В работе электрических цепей постоянно возникают ситуации, когда требуется включить или выключить на расстоянии какие-либо установки и оборудование. Для решения этих задач широко используются электромагнитные контакторы, работающие с разными видами токов. В нормальном рабочем режиме коммутационных устройств предполагается частое выполнение подобных операций примерно 1500 в течение часа. Устройство и принцип работы контакторов позволяет активно применять их для управления двигателями высокой мощности, установленными на электровозы, трамваи, троллейбусы, лифты и другую технику, и оборудование.
Существуют устройства с другими разновидностями приводов гидравлические и пневматические. Тем не менее, электромагнитные контакторы являются основными, поскольку они более универсальны, эффективны и устойчивы к износу.
Компоненты и составляющие коммутационного устройства
Действие устройств электромагнитного типа осуществляется благодаря взаимодействию всех узлов, деталей и компонентов, составляющих цельный прибор.
Каждый контактор переменного и постоянного тока состоит из:
- Главные (основные) контакты. Замыкают и размыкают цепь высокого напряжения и способны в течение длительного времени работать под воздействием тока с установленным номиналом. Контактные группы выдерживают циклы включений-выключений в больших количествах и с высокой частотой. Когда контакты принимают нормальное положение, через втягивающую катушку перестает поступать ток, а механические защелки переходят в свободное состояние. Конструкция основной контактной группы может быть рычажной, с двигающейся системой поворотов, или мостиковой с прямым ходом.
- В устройство контактора входит камера для гашения электрической дуги. Используется в устройствах постоянного тока. Конструкция данного элемента имеет щели, расположенные продольно, а непосредственное гашение осуществляется действием поперечных магнитных полей. Возбуждение таких полей осуществляется при помощи дугогасительной катушки, подключаемая в последовательную цепь вместе с контактами.
- Система гашения дуги. Ее использует контактор переменного тока. С ее участием гасится электрическая дуга, возникающая в момент, когда размыкаются основные контакты. Конфигурация данной конструкции и методы гашения выбираются по рабочему режиму и параметрам тока в конкретной цепи. Внутри камеры устанавливается специальная решетчатая конструкция, при попадании на которую большая дуга разделяется на несколько небольших осколков и полностью гаснет при переходе тока через нулевую отметку.
- Детали, используемые в электромагнитной схеме. Сюда входят магнитный сердечник, якорь и катушка, а также крепежные материалы. Такая схема позволяет управлять прибором на расстоянии, включать и отключать цепь. Ее можно настроить на выполнение определенных операций включать якорь и удерживать его во включенном состоянии, или всего лишь включать якорь. Для поддержки замкнутого положения существует специальная защелка. Обесточивание катушки и полное выключение контактора производится собственным весом всей системы, но, как правило, для этой цели используются конструкции, состоящие из отключающих пружин.
- Дополнительные контакты (вспомогательные). Предназначены для коммутаций в цепях, управляющих прибором, и на участках с блокирующей и сигнальной функцией. Через эти контакты ток может проходить достаточно долго, но не выше 20 А, а выключение происходит при силе тока не выше 5 А. Контакты могут быть замыкающего и размыкающего действия, многие из них имеют мостиковую конструкцию.
Общие внешние данные любого контактора переменного тока и постоянного, в целом будут одинаковыми для всех подобных систем. Основные отличия заключаются в разном количестве контактов, катушек и других элементов, установленных в автоматические выключатели.
Принцип действия контакторов
Основной деталью контактора, которая сразу же бросается в глаза, является катушка с проводами. Изнутри у нее располагается сердечник, соединенный механически с контактами. Данные элементы осуществляют замыкание или размыкание электрической цепи, создавая течение или, наоборот, прекращая движение тока. Медная или стальная каркасная оболочка придает катушке необходимую жесткость и способствует более эффективному остыванию деталей прибора.
Принцип работы контактора заключает в себе определенные действия противоположного характера. После поступления на катушку напряжения, возникает магнитное поле, под влиянием которого сердечник начинает движение снизу-вверх. В результате, происходит замыкающее соединение цепи и возникновение тока, приводящего в движение подключенное электрооборудование. Когда движение электричества прекращается, сердечник, под воздействием пружинной системы, возвращается к своему начальному состоянию. В результате, цепь размыкается и электрооборудование выключается.
Функция включения-выключения контакторного устройства состоит в действии специального кнопочного мини-аппарата с кнопками ПУСК (черного цвета) и СТОП (красного цвета). При надавливании на каждую из них контакты, соответственно, замыкаются и размыкаются. Потенциал поступает на катушку и происходит замыкание силовых контактов. Они остаются во включенном состоянии даже после возврата пусковой кнопки в первоначальное состояние. Эта функция осуществляется с помощью вспомогательных блок-контактов.
Принцип действия контактора заключается еще и в действии коммутационной схемы, где участвуют две цепи. Первая из них управляющая, передающая питание на катушку. После замыкания контактов в действие вступает высоковольтная цепь, ток в которой намного выше, чем в управляющей схеме.
Классификация и виды контакторов
Поскольку коммутационные устройства и автоматические выключатели применяются во многих областях, они выпускаются под выполнение конкретных задач, с необходимыми параметрами и техническими характеристиками. Эти данные необходимы при решении задачи, как выбрать контактор.
Все разновидности коммутирующих устройств можно классифицировать по их характерным признакам и другим показателям:
- Токи во всех цепях могут быть постоянными или переменными. Вполне естественно, что и контактор будет тоже переменного или постоянного тока
- Численность главных полюсов, составляющее 1-5 единиц.
- Параметры токового номинала силовой цепи. Находятся в границах 1,5-4800 А.
- Характеристики номинального напряжения. При постоянном токе 27-2000 В, при переменном токе 110-1600 В. Показатели частоты переменного тока составляют 50, 60, 500, 1000, 2400, 8000 и 10000 Гц.
- Номинал напряжения катушки управления. При постоянном токе 12-440 В, при переменном токе 12-660 В с частотой 50 Гц. Существуют устройства переменного тока на 24-660 В, с частотой 60 Гц.
- Существуют различия по типу соединений проводников во всех видах используемых цепей, методам установки, подключению наружных проводов и прочим показателям.
В зависимости от частоты коммутаций прибора в часовой промежуток времени, существует специальная классификация контакторов 0,3, 1,3, 10, 30. Каждому из них соответствует определенная частота включений 30, 120, 300, 1200 и т.д. Показатель механической устойчивости к износу может доходить до 30 млн. циклов, а устойчивость к коммутационному износу составляет 0,1 и выше от механического показателя. Большинство контакторов имеют 10 класс и соответствующие ему параметры и технические характеристики.
Выбор контактора осуществляется еще и по коммутационной способности, которая полностью зависит от условий работы. Большинство приборов задействовано в операциях пуска, реверсирования, торможения и отключения. Это основные действия, обязательные в процессе управления различными типами электрических приводов.
Параметры и технические показатели
К основным показателям электро-магнитных контакторов относятся следующие:
- Численность главных контактов. Для устройств постоянного тока их число 1-2, переменного тока 2-5.
- Показатель токового номинала в силовой цепи.
- Значение предельной коммутационной способности устройства. Означает показатель максимального тока, который может быть отключен контактором без утраты эксплуатационных качеств.
- Номинальное напряжение силовой цепи не более 660 В, управляющей цепи 12, 24, 48, 110 и 220 В. По этим данным подбираем нужное устройство.
- Устойчивость к коммутационному износу пускателей, составляющая до 2 млн. циклов. Прибор должен выдерживать установленное количество коммутаций под действием тока в силовой цепи, и быть пригодным для последующего использования.
- Устойчивость к механическому износу, рассмотренная выше. Означает число срабатываний без тока в силовой цепи. У контакторов этот показатель равен 10-20 млн. циклов, по нему выбирают необходимый прибор.
- Продолжительность собственного времени включения. Это временной отрезок от момента включения (подачи команды) и до момента, когда контакты окажутся полностью замкнутыми.
- Продолжительность собственного времени отключения. Начинается от момента подачи команды на выключения и до полного гашения электрической дуги.
- Значение токовых характеристик на дополнительных контактах, их количество и тип. По своим функциям они могут быть замыкающего и размыкающего действия.
Большое значение для электромагнитных контакторов приобретает номинальный показатель рабочего тока и напряжения. Значение номинальных токовых параметров зависит от условий нагрева основных цепей, при бездействии самого прибора. В замкнутом положении основных контактов, прибор должен выдерживать ток установленного номинала на протяжении 8 часов. При этом, его любые детали не могут нагреваться сверх установленной величины.
Напряжение силовой цепи соответствует номинальному, когда контакторное устройство может нормально выполнять свои функции. Кроме того, существуют контакторы постоянного и переменного тока, используемые в соответствующих цепях. Между ними имеется заметная разница, поэтому их следует рассмотреть более подробно.
Контакторы работающие при постоянном и переменном токе
Контакторы постоянного тока используются для коммутационных действий в силовых цепях аналогичного тока. Для приведения в действие устройства используется соответствующий электромагнит.
Данные типы устройств работают при напряжении 22 и 440 вольт, силе тока до 630 А. Конструктивно они могут быть одно- и двухполюсными. Отдельные виды контакторов используются в силовых и управляющих цепях постоянного тока напряжением 220 В и номинальных токах 25-250 А. Вес каждого устройства зависит от его величины и технических характеристик. Например, масса контактора на 100 А составляет 5,5 кг, а на 630 А 30 кг. Подобные приборы все реже выпускаются производителями из-за снижения спроса.
Коммутационные устройства, автоматы, в том числе и контактор переменного тока используются в силовых цепях с аналогичными параметрами. Все рабочие процессы осуществляются с помощью электромагнита постоянного или переменного тока. Большинство из них имеют трехполюсную конструкцию на основе главных замыкающих контактов.
Конструкция электромагнитной системы изготавливается в шихтованном варианте набирается из отдельных пластинок, толщина которых не более 1 мм, изолированных между собой. Катушки отличаются незначительным количеством витков и низким показателем сопротивления.
Индуктивное сопротивление катушки электромагнитного контактора составляет большую часть от общего сопротивления и может изменяться по мере изменения размера зазора. В связи с этим, величина переменного тока внутри катушки при разомкнутом положении контактов примерно в 5-10 раз выше тока в замкнутом состоянии магнитной системы. Неприятные явления в виде вибрации и гудения в таких приборах устраняются короткозамкнутым витком в сердечнике.