Характеристики контакторов постоянного и переменного тока

Методические указания

 

Самара

Самарский государственный технический университет

Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ

 

УДК 621. 313

 

 

Испытания контакторов постоянного и переменного тока (лабораторные работы №1, 2): метод. указ. / Сост. Э.Г. Чеботков, В.М. Хатилин. – Самара; Самар. гос. техн. ун-т, 2008. – 76 с.

 

 

Содержатся основы теории, общие сведения о конструкциях, принципе действия, особенностях, типах и характеристиках контакторов постоянного и переменного тока; приведены методические указания по выполнению лабораторных работ №1 и 2 по курсу «Электрические и электронные аппараты».

Предназначено для студентов электротехнических специальностей.

 

Составители Э.Г. Чеботков, В.М. Хатилин

Рецензент д-р техн. наук В.Е. Высоцкий

 

 

УДК 621.313

 

 

© Э.Г. Чеботков, 2008

© Самарский государственный

технический университет, 2008

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Контактор – это одноступенчатый аппарат, пред­назначенный для частых дистанционных включений и отключений электрических силовых цепей. Замыкание контактов контактора может осуществляться электромагнитным или гидравлическим при­водом. Наибольшее распространение получили электромагнитные контакторы.

В настоящее время частота коммутаций в схемах элек­тропривода достигает 3600 в час. Этот режим работы является наиболее тяжелым. При каждом включении и от­ключении происходит износ контактов. Поэтому принимаются меры к сокращению длительности горения ду­ги при отключении и к устранению вибраций контактов.

Общие технические требования к контакторам и усло­вия их работы регламентированы ГОСТ 11206–77 .

Ниже описываются категории применения современных контак­торов и приводятся параметры коммутируемых ими цепей в зависимости от характера нагрузки.

а) Контакторы переменного тока.
АС-1 – активная или малоиндуктивная нагрузка.

АС-2 – пуск электродвигателей с фазным ротором, тор­можение противовключением.

AG-3 – пуск электродвигателей с короткозамкнутым рото­ром. Отключение вращающихся двигателей при номинальной нагрузке.

АС-4 – пуск электродвигателей с короткозамкнутым рото­ром. Отключение неподвижных или медленно вращающихся электродвигателей. Торможение противовключением.

б) Контакторы постоянного тока.
ДС-1 – активная или малоиндуктивная нагрузка.

ДС-2 – пуск электродвигателей постоянного тока с парал­лельным возбуждением и их отключение при но­минальной частоте вращения.

ДС-3 – пуск электродвигателей с параллельным возбуж­дением и их отключение при неподвижном состо­янии или медленном вращении ротора.

ДС-4 – пуск электродвигателей с последовательным воз­буждением и их отключение при номинальной час­тоте вращения.

ДС-5 – пуск электродвигателей с последовательным воз­буждением, отключение неподвижных или медленно вращающихся двигателей, торможение противотоком.

Для контакторов существует еще режим редких комму­таций, характеризуемый более тяжелыми условиями, чем при нормальных коммутациях (ток включения достигает 10 Iном). Такие режимы возникают довольно редко (на­пример, при КЗ).

Основными техническими данными кон­такторов являются номинальный ток главных контак­тов, предельный отключаемый ток, номинальное напря­жение коммутируемой цепи, механическая и коммутацион­ная износостойкость, допустимое число включений в час, собственное время включения и отключения. Способность контактора, как и любого коммутационного аппарата, обе­спечить работу при большом числе операций характеризу­ется износостойкостью. Различают механическую и комму­тационную износостойкость. Механическая износостойкость определяется числом циклов включения-отключения кон­тактора без ремонта и замены его узлов и деталей. Ток в цепи при этом равен нулю. Механическая износостойкость современных контакторов составляет (10-20) · 10⁶ опера­ций.

Коммутационная износостойкость определяется таким числом включений и отключений цепи с током, после кото­рого требуется замена контактов. Современные контакторы должны иметь коммутационную износостойкость порядка (2-3) · 10⁶ операций (некоторые выпускаемые в настоящее время контакторы имеют коммутационную износостойкость 10⁶ операций и менее).

Собственное время включения состоит из времени нарастания потока в электромагните контактора до значения потока трогания и времени движения якоря. Большая часть этого времени тратится на нарастание магнитного потока. Для контакторов постоянного тока с номинальным током 100 А собственное время включения составляет 0,14 с, для контакторов с током 630 А оно увеличивается до 0,37 с.

Собственное время отключения – время с момента обесточивания электромагнита контактора до момента размы­кания его контактов. Оно определяется временем спада по­тока от установившегося значения до потока отпускания. Временем с начала движения якоря до момента размыка­ния контактов можно пренебречь. В контакторах постоян­ного тока с номинальным током 100 А собственное время отключения составляет 0,07, в контакторах с номинальным током 630 А – 0,23 с.

Номинальный ток контактора представляет собой ток, который можно пропускать по замкнутым главным контактам в течение 8 ч без коммутаций, причем превыше ние температуры различных частей контактора не должно быть больше допустимого (прерывисто-продолжительный режим работы). Номинальный рабочий ток контактора – это допустимый ток через его замкнутые главные контакты в конкретных условиях применения. Так, напри­мер, номинальный рабочий ток контактора для ком­мутации асинхронных двигателей с короткозамкнутым ро­тором выбирается из условий включения шестикратного пускового тока двигателя.

Номинальным напряжением называется наибольшее напряжение коммутируемой цепи, для работы при котором предназначен контактор. Коммутационная износостойкость главных контактов для категорий ДС-2, ДС-4 и АС-3 в ре­жиме нормальных коммутаций должна быть не менее 0,1, а для категорий ДС-3 и АС-4 – не менее 0,02 механической износостойкости. Вспомогательные контакты должны ком­мутировать цепи электромагнитов переменного тока, у ко­торых пусковой ток может во много раз превышать устано­вившийся.

Контактор имеет следующие основные узлы: контакт­ную систему, дугогасительное устройство, электромагнит и систему вспомогательных контактов. При подаче напря­жения на обмотку электромагнита контактора его якорь притягивается. Подвижный контакт, связанный с якорем электромагнита, замыкает или размыкает главную цепь. Дугогасительное устройство обеспечивает быстрое гашение дуги, благодаря чему достигается малый износ контактов. Система вспомогательных слаботочных контактов служит для согласования работы контактора с другими устройст­вами.

Контакторы постоянного тока коммутируют цепь постоянного тока и имеют, как правило, электромагнит также постоянного тока.

Контакторы переменного тока коммутируют цепь переменного тока. Электромагнит этих контакторов может быть выполнен либо для работы на переменном токе, либо для работы на постоянном токе. В связи с повышением производительности труда в настоящее время схемы электрифицированных приводов требуют до 1 200 и более включений в час. Этот режим работы является наиболее тяжелым. При каждом включении и отключении происходит износ контактов. Поэтому принимаются все меры к сокращению дли­тельности горения дуги при отключении и к устранению вибрации при включении. Большая частота операций требует высокой механической устойчивости электро­магнитного механизма контактора. Способность аппарата обеспечивать работу при большом числе операций характеризуется износоустойчивостью. Различают меха­ническую и электрическую износоустойчивость.

Механическая износоустойчивость определяется чис­лом включений-отключений контактора без ремонта и замены его узлов и деталей. Ток в цепи при этом равен нулю. К современным контакторам предъявляется очень высокое требование по механической износоустойчивости (10-20) · операций.

Электрическая износоустойчивость определяется чис­лом включений и отключений, после которого требуется замена износившихся контактов. Современные контак­торы должны иметь электрическую износоустойчивость порядка 2-3 млн операций. Эти требования очень вы­соки (часть выпускаемых в настоящее время контакторов имеет электрическую износоустойчивость 10⁶ опе­раций и менее). Наряду с высокой механической и элек­трической износоустойчивостью контакторы должны иметь малый вес и размеры. Зона выхлопа раскаленных газов дуги должна быть возможно малой, что позволяет сократить размеры всей установки в целом. Детали, наи­более быстро подвергающиеся износу, должны быть лег­ко доступны для замены. Общие технические требования изложены в ГОСТ 11206-65.

Контактор имеет следующие основные узлы: контактную систему, дугогасительную систему, электромагнит­ный механизм, систему блокконтактов.

При подаче напряжения на катушку электромагнита притягивается якорь. Подвижный контакт, связанный с якорем, производит замыкание или размыкание глав­ной цепи. Дугогасительная система обеспечивает быст­рое гашение дуги, благодаря чему достигается малый износ контактов. Кроме главных контактов, контактор имеет несколько дополнительных слаботочных контак­тов (блок-контактов) для согласования работы контак­тора с другими аппаратами.

2. УСТРОЙСТВО КОНТАКТОРА С УПРАВЛЕНИЕМ
ОТ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

а) Контактная система. Контакты аппарата подвер­жены наиболее сильному электрическому и механическо­му износу ввиду большого числа операций в час и тяже­лым условиям работы. С целью уменьшения износа пре­имущественное распространение получили линейные перекатывающиеся контакты. В про­цессе работы контакты большого числа аппаратов разрывают цепь с током, большим, чем минималь­ный ток дугообразования. Возни­кающая электрическая дуга способ­ствует быстрому износу контактов.

Для надежного гашения дуги, образующейся при отключении, между неподвижным и подвижным контактами необходимо создавать определенное расстояние. В реальных аппаратах это расстояние выбирается с запасом.

Расстояние между неподвижным и подвижным кон­тактами в полностью отключенном положении аппарата называется раствором контактов. Кон­струкция разрывных контактов зависит от номинального тока, тока короткого замыкания цепи, режима работы, назначения аппарата и рассмотрена в разделах, посвященных устройству различных аппаратов. Здесь же мы рассмо­трим только некоторые общие вопросы.

В зависимости от конструк­ции крепления контактов меня­ется число контактных точек со­прикосновения и стабильность контакта.

Контакт, имеющий возмож­ность свободно устанавливаться на поверхности, имеет макси­мальное число точек касания. Такой контакт называется само­устанавливающимся. Пример та­кого контакта дан на рис. 2.1. Неподвижные контакты 1 и подвижный мостиковый кон­такт 2 в месте касания имеют сферические (или цилин­дрические) напайки 3,выполненные из серебра или металлокерамики. Нажатие контактов создается пру­жиной 4. После касания контактов скоба 5, связан­ная с якорем электромагни­та, продолжает свое движе­ние вверх на величину, рав­ную вжиму (провалу) кон­такта 6.

Применительно крис. 2.1 провалом (вжимом) контакта называется рас­стояние, на которое переме­стится подвижный контакт, если убрать неподвижный контакт. В контактах рис. 2.1 пленка окисла не стирается, по­этому медь нельзя использовать в этой конструкции.

На рис. 2.1 показана пальцевая система с перека­тыванием, широко применяемая в контакторах с медны­ми контактами. Контактный рычаг 4 связывается с якорем электромагнита. При включении центр О переме­щается по дуге с радиусом 0₂О_х(1). Касание пальцев 1 и 2 происходит в точке В. При дальнейшем переме­щении точка касания переходит в А. Перекатывание контакта 2 по контакту 1 происходит с небольшим про­скальзыванием. При этом пленка окисла на контактах стирается. При включении контактов, из-за шероховатости на поверхности касания появ­ляется дополнительная вибрация контактов. Поэтому величина проскальзывания должна быть небольшой. При отключении дуга загорается между точками В-В, что спасает от оплавления точки А-А,в которых контак­ты касаются во включенном положении. Таким образом удается разделить контакт на две части: в одной проис­ходит гашение дуги, в другой ток проводится длительно. Поскольку для контактовнепосредственный контроль провала контактов б затруднен, о величине провала судят по зазору, образующемуся между ры­чагом и контактной скобой.

 

Во всех без исключения аппаратах имеется вжим (провал) контактов, который обеспечивает необходимое нажатие контактов. Вследствие обгорания и износа кон­тактов в процессе эксплуатации вжим уменьшается, что приводит к уменьшению силы нажатия и росту переход­ного сопротивления контактов. Поэтому в эксплуатации вжим контактов должен обязательно контролироваться и находиться в пределах, требуемых заводом-изготовите­лем. Особенно это относится к аппаратам, работающим в режиме частых включений и отключений (контакторы), где износ контактов особенно интенсивен. В торцевом мостиковом контакте вжим обычно состав­ляет 3-5 мм. В мощных выключателях высокого напря­жения он увеличивается до 8-10 мм.

 

 

Р и с. 2.1. Конструкции коммутирующих контактов:

а – перекатывающиеся; б – мостиковые; в – сдвоенные

При больших номинальных токах (более 2 000 А)применяется сдвоенная контактная система (рис. 2.1, а). Аппарат имеет главные контакты 1 – 1' и дугогасительные 2 – 2'.

Тело главных контактов выполняется из меди, а по­верхности их соприкосновения – из серебра, нанесенного электролитически (слой 20 мк)или в виде припаянных сереб­ряных пластинок.

Тело дугогасительного кон­такта выполняется из меди. На­конечники дугогасительных контактов выполняются из дугостойкого материала вольфрама или металлокерамики.

Ввиду того, что сопротив­ление цепи главных контактов значительно меньше, чем дуго­гасительных, 75-80% длитель­ного тока проходит через глав­ные контакты, имеющие малое переходное сопротивление.

При отключении вначале расходятся главные контакты и весь ток цепи перебрасывается в дугогасительные. Контакты 2 – 2'расходятся в тот момент, когда рас­стояния между главными контактами достаточно, чтобы выдержать наибольшее напряжение, возникающее в про­цессе гашения дуги на дугогасительных контактах.

При включении таких контактов вначале замыкаются дугогасительные контакты, а затем главные, что обеспе­чивает отсутствие дуги и оплавление на серебряных по­верхностях главных контактов. Ввиду громоздкости это решение применяется только при очень больших токах в автоматах и выключателях высокого напряжения.

Во всех остальных случаях стремятся подобрать соот­ветствующий контактный материал и обойтись одноконтактной системой.

Для предотвращения вибраций контактов контактная пружина создает предварительное нажатие, равное при­мерно половине конечной силы нажатия. Большое влия­ние на вибрацию оказывают жесткость крепления непо­движного контакта и стойкость к вибрациям всего контактора в целом. В этом отношении очень удачна конст­рукция контактора серии КПВ-600 (рис. 2.2). Неподвиж­ный контакт 1 жестко укреплен к скобе 2. Один конец дугогасительной катушки 3 присоединен к этой же ско­бе. Второй конец катушки вместе с выводом 4 надежно скреплен с изоляционным основанием из пластмассы 5. Последнее крепится к прочной стальной скобе 6,которая является основанием аппарата. Подвижный контакт 7 выполнен в виде толстой пластины. Нижний конец пла­стины имеет возможность поворачиваться относительно точки опоры 8. Благодаря этому пластина может пере­катываться по сухарю неподвижного контакта 1. Вводной зажим 9 соединяется с подвижным контактом 7 с по­мощью гибкого проводника (связи) 10. Контактное нажатие создается пружиной 12.

Р и с. 2.2. Контактор постоянного тока серии КПВ–600

При износе контактов сухарь 1 заменяется на новый, а пластина подвижного контакта поворачивается на 180° и неповрежденная сторона ее используется в работе. Для уменьшения оплавления основных контактов ду­гой при токах более 50 А контактор имеет дугогасительные контакты – рога (2-11). Под действием магнитного поля дугогасительного устройства опорные точки дуги быстро перемещаются на скобу 2, соединенную с не­подвижным контактом 1, и на защитный рог подвиж­ного контакт а 11. Возврат якоря в начальное положе­ние (после отключения магнита) производится пружи­ной 13.

Основным параметром контактора является номи­нальный ток, который определяет величину (размеры) контактора. Так, контактор II величины имеет ток 100 А, III – 150 Аи т.д.

Характерной особенностью контактов КПВ-600 и многих других типов является электрическое соединение вывода подвижного контакта с корпусом контактора. Во включенном положении контактора магнитопровод нахо­дится под напряжением. Даже в отключенном положе­нии напряжение может оставаться на магнитопроводе и других деталях, поэтому соприкосновение с магнитопроводом опасно для жизни.

Серия контакторов КПВ имеет исполнение с размы­кающимся главным контактом. Замыкание производит­ся за счет действия пружины, а размыкание – за счет силы, развиваемой электромагнитом.

Номинальным током контактора называется ток пре­рывисто-продолжительного режима работы. При этом режиме работы контактор находится во включенном со­стоянии не более 8 ч. По истечении этого промежутка аппарат должен быть несколько раз включен и отклю­чен (для зачистки контактов от окиси меди). После это­го аппарат снова включается.

Если контактор располагается в шкафу, то номи­нальный ток понижается примерно на 10% из-за ухуд­шающихся условий охлаждения.

В продолжительном режиме работы, когда длитель­ность времени непрерывного включения превышает 8 ч,допустимый ток контактора снижается примерно на 20%. В таком режиме из-за окисления медных контактов рас­тет переходное сопротивление, что может привести к по­вышению температуры выше допустимой величины.

Если контактор имеет небольшое число включе­ний или вообще предназначен для длительного включе­ния, то на рабочую поверхность контактов напаивается серебряная пластина. Серебряная облицовка позволяет сохранить допустимый ток контактора, равный номи­нальному, и в режиме продолжительного включения. Ес­ли контактор наряду с режимом продолжительного вклю­чения используется в режиме повторно-кратковременного включения, применение серебряных накладок становится нецелесообразным, так как из-за малой механической прочности серебра происходит быстрый износ контактов. В повторно-кратковременном режиме при ПВ 40% допустимая величина тока, как правило, составляет при­мерно 120% номинального значения.

Согласно рекомен­дациям завода допустимый ток повторно-кратко-времен­ного режима для контактора КПВ-600 определяется по формуле

,

где , а п – число включений в час.

Необходимо отметить, что если при отключении в по­вторно-кратковременном режиме длительно горит дуга (отключается большая индуктивная нагрузка), то темпе­ратура контактов может резко увеличиться за счет по­догрева контактов дугой. В этом случае нагрев контак­тов в продолжительном режиме работы может быть мень­ше, чем в повторно-кратковременном режиме.

Как правило, контактная система имеет один полюс.

Для реверса асинхронных двигателей при большой частоте включений в час (до 1 200) применяется сдвоен­ная контактная система. В этих контакторах типа КТПВ-500, имеющих электромагнит постоянного тока, подвижные контакты изолированы от корпуса, что дела­ет более безопасным обслуживание аппарата. На рис. 2.3 показана схема включения контакторов для реверса асинхронных двигателей.

По сравнению со схемой, име­ющей однополюсные контакторы, схемарис. 2.3 имеет большое преимущество. При неполадках и отказе одного контактора подается напряжение только на один зажим двигателя. В схеме с однополюсными контакторами от­каз одного контактора ведет к возникновению тяжелого режима двухфазного пи

тания двигателя.

Р и с. 2.3. Схема включения главных контактов контактора
КТПВ-600 для реверса асинхронного двигателя

 

Контакторы с двухполюсной контактной системой очень удобно использовать для закорачивания сопротив­лений в цепи ротора асинхронного двигателя. В контакторах типа КМВ-521 применяется также двухполюсная система. Эти контакторы предназначены для включения и отключения мощных электромагнитов приводов постоянного тока масляных выключателей. Наличие двухполюсной кон­тактной системы, включен­ной в оба провода сети по­стоянного тока, обеспечивает надежное отключение силь­но индуктивной нагрузки в виде электромагнитов.

б) Дугогасительная си­стема. В контакторах посто­янного тока наибольшее распространение получили устройства с электромагнит­ным дутьем. Как указыва­лось, при взаимодей­ствии магнитного поля с ду­гой возникает электродина­мическая сила, перемещаю­щая дугу с большой скоростью.

Электрическая дуга является газообразным проводником тока. На этот проводник, так же как на металлический, действует магнит­ное поле, создавая силу, пропорциональную индукции поля и току в дуге. Магнитное поле, действуя на дугу, увеличивает ее длину и перемещает элементы дуги в пространстве с большой скоростью.

Поперечное перемещение элементов дуги создает интенсивное охлаждение, что приводит к повышению градиента напряжения на столбе дуги.

При движении дуги в среде газа с большой скоростью возникает расслоение дуги на отдельные параллельные волокна. Чем длиннее дуга, тем сильнее происходит расслоение дуги.

Дуга является чрезвычайно подвижным проводником. Известно, что на токоведущую часть действуют такие силы, которые стремятся увеличить электромагнитную энергию контура. Поскольку энергия пропорциональна индуктивности, то дуга под действием своего собственного поля стремится образовывать витки, петли, так как при этом возрастает индуктивность цепи. Эта способность дуги тем сильнее, чем больше ее длина.

Движущаяся в воздухе дуга преодолевает аэродинамическое со­противление воздуха, которое зависит от диаметра дуги, расстояния между электродами, плотности газа и скорости движения. Опыт по­казывает, что во всех случаях в равномерном магнитном поле дуга движется с постоянной скоростью. Следовательно, электродинамиче­ская сила уравновешивается силой аэродинамического сопротив­ления.

С целью создания эффективного охлаждения дуга с по­мощью магнитного поля втягивается в узкую щель между стенками из дугостойкого материала с высокой теплопроводностью (диаметр дуги больше ширины щели). Из-за увеличения теплоотдачи стенкам щели градиент в столбе дуги при наличии узкой щели значительно выше, чем у дуги, свободно перемещающейся между электродами. Это дает возможность сократить необходимую для гашения длину дуги и время гашения.

Для улучшения охлаждения дуги ее заго­няют в щель из дугостойкого материала с высо­кой теплопроводностью. При расхождении контактов 1 – 7 между ними возникает дуга 14 (см. рис. 2.2). Дугу можно рассматривать как проводник с током. Катушка 3 создает намагничивающую силу, под действием которой возникает поток. Этот поток проходит через сердечник катушки, полюсные наконечники 15 и воздушный зазор, в котором горит дуга. На рис. 2.2крестиками помечен магнитный поток между полюсами системы, направлен­ный за плоскость чертежа.

Вопрос гашения дуги постоянного тока в контакторах был подробно исследован О.Б. Броном.

Нарис. 2.4 изображена зависимость раствора кон­тактов, при котором происходит гашение дуги, от вели­чины тока и напряженности магнитного поля для контактора одного типа. При всех значениях напряженности поля Н кривые имеют один и тот же характер: при токе 5-7 Акривая достигает максимума, после чего с ростом тока необходимый раствор падает и при токе 200 Авсе кривые сливаются. Такой ход кривых объясняется сле­дующими явлениями. Электродинамическая сила, дейст­вующая на единицу длины дуги, равна

,

где – ток; В – индукция магнитного поля.

Рассмотрим случай, когда H = 0 (кривая 1). При ма­лом значении тока в дуге величина электродинамической силы получается столь незначительной, что она не ока­зывает никакого влияния на процесс гашения. Условия, необходимые для гашения, создаются за счет механиче­ского растяжения дуги подвижным контактом. Чем боль­ше величина отключаемого тока, тем большая энергия должна быть рассеяна в дуге. При этом условия гаше­ния дуги наступают при большей ее длине.

При токе более 7 Ана дугу действует электродинами­ческая сила, возникающая как за счет магнитного поля подводящих проводников, так и за счет конфигурации са­мой дуги (грубо можно представить, что дуга имеет фор­му части окружности). Эти силы являются решающими для гашения дуги. Чем больше ток в цепи, тем больше электродинамическая сила, растягивающая дугу. В ре­зультате при токе 200 Адля гашения дуги достаточно иметь раствор контактов около 1,5 мм.Фактически при таком токе, как только контакты разойдутся, возникаю­щие электродинамические силы выталкивают дугу из межконтактного зазора и перемещают со скоростью несколько десятков метров в секунду. При этом длина дуги, при которой она гаснет, достигает 10 мм и более. Наличие внешнего магнитного поля способствует рез­кому сокращению раствора контактов в области малых токов и незначительно сказывается на процессе гаше­ния при токах 100 Аи выше. Оптимальной на­пряженностью является H = 55 А/см. Дальнейшее увели­чение напряженности мало влияет на процесс гашения, но требует большей мощности для создания магнитного поля, что связано с увеличением затрат меди на ка­тушку.

Кривая зависимости длительности горения дуги от ве­личины тока изображена на рис. 2.5. По своей форме она похожа на кривые рис. 2.4.

С ростом тока увеличивается необходимый для гаше­ния раствор контактов. При заданной скорости их дви­жения требуется и большее время для достижения необ­ходимого раствора. В области больших токов процесс га­шения определяется электродинамическими силами. Чем больше ток, тем больше скорость растяжения дуги ди­намическими силами и меньше время, необходимое для достижения дугой критической длины.

Хотя при токах выше 100 Априменение магнитного дутья кажется излишним (рис. 2.4 и 2.5), во всех кон­такторах на токи 100 А и выше такая система обязательно применяется. Дело в том, что наличие внешнего маг­нитного поля способствует быстрому перемещению опор­ных точек дуги на контактах, перегоняя ее на дугогасительные электроды – рога и тем самым уменьшая оплав­ление контактов. Для каждого значения тока имеется свое оптимальное значение поля. При напряженности, большей оптималь­ной, наступает усиленный износ контактов за счет того, что жидкометаллический контактный мостик, образую­щийся в стадии размыкания контактов, уносится и рас­пыляется сильным магнитным полем.

Р и с. 2.4. Зависимость раствора контактов от тока дуги

 

Р и с. 2.5. Зависимость длительности горения дуги от тока

 

Величина напряжения отключаемой цепи утяжеляет процесс гашения дуги только в области малых токов до 30 А. В области с токами выше 100 А, когда решающую роль играют электродинамические силы, величина пи­тающего напряжения практически не влияет на раствор контактов. Раствор контактов обычно берется 10-17 мми определяется условиями гашения малого тока.

Характер нагрузки отключаемой цепи также оказы­вает влияние только при малых токах в области, где га­шение дуги происходит за счет механического растяже­ния дуги. В области больших токов следует опасаться больших перенапряжений и повторных пробоев из-за резкого снижения тока к нулю при сильном магнитном поле.

В зависимости от способа создания магнитного поля различают системы с последовательным (сериесным) включением дугогасительной катушки и с параллельным (шунтовым) включением катушки и системы с постоян­ным магнитом.

В случае применения сериесной катушки она об­текается током, проходящим в отключаемой цепи. Если пренебречь магнитным сопротивлением стали, то можно считать, что индукция пропорциональна отключаемому току. Тогда выражение для силы, действующей на дугу, можно преобразовать к виду

.

Таким образом, сила, действующая на единицу длины дуги, пропорциональна квадрату тока.

Как было показано ранее, наиболее важно иметь не­обходимую величину магнитного поля для дутья в обла­сти малых токов. Сериесная система обладает как раз тем недостатком, что в этой области токов не создает необходимой напряженности магнитного поля. В результате гашение дуги получается мало­эффективным. На рис. 2.5 изображена зависимость длительности горения дуги и электродинамической силы, действующей на нее, от величины тока для контактора на 150 А. Кривые времени гашения: 1 – при отсутствии магнитного дутья; 2 – при сериесной системе. При токе 10 Адлительность горения дуги достигает 0,09 сек.Такая длительность горения дуги недопустима, так как возможно устойчивое горение без погасания.

Согласно опытным данным ток, надежно отключае­мый контакторами с сериесным дутьем, составляет 20-25% номинального тока аппарата.

Для надежного и быстрого гашения дуги в области малых токов применяются контакторы на небольшой ток (блок-контакторы) со сменными дугогасительными ка­тушками. Эти катушки имеют номинальный ток 1,5-40 А. При малом отключаемом токе катушка имеет боль­шое число витков, благодаря чему создается необхо­димое магнитное поле для гашения дуги за малое время.

Необходимо отметить, что за счет сильного магнит­ного дутья возможен резкий обрыв тока, что приводит к возникновению перенапряжений в сильно индуктивной цепи. Поэтому рекомендуется дугогасительную катуш­ку выбирать на ток, который не более чем в 3 раза пре­вышает ток, отключаемый контактором в цепи с большой индуктивностью. Предельный ток, который может отклю­чать блок-контактор, не должен превышать трехкратного значения номинального тока дугогасительной катушки.

Достоинства системы с сериесной катушкой таковы.

1. Система хорошо работает в области токов свыше 100 А. При этих токах магнитное поле быстро сдувает дугу с рабочих поверхностей контактов и обеспечивает малый их износ.

2. Работа системы не зависит от направления тока. При изменении направления тока меняет знак и магнит­ное поле. Сила, действующая на дугу, не изменяет сво­его направления.

3. Поскольку через катушку проходит номинальный ток контактора, она выполняется из провода большого сечения. Такая катушка механически прочна и не боит­ся ударов, возникающих при работе контактора. Паде­ние напряжения на катушке составляет доли вольта. По­этому к изоляции катушки не предъявляются высокие требования.

Наряду с достоинствами эта система имеет и ряд не­достатков.

1. Плохое гашение дуги при малых токах (5-7 А).

2. Большая затрата меди на катушку.

3. Подогрев контактов за счет тепла, выделяемого дугогасительной катушкой.

Несмотря на эти недостатки, си­стема с сериесной катушкой благодаря высокой на­дежности при гашении номинальных и больших токов получила преимущественное распространение.

В параллельной (шунтовой) системе катушка, соз­дающая магнитное поле, подключается к независимому источнику питания. Напряженность магнитного поля, создаваемая системой, постоянна и не зависит от отклю­чаемого тока.

Сила, действующая на дугу, пропор­циональна отключаемому току.

На рис. 2.5изображена эта зависимость для случая, когда н.с. сериесной обмотки при номинальном токе равна н.с. шунтовой. При токах от 0 до сила, дейст­вующая на дугу, при шунтовой катушке получается боль­шей, чем при сериесной, – прямая F₂. Это позволяет рез­ко снизить длительность горения дуги в области малых токов. При токах больших сила, действующая на дугу, при сериесной катушке больше, чем при шунтовой. Одна­ко для гашения это не имеет существенного значения, так как решающими являются силы, возникающие в са­мом контуре дуги.

Зависимость времени гашения дуги от тока для шун­товой обмотки приведена на рис. 2.5 (кривая 3).

Поскольку в области малых токов шунтовая катушка действует более эффективно, чем сериесная, при одной и той же длительности горения дуги требуется меньшая н.с., что дает экономию. Однако шунтовые катушки име­ют и ряд крупных недостатков.

1. Направление электродинамической силы, действу­ющей на дугу, зависит от полярности тока. При измене­нии направления тока дуга меняет направление своего движения. Контактор не может работать при перемене полярности тока.

2. Поскольку к катушке прикладывается напряжение источника питания, изоляция должна быть рассчитана на это напряжение. Катушка выполняется из тонкого провода. При ударах и вибрациях возможны поврежде­ние изоляции провода и выход из строя катушки. Бли­зость дуги к такой катушке делает ее работу ненадеж­ной.

3. При коротких замыканиях возможна посадка на­пряжения па источнике, питающем катушки. В резуль­тате процесс гашения дуги идет неэффективно.

В связи с указанными недостатками системы с шун­товой обмоткой в настоящее время применяются только в случаях, когда необходимо отключать небольшие токи от 5 до 10 А. В аппаратах на большие силы тока эта си­стема не применяется.

Система с постоянным магнитом по существу мало отличается по своей характеристике от системы с шун­товой обмоткой. Магнитное поле создается за счет по­стоянного магнита.

По сравнению с системами, где поле создается обмот­ками, постоянный магнит имеет ряд преимуществ.

1. Нет затрат энергии на создание магнитного поля.

2. Резко сокращается расход меди на контактор.

3. Отсутствует подогрев контактов от катушки, как это имеет место в системе с сериесной обмоткой.

4. По сравнению с шунтовой системой, система с по­стоянным магнитом обладает высокой надежностью и хорошо работает при любых токах.

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: