16.6. Контакторы, магнитные пускатели и контроллеры

Контактор представляет собой электромагнитный выключатель, приходящий в действие при замыкании или размыкании цепи оперативного тока. В отличие от реле контакторы рассчитываются на коммутирование больших токов, иногда при относительно высоком напряжении. Они применяются для управления приемниками электроэнергии достаточно большой мощности — крупными электродвигателями, нагревательными устройствами и т. п. Таким образом, контакторы работают как реле прямого действия и их электромагниты должны иметь большие значения хода и силы тяги.

Контактор управляется оперативным током вспомогательной цепи, причем это управление может выполняться простым нажимом одной кнопки в цепи оперативного тока (кнопочное управление).

На рис. 16.13 показано устройство электромагнитного контактора постоянного тока. Под действием оперативного (вспомогательного) тока в катушке 1 контактора к ее сердечнику 2 притягивается стальной якорь 3; последний, поворачиваясь вокруг оси 4, замыкает главные контакты 5 в цепи рабочего тока. Пружина 6 обеспечивает хороший нажим подвижного контакта. Главная цепь присоединена к выводам 7 цепи рабочего тока и содержит кроме главных контактов соединительный гибкий провод 8 и катушку магнитного дутья 9. Магнитным дутьем называется растягивание дуги между главными контактами под действием внешнего магнитного поля для ускорения ее гашения.

Рассматриваемый контактор помимо главной цепи замыкает также контакты 10 в цепи оперативного тока — так называемые вспомогательные контакты, служащие для выполнения вспомогательных операций управления. Контактор переменного тока входит как составная часть в магнитный пускатель.

Магнитный пускатель представляет собой комплектное устройство управления, состоящее из одного или нескольких электромагнитных контакторов, тепловых реле и кнопок управления. На рис. 16.14 показана схема магнитного нереверсивного пускателя переменного тока. Управление пускателем осуществляется при помощи двух кнопок — Пуск и Стоп. При нажатии кнопки Пуск замыкается цепь оперативного тока — от провода фазы А сети через контакты 4 теплового реле 5, через катушку 1 контактора, через контакты 4 другого теплового реле 5, через контакты кнопок Пуск и Стоп к проводу фазы С сети. Под действием оперативного тока содержащий катушку 1 электромагнит трехполюсного контактора притянет подвижный якорь. С последним жестко соединены главные подвижные 2 (образующие разрыв цепи главного тока в каждой фазе) и вспомогательные 3 контакты в цепи оперативного тока. Двигатель будет пущен в ход, когда замкнутся все эти контакты.

Замыкание вспомогательных контактов 3 нужно для того, чтобы образовать цепь оперативного тока помимо контактов кнопки Пуск и, таким образом, предупредить размыкание оперативного тока, когда кнопка Пуск после нажатия возвратится в исходное положение.

При нажатии кнопки Стоп цепь оперативного тока, содержащая катушку 1 контактора, размыкается, отпадает якорь, а главные контакты 2 под действием пружин размыкаются; двигатель останавливается.

Защита двигателя от перегрузок обеспечивается в магнитном пускателе двумя тепловыми реле 5 с биметаллическими элементами (см. рис. 16.6). Вследствие значительной тепловой инерции тепловые реле не обеспечивают защиту от токов короткого замыкания, поэтому для защиты от внезапных коротких замыканий в цепи главного тока должны быть установлены плавкие предохранители 6.

Контроллеры представляют собой коммутационные аппараты, дающие возможность простым поворотом ручки или маховичка не только включать и выключать электрические цепи, но и производить сложные переключения элементов в схемах управления электрических машин и аппаратов (например, пуск в ход, регулирование частоты вращения, реверсирование, торможение). Применение контроллера чрезвычайно упрощает работу обслуживающего персонала (водителя электровоза, рабочего у станка). Весьма наглядно устройство барабанного контроллера (рис. 16.15). На изолированном вращающемся валу 1 такого контроллера укреплены имеющие различную длину сегменты 2 (отрезки медных колец). Сегменты служат подвижными контактами, причем имеются отдельные сегменты, смещенные на различные углы по отношению друг к другу. Некоторые сегменты гальванически соединены между собой. Неподвижные контакты контроллера, так называемые контактные пальцы 3, укреплены на неподвижном изолированном основании 4. Каждому контактному пальцу соответствует определенный сегмент на вращающейся части. Контактные пальцы изолированы друг от друга, и к ним подведены провода, соединяющие контроллер с управляемой установкой. При поворачивании вала 1 сегменты 2 в определенной последовательности соприкасаются с контактными пальцами 3, вызывая необходимые переключения в управляемых электрических цепях установки.

На рис. 16.16 показана развернутая на плоскости схема применения контроллера для управления, двигателем постоянного тока с последовательным возбуждением. Здесь неподвижные контактные пальцы (3 на рис. 16.15) изображены в виде вертикального ряда кружков 1-10. В прямоугольнике Б штриховыми линиями показана развернутая на плоскость схема барабана контроллера; полоски изображают контактные сегменты барабана. Барабан контроллера имеет семь различных положений: I, II, III, 0, III', II', I'. В исходном положении барабана 0 двигатель выключен, так как все контактные пальцы касаются лишь изолированной поверхности барабана. Повороту барабана в положение I на схеме соответствует совмещение вертикальной линии I со столбцом контактных пальцев. При этом цепь тока замкнута через последовательную обмотку возбуждения двигателя, катушку магнитного дутья S (служащую для гашения дуги между подвижными и неподвижными контактами контроллера), контактный палец I, обе части пускового реостата r_п, палец 3, два сегмента барабана, палец 4, щетку А, якорь двигателя Д, щетку В, палец 7, два сегмента барабана и палец 6.

Легко проследить, что поворотом барабана в положение II его сегменты закорачивают половину реостата r_п. В положении III барабана реостат r_п весь закорочен и, следовательно, на выводы двигателя подано полное напряжение сети.

Если повернуть барабан из положения 0 в противоположную сторону, т. е. в положение I', то направление тока в якоре изменится по отношению к его направлению при положениях I-III и якорь начнет вращаться в противоположном направлении.

Если реостат r_п рассчитан на длительную нагрузку рабочим током двигателя, то при помощи контроллера возможно также регулирование частоты вращения двигателя.

Барабанный контроллер может безотказно работать лишь при небольшом числе включений в час. Значительно лучше работает кулачковый контроллер (командоконтроллер). Основной его деталью является коммутирующее устройство кулачкового типа — кулачковый контакторный элемент. Схема устройства, коммутирующего две цепи, показана на рис. 16.17. Здесь на управляющем валу 1 укреплены управляющие изоляционные кулачки 2. Две пружины 3 создают необходимое давление подвижных контактов 5 мостикового типа на неподвижные контакты 4, укрепленные на изолирующей плите б. При повороте вала выступ кулачка давит на ролик 7, который отжимает подвижные контакты. и размыкает управляемую цепь в двух местах. Когда же при повороте вала выступ кулачка отходит от ролика, пружина 8 поворачивает рычаг, несущий подвижные контакты, и цепь замыкается.

Вдоль вала контроллера может быть размещено значительное число таких контакторных элементов для одновременного регулирования работы многих цепей (например, 12 в контроллерах электровозов).

Чтобы упростить понимание сложных схем управления, составляется контроллерная диаграмма, которая показывает последовательность включения контакторных элементов (рис. 16.18). В ней по вертикали указаны номера контактов, а по горизонтали — положения вала контроллера и состояние контактов. Если при данном положении вала контакт замкнут, то против него стоит крестик, если он разомкнут, то в диаграмме остается пустая клетка.

В цепях управления электродвигателями, в особенности при автоматизации управления, существенное значение имеют выключатели, срабатывающие (отключающие, включающие и переключающие), когда приводимый двигателем механизм перемещается на определенное расстояние.

Концевой выключатель разрывает главную цепь или цепь управления двигателями в результате нажима управляющего упора (кулачка). Эти выключатели имеют особо важное значение в подъемных устройствах. Путевые выключатели коммутируют электрические цепи под воздействием управляющих упоров (кулачков), когда контролируемый объект проходит определенные точки своего пути. По существу это варианты кулачковых командоаппаратов, в ряде случаев существенно упрощенные.

Описанная здесь аппаратура представляет собой лишь относительно простые примеры подобных устройств. В настоящее время электротехническая аппаратура в большинстве своем узко специализирована, т. е. приспособлена к особенностям условий и требований отдельных отраслей промышленности (горного электрооборудования, электрооборудования металлорежущих станков, электрооборудования строительных площадок и т. д.). Подобное оборудование изучается в специальных курсах. Одна из задач этой книги — подготовка учащихся к слушанию специальных курсов.