- •Основы теории электрических аппаратов низкого напряжения Лабораторная работа №4
- •Содержание
- •Контакторы. Магнитные пускатели.
- •1. Контакторы постоянного и переменного тока
- •2. Вакуумный контактор.
- •2.1 Теоретические сведения
- •2.2 Примеры и технические характеристики впускаемых в промышленности вакуумных контакторов.
- •2.2.1 Контактор вакуумный кв-1
- •Основные технические характеристики
- •2.2.2 Контактор вакуумный типа квт-1,14 Назначение и область применения
- •Основные технические данные квт-1,14
- •Условия эксплуатации
- •Требования к надежности
- •Гарантии изготовителя
- •Структура условного обозначения контактора типа квт-1,14
- •Устройство контактора
- •Включение контактора
- •Отключение контактора
- •3. Магнитные пускатели
- •3.1 Нереверсивный магнитный пускатель
- •3.2 Реверсивный магнитный пускатель
- •4. Порядок проведения работы.
- •4. Cписок литературы.
2. Вакуумный контактор.
В данной работе приведена реально действующая схема (рисунок 9) включения в сеть переменного тока 380В вакуумным контактором асинхронного двигателя.
Описание схемы.
Схема подключена к сети переменного трёхфазного тока U = 380В, f=50Гц. Пуск электродвигателя осуществляется кнопкой КнП, после чего напряжение через нормально замкнутую кнопку КнС подается на катушку KL. Контактор включается, замыкаются блок - контакты KL и после размыкания кнопки КнС удерживание контактора во включенном положении происходит через эти контакты. Отключение производится кнопкой КнС, которая разрывает цепь питания катушки KL.
Рисунок 9 Схема подключения асинхронного двигателя контактором КВ-1
2.1 Теоретические сведения
До 1982 года в схемах питания и управления низковольтных энергопотребителей переменного тока с использованием асинхронных электродвигателей применялись коммутационные аппараты (пускатели и контакторы) с открытым гашением дуги в магнитных полях и деионных решетках. Но эта аппаратура не отвечает требованиям, предъявляемым к современным силовым аппаратам. Основное требование к аппаратам заключается в согласовании механической и коммутационной износостойкости. Это необходимо во всех приводах и системах энергоснабжения.
По сравнению с классической контактной дугогасительной системой вакуумные имеют ряд преимуществ:
-
отсутствие необходимости обслуживания главных контактов;
-
меньшие размеры и масса по сравнению с аналогичными контакторами серий КТ, KM, SV, HR-VS, VS;
-
высокое быстродействие обусловлено малым ходом контактов;
-
низкий уровень шумов в рабочем состоянии;
-
снабжены электронной схемой управления;
-
возможна комплектация микропроцессорным блоком релейной защиты от короткого замыкания и несимметрии фаз, который устанавливается в удобном для контроля и программирования месте (до 50 м от датчиков) с соблюдением температурного режима.
Программирование микропроцессорного блока защиты осуществляется при помощи персонального компьютера через стандартный СОМ порт (программное обеспечение прилагается). Диапазон рабочих температур контакторов - от –45 до +60°С. Цепи управления могут комплектоваться по требованию Заказчика, В: - 24, 36, 50, 75, 110, 127, 220 постоянного тока; - 36, 110, 127, 220, 380 переменного тока. Напряжение питания микропроцессорного блока защиты, В (50 Гц) 100-240. Диапазон рабочих температур микропроцессорного блока, 0…+40°С.
Вакуумные контакторы переменного тока серии KBI предназначены для включения и отключения асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.
Режимы работы продолжительный, прерывисто-продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.
В настоящее время выпускаются контакторы общего применения. Готовятся к выпуску контакторы с повышенной механической стойкостью (для железнодорожного транспорта) и с дополнительными требованиями к коммутационным характеристикам для шахтеров угледобывающей промышленности (для коммутационной аппаратуры во взрывобезопасном исполнении).
Конструктивно контактор состоит из:
-
рычажного электромагнитного привода с возвратной пружиной (соотношение плеч рычага 1 к 3);
-
замыкающих контактов главной цепи;
-
замыкающих и размыкающих вспомогательных контактом
При обесточенных управляющих катушках под воздействием на приводной рычаг возвратной пружины контакты главной цепи находятся в разомкнутом состоянии. При подаче рабочего напряжения на управляющие катушки под воздействием магнитного поля рычаг притягивается к сердечникам катушек, включает контакты главной цепи и переключает вспомогательные контакты.
Контакты главной цепи - это дугогасительные вакуумные камеры серии КДВ-1. Дугогасительная камера состоит из герметичного металлокерамического корпуса, в который смонтированы неподвижный ввод и, через сильфон, подвижный вывод. Ввод и вывод снабжены контакт - деталями специальной конструкции.
Рабочее давление в полости камеры 10-4 – 10-6 мм рт. ст.
Разница между давлением внутри и с наружи камеры создает необходимое для нормальной работы контактора контактное нажатие, которое и определило выбор диаметра сильфона и соответственно диаметр подвижного и неподвижного выводов.
Контакт - детали симметричны и имеют следующую конструкцию:
-
два молибденовых кольца толщиной 2 мм,
-
между кольцами и внутри малого кольца находятся полости залитые сплавом "сурьма-олово" (олова 5% - остальное сурьма)
Такая конструкция контакт деталей обусловлена особенностями горения электрической дуги в вакууме.
При высоком вакууме (таком как в камерах серии КДВ1) средняя длина свободного пробега молекул газа значительно превышает размеры камеры и поэтому при приложении напряжения не возникает соударений, приводящих к ионизации среды.
Электрическая прочность вакуума больше электрической прочности соответствующего воздушного промежутка воздушного промежутка и составляет для камер КДВ1 величину не менее 5 кВ/мм при скорости восстановления электропрочности вакуумного промежутка - до 30 кВ/мкс. При рабочем напряжении 1140 В дуга между контактами погаснет при расстоянии между ними 0 ,8 -1,2 мм. Это и определило выбор рабочего хода подвижного электрода камеры примерно 2 мм.
При замкнутом состоянии контактов ток протекает не по всей поверхности, а по отдельным контактным точкам, количество которых зависит от контактного нажатия. При размыкании контактов число таких точек уменьшается, а последняя контактная точка при достижении плотности тока пороговой величины вытягивается в расплавленный металлический мостик, который под воздействием протекающего тока быстро нагревается до температуры кипения материала-контакта и испаряется. Металлический мостик рвется. В образовавшемся облаке паров металла возникает дуговой разряд. Под воздействием дуги материал контактов расплавляется и испаряется с выделением растворенной в материале газов. Испарившийся металл и выделившийся газ поддерживают горение дуги.
Процесс горения дуги в вакууме имеет некоторые особенности, в частности:
-
под воздействием сил, возникающих при взаимодействии протекающего тока с магнитным полем им создаваемым (собственное магнитное поле) происходит самофокусировка дуги с образованием катодного пятна.
-
электрическая дуга вообще не горит при токах, меньших пороговых значений, определяемых материалом контактов.
Это происходит потому, что дуга горит в парах металла - материала катода. При малом токе количества образующегося пара недостаточно для поддержания дуги и она гаснет. Устойчивость дуг и связана с характеристиками материала следующим образом:
где ТК - температура кипения материала, лт - теплопроводность. Чем больше этот параметр (А) тем труднее нагреть материал до температуры парообразования, тем ниже устойчивость дуги.
Пороговые токи дуги А составляют: для вольфрама 1,6; молибдена 1,5; меди 1,6; хрома 2,5; железа 1,5; висмута 0,27; сурьмы 0,3.
На переменном токе частотой 50 Гц пороговые токи дуги определяют величину тока среза, который составляет для вольфрама и молибдена 15 А, меди 5 А, у легколетучих материалов, таких как сурьма, висмут, цинк, бор и других он на порядок ниже.
Для поддержания горения дуги и тем самым увеличения времени ее существования в контактный материал добавляют легколетучие материалы.
На электрической дуге в вакууме падает 40 - 50 В. эта величина также определяется материалом электродов и не зависит от величины тока.
При снижении напряжения на электродах ниже этой величины при определенных условиях дуга гаснет.
Под воздействием силы Лоренца, возникающей при взаимодействии тока дуги с собственным магнитным полем тока, дуга непрерывно перемещается и стремится уйти в место с минимальной напряженностью электрического поля дуга по кратчайшему, для данной геометрии электродов, пути уходит на край электродов, вытягивается в петлю и гаснет (рвется) при снижении величины тока до величины тока среза или при снижении величины падения напряжения на дуге ниже порогового.
Время погасания дуги в вакууме составляет 2 - 20 нс.
При отключении чисто активной нагрузки это не имеет принципиального значения.
При отключении нагрузки имеющий комплексный характер это может привести, из-за индуктивной составляющей создающей фазовый сдвиг между током и напряжением, к существенным перегрузкам по напряжению, как в подводящей сети, так и в отключаемой нагрузке, так как дуга может погаснуть при малом напряжении, но при большом токе.
Для исключения этого явления принимаются специальные меры:
-
продлевают время существования дуги между электродами,
-
создают условия для образования такого количества носителей, чтобы ток через межэлектродный промежуток не прерывался при снижении напряжения на нем ниже напряжения горения дуги и при переходе напряжения через ноль.
Требуемое время существования дуги до 10 мс – периода сетевого напряжения обеспечивается конструкцией электродов (контакт - деталей) Реальное время горения дуги в современных системах электродов 8 мс.
Например, в высоковольтных камерах электроды состоят из контактирующей части и зоны дугогашения. Самый простой способ - увеличить диаметр зоны дугогашения до такой величины, чтобы при самых неблагоприятных условиях (максимальной скорости перемещения) дуга не выходила бы из этой зоны в течение 6 - 8 мс. Реальный размер зоны дугогашения будет примерно 0,5 м. Для уменьшения размеров этой зоны в ней делаются фигурные прорези от зоны контакта до внепшего края, так назьшаемое "закручивание дуги" Размеры и форма прорезей подбираются опытным путем.
Рисунок 10 Пример конструкции электродов высоковольтной камеры
В низковольтных камерах зона контактирования и зона удержания дуги совмещены. В зоне контактирования сделаны кольцевые канавки, на краях которых в начальный момент размыкания контактов (при расстояниях до 0,5 мм.) неоднородность поля достигает существенной величины. Образовавшаяся дуга, перемещаясь в зону минимальной напряженности электрического поля, попадает в канавку или центральный круг и удерживается там до тех пор, пока в результате движения контактов неоднородность поля этих выборок поля не перестанет доминировать над краевыми эффектами. После чего дуга начинает перемещаться на периферию контакта.
При плоских контактирующих поверхностях и при размыкании без перекосов дуга образовавшаяся ближе к внешнему краю должна сразу выйти наружу. Однако реальные контактирующие поверхности не идеально плоские, контактирование и перемещение подвижного электрода происходит с некоторым перекосом, поэтому при размыкании контактов образовавшаяся дуга начинает свое движение, в ту сторону, где расстояние между электродами увеличивается, то есть к центру. Таким образом, неизбежные в реальности перекосы и неплоскостность и непаралельность электродов обеспечивают надежное дугогашение при малых токах среза.
Рисунок 11 Пример конструкции электродов низковольтной камеры
Для обеспечения стабильности максимального времени горения дуги кроме специальной конструкции электродов требуется определенная и стабильная скорость размыкания контактов. Поэтому для каждой конструкции электродов подбирается своя скорость размыкания контактов. В данном случае эта скорость 4-5 м/с, обеспечивается она возвратной пружиной контактора и подстраивается при выпуске её регулировкой.