Контакторы переменного тока промышленной частоты.
Общие сведения.

Контакторы переменного тока промышленной частоты строятся, как правило, трехполюсными с замыкающими главными контактами.
Электромагнитные системы выполняются шихтованными, т. е. набираются из отдельных изолированных друг от друга пластин толщиной 0,35; 0,5; 1 мм. Катушки низкоомные, с малым числом витков. Основную часть сопротивления катушки составляет ее индуктивное сопротивление, зависящее от величины зазора. Ввиду этого ток в катушке при разомкнутой магнитной системе (пусковой ток) в 5 —10 раз превышает ток при замкнутой магнитной системе (рабочий ток). Применяются магнитные системы как поворотного (Е-образные, П-образные, клапанные и др.), так и прямоходового (Ш-образные, Т-образные, соленоидные) типа, первые — в контакторах тяжелого режима работы, вторые — в контакторах нормального режима работы.
Электромагнитная система независимо от типа состоит из сердечника, якоря, короткозамкнутого витка, катушки и крепежных деталей. Слабым местом в отношении износостойкости является короткозамкнутый виток. Удары якоря о сердечник вызывают вибрацию консольно выступающих участков витка и поломку его после определенного числа операций. Высокую износостойкость витка обеспечивает такое крепление, при котором отсутствуют незакрепленные консольные участки.
Борьба с расклепыванием полюсов и «распушивашем» пластин магнитопровода ведется путем применения более толстых пластин (до 1 мм для средних и до 2-3 мм для крайних связующих). Однако это приводит к увеличению потерь и более высокому нагреву системы. Поэтому применение более толстых пластин возможно при условии использования магнитных материалов с малыми потерями.
При жестком креплении магнитной системы кинетическая энергия подвижных частей гасится при ударе якоря о сердечник, что приводит к расклепыванию и износу как якоря, так и сердечника.
Удар передается контактам и приводит к их дребезгу («вторичный» дребезг).
Для повышения механической износостойкости магнитную систему амортизируют (рис. 1). Амортизируется либо неподвижная часть (рис. 1, а), либо подвижная (рис. 1, б), либо и та и другая. При амортизированном креплении кинетическая энергия движущихся масс расходуется на перемещение сердечника или якоря и гасится амортизирующими пружинами. Механическая износостойкость системы резко возрастает. Устраняется «вторичный» дребезг контактов, и повышается их коммутационная износостойкость.
Амортизированное крепление, кроме того, обеспечивает «самоустановку» частей магнитной системы, их хорошее прилегание во включенном положении и снижение «вторичного» дребезга.
Кинематические схемы современных контакторов переменного тока характеризуются широким разнообразием.
Поворотные схемы применяются преимущественно в контакторах тяжелого режима работы и специальных, например в контакторах со смешанными контактами. Вращение в подшипниках скольжения не обеспечивает высокой механической износостойкости. Для достижения износостойкости 10 млн. циклов и выше осуществляется переход на вращение вала контактора на цапфах или призматических подшипниках (см. рис. 2).
Последнее также облегчает сборку контактора, так как обеспечивает самоустановку вала.

---

Рис. 2. Контактор постоянного и переменного тока серии JS (АЕГ, ФРГ) 1 — резиновый амортизирующий упор; 2 — втягивающая катушка; 3 — вспомогательные контакты; 4 — якорь, 5 — металлическая изолированная (монтажная) рейка; б — вал; 7 — призматический подшипник (поз. б); 8 — амортизирующая пружина якоря, 9 — фиксирующая пружина подшипника, 10 — основание подшипника

---

Рис. 3. Характерные кинематические схемы контакторов переменного тока нормального режима работы

---

Широко применяется прямоходовая схема (рис. 3, а). В ней исключаются промежуточные звенья и шарнирные соединения от якоря к контактам. Иногда контакты непосредственно связываются с якорем (рис. 3, б). Якорь перемещается в направляющих, где трущейся парой является металл — пластмасса.
Отсутствие каких-либо шарнирных соединений и подшипников позволяет получить высокую механическую износостойкость. Однако за счет ударов в магнитной системе, непосредственно передаваемых контактам, здесь имеет место дополнительный «вторичный» дребезг контактов, для устранения которого необходимо применять специальные меры. Здесь трудно получить наилучшее соотношение между тяговой и механической характеристиками.
Наряду с прямоходовой весьма широкое распространение получили схемы, в которых передача движения от электромагнита к контактам осуществляется через шарнирно-рычажные соединения. Существовавшее мнение, что шарнирные соединения (оси, втулки и т. п.) не обеспечивают достаточной механической износостойкости, практически опровергнуто. Высокая износостойкость (до 10 млн. циклов и выше) шарнирных соединений достигается правильным их расчетом и конструкцией, отсутствием ударов в них, правильным подбором трущейся пары, например применением в качестве трущихся деталей пары металл — пластмасса и т. д.
Передача движения от электромагнита к контактам через рычажную систему позволяет подобрать желаемое соотношение плеч и достигнуть наиболее благоприятного соотношения между механической и тяговой характеристиками. Например, схема рис. 3, г, представляющая собой сочетание поворотной магнитной системы с прямоходовой контактной системой, позволяет получить снижение скорости контактов в момент их замыкания и соответствующее повышение нажатия на контакты. Такая кинематика дала возможность применить многоступенчатую контактную систему при четырехкратном разрыве на полюс без существенного увеличения размеров магнитной системы. Движущиеся во взаимно перпендикулярных плоскостях прямоходовые (рис. 3, в) или поворотные (рис. 3, д) контактные и магнитные системы приводят к снижению степени взаимного влияния ударов в каждой из систем.
Кинематическая схема на рис. 3, е позволяет обеспечить при равной по отношению к схемам на рис. 3, а и б магнитной системе более высокое контактное нажатие. Однако в схеме на рис. 3, е следует ожидать более сильных ударов, для устранения вредного влияния которых необходимо применять специальные меры.

Контактные системы. При поворотных магнитных системах применяются рычажные контактные системы, при прямоходовых — мостиковые. Таким образом, первые находят более широкое применение в контакторах тяжелого режима работы, вторые — в контакторах нормального режима работы.
Говоря о контактных системах, следует иметь в виду следующее весьма важное обстоятельство. В отличие от контакторов постоянного тока режим включения для контакторов переменного тока более тяжел, чем режим отключения. Пусковые токи (периодическая составляющая) асинхронных короткозамкнутых электродвигателей, для управления которыми предназначены рассматриваемые контакторы, составляют 6 — 8, а иногда и 10-кратный номинальный ток. С учетом апериодической составляющей амплитудное значение пускового тока первого полупериода при нормальных рабочих режимах достигает 14—15-кратного номинального тока. Наличие дребезга контактов при включении приводит в этих условиях к большому износу контактов, часто в несколько раз превосходящему их износ при отключении. Борьба с дребезгом при включении приобретает здесь первостепенное значение.

Дугогасителъные системы. В контакторах переменного тока, как и в контакторах постоянного тока, применялось магнитное гашение в камерах с широкими щелями. Во избежание перекрытия между фазами через дугу, выбрасывающуюся далеко за пределы камеры, полюсы приходилось значительно удалять друг от друга. Так, у контактора серии КТ на 150 А расстояние между полюсами составляло 100 мм. Применение дугогасительной решетки (многократный разрыв дуги при переходе тока через нуль) почти полностью исключило выброс дуги за пределы камеры при напряжении 380 В. Это позволило сократить размеры контактора за счет сближения полюсов. Указанная система гашения и сейчас характерна для контакторов с однократным разрывом на фазу на напряжение 380 В и частоту до 600 включений в час.
Для контакторов тяжелого режима работы с частотой включений в час 1200 и более на напряжение до 660 В широкое распространение получило электромагнитное гашение в камерах с узкими щелями, а также в комбинированных камерах — с узкими, зигзагообразными и другими щелями в сочетании с пламегасительными решетками, где также исключается выброс дуги и ее пламени за пределы камеры.
Особо следует отметить применение для контакторов переменного тока системы бездуговой коммутации (см. рис. 4), что во много раз (до десяти и более) повышает износостойкость контактов. Так, в контакторах серии КТ-6000 с бездуговой коммутацией (шунтирование контактов тиристорами) в режимах нормальных коммутаций, соответствующих категориям применения А3 и А4, достигается коммутационная износостойкость контактов не менее 5 млн. циклов, в то время как у контакторов с электромагнитным гашением она составляет 0,5 млн. циклов. В режимах коммутаций номинальных токов коммутационная износостойкость контактов равна механической износостойкости контакторов и достигает 10—15 млн. циклов.
Для большинства контакторов категорий применения А1 А2 и А3 характерно использование двукратного разрыва на фазу (мостиковый контакт) в закрытой комбинированной камере
(рис. 5).

---

Рис. 5. Комбинированные дугогасительные устройства контакторов переменного тока 1 - основание камеры; 2 — неподвижные контакты; 3 — мостиковый контакт; 4 — дугогасительная скоба; 5 — крышка, 6 — дугогаснтельная решетка; 7 — стальной вкладыш; 8 — дугогасительный виток; 9 — направление выталкиваемых из камеры газов, обдувающих дугу, 10 — дугогасительный канал

---

Гашение дуги здесь также основано на использовании околокатодных явлений при переходе тока через нуль . Однако для повышения надежности гашения, а также для обеспечения гашения при напряжениях до 500 В в дополнение к двукратному разрыву используется еще ряд средств
(рис. 5):
1) небольшое поперечное магнитное поле, создаваемое в зоне контактов при помощи скоб 4; охватывающих контакты, витков 8 с магнитопроводом, вкладышей 7 и т. п.;
2) дополнительные катоды, образуемые решеткой б, скобой 4 и т. д.;
3) струя газа, создаваемая движением подвижной системы контактора и обдувающая дугу на контактах.
Применяются и более сложные дугогасительные системы. На рис. 6 приведена система с четырехкратным разрывом на фазу. Она более эффективна, чем дугогасительная решетка, куда дуга должна еще зайти. Однако суммарное усилие на контактах здесь удваивается, что требует более мощной магнитной системы.
На рис. 7 приведена система с вращательным движением дуги в радиально-конусообразном магнитном поле, создаваемом дугогасительной катушкой или магнитом и специальным магнитопроводом.

---

Рис. 7. Дугогасительная система с двукратным разрывом и радиальноконусообразным магнитным полем ;1 — неподвижный контакт, 2 — дугогасительная катушка; 3 — магнитопровод дугогашения, 4 - мостиковый контакт; 5 - последовательные положения дуги

---

Здесь достигается Также уменьшение износа контактов за счет перемещения дуги. Система, однако, очень сложна и нецелесообразна для напряжений до 500 В, при которых надежное гашение осуществляется более простыми средствами.
Усовершенствование существующих конструкций контакторов переменного тока нормального режима работы идет в следующих направлениях:
1) борьба с дребезгом контактов при включении;
2) применение комбинированного дугогашения в закрытой камере на базе многократного (двукратного) разрыва на полюс;
3) применение в качестве трущихся деталей пары металл — пластмасса;
4) переход на крупноузловую сборку, при которой все детали монтируются на одной, максимум на трех, главным образом пластмассовых, деталях с применением минимального количества крепежа или почти вовсе без него; это обеспечивает быструю и легкую разборку и сборку аппарата.
Направления усовершенствования конструкций контакторов тяжелого режима работы следующие:
1) борьба с дребезгом контактов при включении и повышение отключающей способности;
2) повышение механической износостойкости всей конструкции за счет устранения ударов в подшипниках, переход к вращению подвижной системы и контактов на призматических самоустанавливающихся подшипниках;
3) блочность конструкции, когда каждый полюс, магнитная система и узел вспомогательных контактов составляют отдельный конструктивный блок, что позволяет изготовлять контакторы на любое число полюсов до пяти, а также производить быструю замену поврежденного элемента.