ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 Контактор представляет собой электрический аппарат, предназначенный для коммутации силовых электрических цепей. Замыкание или размыкание контактов контактора осуществляется чаще всего под воздействием электромагнитного привода. Контакторы постоянного тока предназначены для коммутации цепей постоянного тока и, как правило, приводятся в действие электромагнитом постоянного тока. Контакторы переменного тока предназначены для коммутации цепей переменного тока. Электромагниты этих контакторов могут быть как переменного, так и постоянного тока. 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. АС-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 Ю/ном]. 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 включение-отключение контактора без ремонта и замены его узлов и деталей. Ток в цепи при этом равен нулю. Механическая износостойкость современных контакторов составляет (Ю-г-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)-!06 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 /ном представляет собой ток, который можно пропускать по замкнутым главным контактам в течение 8 ч без коммутаций, причем превышение температуры различных частей контактора не должно быть больше допустимого (прерывисто-продолжительный режим работы). Номинальный рабочий ток контактора Люм.р — это допустимый ток через его замкнутые главные контакты в конкретных условиях применения. Так, например, номинальный рабочий ток /110м,р 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. Характеристика категорий применения для этих контактов приведена в табл. 8.3. 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
 а) Контактная система. С целью уменьшения износа для контакторов применяются преимущественно линейные перекатывающиеся контакты. Для предотвращения вибраций контактов контактная пружина создает предварительное нажатие, составляющее примерно 50 % конечного контактного нажатия. Большое влияние на вибрацию оказывает жесткость крепления неподвижного контакта и стойкость к вибрациям всего контактора в целом. На рис. 8.1 показана конструкция контактора серии КПВ-600. Неподвижный контакт /• жестко прикреплен к скобе 2, к которой присоединен один конец дугогасительной катушки 3. Второй конец дугогасительной катушки с выводом 4 закреплен в пластмассовом основании 5. Последнее крепится к прочной стальной скобе 6. Подвижный контакт 7 выполнен в виде толстой пластины, нижний конец которой может поворачиваться относительно точки опоры 8. Благодаря этому контакт 7 может перекатываться и скользить по поверхности неподвижного контакта /. Вывод 9 соединяется с подвижным контактом 7 гибкой связью 10. Контактное нажатие создается пружиной 12.

Рис. 8.1. Контактор постоянного тока серии КПВ-600.
  При износе контакт / заменяется новым, а пластина подвижного контакта переворачивается на 180° и используется ее неповрежденная сторона. Для уменьшения оплавления контактов дугой при токах более 50 А контактор имеет дугогасительные контакты — рога 2, 11. Под действием магнитного поля опорные точки дуги 14 быстро перемещаются на скобу 2, соединенную с неподвижным контактом /, и на защитный рог подвижного контакта 11. Возврат якоря в начальное положение (после отключения электромагнита) производится пружиной 13. В контакторах КПВ-600, как и во многих других, вывод подвижного контакта электрически соединен с корпусом. Как при включенном, так и при отключенном состоянии контактора его конструктивные детали могут находиться под напряжением, и соприкосновение с ними опасно для жизни. Контакторы серии КПВ имеют два исполнения контактной системы: с замыкающим и размыкающим главными контактами. В первом исполнении замыкание главных контактов производится при подаче напряжения на обмотку электромагнита, а размыкание — под действием возвратной пружины. Во втором исполнении контакты замыкаются под действием пружины, а размыкание контактов происходит при подаче напряжения на обмотку электромагнита. В обесточенном состоянии обмотки контакты замкнуты. При номинальном токе контактор находится во включенном состоянии не более 8 ч. По истечении этого времени его необходимо несколько раз отключить и включить для зачистки контактов от оксида меди. После этого аппарат снова пригоден для работы. Номинальный ток контакторов, расположенных в шкафах, понижается примерно на 10 % из-за ухудшения охлаждения. В продолжительном режиме работы, когда длительность нахождения во включенном состоянии превышает 8 ч, допустимый ток контактора снижается примерно на 20%. В таком режиме из-за окисления меди контактов растет их переходное сопротивление, что может привести к повышению температуры выше допустимой. В контакторах с небольшим числом включений или предназначенных для длительного нахождения во включенном состоянии, на рабочую поверхность контактов напаивается серебряная пластина. Это 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 нецелесообразно из-за малой механической прочности серебра. Необходимо отметить, что если при отключении в повторно-кратковременном режиме длительно горит дуга (отключается нагрузка с большой постоянной времени Т = ~L/R), то температура контактов может резко увеличиться за счет их нагрева 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.
Рис. 8.3. Характеристика противодействующих усилий контактора КПВ-600 .
Рис. 8.2. Схема включения главных контактов контактора КТПВ-600 для реверса асинхронного двигателя.
 Для реверса асинхронных двигателей при большой частоте включений в час (до 1200) применяются контакторы типа КТПВ-600 со сдвоенными полюсами. В этих контакторах подвижные контакты изолированы от корпуса, что делает более безопасным обслуживание аппарата. На рис. 8.2 показана схема включения главных контактов контактора КТПВ-600 (обведены штриховой линией) для реверса асинхронного двигателя. Для пуска, останова и реверса двигателя используются три контактора такого же типа. При неполадках и отказе одного контактора подается напряжение только на одну фазу двигателя, что не приводит к его включению. В схеме с однополюсными контакторами отказ одного контактора привел бы к возникновению тяжелого режима двухфазного питания двигателя. Контакторы с двухполюсной контактной системой очень удобны для закорачивания сопротивлений в цепи ротора асинхронного двигателя. В контакторах типа КМВ-521, предназначенных для включения и отключения мощных электромагнитов постоянного тока масляных выключателей, также применяется двухполюсная контактная система. Такая система, включенная в оба провода сети постоянного тока, обеспечивает надежное отключение индуктивной нагрузки, так как в отключаемую цепь вводятся два дуговых промежутка. б) Дугогасительное устройство. В контакторах постоянного тока наибольшее распространение получили устройства с электромагнитным дутьем с катушкой тока 3 и полюсами 15 (см. рис. 8.1). Следует отметить, что при отключении малых постоянных токов (5—10 А) и большой индуктивности нагрузки наблюдается длительное горение дуги. По опытным данным ток, надежно отключаемый контактором, составляет 20—25 % номинального тока. Современные контакторы серии МК обеспечивают отключение тока до 1 А при постоянной времени цепи до 100 мс. в) Электромагнит. В контакторах постоянного тока (рис. 8.1) распространены электромагниты клапанного типа 20. С целью повышения механической износостойкости применяется вращение якоря 17 на призме 19. Компоновка электромагнита и контактной системы, показанная на рис. 8.1, применение специальной пружины 16, прижимающей якорь к призме, позволяют обеспечить износостойкость узла вращения у контакторов КПВ-600 до 20-10° при допустимом числе включений 1200 в час. По мере износа зазор между скобой якоря 18 и призмой 19 автоматически выбирается под воздействием пружины 16. Подвижная система контактора должна быть уравновешена относительно оси вращения. В контакторе серии КПВ-600 якорь электромагнита уравновешивается деталями, несущими подвижный контакт и воспринимающими воздействие возвратной пружины. Катушка электромагнита наматывается на тонкостенную изолированную стальную гильзу, которая обеспечивает достаточную жесткость и улучшает тепловой контакт катушки с сердечником. Последнее способствует снижению температуры катушки и уменьшению габаритов контактора. При включении электромагнита преодолеваются усилия возвратной и контактной пружин. Тяговая характеристика электромагнита должна во всех точках идти выше характеристики этих пружин при минимально допустимом напряжении на катушке (0,85 % UR0VL) и нагретом се состоянии. Включение должно происходить при все время нарастающей скорости движения якоря. Скорость якоря не должна снижаться и в момент замыкания главных контактов. Характеристика противодействующих усилий, приведенных к якорю электромагнита, для контактора КПВ-600 приведена на рис. 8.3, где <р — угол поворота якоря. Отрезки ординаты этой кривой представляют соответственно: / — силу тяжести, 2 — силу возвратной пружины, 3 — силу контактной пружины; 4 — результирующая противодействующая характеристика. 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 контактора является коэффициент возврата kB = Uorn/Ucv. Для контакторов постоянного тока кв, как правило, мал (0,2—0,3), что не позволяет использовать контактор для защиты двигателя от снижения напряжения. Наибольшее напряжение на катушке не должно- превышать 110 % Uном, так как при большем напряжении увеличивается износ контактов из-за усиления ударов якоря, а температура обмотки может превысить допустимое значение. В контакторах типа КТПВ, имеющих сдвоенную контактную систему, при номинальном токе 600 А устанавливаются два параллельно работающих электромагнита для того, чтобы развить необходимую силу. Следует отметить, что с целью уменьшения МДС обмотки, а следовательно, и потребляемой ею мощности рабочий ход якоря выбирается небольшим— (8-т-10) • 10~3 м. В связи с тем что для надежного гашения дуги при малых токах требуется зазор контактов (17-=-20) -10~3 м, расстояние точки касания подвижного контакта от оси вращения подвижной системы берется в 1,5—2 раза больше, чем расстояние от оси полюса до оси вращения. Электромагниты контакторов серии КМВ, предназначенных для включения и отключения приводов масляных выключателей, допускают регулировку напряжения срабатывания и отпускания за счет регулирования возвратной и специальной отрывной пружин. Минимальное напряжение срабатывания этих контакторов достигает 65 % Urom-Низкое напряжение срабатывания приводит к тому, что при номинальном напряжении через обмотку протекает ток, приводящий к ее повышенному нагреву. В связи с этим при номинальном напряжении обмотка может включаться под напряжение только кратковременно на время не более 15 с. Схема включения электромагнита контактора для пуска двигателя аналогична схеме включения электромагнита пускателя.

КОНТАКТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
 а) Контактная система. Контакторы переменного тока выпускаются на номинальный ток от 100 до 1000 А при числе главных контактов от одного до пяти. Наиболее распространены контакторы трехполюсного исполнения. Наличие большого числа контактов приводит к увеличению усилия электромагнита и соответственно момента, необходимою для включения контактора. Так же как и контакторы постоянного тока, контакторы переменного тока имеют вспомогательные контакты, которые приводятся в действие тем же электромагнитом, что и главные контакты. Из-за более благоприятных условий гашения дуги зазор между главными контактами делается меньше, чем в контакторах постоянного тока. Уменьшение зазора позволяет уменьшить мощность электромагнита, его габариты и массу. На рис. 8.4, а показан разрез по магнитной системе, а на рис. 8.4,6 — разрез по контактной системе и общий вид одного полюса контактора КТ-6000. Подвижный контакт / с пружиной 2 укреплен на рычаге 3. Подвижный контакт / и якорь 4 электромагнита связаны между собой через вал контактора 6. В отличие от контакторов постоянного тока подвижный контакт в контакторе КТ-6000 плоский без перекатывания. Отключение аппарата происходит под действием контактных пружин и массы подвижных частей. Для удобства эксплуатации подвижный и неподвижный контакты сделаны легко сменяемыми. Контактная пружина 2, так же как и в контакторах постоянного тока, имеет предварительное нажатие, составляющее примерно половину конечного. Все детали контактора укреплены на изоляционной рейке 5. Рычаг 3 подвижного контакта / укреплен на валу 5, покрытом изоляционным материалом. Вал вращается в подшипниках 7. Система дугогашения состоит из последовательной катушки 8, сердечника 9, полюсных пластин 10 и керамической камеры 11. Катушка 8 включена в цепь последовательно с неподвижным контактом 12 и подвижным контактом /. Главные контакты подключаются в схему выводами 13 и 14. Подвижный контакт / соединяется с выводом 13 с помощью гибкой связи 15. Блок вспомогательных контактов 16 приводится в действие от вала 6. Крепление всех деталей на рейке позволяет использовать контактор в комплектных станциях реечной конструкции и сократить объем и массу станции управления. Допустимое число включений достигает 1200 в час. В контакторах переменного тока широко распространена мостиковая контактная система с двумя разрывами цепи на каждый полюс, которая обеспечивает быстрое гашение дуги при отсутствии гибких связей.



Рис. 8.4. Контактор серии КТ-6000
: а— магнитная система; б— контактная система
 Отсутствие гибкой связи облегчает работу электромагнита и уменьшает габариты аппарата. В качестве материала главных контактов применяется металлокерамика, а для вспомогательных— серебро или биметалл. Основой биметаллического контакта является медь, покрытая тонкой пластиной из серебра. В контакторах переменного тока наряду с магнитным гашением дуги широко применяются дугогасительные решетки, особенно при облегченных режимах работы. б) Электромагнит. Для привода контактов контактора переменного тока широкое распространение получили электромагниты с Ш- и П-образными магнитопроводами. Магнитопровод электромагнита состоит из двух сердечников, один из которых неподвижен, другой (якорь) связан через рычаги с контактной системой. Для амортизации удара якоря о неподвижный сердечник последний крепится к основанию с помощью пружины. Это улучшает условия работы и контактной системы, поскольку при включении не возникает вибрация основания контактора. С целью устранения вибрации якоря во включенном положении на полюсах магнитной системы устанавливаются короткозамкнутые витки. Коротроткозамкнутые витки наиболее эффективны при малом рабочем зазоре. Поэтому для плотного прилегания полюсов их поверхность должна шлифоваться. Из-за изменения индуктивности катушки ток при притянутом якоре значительно меньше, чем при отпущенном. В среднем можно считать, что пусковой ток электромагнита равен десятикратному току притянутого состояния. Для больших контакторов это значение может достигать 15-кратного. В связи с большим пусковым током недопустима подача напряжения па катушку, если якорь по каким-либо причинам удерживается в отпущенном положении. Катушки электромагнитов большинства контакторов допускают до 600 включений в час при ПВ = 40 %. В особо тяжелых условиях работают электромагниты пя-типолюсных контакторов. Для обеспечения нормальной работы пяти контактных пар необходима форсировка электромагнита. Электромагниты контакторов переменного тока могут также питаться от сети постоянного тока. Такие электромагниты имеют специальную катушку е форсировочным резистором, который шунтирован размыкающим вспомогательным контактом контактора или контактами другого аппарата. Параметры катушек и форсировочных резисторов приводятся в справочных материалах. При уменьшении зазора тяговая характеристика электромагнита переменного тока поднимается менее круто, чем в электромагните постоянного тока и благодаря этому ближе подходит к противодействующей. В результате напряжение отпускания близко к напряжению срабатывания. Относительно высокий коэффициент возврата (0,6—0,7) позволяет использовать контакторы переменного тока для защиты электродвигателей от снижения сетевого напряжения. При понижении напряжения сети до (0,6-s-0,7) lVhom происходит отпадание якоря и отключение двигателя. Электромагниты контакторов обеспечивают надежную работу в диапазоне колебания питающего напряжения* 85— 110 % (Уном. Поскольку катушка контактора питается через замыкающий вспомогательный контакт, то включение контактора не происходит автоматически после восстановления напряжения до номинального значения. Срабатывание и отпускание электромагнита переменного тока происходят значительно быстрее, чем электромагнита постоянного тока. Собственное время срабатывания контакторов составляет 0,03—0,05, а время отпускания 0,02 с.

 в) Контакторы серии МК  могут работать в цепях постоянного тока напряжением до 440 В и в цепях переменного тока напряжением до 660 В, частотой 50, 60 Гц при токах до 160 А. Электромагнитный привод контактора выполняется только на постоянном токе с напряжением 24—220 В. Общий вид контактора дан на рис 8.5. Все детали монтируются на стальной скобе 1. Якорь электромагнита 2 притягивается к двум полюсам П-образного магнитопровода электромагнита 3 и через изоляционные колодки 4, 5 действует на системы главных 6 и вспомогательных контактов 7. Система главных контактов показана на рис. 8.6. Все детали крепятся к изоляционной плите 1. Якорь электромагнита воздействует на шток привода контактов 2, на котором установлен подвижный мостиковый контакт 4. Неподвижный контакт 3 укреплен на скобе 5. Нажатие контактов создается пружиной 6. Возврат подвижного контакта в начальное положение производится возвратной пружиной 7. За счет мостикового контакта каждый полюс главной цепи имеет два разрыва, что способствует гашению дуги переменного тока. Для гашения дуги постоянного тока имеются две системы магнитного гашения с катушкой тока 8. Контакторы в зависимости от модификации могут иметь от одной до трех систем главных контактов. Таким образом, контактор может работать в трехфазных цепях и при этом использоваться для пуска трехфазных асинхронных двигателей.


Рис. 8.5. Контактор серии МК
 Контактор имеет также четыре цепи вспомогательных замыкающих или размыкающих контактов. Механическая износостойкость контакторов с номинальным током до 63 А составляет 16-106, •С током 100 и 160 А—10-106 циклов. Допустимая частота срабатываний составляет 1200 в час при ПВ = 40%. При номинальном токе 40 А и категории применения АС-4 износостойкость не менее 106, при номинальном токе 160 А — 0,2-106 циклов. Контакторы обеспечивают 50 отключений Удвоенного номинального тока при напряжении 110 % UH0!J с интервалами между включениями не менее 10 с. Собственное время включения 0,08 и отключения 0,06 с. Для увеличения износостойкости и надежности контакторов серии МК используется полупроводниковая приставка [8.2], схема которой приведена на рис. 8.7. Главные контакты ГК шунтированы тиристорами VS1 и VS2, управление которыми осуществляется через разделительные диоды VD2 и VD3. Если в данный полупериод направление тока соответствует показанному на рис. 8.7, то напряжение, приложенное между мостиком главного контакта и верхним неподвижным главным контактом, через диод VD2 открывает тиристор VS1, по которому начинает проходить ток цепи. После прохождения тока через нуль тиристор закрывается и процесс отключения заканчивается. Если ток имеет обратную полярность, то работают диод VD3 и тиристор VS2. Для защиты управляющих переходов тиристоров от превышений напряжения служат диоды VD1 и VD4. Цепочка RC облегчает условия восстановления напряжения и снижает перенапряжения на тиристорах. Общий вид контактора серии МК с приставкой дан на рис. 8.8. Полупроводниковая приставка расположена в корпусе 4. Контакторы МК с приставкой предназначены для тяжелого режима работы АС-4 с частотой коммутации 1200 в час и более. Их коммутационная износостойкость составляет 5-106 циклов при токе /ном==63 А и 3-106 циклов при токе /Ном = = 100 А. Номинальный рабочий ток /р,НОм при этом берется равным 0,6 /ном. г)




Рис 8.7 Схема полупроводниковой приставки к контактору МК
Рис. 8.8 Контактор типа МК ток 63 А с полупроводниковой приставкой.