5 Параметры объекта, подлежащие измерению, а также их связь с физическим функционированием объекта

В качестве основных параметров контакторов, характеризующих их как изделия, выступают следующие показатели:

• номинальное напряжение U_n силовой цепи;

• номинальный ток I_n силовой цепи;

• предельная коммутационная способность I_k (или соответствующая ему мощность P_пр) – максимальный ток (соответствующая ему мощность), который (которая) при заданных условиях эксплуатации может быть отключен (отключена) без повреждения контактной системы и дугогасительных устройств;

• напряжение управления U_y: при постоянном токе – 12, 24, 110, 220 В; при переменном токе – 12, 27, 127, 220, 380, 660 В.

Основными характеристиками контактора являются механическая и тяговая характеристики. От оптимального согласования этих характеристик во многом зависит надежная и долговечная работа контактора.

Механическая характеристика – это зависимость силы сопротивления движению подвижной системы F_сопр от перемещения s якоря электромагнитного механизма или, если перемещение якоря связано с его вращением, то зависимость момента М_сопр, создаваемого силами сопротивления движению подвижной системы контактов, от угла поворота α якоря электромагнитного механизма, т.е. F_сопр = f (s) или M_сопр = f (α).

Указанные силы сопротивления создаются реакциями возвратных (отключающих) и контактных пружин, а также силами трения. Эти силы должны рассматриваться в неподвижной системе координат, привязанной к точкам крепления неподвижных контактов.

Математическая зависимость для механической характеристики представляет

собой кусочно-линейную функцию со скачком при s = s_кас. Линейные участки этой зависимости определяются линейностью закона упругого взаимодействия (закона Гука), описывающего реакции соответственных пружинных элементов. Так, при изменении положения якоря от s = s_н до s = s_кас, сила сопротивления его движению возникает только за счет наличия трения в узлах и реакции возвратных пружин при их растяжении. После достижения якорем положения s = s_кас подвижные и неподвижные контакты соприкасаются, и к ранее действовавшим усилиям добавляются реакция от деформации

контактных пружин, а также реакция контактных деформаций. При условии постоянства трения в конструктивных узлах, а также, если податливость контактных поверхностей существенно ниже податливости контактных пружин, на участке перемещений от s = s_кас до s = s_к величина силы F­_сопр определяется суммарным действием контактных и возвратных пружин. Поэтому скачок механической характеристики при s = s_кас даёт возможность определить отношение R_конт/R_возвр, где R_конт – реакция контактных пружин, а R_возвр – реакция возвратных пружин соответственно. Пример механической характеристики контактора представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Механическая характеристика контактора

Статическая тяговая характеристика – это зависимость величины тягового усилия F_тяг, действующего на якорь электромагнитного механизма со стороны магнитного поля сердечника от перемещения s якоря при неизменной величине напряжения, приложенного к обмотке сердечника, или, если перемещение якоря связано с вращением, то зависимость момента М_тяг, создаваемого силами, действующими на якорь со стороны магнитного поля сердечника, от угла поворота α якоря при неизменной величине напряжения, приложенного к обмотке, т.е. F_тяг = φ (s) или M_тяг = φ (α). Все рассматриваемые усилия должны определяться в одной неподвижной системе координат, связанной с точками крепления неподвижных контактов.

Математическая зависимость для тяговой характеристики F_тяг = φ (s) представляет собой квадратичную гиперболу:

где А – постоянная конкретного электромагнитного механизма.

Для нормальной работы контактора необходимо, чтобы тяговая характеристика располагалась на графике выше механической, то есть, чтобы при любом значении s = s_н + δ, где δ – величина воздушного зазора, соблюдалось неравенство F_тяг(s) > F_сопр(s). Контактор срабатывает только тогда, когда при s = s_н величина F_тяг становится больше F_сопр, и, наоборот, если при s = s_к значение F_тяг станет меньше F_сопр, то контактор отключается. Остановка подвижной системы контактора в промежуточном положении недопустима как при срабатывании, так и при отключении.

Сила притяжения в электромагнитном механизме контактора может быть определена по формуле Максвелла:

где B_δ = Ф/ S_δ – индукция в рабочем зазоре, Тл;

S_δ – площадь сечения воздушного зазора, м²;

µ₀ = 4π∙10^-7 Гн/м – магнитная постоянная воздуха.

Магнитное сопротивление воздушного зазора электромагнита определяется выражением:

где δ – длина воздушного зазора, м.

Магнитный поток определяется уравнением закона Ома для магнитной цепи:

где (Iw) – магнитодвижущая сила, развиваемая электромагнитом, А.

Пример статической тяговой характеристики представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 – Статическая тяговая характеристика контактора

Временные характеристики электромагнитного механизма представляют собой зависимости:

- t_сраб = f(U_y­) – времени срабатывания t­_сраб­ (собственного времени включения, собственного времени замыкания) от напряжения управления U_y;

- t_возвр = f(U_y­) – времени возврата t_возвр­ (собственного времени отключения, собственного времени размыкания) от напряжения управления U_y.

Время срабатывания t_сраб определяет интервал времени между включением напряжения управления U­_y и моментом замыкания контактов. Время возврата t_возвр определяет интервал

времени между снятием напряжения управления U_y и моментом размыкания контактов.

Временные характеристики дают представление о параметрах рабочего цикла электромагнитного механизма контактора и позволяют судить о значениях указанных параметров. Типичный вид временной характеристики приведен на рисунке 6.

Рисунок 6 – Типичный вид временной характеристики

Временные характеристики снимаются в диапазоне изменения напряжения от U_n до минимального напряжения срабатывания контактора U_min. Это дает возможность определить допустимое снижение напряжения управления.