3.3.2. Контактори

Контактором називають двухпозиційний апарат релейної дії з самоповерненням, призначений для дистанційного включення силового електричного ланцюга за допомогою електромагніта. Він захищає також електродвигуни від повторних самовключень при появі напруги в мережі після її зняття або зниження.

Основними вузлами контактора є: контактна система з засобами дугогасіння, електромагнітна система, система блок-контактів.

За родом струму розрізняють контактори постійного (одно- та двохполюсні) та змінного (двох- та трьохполюсні) струмів. Існує дві конструкції контакторів: з поворотною рухомою системою та ричажними перекачуючимися контактами з притиранням контактної поверхні при доторканні; з прямоходовою рухомою системою та містковими контактами.

Особливістю електромагнітної системи змінного струму є те, що струм котушки залежить від положення якоря. При розімкнутому контакторі, коли повітряний зазор і, відповідно, магнітний опір є великими, індуктивний опір котушки є малим і струм в 10 – 15 раз перевищує стале значення його при замкнутому контакторі.

Тому при частих пусках котушка може перегріватися. Вона може недопустимо нагріватись також, якщо якір не тісно прилягає до сердечника. Для покращання прилягання якоря контакти виконуються з самовстановлюючимися та амортизованими якорем або сердечником.

Контакти із міді вимагають великих зусиль натискання, мають низьку температуру плавлення, що зменшує строк їх служби. Крім того мідні контакти покриваються шаром окислів з великим перехідним опором. Тому нині широко використовують контакти з металокерамічними матеріалами типу СОК (85% срібла та 15% окису кадмію), що має високу тепло- та електропровідність (за рахунок срібла), високу термо- та зносостійкість (за рахунок окису кадмію).

В гірничій промисловості знайшли використання контактори поворотного типу – КТ7023У та КТ7123 на 125 А і контактори КТ6043АР та КТ6043БР, а також прямоходові контактори КТУ-2А на 63 А, КТУ-3А та КТУ-3Б на 125 А і КТУ-4А та КТУ-4Б на 250 А. (Літера А вказує на використання котушки контактора змінного струму; Б – котушки постійного струму; Р – використовуються металокерамічні контакти).

Починаючи з 1999 року випускаються рудникові електромагнітні контактори КРМ-250 на номінальний струм 250 А, напругою до 1140 В, контактори КРМ-250 Н на напруги 220 та 380 В, а також контактори КТУ-3000 на напругу до 1140 В та КТУ-3000 Н (на напруги 220 та 380 В) з номінальним струмом 125 А. Контактори прямоходові, напруга живлення постійним струмом ланцюгів керування 36 В.

На мал. 3.22,а приведена конструкція контактора КТУ-4А.

Мал. 3.22. Будова контактора КТУ-4А (а) і схема включення контактора КТУ-4Б (б)

У контакторі КТУ-4А (мал. 3.22,а) базовою деталлю, на якій збираються усі його вузли і деталі, служить основа 1. В ячейках основи розташовуються рухлива система 5, сердечник 14 із включаючими котушками 12, що закривається кришкою 13.

Контактна система складається з нерухомих контактів 2 із дугогасячими рогами 3, закріплених на пластмасовій колодці 16, і рухливих містків із дугогасячими рогами 4, встановлених на траверсі рухливої системи (по два містки на кожний полюс). Електрична дуга, що виникає при відключенні електродвигуна (або іншого навантаження), виштовхується електродинамічними зусиллями на дугогасячі роги, втягується в деіонну решітку дугогасячих камер 7 і там гасне. Дугогасячі камери (по дві на кожний полюс) розташовуються в ячейках основи і кришці 15 дугогасячих камер, яка кріпиться до основи гвинтами.

Якір 11 електромагніта закріплений у траверсі рухливої системи. Спеціальна форма осі 10 якоря і конструкція підвіски забезпечують самоустановку якоря. Повітряний зазор між якорем і полюсами сердечника регулюють установкою текстолітових підкладок 9 під вісь якоря.

Контактор має замикаючі і розмикаючі допоміжні контакти 6.

Живлення котушки контактора постійним струмом забезпечує сталу роботу контактора при значних коливаннях напруги в мережі при виключенні потужних двигунів.

В контакторі КТУ-4Б (мал. 3.22,б) для цього встановлено мостовий випрямляч UZ. При замиканні контакту K.1 проміжного реле керування замикається ланцюг включаючих котушок КМ контактора через резистор R1. Струм, що проходить по котушках, недостатній для притягування якоря. Але одночасно замикається ланцюг живлення реле напруги KV через розмикаючий допоміжний контакт КМ.1 контактора і резистор R2. Реле KV включається і своїм контактом КV.1 шунтує резистор R1. Струм у котушці контактора КМ при цьому збільшується, і контактор включається. При рушанні рухливої системи контактора його контакт КМ.1 у ланцюзі котушки реле KV розмикається. Якщо реле відключиться миттєво, то його контакт KV.1 дешунтує резистор R1 раніше, чим магнітна система контактора замкнеться цілком. При цьому струм у котушках контактора зменшиться, і якір почне відпадати, у результаті чого замкнеться контакт КМ.1, включиться реле KV, замкнеться контакт KV.1, струм у котушках контактора зросте, і якір знову почне притягатися, розмикаючи контакт КМ.1, і т.д. Таким чином, контактор буде включатися з так званим "кулеметним ефектом", при якому струм у котушках перевищує номінальний, у результаті чого вони швидко можуть вийти з ладу. Щоб уникнути цього явища котушку реле KV шунтують діодом VD5. Цей струм створює невелику затримку на відключення реле KV, під час якої якір контактора встигає дійти до кінцевого положення і замкнути магнітний ланцюг. Резистор R3 служить для обмеження струму при короткому замиканні у випрямлячі.

Комутаційна здібність контакторів, їх строк служби, номінальний струм залежать від режиму роботи, ці показники знижуються в порівняно з сталим режимом. Тому стандартними для контакторів шахтної апаратури номінальні параметри (зносостійкість, струм включення та виключення, максимальна потужність електродвигуна) нормуються для категорій використання АС-3 та АС-4.

В категорії АС-3 передбачається включення короткозамкнутого асинхронного двигуна з струмом при номінальній напрузі і коефіцієнті потужності та виключення обертаючогося електродвигуна з номінальним струмом при відносному ПВ=40%.

На відміну від категорії АС-3 в категорії використання АС-4 передбачається включення або виключення нерухомого або повільно обертаючогося електродвигуна та його реверсування з струмом при відносному ПВ%=25%.

При розробці комплексу електрообладнання на номінальну напругу 1140 В постала задача підвищення комутаційної здатності контакторів, які при тих же значеннях струмів повинні працювати при підвищеній напрузі. Було розглянуто ряд можливостей вирішення цієї задачі.

Повністю виключити появу дуги дозволяє пристрій бездугової комутації, контактний вузол одного полюса якої наведено на малюнку 3.23.

Контактний вузол складається із трьох контактів: основного КМ.1М та двох дугогасячих КМ.1А та КМ.2А, які не мають жорсткого зв’язку між собою і з основним контактом КМ.1М; вони під дією повертаючих пружин відключаються неодночасно. Послідовно з дугогасячими контактами включені діоди VD1 та VD2 і синхронізуючі електромагніти УА1Т, УА2Т,

Мал. 3.23. Схема бездугового контактного пристрою

які при проходженні струму через них втримують включеними відповідно контакти КМ.1А та КМ.2А. При включеному контакторі всі його контакти є замкнутими. Коли котушка контактора КМ відключається, його основний контакт КМ.1М, жорстко пов’язаний з рухомою системою контактора, розмикається, а обидва дугогасячі контакти звільнюються від механічної включаючої дії. Якщо в момент відключення струм співпадає з проводячим напрямком діоду, наприклад VD1, контакт КМ.1А утримується електромагнітом УА1Т в замкнутому стані, а контакт КМ.2А розмикається (струм в VD2 і в котушці УА2Т відсутні), тобто весь струм навантаження проходить через контакт КМ.1А та діод VD1. Коли струм переходить через нуль, електромагніт УА1Т відпускає контакт КМ.1А і той розмикається також при відсутності в ньому струму. Таким чином, розмикання контактів КМ.1А та КМ.2А проходить при відсутності в них струму і, як наслідок без дуги.

Цей спосіб підвищення комутаційної здібності є досить ефективним, але значно ускладнюється конструкція контактора. Тому в контакторах напругою 1140 В практичну реалізацію одержав спосіб часткового шунтування дугового проміжку напівпровідниковим діодом (мал. 3.24.), в результаті чого зменшується енергія електричної дуги відключення.

Мал. 3.24. Схема шунтування дуги діодом

В момент розмикання контактів 1 та 2 виникає дуга, яка під дією котушки електромагнітного дуття 3 переміщується на ріг 5, розміщений в щілинній камері 4. Дуга ділиться на дві частини Д1 та Д2. Якщо струм співпадає з проводячим напрямом діода 6, частина дуги шунтується ним і канал дуги Д2 деіонізується. При зміні напряму струму, він стає протилежний проводячому напрямку діоду, дуга Д1 також гасне.

Підвищення комутаційної здібності може бути досягнуто також розміщенням контактів в вакуумі. Гасіння дуги при цьому проходить в вакуумних дугогасячих камерах при першому переході струму через “нуль” без звукового та світлового ефекту. Вакуумні контактори мають менші габарити та масу, їх комутаційна здатність в декілька раз вища ніж повітряних, вони мають високу швидкодію (5…10 мс), захищені від дії зовнішнього середовища, мають високу вібростійкість, безшумні в роботі, мають невелику потужність керування. Недоліком їх є висока ціна та можливість появи перенапруг.

Були розроблені контактори серії КТ12 на напругу 1140 В з вакуумними камерами для встановлення в вибухонепроникні оболонки рудникового електрообладнання: КТ12Р-33 на струм 160 А та КТ12Р-37 на струм 400 А.

3.3.3. Електромагнітні пускачі в загальнопромисловому виконанні

Магнітним пускачем називають комплектний апарат, призначений для дистанційного пуску, зупинки і захисту (при наявності пристрою захисту) трьохфазних асинхронних електродвигунів із короткозамкнутим ротором. Пускачі класифікують за призначенням:

нереверсивні - для керування електродвигунами при незмінному напрямку обертання, реверсивні - при перемінних напрямках обертання;

за ступенем захисту - IP00, IP30, IP40, IP54;

за наявністю пристрою захисту електродвигуна: без пристрою захисту, з електротепловим струмовим реле, з пристроєм температурного (позисторного) захисту;

за видом блокування в реверсивних пускачах: з електричним блокуванням, з електричним і механічним блокуванням;

за наявністю вбудованих в оболонку пускача елементів керування: без кнопок керування, з кнопками керування, з кнопками керування і сигнальними лампами;

за номінальною напругою головного ланцюга - 380 і 660 В і за напругою ланцюга керування - від 24 до 660 В;

за номінальним струмом для ступеню захисту IP00 - 4, 6, 3, 10, 25, 40, 63, 80, 100, 125, 160, 200 і 250 А;

за рядом допоміжних особливостей.

За впливом кліматичних факторів зовнішнього середовища пускачі випускають у виконаннях: УХЛ, О, У, ХЛ, Т для категорій розміщення 2, 3, а для категорії розміщення 4 у виконанні УХЛ і О.

В даний час на поверхні гірничих підприємств застосовують пускачі серій ПМЕ, ПМА, ПАЕ, ПМЛ.

Пускачі ПМЕ випускають трьох серій: ПМЕ-000, ПМЕ-100 і ПМЕ-200, що при напрузі 380В розраховані відповідно на номінальні струми 3, 10 і 25 А і найбільшу потужність підключаємого електродвигуна від 1,1 до 10 кВт.

Пускачі ПМЕ мають нереверсивне і реверсивне виконання і випускаються як із електротепловим захистом, так і без нього. Конструкція представляє Ш-образний сердечник, на якому розташована контакторна котушка, і прямоходову рухливу систему з якорем і контактами. Для захисту використовують теплові реле ТРН-25 (ПМЕ-200).

Пускачі серії ПМА (ПМА-300, 400, 500, 600) випускають на номінальні струми відповідно 40, 63, 100 і 160 А при напругах від 220 до 660 В. Найбільша потужність підключаємого електродвигуна при напрузі 660 В дорівнює відповідно 22, 30, 50 і 75 кВт. На відміну від ПМЕ ці пускачі мають кнопки «Пуск» і «Стоп», сигнальні лампи (можуть випускатися без кнопок і ламп), допоміжні контакти. При змінному струмі в ланцюзі керування і напрузі 660 В пускачі мають чотири замикаючих і два розмикаючих допоміжних контакти. Пускачі мають поворотну магнітну систему з мостиковою контактною системою.

Пускачі серії ПАЕ (ПАЕ-300, 400, 500, 600) розраховані на струми, аналогічні струмам пускачів серії ПМА, і напругою до 500 В. При напрузі 380 В найбільша потужність підключаємих електродвигунів складає відповідно 18,5; 30; 45 і 75 кВт. Пускачі ПАЕ мають рухому частину поворотного типу. Для захисту теплові реле ТРН-40, ТРП-60, ТРП-150, ТРП-160 використовують відповідно в пускачах з номінальним струмом 5, 18, 30, 45, 75 А.

Пускачі серій ПМЕ і ПМА вбудовують в оболонки шахтних магнітних пускачів ПВИ-32 і пускачів серії ПРН.

Більш досконалими є пускачі типу ПМЛ, які мають слідуючу структуру позначенння:

241