Тема 5 Коммутационные аппараты низкого напряжения. Контакторы и магнитные пускатели.(1/0/0;1/0/0)
План лекции
1 Электромагниты
2Контакторы
3Магнитные пускатели
В электрических аппаратах (магнитных пускателях, контакторах, реле и т.д.) основным элементом является электромагнит. Конфигурация магнитной цепи электромагнита в зависимости от назначения аппарата может быть самой разнообразной.
Широкое применение в электроаппаратостроении получили магнитные цепи клапанной системы (рисунок 1). Подвижная часть такой системы называется якорем (1). Часть магнитной системы, на которой размещена намагничивающая обмотка (2), является сердечником (3). Иногда вертикальные и параллельные части магнитопровода называют стержнями.
Намагничивающая обмотка 2 с током создает намагничивающую силу (НС), под действием которой возникает магнитный поток. Магнитный поток замыкается как через воздушный зазор ∆, так и между другими точками магнитной цепи с различными магнитными потенциалами. Изменяющийся при перемещении якоря воздушный зазор ∆ называется рабочим зазором. Магнитный поток Ф∆, исходящий через рабочий зазор, соответственно является рабочим потоком. Все остальные потоки, показанные на рисунке 1, есть потоки рассеяния Фр.
Основными характеристиками электромагнита являются тяговые. Тяговой характеристикой электромагнитов прямоходовых систем служит зависимость тяговой силы (электромагнитной силы притяжения) от величины рабочего зазора т.е.
F=ƒ(∆). ( 
Рисунок 1 Магнитная цепь в электромагнитах клапанной системы
Статические тяговые характеристики используются при согласовании характеристик действующих и противодействующих усилий и дают возможность судить о работоспособности электромагнита.
Для электромагнитов с поступательным движением сердечника к статическим характеристикам относятся: зависимость электромагнитной силы от фиксированной величины воздушного зазора 
при неизменном значении тока I в намагничивающей катушке 
при I=const; зависимость электромагнитной силы от тока для данной величины воздушного зазора F=f(I) при =const.
Тяговые характеристики для данного электромагнита могут быть получены экспериментальным и расчетным путем.
Контакторы, аппараты дистанционного управления, применяются для частых включений и отключений силовых цепей при нормальном режиме работы. Они обеспечивают до 1200 включений и отключений в час и применяются в установках постоянного и переменного тока при напряжении до 750 В на постоянном токе и до 660В на переменном токе, включают и отключают токи до 1000 А.
Контакторы серии КПВ-600 предназначены для работы в силовых цепях постоянного тока в основном при напряжении до 220 В и выпускаются с одним замыкающим контактом на токи 100,150,300 и 600 А, с магнитным гашением и без него. Контакторы рассчитаны на частые включения и отключения (до 1200 в час) и пригодны для тяжелых условий работы, где требуется повышенная электрическая и механическая износостойкость.
Механическая износостойкость определяется числом включений – отключений контактора без ремонта и замены его узлов и деталей. Ток в цепи при этом равен нулю.
Электрическая износостойкость определяется числом включений и отключений цепи с током, после которого требуется замена износившихся контактов.
Контактор с управлением от сети постоянного тока состоит из коммутирующего устройства, дугогасительного устройства и электромагнитной системы.
Коммутирующее устройство. Контакты аппарата подвержены наиболее сильному износу. С целью уменьшения износа преимущественное распространение получили линейные перекатывающиеся контакты. Для предотвращения вибраций контактов контактная пружина создает предварительное нажатие, равное примерно половине конечной силы нажатия. Большое влияние на вибрацию оказывает жесткость крепления неподвижного контакта и стойкость к вибрациям всего контактора в целом. В этом отношении удачная конструкция контактора серии КПВ-600 (рисунок 2).
Неподвижный контакт жестко прикреплен к скобе. Один конец дугогасительной катушки присоединен к этой же скобе. Второй конец катушки вместе с выводом надежно скреплен с изоляционным основанием из пластмассы. Последнее крепится к прочной стальной скобе, которая является основанием аппарата. Подвижный контакт выполнен в виде толстой пластины. Нижний конец пластины имеет возможность поворачиваться относительно точки опоры. Благодаря этому пластина может перекатываться по сухарю неподвижного контакта. Вывод соединяется с подвижным контактом с помощью гибкого проводника. Контактное нажатие создается пружиной.
Для уменьшения оплавления основных контактов дугой при токах более 50 А контактор имеет дугогасительные контакты – рога.
Возврат якоря в начальное положение (после отключения электромагнита) производится пружиной.
Дугогасительное устройство. В контакторах постоянного тока наибольшее распространение получили устройства с электромагнитным дутьем. При расхождении контактов между ними возникает дуга. Дугу можно рассматривать как проводник с током. Катушка создает МДС, под действием которой возникает магнитный поток. Магнитный поток проходит через сердечник катушки, полюсные наконечники и воздушный зазор, в котором горит дуга. Магнитное поле, действующее на дугу, создает силу, перемещающую дугу в дугогасительную камеру. Назначение камеры – локализовать область, занятую расплавленными газами дуги, препятствовать перекрытию между соседними полюсами.
Рисунок 2 Контактор постоянного тока серии КПВ-604
Электромагнитная система. В контакторах с приводом на постоянном токе преимущественное распространение получили электромагниты клапанного типа. Якорь вращается на призме и прижимается к ней с помощью специальной пружины. Якорь магнита управляется хвостом, на котором укрепляется подвижный контакт. Возвратная пружина так же действует на хвост якоря. Катушка электромагнита наматывается на тонкостенную изолированную стальную гильзу.
При включении электромагнит преодолевает действие силы возвратной пружины. Тяговая характеристика электромагнита должна во всех точках идти выше характеристики противодействующих пружин при минимальном допустимом напряжении на катушке (0,85 Uн) и нагретой катушки.
Наиболее тяжелым моментом при включении является преодоление силы в момент касания главных контактов, так как электромагнит должен развивать значительное усилие при большом рабочем зазоре.
Важным параметром механизма является коэффициент возврата:
Кв=Uотп/Uвтяг;
где Uотп - напряжение отпуска;
Uвтяг – минимальное напряжение втягивания.
Для контакторов постоянного тока Кв ≈ 0,2…0,3.
Собственное время включения состоит из времени нарастания потока до значения потока трогания и времени движения якоря. Большая часть времени тратится на нарастание потока. Для контакторов на ток 100А собственное время включения составляет 0,14 с.
Собственное время отключения – время с момента обесточивания электромагнита до момента размыкания контактов. Оно определяется временем спада потока отпускания. В контакторах на ток 100А собственное время отпускания составляет 0,07с.
Выбор контакторов производится:
- по напряжению установки
Uуст≤ Uном;
- по роду и значению тока
Iнорм≤ Iном, Imax≤ Iном;
-по мощности подключаемых электродвигателей
Pподкл≤ Pдоп.
Магнитные пускатели предназначены для дистанционного управления трёхфазными асинхронными двигателями и для защиты их от перегрузок. Кнопки управления смонтированы обычно отдельно в виде кнопочного поста управления. Схема управления асинхронным двигателем при помощи магнитного пускателя представлена на рисунке 4.1.
Магнитные пускатели переменного тока состоят из трехполюсного контактора и двух тепловых реле, встроенных в общий корпус. Тепловые реле осуществляют защиту двигателя от перегрузок. Для защиты от токов короткого замыкания в главной цепи пускателя предусматриваются плавкие предохранители. Магнитные пускатели осуществляют также нулевую защиту электродвигателей при снижении напряжения сети или при его полном исчезновении.
Рисунок 3 Схема управления электродвигателем
Магнитный пускатель должен надёжно работать при колебаниях напряжения от 0,85 Uн до 1,05 Uн.
В данной работе испытывается магнитный пускатель ПА-4I2. Магнитная система пускателя поворотного типа с Ш-образным сердечником. Главные контакты пускателя заключены в закрытые дугогасительные камеры для облегчения гашения дуги, возникающей при размыкании контактов. Для исключения вибрация магнитной системы на сердечнике располагаются короткозамкнутые витки.
Для защиты двигателя от перегрузок в магнитном пускателе применены тепловые реле серии ТРП.
Выбор магнитных пускателей производится:
- по напряжению установки
Uуст≤ Uном;
- по роду и значению тока
Iнорм≤ Iном, Imax≤ Iном;
-по мощности подключаемых электродвигателей
Pподкл≤ Pдоп.
Рекомендуемая литература:
Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.: ил.
Самостоятельная работа студентов:
1. Изучение конструкции магнитных пускателей