Конспект лекций по предмету электрические аппараты (стр. 12 )

Во-первых, направление электродинамической силы, действу­ющей на дугу, зависит от полярности тока. При изменении поляр­ности тока дуга меняет направление своего движения, следователь­но, контактор не может работать при перемене полярности тока.

Во-вторых, поскольку к катушке прикладывается напряжение источника питания, изоляция должна быть рассчитана на это напря­жение. Катушка выполняется из тонкого провода. Близость дуги к такой катушке делает работу последней ненадежной (расплавленный металл контактов может попадать на катушку).

В-третьих, при коротких замыканиях возможно снижение напря­жения на источнике, питающем катушку. В результате процесс гаше­ния дуги будет протекать неэффективно.

В связи с указанными недостатками системы с катушкой напря­жения применяются только в тех случаях, когда необходимо отклю­чать небольшие токи — от 5 до 10 А.

Система с постоянным магнитом по существу мало отличается от системы с катушкой напряжения, но имеет следующие преимуще­ства:

1. нет затрат электроэнергии на создание магнитного поля;

2. резко сокращается расход меди на контактор;

3. отсутствует подогрев контактов от катушки, как это имеет мес­то в системах с катушкой тока;

4. по сравнению с системой с катушкой напряжения система с по­стоянным магнитом обладает высокой надежностью и хорошо рабо­тает при любых токах.

Магнитное поле, действующее на дугу, создает силу, которая пе­ремещает дугу в дугогасящую камеру. Назначение камеры состоит в том, чтобы локализовать область, занятую раскаленными газами дуги, препятствовать перекрытию между соседними полюсами. При соприкосновении дуги со стенками камеры происходит интенсивное охлаждение дуги, что приводит к подъему ее вольт-амперной харак­теристики и, как следствие, к успешному гашению. В контакторах с приводом на постоянном токе преимущественное распространение получили электромагниты клапанного типа.

В целях повышения механической износостойкости в современ­ных контакторах применяется вращение якоря на призме. Так, у контакторов серии КПВ-600 компоновка электромагнита и контакт­ной системы (см. рис. 36), применение специальной пружины 12, прижимающей якорь к призме, позволяют повысить износостой­кость узла вращения до 20 • 106 операций. По мере износа призмен­ного узла зазор между скобой якоря и опорной призмой автомати­чески выбирается. В случае же применения подшипникового соеди­нения якоря и магнитопровода при износе подшипника возникают люфты, нарушающие нормальную работу аппарата.

Для получения необходимой вибро - и ударостойкости подвижная система контактора должна быть уравновешена относительно оси вращения. Типичным примером хорошо уравновешенной системы является электромагнит контактора серии КПВ-600. Якорь магнита уравновешивается хвостом, на котором укрепляется подвижный кон­такт. Возвратная пружина 10 также действует на хвост якоря. Катуш­ка электромагнита наматывается на тонкостенную изолированную стальную гильзу, что обеспечивает хорошую прочность и улучшает тепловой контакт катушки с сердечником. Последнее способствует снижению температуры катушки и уменьшению габаритных разме­ров контактора.

При включении электромагнит преодолевает действие силы воз­вратной 10 и контактной 9 пружин. Тяговая характеристика элект­ромагнита должна во всех точках идти выше характеристики проти­водействующих пружин при минимальном допустимом напряжении на катушке 0,85Uном и нагретой катушке. Включение должно проис­ходить с постоянно нарастающей скоростью перемещения подвиж­ного контакта. Не должно быть замедления в момент замыкания главных контактов.

Важным параметром механизма является коэффициент возврата Кв = Uвкл/Uср - Для контактора постоянного тока Кв, как правило, мал (0,2... 0,3), что не позволяет использовать такой контактор для защи­ты двигателя от снижения напряжения.

Наибольшее напряжение на катушке не должно превышать 1,1 Uном, так как при большем напряжении увеличивается механиче­ский износ деталей из-за усиления ударов якоря, а температура об­мотки может превысить допустимое значение.

В контакторах типа КТПВ, имеющих сдвоенную контактную си­стему, при номинальном токе 600 А устанавливаются два параллель­но работающих электромагнита, чтобы развить необходимую силу.

В целях уменьшения МДС обмотки, а следовательно, и потребля­емой ею мощности рабочий ход якоря делают небольшим (8... 10 мм). В связи с тем что для надежного гашения дуги при малых токах тре­буется раствор контактов 17... 20 мм, расстояние от точки касания под­вижного контакта до оси вращения подвижной системы выбирают в 1,5 — 2 раза большим, чем расстояние от оси полюса до оси вращения. У контакторов, рассчитанных на ток 100А, собственное время включения составляет 0,14 с, а у контакторов на 630 А оно уве­личивается до 0,37 с.

Собственное время отключения — это время с момента обесто­чивания электромагнита до момента размыкания контактов. У контакторов, рассчитанных на ток 100 А, собственное вре­мя отключения составляет 0,07 с, а у контакторов на 630 А — 0,23 с.

5.3. Контакторы переменного тока

Контакторы переменного 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. Наиболее широко рас­пространены контакторы трехполюсного исполнения. Наличие боль­шого числа контактов приводит к увеличению усилия и момента, необходимых для включения аппарата.

На рис. 37, а представлен разрез контактора серии КТ-6000 по магнитной системе, а на рис. 37, б — по контактной и дугогасящей системам одного полюса. Подвижный контакт 4 с пружиной 5 укреп­лен на изоляционном рычаге 6, связанном с валом контактора. Вследствие более легкого гашения дуги переменного тока раствор контактов может быть небольшим. Уменьшение раствора дает возможность приблизить контакт к оси вращения.

Рис. 37. Контактор переменного тока серии КТ-6000:

а — разрез по магнитной системе; б — разрез по контактной и дугогасящей систе­мам:

1 — якорь; 2 — рейка; 3 — обмотка дугогашения; 4 — подвижный контакт; 5 — пружина; 6 — рычаг

Уменьшение рассто­яния от точки касания контактов до оси вращения позволяет сни­зить силу электромагнита, необходимую для включения контактора, что, в свою очередь, дает возможность уменьшить габаритные раз­меры и потребляемую контактором мощность.

Подвижный контакт 4 и якорь 1 электромагнита связаны между собой через вал контактора. В отличие от контакторов постоянного тока подвижный контакт в контакторе серии КТ-6000 не имеет пе­рекатывания. Отключение аппарата происходит под действием пру­жин и сил тяжести подвижных частей.

Для удобства эксплуатации подвижный и неподвижный контак­ты сделаны легко сменяемыми. Контактная пружина 5, как и в кон­такторах постоянного тока, имеет предварительную затяжку, сила которой составляет примерно половину силы конечного нажатия.

Магнитная и контактная системы контактора серии КТ-6000 ук­реплены на изоляционной рейке 2, что позволяет использовать кон­тактор в комплексных станциях управления реечной конструкции.

Широкое распространение получила мостиковая контактная си­стема с двумя разрывами на каждый полюс. Такая конструкция рас­пространена в пускателях. Ее большим преимуществом является быстрое гашение дуги, отсутствие гибкой связи.

В контакторах переменного тока применяются как прямоходовая контактная система, так и с вращением якоря. В первом случае якорь движется поступательно. Подвижные контакты связаны с якорем и совершают тот же путь, что и он. При передаче усилия контактных пружин якорю из-за отсутствия рычажной системы нет выигрыша в силе. Электромагнит должен развивать большее усилие, чем сумма сил контактных пружин и силы тяжести якоря (в контакторах с вер­тикальной установкой).

В большинстве контакторов, выполненных по прямоходовой схе­ме, наблюдается медленное нарастание силы контактного нажатия, из-за чего имеет место длительная вибрация контактов. В результа­те происходит сильный износ контактов при включении. Поэтому такая конструкция применяется только при небольших номинальных токах.

Более совершенным является контактор, который имеет мостиковую систему с рычажной передачей усилий от контактов к якорю электромагнита.

Если контактор имеет один разрыв на полюс и не снабжен ника­ким дугогасящим устройством, то в случае активной нагрузки (соsц =  1) гашение дуги происходит при растворе контактов примерно 1,5 мм для любого тока и напряжения до 500 В. В случае индуктив­ной нагрузки (соsц = 0,2...0,5) гашение с таким же раствором кон­тактов имеет место при напряжении до 220 В, поскольку оно проис­ходит за счет мгновенного восстановления электрической прочнос­ти в околокатодной области.

При напряжении источника питания, не превышающем 220 В, для гашения дуги необходим всего один разрыв на полюс. Никаких дугогасящих устройств не требуется.

Если в цепи полюса аппарата создаются два разрыва, например путем применения мостикового контакта, то дуга надежно гасится за счет околоэлектродной электрической прочности при напряжении сети 380 В. Поэтому в настоящее время широко применяются кон­такторы с двукратным разрывом цепи в одном полюсе. При индук­тивной нагрузке и напряжении источника 380 В значение восстано­вившегося напряжения становится больше околокатодной прочно­сти. Гашение дуги в этом случае зависит от процессов в столбе дуги и нагрева электродов током.

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

катушка тока и дугогасящая камера с продольной или лабиринт­ной щелью; дугогасящая 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. Она пуль­сирует с двойной частотой (как и электродинамическая сила, дейст­вующая на проводник). Средняя сила получается такой же, как и при постоянном токе, если тот равен действующему значению перемен­ного тока. Указанные соотношения справедливы, когда потери в магнитной системе катушки дутья отсутствуют и поток по фазе со­впадает с током. Несмотря на эффективность данного устройства, в настоящее время оно применяется только в контакторах, работа­ющих в тяжелом режиме (число включений в час более 600). Недо­статками этого метода гашения являются: увеличение потерь в кон­такторе из-за потерь в стали магнитной системы дугогашения, что ведет к повышению температуры контактов, расположенных вбли­зи дугогасящего устройства, а также возможность возникновения больших перенапряжений из-за принудительного обрыва тока (до ес­тественного нуля).