Контакторы.Общие сведения

Контакторы — это аппараты дистанционного действия, предназначенные для частых включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных режимах работы.
В зависимости от рода привода контактной системы различают контакторы электромагнитные, пневматические и гидравлические. Пневматические и гидравлические контакторы, где открывание и закрывание воздуха или жидкости осуществляются электромагнитом или каким-либо другим дистанционным способом, здесь не рассматриваются. Общие описания контактных систем, дугогасительных устройств, кинематики механизмов и других деталей, которые приведены ниже применительно к электромагнитным контакторам, справедливы также и для этих контакторов.
Электромагнитные контакторы получили широкое распространение и являются основными силовыми аппаратами современных схем автоматизированного электропривода. Они строятся для работы в сетях:
1) постоянного тока — контакторы постоянного тока силовые и ускорения;
2) переменного тока промышленной частоты (50 — 60 Гц) — контакторы переменного тока;
3) переменного тока повышенной частоты (до 10 кГц) — контакторы переменного тока на повышенную частоту.
Магнитная система (привод) контактора может по роду тока отличаться от сети (главных контактов). Например, она может быть постоянного тока у контакторов переменного тока, переменного тока промышленной частоты или постоянного тока у контакторов на повышенную частоту.
В зависимости от условий работы в силовых цепях ГОСТ 11206—77Е регламентирует четыре категории применения (А1 А2, А3, А4) контакторов переменного тока и три категории применения (Д1 Д2, Д3) контакторов постоянного тока.
Категориям А1 и Д1 соответствуют режимы работы контактора в цепях с неиндуктивной и слабоиндуктивной нагрузкой (cos φ>0,95, постоянная времени Тв < 1 мс). Коммутация таких цепей осуществляется относительно легко.
Категории А2, А3 и Д2 соответствуют режимам управления электродвигателями с отключением последних при полной частоте вращения. Пуск электродвигателей (при пусковом токе до 2,5 I ном у двигателей постоянного тока, до 6 Iном у двигателей переменного тока) и отключение их при номинальных нагрузках (I = Iном) и частоте вращения являются нормальным режимом работы контактора. У двигателя, вращающегося с номинальной или близкой к ней частотой, противо-ЭДС Е составляет 90—95% от напряжения сети U. Восстанавливающееся напряжение на контактах контактора равно U — Е, т. е. составляет около 10%, а при перегрузках — около 20% номинального. Даже при больших перегрузках и при большой частоте включений в час отключение электродвигателя, вращающегося с номинальной частотой не вызывает осложнений в работе контактора. Для указанных режимов принимается cos φ = 0,35 (ток переменный), Тв = 10 мс (ток постоянный).
Многие электроприводы, в частности металлургические, подъемно-транспортные и т. п., характеризуются большой частотой включений (до 1200 включений в час), реверсированием и торможением противовключением, наличием «толчковых» режимов и режима «работа на упор». В последних режимах электродвигатель либо неподвижен, либо успевает только тронуться с места. Контактору приходится отключать пусковые токи при противо-ЭДС, или равной, или близкой нулю. Восстанавливающееся напряжение равно номинальному. Такие режимы работы, при которых контактору приходится включать и отключать пусковые токи (6 Iном, cos φ = 0,35; 2,5 I ном, Тв = 10 мс) при номинальном напряжении, считаются тяжелыми и соответствуют категориям применения А4, Д3.
В режимах редких коммутаций (аварийных режимах) для контакторов регламентируются токи включения 10 I ном, токи отключения 8 I ном, cos φ = 0,35 (переменный ток), 10 I ном, Тв = 10 мс (постоянный ток).
По частоте включений и механической износостойкости контакторы подразделяются на четыре класса (табл. 1).
Общие требования к контакторам следующие:
1) высокая включающая и отключающая способность — не ниже 10 I ном, а в отдельных случаях до 20 I ном;
2) длительная работа при большой частоте отключений;
3) высокая коммутационная износостойкость — до 3 млн. циклов с учетом отключения пусковых токов;
4) высокая механическая износостойкость — до 10—20 млн. циклов;
5) технологичность конструкции, малая масса и габариты;
6) высокая надежность в эксплуатации.
Изготовляются контакторы главным образом на токи до 630 А (отдельные серии на токи до 3000 А), на напряжения 220, 440, 650, 750 В постоянного тока, 380, 500 и 660 В переменного тока промышленной частоты и до 1500 В переменного тока повышенной частоты. Характерной является частота включений 600 и 1200—1500 включений в час. Некоторые серии контакторов допускают до 3000 включений в час.
Контакторы состоят из системы главных контактов, дугогасительной, электромагнитной систем и вспомогательных контактов. В контакторах ускорения с выдержкой времени имеется еще устройство для создания этой выдержки.
Главные контакты осуществляют замыкание и размыкание силовой цепи. Они должны быть рассчитаны на длительное проведение номинального тока и на производство большого числа включений и отключений при большой частоте. При небольшой частоте работы номинальный ток главных контактов определяется в основном из условий нагрева при продолжительном или прерывисто-продолжительном режимах работы. При большой частоте работы номинальный ток определяется еще и из условий дополнительного нагрева контактов от возникающей при отключениях дуги.
В зависимости от нормального положения главных контактов различают контакторы с замыкающими, размыкающими и смешанными контактами. Нормальным считают положение контактов, когда втягивающая катушка контактора не возбуждена и освобождены все имеющиеся механические защелки. Главные контакты могут выполняться рычажного или мостикового типа. Рычажные контакты предполагают поворотную подвижную систему, мостико-вые — прямоходовую.
Дугогасительная система обеспечивает гашение электрической дуги, возникающей при размыкании главных контактов. Способы гашения дуги и конструкции дугогасительных систем определяются родом тока главной цепи и режимом работы контактора.
Электромагнитная система обеспечивает дистанционное управление контактором, т. е. включение и отключение. Конструкция системы определяется родом тока цепи управления контактора и его кинематической схемой. Электромагнитная система может рассчитываться на включение якоря и удержание его в замкнутом положении или только на включение якоря. Удержание же его в замкнутом положении в последнем случае осуществляется защелкой.
В первом случае отключение контактора происходит при обесточивании катушки под действием отключающей пружины, или собственного веса подвижной системы, или того и другого. Во всех случаях на первом этапе отключения участвуют и контактные пружины. В зависимости от схемы включения и значения удерживающей силы электромагнита система может осуществлять минимальную или нулевую защиту. Под минимальной защитой понимают автоматическое отключение контактора при снижении напряжения в цепи катушки ниже определенного уровня, под нулевой — автоматическое отключение контактора при напряжении, близком к нулю (обычно Uоткл < = 10% U ном).
В контакторах с защелкой, кроме электромагнитной системы включения и подведения подвижной системы под защелку, имеется вторая электромагнитная система, осуществляющая отключение контактора, т. е. освобождение подвижной системы из-под защелки. Так как электромагнитные системы работают здесь очень кратковременно, они могут выполняться малых размеров с большими перегрузками по току.
В контакторах ускорения с выдержкой времени электромагнитная система обеспечивает, кроме того, необходимую выдержку времени перед замыканием контактов.
Вспомогательные контакты производят переключения в цепях управления контактора, блокировки и сигнализации. Они рассчитываются на продолжительное проведение тока не более 20 А и отключение тока не более 5 А. Контакты выполняются как замыкающими, так и размыкающими, главным образом мостикового типа, но могут быть и рычажного типа.