Общие сведения
Контакторами называются электромагнитные аппараты, предназначенные для дистанционного автоматического включения и отключения электрических цепей. Они широко применяются в современных автоматизированных схемах пуска и управления судовыми электроприводами постоянного и переменного тока. Контакторы можно использовать и для защиты электродвигателей от исчезновения или значительного понижения напряжения сети. При исчезновении напряжения или понижении его номинального значения на 30—40% электромагнит контактора не в состоянии удержать свой якорь, и под действием главной пружины он отключается.
Контакторы, как правило, имеют главные контакты, работающие в цепи главного тока, и блок-контакты, работающие в цепях управления. Контакторы изготовляются с замыкающими или размыкающими контактами либо с теми и другими вместе. При отсутствии тока в катушке размыкающие контакты замкнуты, а замыкающие — разомкнуты.
Контакторы по ряду признаков классифицируются следующим образом:
- по роду тока — контакторы постоянного и переменного тока;
- по количеству полюсов — одно-, двух- и трехполюсные;
- по выполняемой функции — линейные, включающие электродвигатель в сеть;
- реверсивные, изменяющие направление вращения электродвигателя;
- контакторы ускорения, шунтирующие ступени пускорегулирующих сопротивлений в цепи якоря электродвигателя;
- тормозные, реагирующие на процесс торможения электродвигателя, и др.;
- по номинальному напряжению втягивающей катушки — контакторы с катушками напряжения 24, 110, 220 и 320 в постоянного тока и 127, 220 и 380 в переменного тока.
Контакторы постоянного тока
Принцип действия контакторов заключается в том, что при пропускании тока через катушку образуется магнитное поле, которое, преодолевая силу главной пружины, притягивает якорь к сердечнику. Это вызывает замыкание главных контактов. Включение и удержание якоря в притянутом положении обеспечивается втягивающей катушкой при прохождении по ней тока. Размыкание контактов производится главной пружиной после обесточивания катушки.
Катушки контакторов бывают параллельного и последовательного включения. Первые получили наибольшее распространение.
Для управления судовыми электроприводами и переключения сетей постоянного тока в настоящее время применяются контакторы постоянного тока серий КП, КПМ, КПД, КН, КНУ и др. Втягивающие катушки этих контакторов рассчитываются на напряжения 24, 110, 220 и 320 в.
Контакторы серии КП выпускаются на токи от 20 до 300 а и имеют от одного до двух замыкающих или размыкающих контактов. Контакторы на токи 20 а выполняются без дугогасительной системы, на токи 40 а — с одной асбоцементной камерой, а на большие токи — с асбоцементной камерой и магнитным дугогашением.
Подвижные контакты крепятся на якоре контактора так, что при срабатывании происходит перекатывание контактов, вследствие чего поверхности их, выполненные из твердотянутой красной меди, очищаются.
Усилие нажатия контактов малых аппаратов составляет от 0,16 до 0,3 кгс, а больших — от 10 до 16 кгс.
Помимо главных контактов контакторы могут снабжаться блок-контактами.
Принцип действия контакторов серий КПМ, КПД и некоторых других тот же, что и у контакторов серии КП, но зато они имеют некоторые конструктивные изменения, повышающие их электрическую и механическую износоустойчивость. Конструкция контактора серии КПМ показана на рис. 14.
Контакторы серии КН (рис. 15) находят широкое применение в схемах управления судовыми электроприводами и переключения сетей постоянного тока. Выпускается пять величин контакторов на пять значений номинального тока: 25, 60, 100, 200 и 400 а. Конструктивно контакторы разных величии незначительно отличаются друг от друга и выполняются с двумя замыкающими главными контактами и блок-контактами.
Магнитопровод 4 контакторов имеет П-образную форму. Втягивающая катушка 2 размещается на стальном сердечнике и крепится хомутиком 3, который выполнен в виде короткозамкнутого витка. Он удлиняет время отпадания якоря 5 контактора, что придает ему ударостойкость. Подвижная система контактора образует шарнирный параллелограмм, уравновешенный в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и состоит из якоря, угольника 6, траверсы 10 и скобы 13. Контакторы имеют контактную систему мостикового типа. Поверхность главных контактов облицована металлокерамикой, а блок-контакты выполнены из серебра. Дугогашение обеспечивается с помощью дугогасителыюй катушки 23, включенной последовательно с неподвижным контактом 22, и деионной решетки.
Контакторы серии КН могут применяться для длительного, кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы. Контакторы первой, второй и третьей величин выдерживают до 1,5 млн., а четвертой и пятой — до 0,5 млн, включений и отключений без тока.
Контакторы переменного тока
Контакторы переменного тока, так же как и контакторы постоянного тока, состоят из магнитной, контактной и дугогасительной систем.
Работа контакторов в цепях переменного тока обусловливает некоторые конструктивные их особенности. Сердечник и якорь контакторов набираются из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга с целью уменьшения потерь от вихревых токов. Втягивающая катушка изготовляется короткой, с увеличенным диаметром для уменьшения нагрева ее от потерь в стали сердечника. Магнитопровод контактора выполняется без воздушных зазоров. Торцовые поверхности ярма и якоря плотно пришлифовываются друг к другу, чтобы увеличить индуктивное сопротивление катушки и снизить тем самым ее номинальный ток. Для уменьшения вибрации на сердечнике и якоре размещаются латунные короткозамкнутые витки.
Контакторы переменного тока в основном выпускаются трехполюсными с замыкающими контактами. Магнитная система выполняется с сердечниками Ш- и П-образной формы с поворотным или поступательным движением якоря.
Дугогасительная система контакторов переменного тока состоит из асбоцементной камеры с деионной решеткой. Образующаяся при размыкании контактов дуга разбивается на ряд мелких дуг и затем гасится.
Ниже рассматриваются судовые контакторы переменного тока нескольких типов серии К.ТФ.
Контакторы типа К Т Ф - 5000 выпускаются на токи 15, 25, 50, 100 а и напряжения до 380 в с прямоходовым поступательно движущимся якорем. Магнитная система (рис. 16) выполняется шихтованной. Она имеет два якоря 5, движущихся при включении встречно друг другу. Возврат якорей в исходное состояние происходит благодаря отключающим пружинам 11. Расстояние между якорями (а следовательно, и ход подвижных контактов) может изменяться с помощью штифта 2, упирающегося в края пазов упорных планок 3. Для уменьшения вибрации на торцах якорей располагаются короткозамкнутые витки 9.
Контакторы этой серии выпускаются четырехполюсными. Если их используют как трехполюсные, то два полюса соединяются последовательно перемычкой. Рабочие части контактов выполняются из металлокерамики.
Контакторы могут изготовляться с блок-контактами или без них.
Контакторы типа КТФ - 5100 (рис. 17) выпускаются, на токи 150, 300 и 600 а и могут быть одно-, двух- и трехполюсными Подвижная система контакторов поворотного типа располагается на стальном изолированном валу, опирающемся на подшипники. Втягивающие катушки рассчитаны на напряжения 127, 220 и 380 в.
Магнитная система делается шихтованной и состоит из сердечника Ш-образной формы, катушки и якоря. Во избежание слипания между средними полюсами сердечника и якоря оставляется воздушный зазор 0,3—1 мм. На крайних стержнях сердечника располагаются короткозамкнутые витки.
Контакторы типа КТФ-5100 снабжаются реле-защелкой 5, предотвращающей ложные срабатывания. При подаче питания на контактор сначала срабатывает реле-защелка. Она отводит в сторону рычаг 3 защелки и замыкает блок-контакты 4, подающие питание на катушку контактора. Отключение контактора возможно лишь после того, как реле-защелка обесточится и уберет свой рычаг. Поэтому ударные сотрясения не могут вызвать ложного срабатывания контактора.
Главные контакты выполняются из меди и для контакторов продолжительного режима работы покрываются серебром.
Дугогасительные камеры изготовляются из цементоасбеста и имеют деионную решетку.
Контакторы серии КТФ выдерживают до 1 млн. включений и отключений без тока.
Для автоматического переключения основного освещения на аварийное при исчезновении напряжения сети и обратного переключения при его восстановлении применяются переключающие контакторы типов КТФ-5321 и КТФ-5322. Эти контакторы имеют два замыкающих и два размыкающих контакта и катушки на напряжения 24, 60, 127 в переменного тока и 24 в постоянного тока.
Наряду с контакторами рассмотренных серий в судовых установках используются контакторы серий КТ, КТВ, КНТ и др.
Сравнивая контакторы постоянного и переменного тока, можно заметить, что последние сложнее по конструкции и менее надежны в работе. Меньшее тяговое усилие у контакторов переменного тока требует больших включающих токов катушки, что уменьшает ее срок службы и надежность. Наличие потерь в стали вызывает нагрев магнитной системы и отрицательно сказывается на работе контакторов.
Несмотря на наличие короткозамкнутых витков, у контакторов переменного тока может появиться незначительная вибрация, вызывающая повышенный шум. Поэтому в некоторых случаях, когда указанные недостатки недопустимы, вместо контакторов переменного тока используют контакторы постоянного тока, питая их катушки через выпрямитель.
Универсальные контакторы
Универсальными называются контакторы, конструкция которых позволяет им работать как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.
Наибольшее применение нашли универсальные контакторы серии КМ - 2000. Выпускается пять величин контакторов постоянного тока на номинальные значения 25, 50, 100, 150, 350 а и шесть величин контакторов переменного тока на номинальные значения 25, 50, 100, 150, 300, 600 а. Катушки контакторов постоянного тока изготовляются на напряжения 24, 110, 220, 342 в, а переменного тока — на напряжения 127, 220, 380 в.
Детали контакторов, работающих в цепях постоянного и переменного тока, унифицированы, поэтому в конструктивном отношении контакторы постоянного и переменного тока одинаковых величин подобны и отличаются друг от друга числом контактов, системой дугогашения и наличием короткозамкнутых витков.
Контакторы переменного тока имеют закрытую дугогасительную камеру с узкой зигзагообразной щелью и пламегасительной решеткой, а контакторы постоянного тока кроме дугогасительной камеры имеют катушку магнитного дутья.
На рис. 18 изображен контактор постоянного тока серии КМ-2000 первой величины, а на рис. 19 — контактор переменного тока того же типа второй — четвертой величин.
Магнитная система контакторов серии КМ-2000 состоит из Е-образного сердечника, Т-образного якоря и втягивающей катушки.
Катушки контакторов постоянного тока выполняются одно- Или двухсекционными и включаются согласно схемам, приведенным на рис. 20. Односекционная катушка включается на полное напряжение с помощью шунтирования блок-контактом добавочного сопротивления ДС с контактами 1, 2 (рис. 20, а). После срабатывания контактора блок-контакт размыкается и катушка получает ограниченный сопротивлением ток. Двухсекционная катушка включается так, что ампер-витки включения создаются секцией I, а ампер витки удержания создаются обеими секциями I и II (рис. 20, б), так как при включении секция II с контактами 1, 2 шунтируется блок-контактами.
Контактная система контакторов выполнена мостикового типа. Рабочая часть контактов изготовлена из металлокерамики, кроме контакторов пятой величины, у которых она выполнена из серебра. Контакторы серии КМ-2000 снабжаются блок-контактами и выпускаются в двух видах: в открытом исполнении и в кожухе. Износоустойчивость контакторов составляет 1,2 млн. включений и отключений без тока.
По сравнению с обычными контакторами универсальные контакторы типа КМ-2000 имеют меньшие вес и габариты, более надежны в работе, безопасны в противопожарном отношении, отличаются простотой сборки и разборки, могут работать как на постоянном, так и на переменном токе.
Контакторы с выдержкой времени
Контакторы с выдержкой времени называют таймтакторами. Они выполняют функции контактора и реле времени, что позволяет уменьшить общее число аппаратов, применяемых в схемах пуска двигателей постоянного тока в функции времени. Таймтакторы обычно используются в схемах пуска для шунтирования пусковых сопротивлений с требуемой выдержкой времени.
Таймтакторы выпускаются двух- и однокатушечными. Примером двухкатушечного аппарата может служить таймтактор серии КУП (рис. 21). Он состоит из двух магнитных систем и одного якоря 5. Верхняя катушка 4 называется включающей, нижняя 7 - удерживающей. Последняя создает выдержку времени от 0,9 до 3,75 сек благодаря медной гильзе 12, размещенной между сердечником и катушкой.
При отсутствии тока в катушках якорь таймтактора под действием пружин 6 и 8 занимает нейтральное положение и главные контакты 1 разомкнуты. Для срабатывания таймтактора питание сначала подается в нижнюю катушку, затем в верхнюю, а нижняя обесточивается.
В процессе исчезновения магнитного потока нижней катушки в медной гильзе индуктируется э. д. с. взаимоиндукции, под действием которой возникает ток, создающий магнитный поток медной гильзы. Он замедляет быстрое исчезновение магнитного потока нижней катушки и создает выдержку времени отрыва якоря таймтактора от нижней магнитной системы, а следовательно, и выдержку времени замыкания контактов.
К однокатушечным относятся таймтакторы серии КУВ. Они имеют одну рабочую обмотку и сердечник, залитый в силуминовое основание, создающее выдержку времени при обесточивании катушки. Таймтакторы этой серии малогабаритны, надежны в работе, имеют стабильные характеристики и удобно комплектуются с контакторами типа КМ-2000. Таймтакторы серии КУВ выпускаются на токи 25, 50, 150, 300 а и напряжения 24, 48, 55, 110, 220 в постоянного тока. Они имеют по одному замыкающему главному контакту и один-два блок-контакта. Выдержка времени зависит от величины таймтакторов и находится в пределах от 0,2 до 3 сек.
Дифференциальные контакторы типа Р-ЗОУ (рис. 22) нашли широкое применение в магнитных пускателях постоянного тока в качестве контактора ускорения или дифференциального реле. Они выполняются двухкатушечными с С-образным магнитопроводом 6, в средней части которого шарнирно укреплен подвижный плоский якорь 3, несущий контактный мостик 7. В обесточенном состоянии якорь прижимается пружиной 8 к верхней удерживающей катушке 5, при этом контакты находятся в разомкнутом состоянии. Верхняя удерживающая катушка включается на падение напряжения на пусковом сопротивлении. Нижняя катушка 1 выполняет роль рабочей и включается на противо- э. д. с. двигателя.
Литература
Судовая электрическая аппаратура - Бляхман И.А. и др. [1973]
