Принцип работы контактора

Принцип работы электромагнитного контактора

Контактором называют электротехнический прибор, который используется для включения и выключения силовых электроцепей постоянного и переменного тока на расстоянии. При нормальном режиме работа контактора позволяет включать и отключать силовые электрические цепи достаточно часто – в некоторых случаях до 1500 раз в час, что позволяет использовать их в управлении высокомощных двигателей, например в электровозах, трамвайных и троллейбусных вагонах, тепловозах, лифтах и др.

Сегодня широко используются контакторы переменного тока, чаще всего трехполюсные устройства, хотя бывают и устройства с двумя, четырьмя и пятью полюсами. Двухполюсные и однополюсные контакторы постоянного тока используются значительно реже.

В зависимости от типа привода контактной системы, контакторы бывают электромагнитными, пневматическими и гидравлическими. Среди всех разновидностей в качестве основных коммутирующих аппаратов применяются именно электромагнитные контакторы ввиду их универсальности, износостокости и эффективности. Работа контактора этого типа базируется на действии электромагнитов.

Основные элементы электромагнитного контактора:

• электромагнитная система;
• главные контакты;
• блок-контакты;
• дугогасительное устройство;
• втягивающая катушка.

Принцип работы контактора

Внешне контактор представляет собой катушку проводов, внутри которой расположен сердечник, или цилиндр, подсоединенный механическим образом к электрическим контактам замыкания и размыкания. Контакты замыкания замыкают цепь, по которой течет ток, а контакты размыкания, наоборот, размыкают ее, останавливая ток. Тонкостенный каркас из меди или стали обеспечивает механическую прочность катушке и оптимальные условия для охлаждения элементов прибора.

Работа контактора основана на двух противоположных действиях. На электромагнитную катушку подается напряжение, после чего сердечник, под действием магнитного поля, начинает двигаться вверх, и цепь замыкается, что приводит к появлению в цепи тока и включению электродвигателя или другого подключенного оборудования. После отключения подачи электроэнергии благодаря системе пружин сердечник принимает свое первоначальное положение, основная цепь размыкается, и электрооборудование отключается.

Включение и отключение контактора производится посредством кнопочного устройства с двумя кнопками – «Пуск» черного цвета и «Стоп» красного. При нажатии на кнопку «Пуск» контакты, присоединенные к кнопке, замыкаются, а при нажатии на кнопку «Стоп» – размыкаются. Замыкание контактов приводит к подаче напряжения на катушку контактора и замыканию в ней силовых контактов, которые остаются во включенном состоянии, даже после того как кнопка возвращается в исходное положение – благодаря вспомогательным блок-контактам.

Существует принципиальное отличие в названиях цепей, участвующих в работе системы. Катушка получает питание от цепи управления. напряжение в которой может быть самым разным – чаще всего 230 В. В свою очередь цепь, в которой замыкается контакт, называют силовой цепью. так как она пропускает ток большей силы, чем ток в цепи управления.

Назначение основных элементов контактора

• Главные контакты отвечают за замыкание и размыкание основной силовой цепи. В зависимости от наличия или отсутствия главных контактов того или иного типа, бывают контакторы с размыкающими, замыкающими и смешанными контактами. Контакты рычажного типа оснащены подвижной поворотной системой, мостикового – прямоходовой.
• Дугогасительная система гасит электрическую дугу, возникающую при размыкании главных контактов. Способ гашения и конструкция системы зависят от того, в каком режиме организована работа контактора, а также от рода тока в силовой цепи.
• Электромагнитная система отвечает собственно за дистанционное управление прибором – его включение и отключение.
• Вспомогательные контакты выполняют переключение в цепи управления контактора, его сигнализации и блокировки, бывают и замыкающими, и размыкающими и изготавливаются, как правило, мостикового типа.

Устройство и принцип действия контактора

Коммутация ( от лат. сommutatio — перемена ) – переключение электрических цепей

Контактором называется электромагнитный аппарат дистанционного действия,

предназначенный для частых переключений силовых электрических цепей.

Контакторы предназначены для выполнения следующих основных операций по управлению судовыми электроприводами:

1. пуск и остановка;

2. изменение скорости;

3. изменение направления вращения ( реверс );

4. электрическое торможение двигателей.

На судах контакторы работают в тяжелых условиях: при повышенной вибрации,

сотрясениях, ударах и наклонах, высокой влажности и колебаниях температуры.

Поэтому к конструкции контакторов предъявляются повышенные требования: про-

стота устройства, износоустойчивость, влаго- и нагревостойкость, брызго- и водозащи-

щенность, способность устойчиво работать при кренах и дифферентах.

Контакторы классифицируются по таким основным признакам:

1. по роду тока – на контакторы постоянного, переменного и постоянно-перемен-

2. по числу полюсов ( контактов ) – одно-, двух- и трехполюсные;

3. по положению главных контактов – с замыкающими, размыкающими и теми и

4. по номинальному току главных контактов ( в зависимости от типа и величины

контактора ) и др.

К основным системам контакторов относятся:

1. главных контактов;

2. вспомогательных контактов;

Рассмотрим эти системы подробней.

Рассмотрим устройство и принцип действия контактора, изображенного в упрощен

ном виде ( рис. 9.35 ).

Система главных контактов состоит из двух главных контактов — неподвижного 1 и подвижного 2.

Система вспомогательных контактов включает в себя подвижный контакт 4 и не-

подвижные контакты 10-11 и 12-13.

В электромагнитную систему входят сердечник 6 с катушкой 7 и якорь 5.

Дугогасительная система, для упрощения объяснения, на рис. 9.35 не показана, но

ее устройство и принцип действия объясняются ниже.

В исходном положении ( рис. 9.35, а ) катушка 7 обесточена, отключающая пружи

на 9 притягивает нижнюю часть якоря к изоляционной плите 14.

Главные контакты 1 и 2 разомкнуты, а контактная пружина 3 сжата между верхней частью якоря и контактом 2 с небольшим усилием.

Подвижный контакт 4 замыкает вспомогательные контакты 10 и 11, два других та-

ких контакта 12 и 13 разомкнуты.

Рис.9.35. Электромагнитный контактор: 1 – неподвижный контакт; 2 – подвижный контакт; 3 — контактная пружина; 4 – подвижный вспомогательный контакт;

5 – поворотный якорь; 6 – сердечник электромагнита; 7 – катушка электромагнита; 8 – гибкая перемычка; 9 – отключающая пружина; 10-11, 12-13 — неподвижные контакты; 14 – изоляционная плита ( основание )

Если на катушку 7 подать напряжение, катушка создаст в сердечнике 6 магнитный поток. В результате якорь 5 притянется к сердечнику ( рис. 9.35, б, в ). При этом подвиж-

ный контакт 2 замкнется с неподвижным контактом 1, контакты 10-11 разомкнутся, а 12-13 замкнутся.

На рис 9.35, б показано промежуточное положение якоря, при котором между

нижней частью якоря и сердечником сохраняется воздушный зазор. В этом положении от-

ключающая пружина 9 растянута не полностью, а контактная пружина 3 сжата не полно-

стью, и поэтому сила давления контакта 2 на контакт 1 невелика.

На рис. 9.35, в показано конечное положение якоря, при котором нижняя часть якоря плотно прижата к сердечнику ( нет воздушного зазора ), а контактная пружина 3 заставляет подвижный контакт 2 плотно прижаться к неподвижному 1.

При снятии питания с катушки 7 магнитный поток в сердечнике исчезнет и якорь 5 под действием отключающей пружины 9 и собственного веса отпадет от сердечника. При

этом главные контакты 1 и 2 разомкнутся, а вспомогательные переключатся: контакты 10-11 замкнутся, а 12-13 разомкнутся ( рис. 9.35, а ).

Основное назначение контактной пружины 3 состоит в том, чтобы обеспечить не-

обходимое по условиям эксплуатации нажатие подвижного контакта 2 на неподвижный 1. Кроме того, она выступает как амортизатор, смягчая удар подвижного контакта по непод-

вижному при включении контактора.

Степень сжатия регулировочной пружины можно изменять при помощи регулиро-

вочной гайки ( на рис. 9.35 не показана ).

В рассмотренном контакторе применена магнитная система с поворотным якорем

( более подробно – ниже ). Осью, на которой поворачивается якорь, здесь служит грань призмы.

Электромагнитные контакторы

Контактор представляет собой двухпозиционный электрический аппарат, предназначенный для частых коммутаций силовых электрических цепей с током, не превышающим тока перегрузки. Замыкание (размыкание) контактов контактора осуществляется электромагнитным приводом.

Различают контакторы постоянного и переменного тока.

Контакторыпостоянноготока предназначены для коммутации силовых электрических цепей постоянного тока и приводятся в действие электромагнитом постоянного тока.

Контакторыпеременноготока предназначены для коммутации силовых электрических цепей переменного тока и приводятся в действие электромагнитом постоянного или переменного тока.

Основные узлы контактора:

Контактная система обеспечивает включение и отключение силовой электрической цепи.

Дугогасительная система обеспечивает гашение электрической дуги на главных контактах при размыкании электрической цепи.

Электромагнитный механизм приводит в движение подвижные контакты, осуществляет замыкание главных контактов.

Вспомогательные контакты (блок-контакты) предназначены для коммутации цепей сигнализации и контроля.

Принцип действия контактора:

Включение контактора происходит при подаче напряжения на обмотку электромагнитного привода. Якорь электромагнита притягивается к сердечнику. Одновременно с якорем подвижный контакт притягивается к неподвижному и происходит замыкание силовой электрической цепи.

Отключение контактора происходит при снятии напряжения с катушки электромагнита. Подвижные контакты отпадают от неподвижных под действием силы тяжести подвижных частей и усилия отключающей (возвратной) пружины.

число главных контактов:

для контакторов постоянного тока 1-2;

для контакторов переменного тока 2-5).

номинальный ток главной цепи;

предельная коммутационная способность – максимальный ток, который способен отключить контактор и быть пригодным для дальнейшей эксплуатации;

номинальное напряжение главной цепи – до 660В;

номинальное напряжение цепи управления – 12, 24, 48, 110, 220В;

коммутационная износостойкость – это способность аппарата выдерживать определенное число коммутаций при наличии тока в главной цепи и быть пригодным для дальнейшей эксплуатации. До 2 млн. циклов;

механическая износостойкость – это способность аппарата выдерживать определенное число коммутаций без тока в главной цепи и быть пригодным для дальнейшей эксплуатации. Для контакторов 10÷20 млн. циклов;

частота включения в час для различных серий контакторов составляет 150, 300, 600, 1200, 3600 циклов в час;

собственное время включения – отрезок времени с момента подачи команды на включение до полного замыкания контактов;

собственное время отключения – отрезок времени с момента подачи команды на отключение до погасания дуги;

напряжение и ток вспомогательных контактов ;

число вспомогательных контактов и их вид (размыкающие, замыкающие).

Контакторы постоянного тока

Серии контакторов постоянного тока: КП, КМК, КПМ, КПВ.

Контакторы постоянного тока имеют пять категорий применения: ДС-1; ДС-2; ДС-3; ДС-4; ДС-5.

Контакторы серии КПВ имеют два исполнения:

Замыкание главных контактов при подаче управляющего напряжения.

Размыкание главных контактов при подаче управляющего напряжения.

Контактная система включает неподвижный контакт, подвижный контакт, гибкая связь с выводом. Подвижный контакт выполнен в виде толстой пластины поворотного типа и может перекатываться и скользить по поверхности неподвижного контакта. При этом в месте контактирования стираются окисные пленки, и уменьшается переходное сопротивление. Вывод соединяется с подвижным контактом гибкой связью. Контактное нажатие создается контактной пружиной. В контакторах постоянного тока широко распространена мостиковая система контактов с двумя разрывами на полюс, что значительно облегчает условия дугогашения.Под номинальным током контакторы могут находиться не более 8 часов. По истечении этого времени необходимо провести несколько операций включение-отключение для удаления с поверхности контактов окисной пленки. При нахождении под током более 8 часов, номинальный ток необходимо снизить до. У контакторов, установленных в закрытых объемах, номинальный ток уменьшается до.

Дугогасительная система: дугогасительная камера, катушка магнитного дутья. При отключении контактора, магнитное поле дугогасительной катушки, взаимодействуя с током дуги, вызывает движение последней в сторону дугогасительной камеры. Обеспечивается механическое растяжение, охлаждение и гашение дуги. При токах ниже, эффективность работы дугогасительной системы уменьшается за счет ослабления магнитного поля, длительность горения дуги при этом возрастает.

Электромагнит. В контакторах постоянного тока наибольшее распространение получили электромагниты клапанного типа. Якорь вращается на призме. Такая конструкция обеспечивает механическую износостойкость узла вращения до 20 млн. циклов при частоте включения до 1200 включений в час. Катушка электромагнита наматывается на изолированную стальную гильзу для обеспечения механической прочности и улучшения условий охлаждения. Сила, развиваемая электромагнитом, должна проходить выше характеристики противодействующих пружин при напряжении на катушке не нижев нагретом состоянии. Наибольшее напряжение на катушке не должно превышать. К важным параметрам контактора относится коэффициент возврата, равный отношению напряжения отпускания к напряжению срабатывания. Для большинства контакторов этот коэффициент равен 0.2, что не позволяет использовать контакторы для защиты электроустановок от пониженного напряжения.

Блок-контакты. Все контакторы выпускаются со вспомогательными контактами. Вспомогательные контакты обеспечивают подключение дополнительных схем (сигнализация состояния цепи).

Контакторы переменного тока

Контакторы переменного тока имеют четыре категории применения: АС-1; АС-2; АС-3; АС-4. Контакторы переменного тока выпускаются на токи от 100 до 1000А. Наибольшее распространение получили 3-х полюсные контакторы серии КТ-6000.

Контактная система. Из-за облегченных условий гашения дуги, раствор главных контактов уменьшен по сравнению с контакторами постоянного, что позволяет уменьшить габариты электромагнита.

Дугогасительная система состоит из катушки магнитного дутья, включенной последовательно в токовую цепь, сердечника, полюсных пластин и керамической дугогасительной камеры. Принцип работы дугогасительной системы аналогичен контакторам постоянного тока. В контакторах переменного тока серии КТ-7000 широкое распространение получили дугогасительные решетки, которые не требуют магнитного дутья и более эффективны в качестве дугогасительных устройств. К недостаткам такой системы можно отнести значительный нагрев дугогасительных пластин решетки, что не позволяет применять такие контакторы при большой частоте включения.

Электромагнит. В качестве привода контакторов переменного тока могут использоваться электромагниты переменного тока (серии КТ 6000, КТ 7000) и электромагниты постоянного тока (серии КТП 6000).

С целью устранения вибрации якоря в притянутом положении на полюсах магнитной системы АС расположены короткозамкнутые витки, эффективность работы которых увеличивается при уменьшении зазора между якорем и сердечником, что требует тщательной шлифовки опорных поверхностей магнитопровода. Из-за изменяющейся индуктивности катушки, ток в начальном положении якоря значительно больше тока в конечном положении. В среднем можно считать, что пусковой ток в 10 раз превышает ток в конечном положении якоря. Из данного положения следует недопустимость подачи напряжения на катушку при заторможенном якоре. Допускается питание катушек от сети постоянного тока с обязательной установкой дополнительного резистора. Тяговая характеристика электромагнитов такова, что при уменьшении воздушного зазора сила растет, не так быстро, как у электромагнитов постоянного тока и тяговая характеристика близка к противодействующей. Это обеспечивает высокий коэффициент возврата 0.6÷0.7, что позволяет использовать контакторы переменного тока для защиты электрооборудования от пониженного напряжения.

Электромагниты обеспечивают работу контактора в диапазоне напряжений 0,85-1,05 номинального.

Блок-контакты п редназначены для коммутации цепей сигнализации и контроля. В качестве контактного материала вспомогательных контактов применяется серебро или биметалл.

Вакуумные контакторы предназначены для коммутации силовых электрических цепей переменного тока и приводятся в действие электромагнитом постоянного тока. Вакуумные контакторы имеют герметичное дугогасительное устройство (вакуумную камеру), с помощью которого отклю­чение коммутируемой цепи происходит в вакуумной среде. Трехфазные вакуумные контакторы выпускаются на номинальные токи 160, 250, 400 и 630А и номинальное напряжение 660 и 1140 В. Контакторы предназначены для работы в режимах АС-3 и АС-4 при числе цик­лов 600 и 1200 в час с высокой износостойкостью.

Зазор между главными контактами 1,2 мм и увеличивается в процессе работы до 2 мм. Возможна однократная регулировка зазо­ра. Малый ход контактов обеспечивает малую вибрацию и высокую износостойкость до 2·10 6 циклов в режиме АС-3 при напряжении 1140 В.

Вакуумная дугогасительная камера (дугогасительное устройство) обладает высокими изоляционными и дугогасительными свойствами, а также высоким пробивным напряжением между контактами, высокой скоростью восстановления электрической прочности межконтактного промежутка.

Источники: http://www.magazinkim.ru/catalog/electro/kontaktor/rabota-principle/, http://studopedia.ru/3_202245_ustroystvo-i-printsip-deystviya-kontaktora.html, http://www.studfiles.ru/preview/1582425/page:2/