Реферат по ТП САУ2 / Контакторы

Наиболее распространенным потребителем электрической энергии является электродвигатель. Примерно ²/₃ всей вырабатываемой в стране электроэнергии потребляется электродвигателями.

Основным коммутационным аппаратом, осуществляющим подключение электродвигателя к питающей сети, является контактор. Электро­магнитный контактор представляет собой выключатель, приводи­мый в действие с помощью электромагнита. По сути дела, это мощное электромагнитное реле, контактный узел которого способен за­мыкать и размыкать силовые цепи с токами в десятки и сотни ампер при напряжениях в сотни вольт.

При таких электрических нагрузках необходимо принятие специальных мер по гашению дуги. Поэтому по сравнению с обычными электромагнитными реле элек­тромагнитные контакторы имеют дугогасительные устройства и бо­лее мощные электромагнит и контактные узлы. Кроме силовых (мощных) контактов имеются и блокировочные контакты, исполь­зуемые в цепях управления для целей автоматики.

Различают кон­такторы постоянного и переменного тока. Для автоматического пус­ка, остановки и реверса электродвигателей применяют магнитные пускатели. Они представляют собой комплектные электрические аппараты, включающие в себя электромагнитные контакторы, кнопки управления, реле защиты и блокировки.

Контакторы и магнитные пускатели используются и для вклю­чения других мощных потребителей электроэнергии: осветительных и нагревательных установок, преобразовательного и технологического электрического оборудования.

К этой же группе электрических силовых аппаратов следует от­нести автоматические выключатели, которые также предназначены для подключения к питающей сети мощных электропотребителей. Замыкание их контактов производится не с помощью электромаг­нита, а вручную. Автоматически они производят лишь выключение нагрузки, защищая ее от перегрузок по току. Если контакторы и магнитные пускатели способны работать при частых включениях и отключениях, то автоматические выключатели обычно применяют при включениях на продолжительное время.

В типовые схемы элек­тропривода обычно входят автоматический выключатель (питающий и силовые, и управляющие цепи) и магнитный пускатель (осу­ществляющий непосредственную коммутацию для пуска, остановки и реверса электродвигателя).

Принцип действия контакторов такой же, как и у электромагнит­ных реле. Поэтому и устройство их во многом сходно. Главное отличие заключается в том, что контакты контакторов коммутируют большие токи. Поэтому они выполняются более массивными, тре­буют больших усилий, между ними при разрыве возникает дуга, ко­торую необходимо погасить.

Основными узлами контактора являются электромагнитный ме­ханизм, главный (силовой) контактный узел, дугогасительная систе­ма, блокировочный контактный узел.

Электромагнитный механизм осуществляет замыкание и размы­кание контактов. При подаче напряжения на втягивающую катушку электромагнита якорь притягивается к сердечнику, а механически связанные с ним подвижные контакты замыкают силовую цепь и выполняют необходимые переключения в цепи управления.

Магнитные системы контакторов в зависимости от характера движения якоря и конструкции различают на поворотные и прямо-ходовые. Магнитопровод контактора поворотного типа устроен ана­логично клапанному реле. Для устранения залипания якоря исполь­зуют немагнитные прокладки. Для замыкания силовых контактов требуются значительно большие усилия, чем развиваемые в реле. Поэтому электромагнитный механизм контактора выполняется бо­лее мощным и массивным. При срабатывании контактора происхо­дит довольно значительный удар якоря о сердечник. Частично этот удар принимает на себя немагнитная прокладка; кроме того, маг­нитную систему амортизируют пружиной, которая также уменьшает вибрацию контактов.

Магнитопровод контактора прямоходного типа имеет обычно Ш-образную форму. В этом случае для устранения залипания якоря делают зазор между средними стержнями сердечника и якоря.

Втягивающая катушка обычно обеспечивает включение и удер­жание якоря в притянутом положении. Но иногда используют две катушки: мощную включающую и менее мощную удерживающую. В этом случае контактор во включенном состоянии потребляет ме­ньше электроэнергии, поскольку включающая катушка находится под током только короткое время.

Размыкание контактов происхо­дит за счет отключающей пружины при снятии напряжения с катушки контактора. Втягивающая катушка должна обеспечивать на­дежное срабатывание контактора при снижении напряжения до 0,85 Uном. По нагреву катушка должна выдерживать повышение на­пряжения до 1,05Uном.

В контакторах с поворотным якорем (см. рис. 1) наибольшее распространение получили линейные перекатывающиеся контакты (см. рис. 2). В прямоходных контакторах (см. рис. 3) примеряются мостиковые контактные системы (см. рис. 16.4). Контактный мостик имеет небольшую массу и выполняется самоустанавливающимся, что снижает вибрацию контактов. Для предотвращения виб­рации контактная пружина создает предварительное нажатие, рав­ное примерно половине конечной силы нажатия.

У контакторов для длительного режима работы на поверхность Медных контактов обычно напаивается металлокерамическая или серебряная пластинка. Контакты иногда могут выполняться из меди, если образующаяся пленка окисла на рабочей поверхности контактов периодически снимается их самоочисткой.

Дугогасительная система контакторов постоянного тока обычно выполняется в виде камеры с продольными щелями, куда дуга вы­тесняется с помощью магнитной силы. Дугогасительная система Контакторов переменного тока обычно имеет вид камеры со сталь­ными дугогасительными пластинами и двойным разрывом дуги в каждой фазе.

Блокировочные или вспомогательные контакты применяются Для переключений в цепях управления и сигнализации, поэтому они имеют такое же конструктивное выполнение, как и контакты реле.

Как правило, род тока в цепи управления, которая питает катушку Контактора, совпадает с родом тока главной цепи. Поэтому контак­ты постоянного тока, предназначенные для включения двигателей постоянного тока, имеют электромагнитный механизм, питаемый постоянным током. Соответственно контакторы переменного тока, предназначенные для включения двигателей (или другой на­грузки) переменного тока, имеют электромагнитный механизм, пи­таемый переменным током. Бывают и исключения. Известны, на­пример, случаи, когда катушки контакторов переменного тока полу­чают питание от цепи постоянного тока.

Электромагнитный механизм поворотного типа состоит из сердеч­ника 1 с катушкой 2, якоря 3 и возвратной пружины 4. Сердечник 1 имеет полюсный наконечник, необходимый для увеличения маг­нитной проводимости рабочего зазора электромагнита. Немагнит­ная прокладка 5 служит для предотвращения залипания якоря. Си­ловой контактный узел состоит из неподвижного 6 и подвижного 7 контактов. Контакт 7 шарнирно закреплен на рычаге 8, связанном с якорем 3 и прижатом к нему нажимной пружиной 9. Подвод тока к подвижному контакту 7 выполнен гибкой медной лентой 10. Замы­кание главных контактов 6 и 7 происходит с проскальзыванием и перекатыванием, что обеспечивает очистку контактных поверхно­стей от окислов и нагара.

При срабатывании электромагнитного ме­ханизма кроме главных контактов переключаются вспомогательные контакты блокировочного контактного узла 11. При размыкании главных контактов 6 и 7 между ними возникает электрическая дуга, ток которой поддерживается за счет ЭДС самоиндукции в обмотках отключаемого электродвигателя. Для интенсивного гашения элект­рической дуги служит дугогасительная камера 12. Она имеет дугогасительную решетку в виде тонких металлических пластин, которые разрывают дугу на короткие участки. Пластины интенсивно отводят теплоту от дуги и гасят ее.

Однако при большой частоте включения контактора пластины не успевают остывать и эффективность дуго­гашения падает. Для вытеснения дуги в сторону дугогасительной решетки можно использовать электромагнитную силу, так называемое магнитное дутье. На рис. 20.2 показана дугогасительная камера с узкой щелью и магнитным дутьем. Щелевая камера образована двумя стенками h выполненными из изоляционного материала.

Система магнитного дутья состоит из катушки 2, включенной последовательно с главны­ми контактами и размещенной на сердечнике 3. Для подвода маг­нитного поля в зону образования дуги служат ферромагнитные щеки 4. В результате взаимодействия электрического тока дуги с магнитным полем появляется сила F, которая растягивает дугу, вытесняет ее в щелевую камеру между стенками 1. За счет усиленного отвода теплоты стенками камеры дуга быстро гаснет.

При последовательном включении главных контактов и катушки магнитного дутья направление силы F остается постоянным при любом направлении тока в силовой цепи, поскольку сила F пропорциональна квадрату тока (ведь магнитное поле создает­ся этим же током). Поэтому магнитное ду­тье можно использовать и в контакторах пе­ременного тока.

Контакторы переменного тока отлича­ются от контакторов постоянного тока, прежде всего тем, что они, как правило, вы­полняются трехполюсными.

Основное на­значение контакторов переменного тока — включение трехфазных асинхронных элект­родвигателей. Поэтому они имеют три главных (силовых) контакт­ных узла. Все три главных контактных узла работают от общего электромагнитного приводного механизма клапанного типа, кото­рый поворачивает вал с установленными на нем подвижными кон­тактами. С этим же приводом связаны вспомогательные контакты.

Главные контактные узлы имеют систему дугогашения с магнитным дутьем и дугогасительной щелевой камерой или дугогасительной решеткой. В контакторах быстрее всего изнашиваются главные кон­такты, поскольку они подвергаются интенсивной эрозии (как гово­рится, контакты выгорают). Для увеличения общего срока службы контакторов предусматривается возможность смены контактов.

Наиболее сложным и трудным этапом работы контактов являет­ся процесс их размыкания. Именно в этот момент контакты оплав­ляются, между ними возникает дуга. Для облегчения работы главных контактов при размыкании выпускаются контакторы перемен­ного тока с полупроводниковым блоком. В этих контакторах параллельно главным замыкающим контактам включают по два тиристора (управляемых полупроводниковых диода).

Во включенном положении ток проходит через главные контакты, поскольку тиристоры находятся в закрытом состоянии и ток не проводят. При раз­мыкании контактов схема управления на короткое время открывает тиристоры, которые шунтируют цепь главных контактов и разгру­жают их от тока, препятствуя возникновению электрической дуги. Такие комбинированные тиристорные контакторы выпускаются на токи в сотни ампер. Поскольку тиристоры работают в кратковре­менном режиме, они не перегреваются и не нуждаются в радиаторах каждения.

Коммутационная износостойкость комбинированных контакто­ров составляет несколько миллионов циклов, в то время как глав­ные контакты обычных контакторов постоянного и переменного тока выдерживают обычно 150—200 тыс. включений.

Для управления электродвигателями переменного тока неболь­шой мощности применяют прямоходовые контакторы с мостиковыми контактными узлами. Благодаря двукратному разрыву цепи и об­легченным условиям гашения дуги переменного тока в этих контакто­рах не требуются специальные дугогасительные камеры с магнитным дутьем, что существенно уменьшает их габаритные размеры.

Электромагнитный привод контактора переменного тока малой мощности (рис. 20.3) имеет Ш-образный сердечник 1 и якорь 2, со­бранные из пластин электротехнической стали. Часть полюсов сер­дечника охвачена короткозамкнутым витком, что предотвращает вибрацию якоря, вызванную снижением силы электромагнитного притяжения до нуля при прохождении переменного синусоидально­го тока через нуль. Катушка 3 контактора охватывает сердечник и якорь, она и создает намагничивающую силу в магнитной системе контактора.

На якоре 2 закреплены подвижные контакты 4 мостикового типа, что повышает надеж­ность отключения за счет двукрат­ного размыкания. В пластмассо­вом корпусе установлены неподвижные контакты 5 и 6. Пру­жина 7 возвращает контакты 4 в исходное положение. В трехфаз­ном контакторе — три контактные пары, отделенные друг от друга пластмассовыми перемычками 8. Главные контакты имеют металлокерамические накладки и защищены крышкой. Вспомогательные контакты на рис. 20.3 не показаны.