, где С —

околокатодная прочность. При надлежащем выборе числа пластин п гашение дуги происходит при первом

коррозии, они покрываются тонким слоем меди или цин­ ка. Несмотря на быстрое гашение дуги, при частых вклю­ чениях и отключениях происходит нагрев пластин до

очень высокой температуры. Возможно даже прогорание пластин. В связи с этим число включений и отключений в час у контакторов с деионной решеткой не превышает

600(контактор КТ-7000).

Вновых контакторах, применяемых в пускателях се­

рии ПА, применяется двукратный разрыв на каждый по­ люс (рис. 10-8). Для того чтобы уменьшить оплавление контактов, они охвачены стальной скобой. При образо­ вании дуги на нее действует электродинамическая сила втягивания дуги в эту скобу. Движению опорных точек дуги по контакту помогают также электродинамические силы, возникающие за счет взаимодействия дуги с током в подводящих проводниках и арматуре контактов. Здесь, так же как и в решетке для гашения дуги, используется околокатодная прочность, возникающая после прохода тока через нуль. Два разрыва и магнитное дутье за счет стальной скобы и поля подводящих проводников обеспе­ чивают надежную работу при напряжении до 500 В. Кон­ тактор на номинальный ток 60 А отключает десятикрат­ ный ток короткого замыкания при напряжении 450 В и cos <р = 0,3.

в) Дугогасительные устройства высокочастотных контакторов. В высокочастотных установках для обес­ печения нормальных условий работы генераторов cosq> цепи стремятся приблизить к единице. Как было пока­ зано в § 4-9, гашение дуги в этом случае получается более тяжелым, чем при cos <р = 0.

Исследования [Л. 3-3] показали, что для гашения ду­ ги с током высокой частоты (/> 5 0 0 Гц) дугогаситель­ ная решетка со стальными пластинами не может приме­ няться. Высокочастотный поток, проходя по стальным пластинам, наводит в них э. д. с., пропорциональную ча­ стоте. Возникающий под действием этой э. д. с. ток в пла­ стинах создает поток, который, взаимодействуя с током дуги, выталкивает дугу из решетки. Чем больше частота, тем больше выталкивающая сила. Если стальные пласти­ ны заменить на латунные, то выталкивающая сила умень­ шается, так как магнитная проницаемость латуни значи­ тельно меньше, чем у стали. Следовательно, поток в пла­ стинах латуни будет значительно меньше, чем в сталь­ ных пластинах. Однако при этом силы, втягивающей дугу в решетку, не возникает и необходимо применение токо­ вой катушки магнитного дутья. Подобная система ис­ пользована в контакторе, изображенном на рис. 10-11, а.

боту в цепи с частотой до 8000 Гц и напряжением до 1500 В, показан на рис. 10-11,6. Контактор имеет два полюса. В каждом полюсе имеются главный контакт 2 и включенный параллельно ему дугогасительный контакт 3 с токовой .катушкой магнитного дутья. Привод контак­ тов осуществляется электромагнитом 1. При отключении вначале размыкаются главные контакты и ток перебра­ сывается в катушку, после чего размыкаются дугогаси­ тельные контакты. Дуга гасится в камере под действием магнитного поля так же, как и на частоте 50 Гц. Во включенном положении катушка и дугогасительиый кон­ такт шунтированы главным контактом, поэтому падение напряжения на катушке практически равно нулю. При размыкании главных контактов на них появляется напря­ жение, равное падению напряжения на катушке, которое может быть довольно большим, так как индуктивное со­ противление пропорционально частоте. Это затрудняет переброс тока в цепь дугогасительных контактов. Дугога­ сительная система контактора (рис. 10-11,6) обеспечива­ ет отключение тока, равного 2 / н. При использовании кон­ такторов на более низкой частоте отключаемый ток уве­ личивается.

Процесс гашения дуги в таких контакторах длится до 500 полупериодов высокой частоты, что является их не­ достатком.

д) Электромагнитный механизм контактора перемен­ ного тока. Для привода контактов широкое распростране­ ние получили электромагниты с Ш-образным и П-образ- ным сердечниками.

Магнитопровод состоит из двух одинаковых частей, одна из которых укреплена неподвижно, другая связана через рычаги с контактной системой. В электромагнитах старой конструкции для устранения залипания якоря между средними полюсами Ш-образной системы делался зазор. При включении удар приходился на крайние по­ люсы, что приводило к их заметному расклепыванию. В случае перекоса якоря на рычаге возможно разруше­ ние поверхности полюса сердечника острыми кромками якоря. В современных контакторах (серии ПА) [Л .10-2] для устранения залипания в цепь введена магнитная про­ кладка 4 (рис. 10-8). Во включенном положении все три зазора равны нулю. Это позволяет уменьшить износ по­