Сопротивление обмотки электромагнита контактора

Ток в обмотке контактора магнитного пускателя (следовательно, и электромагнитная сила) обусловлен величиной напряжения приложенного к клеммным «зажимам» обмотки и полным сопротивлением обмотки – активным и индуктивным. Индуктивное сопротивление обмотки контакторов переменного тока преобладает над активным сопротивлением и зависит от величины воздушного зазора между сердечником и якорем; приближенно может быть определено по выражению [1, разд. 5.5]

(3.1)

где w – число витков катушки;

– площадь сечения воздушного зазора, мм²; , где - площадь сечения полюса электромагнита

– величина воздушного зазора, мм.

Во включенном состоянии (якорь притянут к сердечнику) индуктивное сопротивление определяется по закону Ома методом амперметра-вольтметра:

(3.2)

где I – ток в цепи катушки,

U – напряжение приложенное к зажимам катушки.

При отпущенном якоре, т.е. большом значении , индуктивное сопротивление имеет наименьшее значение. При притянутом якоре –максимальное значение. Соотношение между максимальным током в катушке в первый момент включения (при включении) и минимальным при работе зависит от величины воздушного зазора и формы магнитной системы. Наибольшую кратность тока (10-15 имеют Ш-образные магнитные системы, так как обладают увеличенной по сравнениям с другими длиной пути магнитного потока в воздухе). Большое значение тока включения по сравнению с рабочим током обмотки ограничивает применение магнитных пускателей при большой частоте включения. Нагрев втягивающей обмотки магнитного пускателя переменного тока обусловлен не только потерями в самой обмотке, но и потерями в стали магнитной системы. Вследствие этого условия теплоотдачи для катушки с обмоткой электромагнита хуже, чем на постоянном токе. Для уменьшения нагрева сердечника и катушки с обмоткой поверхности соприкосновения катушки с сердечником выполняются минимальными, а сами катушки широкими и короткими. Магнитопроводы электромагнитов переменного тока всегда выполняются шихтованным, т.е набранными из пластин электротехнической стали электрически изолированными друг от друга, что снижает их нагрев от вихревых токов

Характеристики пускателя как релейного элемента

Обмотки контакторов пускателей должны обеспечить четкое и надежное притяжение якоря к сердечнику при напряжении 85% от номинального значения U_Н при нагретой обмотке и не должны перегреваться при напряжении 105% от номинального значения U_Н. Напряжение возврата якоря, называемое напряжением отпускания, составляет примерно 30-60% от номинального значения U_Н. Отношение напряжения отпускания U_ОТП к напряжению срабатывания U_СР, при котором происходит втягивание якоря, носит название коэффициента возврата (К_В). Для релейных аппаратов стремятся иметь К_В ближе к единице. Увеличение К_В может быть достигнуто увеличением натяжения контактной пружины и увеличением конечного зазора (за счет немагнитной прокладки). Отношение напряжения отпускания U_ОТП к номинальному напряжению катушки U_Н называется коэффициентом защиты минимального напряжения (К_защ). Отношение номинального напряжения катушки U_Н к напряжению срабатывания U_СР называется коэффициентом запаса (К_зап). Чем выше коэффициент запаса, тем быстрее и надежнее срабатывает контактор пускателя. Отношение мощности на выходе силовой цепи контактора P_вых к мощности на входе (мощности управляющей цепи) называется коэффициентом усиления (К_У). Чем выше коэффициент усиления, тем более зкономично происходит управление объектом. Катушка контактора пускателя с полной мощностью в режиме удержания якоря S_уд. И коэффициенте мощности cos φ способна управлять асинхронным электродвигателем мощностью P_ДВ.

	(3.3)
	(3.4)
	(3.5)
	(3.6)

где – максимальное значение номинальной активной мощности электродвигателя, которой может управлять контактор в силовой цепи.

Время от момента включения цепи втягивающей катушки до момента первоначального касания контактов называется собственным временем включения магнитных пускателей. Время от момента снятия напряжения с втягивающей катушки до момента появления зазора между главными контактами называется собственным временем отключения магнитного пускателя.

На рис.3.2 приведена схема, поясняющая принцип действия контактора с катушкой управления на постоянном токе. Главные контакты контактора KM включены в силовую цепь двигателя М, втягивающая обмотка контактора (катушка) - в цепь управления, содержащую кнопки Пуск и Стоп. Контактор изображен в состоянии, когда силовая цепь двигателя обесточена. В этом случае напряжение с обмотки 16, установленной на сердечнике 15, снято и его подвижная система под действием возвратной пружины 11, создающей силу Р_B , приходит в нормальное состояние. Возникающая при расхождении главных контактов 6 дуга Д гасится в дугогасительной камере 5, имеющей изоляционные перегородки 4, которые способствуют растяжению дуги, увеличению ее длины и сопротивления. На выходе камеры установлены металлические пластины 3 пламягасительной решетки, обеспечивающие рассеивание остаточного столба ионизированных газов, возникших в процессе гашения дуги.

Быстрый выход дуги с контактов в камеру обеспечивается системой магнитного дутья. В цепь главного тока включена последовательная обмотка 17, которая размещена на стальном сердечнике 1. Две стальные пластины - полюса, расположенные по бокам сердечника 1, подводят создаваемое обмоткой 17 магнитное поле к зоне столба дуги , возникшей между контактами. Взаимодействие этого поля с током дуги приводит к появлению сил, которые воздействуют на дугу и способствуют ее вхождению в камеру. Дугогасительная камера 5 изготовляется из дугостойкого изоляционного материала (асбоцемент).

Контактор включается, если подается напряжение на зажимы 13 обмотки 16 приводного электромагнита (катушки), что осуществляется нажатием пусковой кнопки. Поток Ф, созданный током, протекающим через обмотку электромагнита (катушку), развивает тяговую силу, и якорь 10 электромагнита притягивается к его сердечнику, преодолев силы противодействия возвратной 11 и контактной 8 пружин. При включении контактора пусковая кнопка шунтируется вспомогательными контактами 12 контактора. Поэтому при ее отпускании цепь обмотки 16 не разрывается и контактор остается во включенном состоянии.

Сердечник электромагнита оканчивается полюсным наконечником 14, поперечное сечение которого больше поперечного сечения сердечника. Этим достигается некоторое увеличение силы, создаваемой электромагнитом, а также видоизменением тяговой характеристики электромагнита (зависимости электромагнитной силы от величины воздушного зазора). На якоре 10 установлена немагнитная прокладка 9 (латунь) толщиной 0,1 – 0,2 мм для уменьшения силы, обусловленной остаточной индукцией, и предохранение таким образом якоря магнитной системы от залипания.

Соприкосновение контактов 2 и 7 друг с другом и замыкание цепи при включении контактора происходит раньше, чем якорь электромагнита полностью притянется к полюсу. По мере движения якоря, подвижный контакт 7 как бы проваливается, упираясь верхней частью в неподвижный контакт 2, который поворачивается на некоторый угол вокруг точки А и вызывает дополнительное сжатие контактной пружины 8. Это явление получило название «провал контактов», под которым подразумевается величина смещения подвижного контакта на уровне точки его касания с неподвижным контактом в случае, если неподвижный контакт удален.

Провал контактов обеспечивает надежное замыкание цепи, если толщина контактов уменьшается вследствие выгорания их материала под воздействием электрической дуги. Величина провала определяет запас материала контактов на износ в процессе работы контактора и обычно составляет 1-10 мм. В момент соприкосновения подвижный контакт 7 оказывает давление на неподвижный контакт 2, обусловленное предварительным натяжением контактной пружины 8. Переходное сопротивление контактов в момент их касания невелико и контактная площадка разогревается при включении до значительной температуры. Предварительное контактное нажатие, создаваемое пружиной 8, позволяет снизить вибрацию (отскоки) подвижного контакта при ударе его о неподвижный контакт. Все это предохраняет контакты от приваривания при включении электрической цепи. На контактах имеются контактные накладки 6, выполненные из специального материала, например серебра, чтобы улучшить условия длительного прохождения тока через замкнутые контакты во включенном состоянии. Часто применяются накладки из дугостойкого контактного материала для уменьшения износа контактов под воздействием электрической дуги.

Рис. 3.2. Устройство и схема включения контактора (КМ) с тепловыми реле (КК), подключенными к вторичным обмоткам трансформаторов тока (ТА). Управление трехфазным асинхронным двигателем.

Пускатель может осуществлять пуск, остановку, реверс и защиту двигателей. Его основное принципиальное отличие от контактора состоит в наличии защитного элемента, например теплового реле, осуществляющего автоматическую защиту от перегрузок двигателей.