ГЛАВА 7. АППАРАТЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
И НЕАВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
§ 7.1. КОНТАКТОРЫ
Контактор — это коммутационный аппарат, предназначенный для частых замыканий и размыканий электрических цепей под нагрузкой. В пусковых устройствах контакторы служат для включения и отключения цепи двигателя, а также для шунтирования или расшунтирования в цепи якоря или ротора пусковых или нагрузочных сопротивлений. Контакторы управляются дистанционно (вручную) или автоматически. Они обеспечивают до 1500 отключений и выключений в час. Наибольшее применение они имеют в качестве аппаратов для управления двигателями постоянного и переменного тока напряжением до 500 в. Контактные системы контакторов могут приводиться в действие с помощью электромагнитов, сжатого воздуха или жидкости. В связи с этим различают контакторы электромагнитные, электропневматические и гидравлические. Ниже будут рассматриваться только электромагнитные контакторы. Различают контакторы постоянного (одно- и двухполюсные) и переменного (трех- и многополюсные) тока.
Контакторы постоянного тока.
Это контакторы, которые коммутируют силовые цепи постоянного тока и управляются постоянным током. Контакторы постоянного тока бывают параллельные и последовательные.
У параллельных контакторов втягивающая катушка включается в сеть параллельно. Параллельный контактор (рис. 7.1) состоит из изолирующей плиты /, на которой собираются все части контактора, главных или рабочих контактов 5, 6, дугогасительного устройства 5, 4, втягивающей втулки 2, магнитной системы 7, блок-контакта S, 9.
Изолирующая плита служит остовом конструкции контактора, а также главной изоляцией токоведущих частей. В настоящее время такие плиты готовятся главным образом из асбоцемента.
Главные контакты работают в тяжелых условиях. Они отключают номинальные токи с большой частотой, поэтому должны быть твердыми, дугостойкими, создавать хороший электрический контакт, быть износоустойчивыми.
Контакты контакторов выполняются главным образом в виде двух разновидностей: цилиндр—цилиндр (рис 7.2, а) и цилиндр — плоскость (рис. 7.2,6). Такие контакты выгодно отличаются от других форм контактов по следующим соображениям.
- Трение скольжения в них заменено трением качения, а это позволяет допускать большую силу нажатия, больший ток и большую частоту включений.
- Контакты такой формы самоочищаются от окислов и грязи в процессе работы.
Рнс. 7.1
- Возникающая дуга между контактами никогда не возникает на линии их касания.
Дугогасительное устройство состоит из дугогасительной камеры и катушки. Камера представляет собой полость, которая может охватывать подвижный и неподвижный контакты (рис. 7.1). Дугогасительная катушка представлена на рис. 4.8 (гл. 4).
Втягивающая катушка при напряжении 220 в содержит до 20 000 витков из провода малого диаметра (доли мм). Для создания жесткой конструкции катушки ее компаундируют. Катушка делается вытянутой по размеру /к и суженной до минимума по размеру Н (рис. 7.3).
Делается это для того, чтобы добиться минимального перепада температур между внутренней и внешней стенками катушки. При постоянстве напряжения потери в катушке обратно пропорциональны сопротивлению
(7.1)
где ЛI — мощность потерь в катушке, превращающаяся в тепло, вт;
U — напряжение сети, от которой питается катушка, в;
Rn — сопротивление катушки, ом.
Поэтому катушку делают с большим числом витков и малым диаметром провода.
При электрическом расчете параллельной втягивающей катушки стремятся к тому, чтобы создать необходимую м. д. с. при заданном напряжении сети или заданной силе тока и сохранить температуру нагрева намотки катушки в допустимых пределах. При этом определяют диаметр проволоки выбранной марки (d), число витков (W) и сопротивление катушки (R).
На рис. 7.3, а представлены исходные размеры катушки.
£>„„ — внешний диаметр катушки;
Do — внутренний диаметр катушки;
/к — высота катушки;
— высота намотки;
j — средний диаметр катушки;
/ср — средняя длина витка;
Q = HlK —площадь поперечного сечения окна намотки; So — боковая поверхность катушки.
Для прямоугольной катушки (рис. 7.3, б):
/к — высота катушки;
о0 и Ь0 — внутренние размеры поперечного сечения катушки;
А—В — внешние размеры поперечного сечения катушки;
— высота намотки;
— средняя длина витка;
— площадь поперечного сечения окна намотки.
Намотка катушки бывает рядовая, шахматная и дикая.
При рядовой намотке витки одного ряда расположены плотно друг к другу, а витки вышележащего ряда точно лежат над витками нижнего ряда.
При шахматной намотке витки вышележащего ряда расположены в промежутках между витками нижнего ряда.
При дикой намотке витки расположены рядами, но без точной укладки.
На практике приходится иметь дело либо с рядовой, либо с дикой намотками, так как получить шахматную намотку очень трудно.
Для кратковременного теплового режима следует воспользоваться формулой (3.20), а для повторно кратковременного теплового режима формулой (3.23).
Во всех режимах должно соблюдаться условие.
Для последовательных катушек тепловые режимы и расчеты остаются в силе те же, что и для параллельных. Однако последовательные катушки в отличие от параллельных могут подвергаться действию токов короткого замыкания. Поэтому они должны быть проверены на термическую устойчивость. На динамическую устойчивость катушки напряжением до 1000 в не проверяются.
Термическая устойчивость проверяется по формуле (3.37)
Если значение SyUm окажется меньше или равно сечениям проводов (шины), полученным по равенствам (7.12) и (7.13), то катушка будет термически устойчива и наоборот.
Пересчет параллельных катушек. Пусть дана катушка, рассчитанная на напряжение и режим продолжительности включения — ПВ, и ее обмоточные данные:
d\ — диаметр провода без изоляции, мм;
Di — диаметр провода с изоляцией, мм;
Wi — число витков при напряжении;
Ri — сопротивление обмотки катушки при напряжении 0\. Требуется перейти на напряжение при том же режиме. Тогда диаметр провода без изоляции d2 будет
(7.15)
Если меняется ΠΒι на ПВг, то
(7.16)
Для изолированного провода диаметром Do число витков будет
(7.17)
Сопротивление
Пересчет последовательных катушек. Ток катушки — Л, режим — ΠΒι, провод — шинный.
Рис. 7.4
Si=ciixbi — сечение при токе Л; W'i — число витков при токе Л; /?ι — сопротивление для тока It.
При переходе к току /2 при том же режиме и сохранении размера ширины Ь, а также толщины изоляции между витками, которая может быть принята 0,25 мм, высота шины а2 будет
(7.19)
число витков катушки
(7.20)
сопротивление катушки
(7.21)
Магнитная система состоит из ярма, сердечника и якоря. Для контакторов постоянного тока все эти элементы изготовляются сплошными из электротехнический стали. По конструкции различают магнитные системы с уравновешенным якорем (рис. 7.1) и магнитные системы с U-образным якорем (рис. 7.4).
Магнитная система с уравновешенным якорем не требует строго вертикальной установки контактора, пригодна для работы в нестационарных условиях, не боится сотрясений. Недостатком этой системы является необходимость иметь относительно завышенную м. д. с., что связано с дополнительным расходом меди и увеличением габаритов контакторов. При U-образном якоре требуется меньшая м. д. с., но необходима строго вертикальная установка, стационарные условия и отсутствие сотрясений.
Характерной особенностью магнитных систем постоянного тока является относительно небольшой воздушный зазор между якорем и сердечником. . Воздушный зазор обычно принимается в пределах 4—II) мм.
Блок-контакты являются вспомогательными контактами контактора, которые служат вспомогательным целям, таким, как, например, шунтирование разрыва кнопки управления (самоудерживание), которое образуется при отнятии руки от штифта кнопки «пуск», для сигнализации о положении контактора.
Конструктивно блок-контакты выполняются в виде мостиковых контактов (рис. 7.1). В зависимости от положения главных контактов различают контакторы с нормально открытыми и с нормально закрытыми контактами. Нормальным положением контактора принято считать то, когда втягивающая катушка не обтекается током. Понятие нормально открытые и нормально закрытые контакты относится как к главным контактам, так и к блок-контактам. Однако суждение о том, какие контакты имеет контактор, определяется положением главных, а не блок-контактов.
