Изображение контактов При изображении контактов применяют следующие правила:

1. подвижные контакты изображается в виде отрезка прямой, наклоненной под углом

30º к горизонтали ( вертикали );

2. неподвижные контакты изображаются в виде отрезка прямой, составляющей про-

должение изображения провода, либо в виде двух отрезков прямых, расположенных под углом 90º;

3. на схемах контакты изображаются в положении, принятом за начальное, при кото-

ром схема обесточена;

4. допускается выполнение контактов в зеркальном изображении.

Ниже изображены основные типы контактов:

1. замыкающий ( рис. 32-а );

2. размыкающий ( рис. 32-б );

3. переключающий ( рис. 32-в ).

Каждый тип контакта может иметь два изображения, в зависимости от того, как

расположены на схеме провода, подходящие к неподвижным контактам. Например, на рис. 32-а изображен один и тот же тип контакта – «замыкающий», на левой части этого рисунка провода, подходящие к неподвижным контактам 2 и 3, расположены горизонталь

но, а на правой – вертикально.

Рис. 32. Контакты: замыкающий ( а ), размыкающий ( б ) и переключающий ( в );

1 – подвижный контакт; 2,3 – неподвижные контакты; F – сила, действующая на подвижный контакт при включении контактора

Название того или иного типа контакта зависит от того, какое положение займёт подвижный контакт после включения контактора.

Для этого применяют такое правило:

при включении контактора сила F действует на подвижный контакт в на-

правлении сверху вниз или слева направо.

Поясним это на примерах.

На рис. 32-а ( левая часть ) подвижный контакт 1 в начальном состоянии разомк-

нут, однако при включении контактора он под действием силы F займет горизонтальное положение . При этом он соединит через себя неподвижные контакты 2 и 3, т.е. замкнет электрическую цепь, отсюда название – «замыкающий».

Аналогично, на правой части рисунка 32-а подвижный контакт 1 в начальном состо

янии разомкнут, но после включения контактора он под действием силы F займет верти-

кальное положение и соединит через себя неподвижные контакты 2 и 3.

Подвижный контакт 1 на рис. 32-б в начальном состоянии замкнут , однако при включении контактора он займет вертикальное ( левая часть рис. 21-б ) или горизонталь-

ное ( правая часть рис. 32-б ) положение, т.е. разомкнет электрическую цепь, отсюда назва

ние – «размыкающий».

Подвижный контакт 1 на рис. 32-в в начальном состоянии образует электрическую цепь с неподвижным контактом 2, однако при включении контактора он переключается и образует электрическую цепь с неподвижным контактом 3, отсюда название – «переклю-

чающий».

Электромагнитная система

В общем случае электромагнитная система контактора состоит из 4-х элементов ( рис. 33 ):

1. скобы;

2. якоря;

3. катушки;

4. сердечника.

По характеру движения якоря различают 2 типа контакторов:

1. с поворотным якорем ( рис. 33, а, б );

2. прямоходовые ( рис. 33, в, г ).

Рис. 33. Магнитные системы контакторов: а, б – с поворотным якорем; в, г – с прямоходовым якорем ( 1 – скоба, 2 – якорь, 3 – катушка, 4 – сердечник ); стрелка-

ми показано направление движения якорей при включении контакторов

При подаче питания в контакторах первого типа якорь поворачивается на опреде-

ленный угол, т.е. совершает криволинейное движение, в контакторах второго типа – перемещается вверх или вниз, т.е. совершает поступательное движение.

В контакторах с поворотным якорем осью, вокруг которой поворачивается якорь,

служит грань трехгранной призмы ( рис. 33, а ) или стальная цилиндрическая ось ( рис.33, б). Направление движения якоря при подаче питания на катушку обозначено стрелками.

Рычажные механизмы контакторов

Якоря контакторов предназначены для механического перемещения контактов. Для

этого между якорем и контактным устройством применяют рычажные механизмы разной формы и степени сложности. В качестве примера рассмотрим кинематические схемы кон

такторов переменного тока ( рис.34 ).

Рис. 34. Кинематические схемы контакторов переменного тока: 1 – ярмо; 2 – якорь; 3 – катушка; 4 – подвижный контакт ( контакты ); 5, 6, 7 – неподвижные контакты

На рис. 34 показаны кинематические схемы контакторов с разными магнитными

системами: прямоходовыми ( а, б, в ), поворотными ( д, е ) и смешанными, сочетающими поворотные и прямоходовые ( г ). На этом рисунке стрелкой показано направление дви-

жения якоря при подаче питания на катушку.

При включении контакторов происходит удар якоря о сердечник в момент их каса

ния. Такие удары приводят к повреждению магнитной системы, например, расклепыва-

нию как якоря, так и сердечника. Кроме того, удар передается контактами и приводит к их дребезгу.

Для повышения механической износостойкости магнитную систему амортизируют при помощи пружин двумя способами: подвеской на пружинах неподвижного сердечника ( рис. 35, а ) или якоря ( рис. 35, б ).

Рис. 35. Схемы амортизации магнитной системы: подвеской на пружинах сердеч-

ника ( а ), якоря ( б ); 1 – сердечник; 2 – якорь; 3 – пружины; 4 – подвижный контакт; 5, 6 – неподвижные контакты

Магнитная система контакторов постоянного тока выполняется сплошной, контак-

торов переменного тока – набирается из листовой электротехнической стали ( для умень

шения потерь на вихревые токи).

Катушки контакторов

У контакторов постоянного тока якорь и скоба имеют форму плоских пластин, а сердечник якоря – цилиндрическую ( круглую ) форму. На сердечник надевается катушка, поэтому форма отверстия внутри катушки повторяет форму сердечника ( т.е. отверстие – круглое ).

У контакторов переменного тока якорь и сердечник выполняются в виде буквы «Ш», причем форма поперечного сечения якоря и сердечника – прямоугольная ( квадрат-

ная ). Катушка надевается на средний стержень сердечника, поэтому отверстие внутри катушки имеет квадратную форму.

Кроме того, катушки контакторов постоянного тока вытянуты в длину, а контакто-

ров переменного тока, наоборот, имеют приплюснутую прямоугольную форму.

Катушки контакторов называются втягивающими. Они обеспечивают включение и удержание якоря в притянутом состоянии. При отключении катушки якорь возвращается в исходное состояние под действием отключающей пружины ( у прямоходовых контакто-

ров ) и собственного веса ( у контакторов с поворотным якорем ). При этом контакты раз-

мыкаются ( или переключаются ).

Втягивающая катушка контакторов постоянного тока питается постоянным током, переменного тока – переменным или постоянным током. В последнем случае переменный ток сети предварительно выпрямляется при помощи полупроводниковых диодов.

Материал катушек контакторов – медные изолированные проводники. Диаметр

и число проводников зависят от мощности контактора и составляют от десятых долей мм до 2-3 мм и от сотен до нескольких тысяч витков.

Короткозамкнутые витки

Через катушки контакторов переменного тока протекает переменный синусоидаль-

ный ток. Это означает, что в моменты времени, когда ток в катушке проходит через нуле-

вые значения, якорь контактора под действием отключающей пружины и собственного веса стремится отпасть.

Однако из-за механической инерции якорь не успевает полностью отпасть от сер-

дечника и при восстановлении тока в катушке вновь притягивается к нему. В результате якорь непрерывно вибрирует и гудит. При вибрации ослабевает контактное нажатие, а также увеличивается ток в катушке. В результате возможно сваривание контактов, а срок службы катушки резко сокращается.

Для устранения описанного явления на крайние стрежни Ш-образного сердечника

устанавливают короткозамкнутые медные или латунные витки. Эти витки обычно охваты

вают 2/3 или половину ( рис. 36 ) сечения стержня.

Рис. 36. Короткозамкнутый виток: Ф – магнитный поток катушки; Ф_в – магнитный поток короткозамкнутого витка.

Принцип действия витка состоит в следующем.

Катушку и виток можно рассматривать как понижающий трансформатор, у которо-

го роль первичной обмотки выполняет катушка, а роль вторичной - короткозамкнутый ви

ток.

Переменный магнитный поток катушки Ф индуктирует в витке э.д.с. самоиндук-

ции. Из курса электротехники известно, что э.д.с. взаимоиндукции отстает от тока ( маг-

нитного потока ) первичной обмотки на четверть периода переменного тока. Отсюда сле-

дует, что в тот момент времени, когда ток в катушке контактора равен нулю, э.д.с. самоин

дукции, наоборот, имеет максимальное значение.

Под действием этой э.д.с. в витке протекает ток, создающий магнитный поток вит-

ка Ф_в. Поскольку в рассматриваемый момент времени э.д.с. самоиндукции максимальна, значит, поток Ф_в также имеет максимальное значение. Этого значения достаточно для то-

го, чтобы якорь контактора не отпадал в отсутствие магнитного потока катушки.

В дополнение к рис. 36, можно использовать рис. 35, на котором хорошо видно ме-

сто расположения короткозамкнутых витков ( жирные линии на крайних стержнях сер-

дечника ).

Дугогасительная система

При размыкание электрической цепи, как правило, возникает дуговой разряд ( дуга ) между контактами.

Открытая дуга имеет высокую температуру ( до 5000 – 10 000º К ), что приводит к выделению большого объема светящихся газов и перегреву самих контактов.

Поверхность контактов обгорает, оплавляется, делается неровной, бугристой. Пло-

щадь прилегания контактов уменьшается, что приводит к увеличению переходного сопро-

тивления контактов и усилению их нагрева. При этом увеличивается износ контактов и сокращается срок службы аппарата.

Кроме того, в пламени дуги происходят опасные для аппаратов химические процес-

сы. Пары меди контактов, попадая в пламя дуги, окисляются там при высокой температу-

ре и поглощают кислород воздуха. Образующийся при этом азот соединяется с парами во-

ды и кислородом, образуя азотную кислоту HNO₃. Капли этой кислоты могут образовать проводящие «мостики» между токоведущими частями в таких местах, куда ни дуга, ни ее пламя не могут попасть.

Для гашения дуги применяют дугогасительные устройства, использующие разные принципы гашения:

1. магнитное дутье, при помощи дугогасительной катушки;

2. гашение при помощи дугогасительных камер;

3. гашение дуги в масле, и др.

На транспортных судах нашли применение первые два способа, на судах с электро-

движением – все три.

Гашение дуги магнитным дутьем

При магнитном дутье используется дугогасительная катушка, включаемая последо-

вательно с контактами и расположенная в непосредственной близости с ними ( рис. 37 ).

Рис. 37. Магнитное гашение электрической дуги: 1 – электрическая дуга; 2 – дугога

сительная катушка; 3 – сердечник катушки; 4 – полюсные наконечники ; 5 – кон-

такты ( нижний – подвижный, верхний – неподвижный ); 6 – дугогасительная каме

ра; 7 – дугогасительный рог; F – электромагнитная сила, действующая на дугу

Принцип магнитного гашения дуги состоит в следующем.

Ток, протекающий через контакты 5 и витки катушки 2, создает магнитный поток, замыкающийся через сердечник катушки 3, полюсные наконечники 4 ( в виде металличе

ских плоских пластин - «щёк» ) и воздушный промежуток между ними. Направление сило

вых линий магнитного поля катушки найдено по правилу охвата катушки и обозначено штриховыми линиями.

Правило охвата применяется для определения направления магнитного потока ка-

тушки с током и состоит в следующем: если правой рукой охватить катушку так, что-

бы четыре вытянутых пальца руки располагались по направлению тока в ней, то отогну-

тый большой палец покажет направление магнитных силовых линий в катушке.

При размыкании контактов возникает дуга, которая проводит ток прежнего направ-

ления. Дугу можно рассматривать как проводник с током, находящийся в магнитном поле.

На такой проводник действует электромагнитная сила Лоренца, направление кото-

рой находят по правилу левой руки.

Правило левой руки применяется для определения направления электромагнитной силы, действующей на проводник с током и состоит в следующем: если левую руку распо

ложить так, чтобы магнитные силовые линии поля входили в ладонь, а четыре вытяну-

тых пальца располагались по направлению тока, то отогнутый большой палец левой руки покажет направление электромагнитной силы.

Электромагнитная сила ( Н ) F = В*I* L, где В – магнитная индукция, Тл ( тесла );

I – сила тока в проводнике, А; L – длина проводника в магнитном поле, м.

В данном примере эта сила F направлена вверх от контактов. Под действием этой силы дуга быстро перемещается по контактам от места возникновения к к верхним краям, а затем перебрасывается одним концом ( на рис. 37, б – правым ) на дугогасительный рог 7.

Одновременно дуга как бы выдувается магнитным полем вверх и вталкивается в узкую часть дугогасительной камеры 6.

Данный способ гашения дуги был объяснен на примере контактора постоянного тока.

Однако этот способ применяется также в контакторах переменного тока с тяжелы-

ми условиями работы – частыми включениями и отключениями. В таких условиях работа

ют электроприводы грузовых лебедок и кранов.

В этих контакторах через дугогасительную катушку протекает переменный ток.

Однако электромагнитная сила F= ВI L имеет одно и то же направление при в любой полу

волне такого тока. Это объясняется тем, что в отрицательную полуволну переменного тока одновременно изменяется как направление тока в дуге, так и направление сило-

вых линий магнитного поля дуги.

Алгебраическое объяснение этому такое:

в положительную полуволну F = (+ В)(+I)L > 0, в отрицательную F = (- В)(-I ) L > 0.

Гашение дуги в дугогасительных камерах

Гашение дуги в дугогасительных камерах применяется как на постоянном, так и на переменном токе. Физические процессы, возникающие при этом, имеют много общего, но

есть и некоторые отличия. Поэтому гашение дуги при помощи камер рассмотрим пооче-

редно для постоянного, а затем переменного тока.

Вне зависимости от рода тока, корпуса камер изготовляются из дугостойких мате-

риалов – асбоцемента ( применялся ранее, сейчас запрещен ), керамики и др.

Гашение дуги в контакторах постоянного тока

Выше ( рис.37, а ) было показано, что под действием электромагнитной силы F дуга

выдувается в узкую часть дугогасительной камеры 6 ( рис.37, б, нижний рисунок ), длина дуги при этом сильно увеличивается, дуга растягивается. Это увеличивает поверхность теплоотдачи, а значит, охлаждает дугу. Кроме того, часть тепла отбирается у дуги стенка-

ми щели дугогасительной камеры. В результате дуга быстро остывает и гаснет.

Из сказанного следует, что дуга, перемещаясь по поверхности контактов, не успе-

вает сильно нагреть их и на рабочую часть контактов почти не действует. Наиболее силь-

но обгорают верхние, нерабочие части контактов и съёмный дугогасительный рог. Этот рог по мере обгорания заменяют новым.

Гашение дуги в контакторах переменного тока

В контакторах переменного тока основным способом гашения дуги является приме

нение дугогасительных камер с деионной решеткой ( рис. 38 ). Корпус камеры изготовлен из дугостойкого материала – асбестоцемента, керамики и др. ( на рис.38 корпус не пока-

зан ).

Рис. 38. Гашение дуги в камере с деионной решеткой: 1 – подвижный контакт, 2 – неподвижный контакт; 3 – стальные пластины ( решетка ), f – электродинамиче-

ские силы

Такая камера так же, как камера контактора постоянного тока, имеет узкую щель, в верхней части которой устанавливаются омедненные стальные пластины 3, не касающие

ся одна другой. Эти пластины как бы образуют решетку, отсюда название – деионная ре-

шетка. Расстояние между пластинами – не менее 2 мм.

Принцип действия такой камеры состоит в следующем.

Выдуваемая внутрь камеры дуга попадает на изолированные стальные пластины и разбивается на ряд коротких дуг. Каждая из них после этого движется самостоятельно – одна быстрее, другая медленнее. При этом образуются П-образные контуры, в которых электродинамические силы f cтремятся сместить опережающие дуги вверх, а отстающие – вниз. Дуга растягивается, что увеличивает поверхность теплоотдачи, а значит, охлаждает дугу.

Кроме объясненного электродинамического эффекта, в металлической решетке про

исходит электрофизический процесс - деионизация пламени дуги.

Деионизация дуги

Суть процесса деионизации состоит в следующем.

Ионы пламени дуги, соприкасаясь с более холодными стальными пластинами ре-

шетки, объединяются в нейтральные молекулы ( рекомбинируют ). Полной деионизации пламени способствуют высокая теплоемкость и теплопроводность пластин, значительная площадь соприкосновения пластин и пламени и довольно значительный путь, который проходит пламя вдоль пластин.

В контакторах переменного тока, работающих с частыми включениями, деионная решетка не обеспечивает надежного гашения дуги, т.к. в промежутках между включения-

ми пластины решетки не успевают остыть, а ионизированный воздух внутри камеры не успевает приобрести изолирующие свойства. Поэтому для таких контакторов применяют оба способа гашения дуги – магнитное и с помощью деионной решетки.

На переменном токе гашение дуги облегчается тем, что ток периодически принима-

ет нулевые значения. Поэтому дугогасительные решетки на переменном токе действуют намного эффективней, чем на постоянном. Этим и объясняется широкое применение ре-

шеток на переменном токе и ограниченное – на постоянном.

Промышленные типы контакторов

Основные характеристики контакторов

Промышленность выпускает большое число серий контакторов. На судах применя-

ются, в основном, контакторы постоянного тока серий КН и КНУ, переменного тока серии КНТ, переменного и постоянного тока серии КМ2000.

В качестве примера рассмотрим контакторы серии КНТ.

Контакторы серии КНТ предназначены для сетей переменного тока частотой 50 и

400 Гц., напряжением 380 В. Эти контакторы могут работать в любом из 4-х режимов:

продолжительном, прерывисто-продолжительном, кратковременном и повторно-кратко

временном при продолжительности включения ПВ_% до 40% и частоте включений в час до 1200 для контакторов 0-й, I-й и II-й величин и до 600 – для контакторов III и IV величин.

Условное обозначение контакторов КНТ / * / ** / *** - М расшифровывается так:

КНТ – серия;

/* - величина, номинальный ток : 0 – нулевая величина, 10 А ( 17,5, 12,5, 10 А ); 1 – первая величина, 25 А ( 40, 30, 25 А ); 2 – вторая величина, 60 А ( 100, 75, 60 А ); 3 – тре-

тья величина, 100 А ( 175, 125, 100 А ); 4 – четвертая величина, 200 А ( 350, 250, 200 А ).

Здесь в скобках указаны номинальные токи контакторов, работающих в кратковре-

менных режимах соответственно 15, 30 и 60 мин;

/** - напряжение цепи управления ( катушки контактора ): 1 – 127 В переменного тока; 2 – 220 В переменного тока; 3 – 380 В переменного тока; 4 – 57 В выпрямленного тока от 127 В; 5 – 99 В выпрямленного тока от 220 В; 6 – 171 В выпрямленного тока от 380 В; 7 – 24 В постоянного тока; 8 – 110 В постоянного тока; 9 – 220 В постоянного тока;

/*** - число и исполнение вспомогательных контактов: 1 – один замыкающий ( з.к. ) и один размыкающий; 2 – 2 з.к.; 3 – 2 з.к. и 1 р.к.; 4 – 3 з.к.; 5 – 2 з.к. и 2 р.к.; 6 – 3 з.к. и 1 р.к.; 7 – 1 з.к. и 2 р.к.;

М – морское исполнение.

Пример

Обозначение контактора КНТ 326-М расшифровывается так: КНТ – серия; 3 – третья величина, номинальный ток длительного режима 100 А; 2 – напряжение катушки 220 В переменного тока; 6 – 3 замыкающих и 1 размыкающий вспомогательных контакта.

Контактор переменного тока серии КНТ

Этот контактор изображен на рис. 39.

Рис. 39. Контактор переменного тока серии КНТ: вверху – вид спереди; внизу слева – вид сбоку, разрез по сечению А-А; внизу справа – то же, разрез по сечению Б-Б;

1 – сердечник ( ярмо ); 2 – короткозамкнутый виток ( 2 шт. ); 3 – защелка; 4 – втяги-

вающая катушка; 5 – поворотный якорь; 6 – горизонтальный вал; 7 – дугогаситель-

ная камера; 8 – стальные пластины ( деионная решетка ); 9 – подвижный контакт ( 3 шт. ); 10 – медная перемычка ( 3 шт. ); 11 – изоляционная плита; 12 – выводы от подвижных контактов ( 3 шт. ); 13 – неподвижный контакт ( 3 шт. ); 14 – выводы от неподвижных контактов; 15 – вспомогательные мостиковые контакты

Магнитопровод контактора состоит из неподвижного ярма 1 и поворотного якоря 5, каждый из которых набран в виде буквы «Ш» из листовой электротехнической стали.

На среднем стрежне ярма – сердечнике, находится катушка 4. Якорь закреплен на поворотном рычаге, нижний конец которого связан с горизонтальным валом 6.

На крайних торцах ярма установлены короткозамкнутые витки 2 в виде латунных рамок. Эти рамки вставлены в специальные прорези и охватывают 2/3 площади попереч-

ного сечения стержня.

Отключающая пружина отсутствует, поэтому при отключении контактора якорь от

падает под действием собственного веса. Такая конструкция опасна тем, что при переме

щении якоря, например, вследствие удара волны о корпус судна, возможно самопроизволь

ное включение контактора, что недопустимо.

Для исключения этого контактор снабжен защелкой 3. Принцип действия защелки состоит в следующем. При подаче напряжения на катушку защелка под действием магнит

ного потока рассеяния катушки поворачивается против часовой стрелки, сжимает свою пружину и дает возможность якорю притянуться к ярму.

На валу 6 укреплены изолированные от него три подвижных главных контакта 9, снабженные нажимными пружинами. Эти контакты соединены с выводными клеммами 12 при помощи гибких медных перемычек 10.

Неподвижные главные контакты 13 соединены с верхними выводными клеммами 14.

Неподвижные и подвижные контакты находятся внутри асбестной дугогасительной камеры 7, показанной в разрезе.

К горизонтальному валу 6 прикреплен рычажок, воздействующий на подвижные вспомогательные контакты 14 мостикового типа. Эти контакты находятся внутри пласт-

массового корпуса коммутатора. При включении контактора вал 6 поворачивается, при этом замыкаются главные контакты 9 и переключаются вспомогательные .

Некоторые типы контакторов могут не иметь такие контакты