Как происходит подача (и размыкание) питания на электроустановки, либо на линии электропередач (разумеется, речь идет о локальной проводке, а не о высоковольтных линиях)? С помощью коммутационных устройств различного типа. Это могут быть штекерные устройства (вилка-розетка), ручные или автоматические защитные включатели, электронные цепи управления. Практично и безопасно использовать устройства дистанционной коммутации: такие, как модульный контактор.
Сразу развеем ложное мнение: такие включатели (переключатели) не являются строго промышленными приборами. Контакторы переменного тока широко применяются в быту. Причем не только в частных домах, но и в квартирах.
Устройство и принцип работы контактора
Исходя из наименования, это группа контактов, предназначенная для соединения электрических линий. Основное применение — модульный контактор коммутирует силовые линии. Если в обычном включателе (пусть даже и автоматическом защитном), смыкание и размыкание происходит вручную, контакторы переменного тока управляются дистанционно.
Рассмотрим схему простого контактора, без блокировок и защитных модулей.
Для тех, кто мало-мальски знаком с электротехникой, понять принцип работы несложно. Основа силовой группы — это контакты, обозначенные на схеме литерами «L» и «T». В зависимости от конструкции, система может одновременно включать одну, две, или более пар контактов. Для того чтобы соединительная проводящая планка прижалась к неподвижным контактам, требуется усилие. В обычных включателях это механическое приспособление, приводимое в движение оператором. Наша схема срабатывает с помощью электромагнита. Когда на катушку A1-A2 подается управляющее напряжение, соленоид втягивается, и силовые (рабочие) контакты замыкаются.
Для обеспечения надежного и безопасного размыкания, предусматривается обратная пружина.
После снятия питания с управляющей обмотки, возвратная пружина мгновенно отводит контактную планку от силовых клемм.
Что внутри
Несмотря на кажущуюся сложность и громоздкость конструкции, элементная база простейшая:
- контактная группа, выполненная из медных (латунных) сплавов, рассчитанная на определенный ресурс;
- «Т» образная контактная планка, напрямую соединенная с соленоидом электромагнита;
- катушка электромагнита, выполненная под конкретную модель контактора;
- диэлектрический корпус, выполняющий не только защитные, но и несущие функции;
- дугогасительные элементы, которые устанавливаются в механизмах включения электроустановок с большим током потребления.
По сути, конструкция мало чем отличается от обычного реле. Так же точно существуют нормально замкнутые, нормально разомкнутые, и переключающие схемы (в которых присутствуют оба вида контактных групп). При этом, согласно технических требований ГОСТ, модульный контактор должен иметь только одно положение покоя (состояние контактной группы при отсутствии внешнего управляющего давления).
При механическом воздействии на токопроводящую планку (или группу линеек) происходит замыкание (размыкание) одной или нескольких контактных пар.
Таким образом, с помощью прямого или дистанционного воздействия можно управлять питанием электроустановок или магистралей электропередач.
Параметры и технические показатели
К основным показателям электро-магнитных контакторов относятся следующие:
- Численность главных контактов. Для устройств постоянного тока их число – 1-2, переменного тока – 2-5.
- Показатель токового номинала в силовой цепи.
- Значение предельной коммутационной способности устройства. Означает показатель максимального тока, который может быть отключен контактором без утраты эксплуатационных качеств.
- Номинальное напряжение силовой цепи – не более 660 В, управляющей цепи – 12, 24, 48, 110 и 220 В. По этим данным подбираем нужное устройство.
- Устойчивость к коммутационному износу пускателей, составляющая до 2 млн. циклов. Прибор должен выдерживать установленное количество коммутаций под действием тока в силовой цепи, и быть пригодным для последующего использования.
- Устойчивость к механическому износу, рассмотренная выше. Означает число срабатываний без тока в силовой цепи. У контакторов этот показатель равен 10-20 млн. циклов, по нему выбирают необходимый прибор.
- Продолжительность собственного времени включения. Это временной отрезок от момента включения (подачи команды) и до момента, когда контакты окажутся полностью замкнутыми.
- Продолжительность собственного времени отключения. Начинается от момента подачи команды на выключения и до полного гашения электрической дуги.
- Значение токовых характеристик на дополнительных контактах, их количество и тип. По своим функциям они могут быть замыкающего и размыкающего действия.
Назначение контакторов
Можно разделить эти устройства по основным признакам, хотя область применения фактически неограниченна.
Типы контакторов по назначению
- Устройства дистанционного включения (выключения, переключения). При работе комплекса электроустановок возникает необходимость реализовать определенный алгоритм подачи питания. Ручное управление: кнопкой, выключателем. Оператор в нужный момент подает сигнал, контакторы переменного тока приводятся в действие, коммутируя питание по заданной схеме работы. Например, нажатием одной кнопки можно запустить целый завод: конвейер, станки, освещение, систему вентиляции. Соединив определенным образом множество контакторов, можно на схеме управления автоматизировать систему питания (при этом стартовые команды подаются вручную).В автоматическом режиме команда подается с помощью электронной схемы. Программа управляет циклами производства, в нужный момент, запуская и останавливая электроустановки. При этом, любой линейный контактор можно оснастить функцией защиты: например, концевой выключатель или термореле. При создании определенных аварийных условий, питание катушки прекращается, и рабочие контакты размыкаются.
- Включение мощной электроустановки с помощью слаботочной линии, или опять же кнопкой (выключателем). Типичный пример — пускатель электродвигателя.
Казалось бы, причем тут модульный контактор: для чего он нужен, если можно использовать кнопку или выключатель?Действительно, питание на электроустановку можно подать напрямую, используя контакты кнопки. Однако для надежного соединения мощного потребителя контактная группа и механизм замыкания должны быть массивными, необходимо прикладывать большое усилие при включении. Такую же силу надо применить для обесточивания. Это не всегда удобно, особенно в аварийной ситуации. Поэтому устройство, с которым непосредственно работает оператор, выполняется компактным, оно рассчитано на малый ток (потребление катушки контактора небольшое), и для приведения в действие требуется небольшое усилие, особенно на кнопке выключения. А сам линейный контактор может быть достаточно габаритным, и срабатывает он мгновенно.Еще одна причина, по которой используется разнесение по мощности управляющих и силовых линий — высокая частота циклов включения и выключения. Например, электротранспорт. Водитель до тысячи раз за смену нажимает на педаль акселератора. Если оснастить силовыми контактами сам рычаг — пользоваться им будет неудобно. Поэтому педаль только подает слабый ток на катушку, а линейный контактор запускает мощный электродвигатель.
Многие из вас, находясь рядом с кабиной водителя, слышали регулярные громкие щелчки при нажатии педали. Именно так работает линейный контактор.
Различные типы привода
- Электромагнитный — основной вид, и самый распространенный. Принцип его работы мы подробно рассмотрели в начале статьи. Разве что можно акцентировать внимание на удерживающий механизм рабочей катушки. Большинство кнопочных (магнитных) пускателей не имеют фиксатора включающей кнопки. То есть, после того как оператор уберет палец, питание на электромагните должно пропасть. Конструкция большинства пускателей учитывает этот момент. На толкателе замыкающих пластин есть контактная группа, которая замыкает цепь соленоида. Пока работает вся электроустановка — на катушке есть питания. Стоит напряжению кратковременно пропасть (аварийная ситуация, или нажата размыкающая кнопка выключения), все цепи разрываются, и включение производится повторно. Это добавляет безопасности при работе механизма. После неконтролируемого восстановления питания, электроустановка не запустится, пока оператор на примет решение о включении.
Информация:
- При прямой подаче напряжения (обычный включатель) иногда возникали опасные ситуации:
питание пропало (авария на линии), электроустановка обесточена;
- рабочий день окончен, включатель остался замкнутым (станок не работает, про аварию все забыли);
- питание на линии восстановлено, в безлюдном цеху начинают работать станки, нагревательные элементы, и прочее.
Использование контакторов исключает такие ситуации.
Принцип работы такой же, только в качестве управляющей команды выступает импульс высокого давления. Такие устройства широко применяются на железнодорожных локомотивах, или других установках, где присутствует пневматика.
Технические характеристики
У каждого отдельного модульного контактора свои рабочие параметры, поэтому предлагаем рассмотреть самые популярные модели Шнайдер Электрик, ИЭК (IEK), ABB (АВВ) и прочие.
Фото — габариты и характеристики моделей КМ, MT и MF
Schneider Electric iCT16A 1NO 1 NC:
Сила тока, А | 6–16 |
Частота, Гц | 50/60 |
Работоспособность | 100 циклов в смену |
Мощность коммутируемого устройства, Вт | 2,1 |
Полюсность | 2 полюса |
Приблизительная износостойкость | 200000(Переменный и постоянный ток) |
Защита | IP20 |
Климатическое исполнение | УХЛ, 40–70 °C |
Модульный электромагнитный контактор IEK КМ20-20 2P 20А 230В:
Ток, А | 20 |
Частота, Гц | 50/60 |
Работа | 150 циклов в смену |
Мощность, Вт | 2 |
Полюсность | 2 полюса |
Износоустойчивость | 300000 |
Защита | IP20 |
Температуры, °C | УХЛ, 40–70 °C |
Достоинством этой определенной модели является возможность быстрого переключения режимов, до 30 секунд независимо от напряжения сети. Кроме того контактор оснащен оптической системой оповещения и контроля, что повышает комфорт при эксплуатации. Небольшие размеры позволяют использовать коммутатор в стандартном бытовом щитке.
ABB, серия ESB (есть еще GHE и ES):
Энергия, А/В/Гц | 20–63/230/50 |
Корпус | Герметичный, защищен от проникновения твердых частиц |
Работа | От 150 циклов |
Мощность, Вт | От 2,2 |
Количество полюсов | 2 |
Долговечность | От 200000 |
Защита | IP40 |
Температуры, °C | УХЛ, 40–70 °C |
Это особенные контакторы (серия ESB-20-20, ESB-24, ESB-40-40, ESB-63), которые стоит отметить благодаря высокому уровню защиты. Помимо герметичности корпуса преимуществом сравнительно с многими другими моделями является безопасность эксплуатации (скажем, от касания или возгорания). Этот прибор под электромагнитным управлением, поэтому переключения осуществляются практически бесшумно.
ОПН ACTP 230В для CT — специальный контактор, применение которого в основном выгодно на производстве. Он обладает высокой мощностью коммутации, износостойкостью и прочими параметрами, которые необходимы для промышленного использования. Подключить устройство можно как к двухфазной сети, так и к трехфазной.
Сеть, А/В/Гц | 25/230/60 |
Потребление, ВА | 3 |
Принцип установки | При помощи кабеля и зажимов 4 мм2 на рейку |
Долговечность | 3 млн. циклов |
Защита | IP40 |
Климат | УХЛ, -40–70 °C |
Корпус | Взрывозащищенный, герметичный |
Benedict R20-20 230:
Номинальный ток, А | 20 |
Коммутация | 300 циклов в час |
Износоустойчивость | 1 х 106 |
Напряжение, | 230 |
Мощность, кВт | 4,6 |
Диапазон температур | -40 до +60°C |
Dekraft МК-103-16 (КМ-103-16 EKF):
Ток, мощность, напряжение, А/Вт/В | 16/4/230 |
Механическая износостойкость | 30 000 |
Диапазон рабочих температур | -5–40°C |
Защита | IP 20 |
Moeller Z-SCH230/25-40:
Ток, А | 25 |
Количество полюсов | 4, также 4 открытых мод. |
Мощность, кВт | 12,5 |
Износоустойчивость | 3 млн. |
Сеть | Трехфазная |
TDM КМ63/4-63 4НО 63А 230В:
Корпус | Пластиковый пожароустойчивый |
Ток, А | 63 |
Напряжение, В | 230 |
Полюсность | 4 |
Степень защищенности | IP20 |
Видео: подключение модульных контакторов
Виды контакторов по способу монтажа
Безкорпусные или специализированные устройства (например, линейный контактор в троллейбусе), не имеют ограничений по дизайну, разрабатываются исходя из соображений функционала и безопасности. Существуют и специальные конструкции, создаваемые для определенных электроустановок. Такие включатели не применяются в бытовых условиях, поскольку требуют отдельных мест размещения.
Для удобства использования в стандартных электрощитках, применяются стандартные модульные конструкции для крепления на DIN рейках.
Они отлично вписываются в общую систему энергоснабжения дома или офиса, если их применение предусмотрено проектом.
Основные разновидности и модификация
Большинство вакуумных контакторов разделяется на два основных типа – КВ-1 и КВ-2.
Каждая группа имеет свои конструктивные особенности и область применения:
- Приборы КВ-1 выпускаются в открытом исполнении с использованием естественного воздушного охлаждения. Основная функция заключается в изменениях включающих и отключающих токов в устройствах с короткозамкнутым ротором. Эти устройства широко используются в системах управления электроприводами с большими нагрузками, в условиях низких температур, большого количества пыли и влаги. Отличаются небольшими размерами и массой. Могут работать в разных режимах, включающих короткое время, короткое повторяющееся время, продолжительный и прерывистый продолжительный период.
- Контакторы КВ-2 отличаются наличием у них различных защитных элементов. Например, некоторые модели оборудуются блоками ограничения перенапряжения, защищающими подключенное оборудование. Могут устанавливаться тепловые реле для защиты от токовых перегрузок, а также процессорные устройства против обрыва фаз и токовых утечек. Приборы серии КВ-2 отличаются повышенной защитой корпуса, дополнительными контактами и т.д.
- Вакуумный контактор КВТ-10 относится к разряду высоковольтных, используется на промышленных предприятиях в качестве приемника электроэнергии. Рабочий температурный режим не должен выходить за рамки от минус 50 до плюс 40 градусов, высота над уровнем моря – до 1000 м. Такие приборы должны размещаться либо под навесом, либо в отдельных помещениях.
Где купить
Максимально быстро приобрести оборудование можно в ближайшем специализированном магазине. Оптимальным же, по соотношению цена-качество, остаётся вариант покупки в Интернет-магазине АлиЭкспресс. Обязательное длительное ожидание посылок из Китая осталось в прошлом, ведь сейчас множество товаров находятся на промежуточных складах в странах назначения: например, при заказе вы можете выбрать опцию «Доставка из Российской Федерации»:
Модульный контактор переменного тока, 2P, 25A, 220В/230В, 50/60Гц | GEYA автоматический модульный контактор AC230V, 4P, 25A, 4NO, 2NO2NC, 3NO1NC, 50/60Hz | Бытовой контактор GEYA с ручным управлением, 2P, 16/20/25А, 2NO/2NC, 220В |
Модульный контактор переменного тока 4NO/2NO2NC/4NC, 4P, 16/20/25A, 220В, 400В, 50/60Гц | Модульный контактор переменного тока CT1-63 | Модульный контактор TOCT1-25 |
Сфера применения и назначение
Модульные контакторы – это универсальные устройства, пригодные для промышленного и бытового использования. И в том, и в другом случае приборы применяются для управления вентиляционными и обогревательными системами. Для этого аппараты дополняются температурными датчиками и реле времени, обеспечивающими срабатывание через определенные временные промежутки или при заданной температуре.
Помимо этого, аппараты помогают контролировать работу насосов, осветительных приборов и другого оборудования. Также с использованием контактора можно организовать систему АВР – автоматического ввода резерва. Конструкция устройства позволяет реализовать обычную и реверсивную схему управления электродвигателем.
Схема подключения модульного контактора
Универсальных решений не бывает, каждый коммутатор соединяется с силовыми и управляющими линиями в соответствии с рекомендациями производителя. Разобраться в этом несложно, в паспорте и на корпусе устройства обязательно присутствует подробное описание (равно как и меры безопасности).
При этом один и тот же контактор (имеется в виду модель) можно использовать для различных проектов и локальных решений. Для понимания методики разработки, рассмотрим схему подключения коммутатора в режиме кнопочного пускателя для электродвигателя.
Так же точно можно включать мощный электрообогреватель или бойлер для воды. Не имеет значения, будет контактор однофазным, или трехфазным. Принципиально на схему включения влияет лишь количество контактных групп.
Особенности конструкции
Основным предназначением вакуумных контакторов является включение-выключение различных устройств, коммутация их с силовыми цепями переменного тока. Для выполнения рабочих процессов используется электромагнит постоянного тока. Каждый такой контактор оборудован герметичным устройством гашения дуги, которое служит вакуумной камерой. В ней коммутируемая цепь отключается в вакуумной среде в течение 1-2 полупериодов.
Подобная конструкция стала основой для создания трехфазных вакуумных контакторов с номиналами 160, 250, 400 и 630 А при номинальных напряжениях 660 и 1140 вольт. Они обладают высокой устойчивостью к износу, а количество рабочих циклов составляет 600 и 1200 в час.
В приборе использована конструкция блочного типа с изоляционным основанием (1), где размещаются все узлы. На схеме представлены элементы – вакуумная камера (2), якорная ось вращения (3) и сам якорь (4), полюсный наконечник и сердечник (5 и 6), катушка (7), основа электромагнита (8), отключающая она же возвратная пружина (9), ось, на которой вращается подвижный контакт (10). В конечном итоге контактор состоит из трех дугогасительных камер, электромагнита и блок-контактов.
В вакуумной камере расположены главные контакты, изготовленные в цилиндрической форме. Между ними имеется зазор в размере 1,2 мм, постепенно увеличивающийся до 2 мм. В процессе эксплуатации зазор можно отрегулировать один раз.
Следует отдельно рассмотреть вакуумную камеру для гашения дуги, которую отличают высокие дугогасительные и изоляционные свойства, повышенное пробивное напряжение между контактами, быстрое восстановление электрической прочности в межконтактном промежутке.
На представленной ниже схеме показаны все детали камеры и их взаимодействие между собой. Подвижный контакт (1) соединяется при помощи отключающей пружины с якорем электромагнита. Установка неподвижного контакта (2) выполняется в корпусе (3), изготовленном в виде двух фланцев. На поверхностях контактов закрепляются пластины из металлокерамики (4, 5). Для соединения подвижного контакта (1) с нижней частью камеры используется гофрированный сильфон (6), изготовленный из нержавеющей стали. Благодаря этому приспособлению, перемещение подвижного контакта происходит без нарушения герметичности вакуумной камеры.
Где и зачем применяется
Электромагнитные пускатели и контакторы встраиваются в силовую сеть, которая занимается транспортированием тока, может быть постоянное или переменное напряжение, работа применяется на электромагнитных индукциях. Устройства оснащаются набором сигнальных контактов, через них питаются подключенные приборы. Одни выполняют вспомогательную функцию, а другие рабочую.
Электроустановки и электродвигатели управляются пускателями, но не защищают их при падении напряжения, так как происходит размыкание силового контакта, и работа прибора, на который распределяется электромагнит приостанавливается и самостоятельное включение исключается.
Какое освещение Вы предпочитаете
ВстроенноеЛюстра
Чтобы привести оборудование в действие нужно воспользоваться кнопкой “пуск”. Это обеспечивает безопасность, так как из-за самопроизвольного включения могут произойти аварии.
В схемы подключения пускателя могут включаться реле с тепловым действием, они предназначены предохранять электродвигатели и другие установки от длительной работы. Бывают однополюсные и двухполюсные магнитные пускатели. Срабатывают при воздействии токовой перегрузки двигателей, по которым проходит напряжение.
Дугогасительное устройство
Устройства с электромагнитным дутьем получили широкое распространение в контакторах постоянного тока. При взаимодействии магнитного поля с дугой возникает электродинамическая сила, которая и перемещает дугу с большой скоростью. Чтобы охладить электрическую дугу максимально быстро, ее «загоняют» в щель из дугогасительного материала, который имеет высокую теплопроводность. При расщеплении контактов 1 и 7 (рисунок выше) между ними возникает дуга 14. Дугу можно рассматривать как проводник с током. МДС (магнитодвижущая сила) создается катушкой 3, под действием которой и создается магнитный поток. Данный поток проходит полюсные наконечники 15, сердечник катушки и воздушный зазор, в котором и горит электрическая дуга. Ниже на рисунке выше крестиками выделено направление магнитного потока между полюсами системы, направленного за плоскость чертежа.
Вольт-амперную характеристику дуги нужно поднимать с ростом тока для обеспечения условий гашения электрической дуги. Этого можно достичь либо за счет механического растяжения дуги, либо за счет электродинамических сил.
На рисунке ниже приведена зависимость раствора контактов, при котором и происходит гашение электрической дуги, от тока магнитной индукции, полученная О. Б. Броном на макете контактора.
Кривые имеют один и тот же характер при всех значениях индукции В – при токе 5 – 7 А кривая достигнет максимума, после чего необходимый раствор падает с ростом тока и при токе в 200 А все кривые сливаются. Такой ход кривых можно объяснить следующим явлением. Действующая на единицу дуги электродинамическая сила будет равна:
Где I – ток, а B – индукция магнитного поля.
Рассмотрим случай, показанный на кривой 1, когда B = 0. Электродинамическая сила получается очень не значительной при малом токе и не оказывает практически никакого влияния на процесс гашения электрической дуги. Необходимые для гашения условия создаются благодаря механическому растяжению дуги подвижными контактами. При этом гашение электрической дуги с ростом тока наступает при большей ее длине.
Если ток больше 7 А на электрическую дугу начинает воздействовать электродинамическая сила, которая возникает как за счет магнитного поля подводящих проводников, так и за счет конфигурации самой дуги (в грубом приближении можно представить, что электрическая дуга всегда имеет форму части окружности). Данные силы играют решающую роль в процессе гашения электрической дуги. Чем больше ток в электрической цепи – тем выше электродинамическая сила, растягивающая дугу. В результате раствора контактов всего в 1,5 · 10-3 достаточно для гашения электрической дуги при токе в 200 А. При таком токе, как только контакты механически разойдутся, возникшая электродинамическая сила вытолкнет дугу из межконтактного зазора со скоростью несколько десятков метров в секунду. При этом длина электрической дуги, при которой она погаснет, может достигать 0,1 м и даже более.
Присутствие внешнего магнитного поля способствует резкому сокращению раствора контактов контактора в области малых токов и несущественно сказывается на процесс гашения при токах 100 А и более. Наиболее оптимальной индукцией является B = 0,0069 T. Последующее наращивание индукции слабо влияет на процесс гашения дуги, но требует больше мощности для создания магнитного поля и увеличения затрат меди на катушку.
Графики зависимости длительности горения дуги от тока показаны на рисунке ниже:
По своей форме они напоминают кривые из предыдущего графика.
Раствор контактов, необходимый для гашения электрической дуги, увеличивается с ростом тока в области малых токов. При фиксированной скорости движения контактов требуется больше времени для достижения необходимого раствора. В области больших токов процесс гашения определяют электродинамические силы. Логика проста – чем больше ток, тем больше скорость растяжения дуги динамическими силами и, соответственно, меньше время, необходимое для достижения электрической дугой критической длины.
Хотя применение магнитного дутья при токах свыше 100 А может показаться излишним (графики выше иллюстрируют это), но во всех контакторах на токи 100 А эта система обязательно применяется. Причина использования такой системы заключается в том, что наличие внешнего магнитного поля сильно «помогает» перемещению опорных точек дуги с электрических контактов на дугогасительные электроды – рога, чем значительно уменьшают степень оплавления контактов. Исследования показали, что оптимальное значение магнитного поля существует для каждого значения тока. При большой напряженности возникает усиленный износ контактов, так как жидкометаллический контактный мостик, возникающий в стадии размыкания контактов, уносится и распыляется магнитным полем.
Только в области малых токов (до 30 А) величина напряжения отключаемой цепи утяжеляет процесс гашения электрической дуги. В области токов свыше 100 А, где решающую роль играет электродинамическая сила, величина питающего напряжения практически не оказывает влияния на раствор контактов. Раствор контактов, как правило, определяется условиями гашения малого тока и берется в пределах (10 — 17)·10-3 м.
При малых нагрузках характеристики отключаемой цепи также играют немаловажную роль в области, где гашение дуги происходит за счет механического растяжения электрической дуги. В области больших токов не стоит забывать о возможных больших перенапряжениях и повторных пробоев из-за резкого падения тока к нулю под действием сильного магнитного поля.
Способы создания магнитного поля для гашения электрической дуги могут быть с параллельным включением катушки магнитного дутья (катушка напряжения), с постоянным магнитом, а также с последовательным включением катушки магнитного дутья (катушка тока).
В случае катушки тока, то она обтекается проходящим в отключающей цепи током. Если магнитным сопротивлением стали пренебречь, то можно предположить, что индукция пропорциональна отключаемому току. Тогда формулу (1) можно привести к виду:
Таким образом, можно сделать вывод, что действующая на единицу электрической дуги сила пропорциональна квадрату тока.
Ранее было показано, что необходимую величину магнитного поля для дутья нужно иметь в области малых токов. Система с катушкой тока не создает нужной индукции магнитного поля в этой области (кривая 4 на рисунке выше). На том же рисунке отображена длительность горения дуги и электродинамической силы, которая на нее действует, от тока для контактора на 150 А. Кривые времени дуги 1 – без магнитного дутья, 2 – магнитная система с катушкой тока. В случае 2 при токе в 10 А длительность горения дуги может достигать 0,09 с. В таком случае становится возможным устойчивое горение электрической дуги без ее погасания.
Надежно отключаемый ток контактора с катушкой тока составляет примерно 20% – 25% номинального тока аппарата (опытные данные).
В области малых токов применяют блок-контакторы (контакторы на небольшой ток) со сменными катушками магнитного дутья. Номинальный ток таких катушек 1,5 – 40 А. При малом отключаемом токе устанавливается катушка с большим количеством витков, благодаря чему создается необходимое магнитного поле для гашения дуги за минимальное время.
Также нельзя забывать о том, что при сильном магнитном дутье возможен резкий обрыв тока, что приведет к перенапряжению в индуктивной цепи. Блок-контактор может отключать ток не более трехкратного значения номинального тока катушки магнитного дутья.
К достоинствам системы с катушкой тока можно отнести:
- Данная система отлично работает в области токов свыше 100 А. В таком случае магнитное поле быстро сдувает дугу с рабочей поверхности контактов, чем минимизирует их износ.
- Направление тока не влияет на работу системы. При смене направления тока знак меняет и магнитное поле, но сила, действующая на электрическую дугу, не меняет своего направления.
- Так как через катушку проходит номинальный ток контактора, она выполняется из провода большого сечения. Это повышает ее механическую прочность и уменьшает влияние ударов, возникающих при работе контактора. К изоляции катушки не предъявляются высокие требования, так как падение напряжения на катушке составляет доли вольта.
Но поскольку наш мир не идеален, то такая система имеет и свои недостатки:
- Плохое гашение дуги при малых токах (5 – 7 А).
- Большие затраты на материал катушки (медный провод большого сечения).
- Выделяемое дугогасительной катушкой тепло нагревает контакты.
Но поскольку такая система надежна при гашении номинальных и больших токов, несмотря на недостатки, она получила довольно широкое распространение.
При параллельной же системе катушка магнитного дутья подключается к независимому источнику питания. Создаваемая системой магнитная индукция постоянна и абсолютно не зависит от отключаемого тока.
Согласно формуле (1), сила, действующая на дугу пропорциональна отключаемому току:
На рисунке выше эта зависимость отображена кривой 5 для случая, когда МДС катушки напряжения равна МДС катушки тока при номинальном токе. При токе от 0 до Iн сила, которая действует на дугу, при катушке напряжения будет выше, чем при использовании катушки тока (парабола 4 идет ниже прямой 5). Это свойство позволяет резко снизить в области малых токов время горения электрической дуги. А вот в случае, когда I > Iн сила, действующая на дугу, при катушке тока будет больше, чем при катушке напряжения. Однако для процесса гашения дуги это не имеет существенного значения, так как главную роль играют силы, возникающие в самом контуре дуги.
На кривой 3 (рисунок выше) показана для системы с катушкой напряжения зависимость времени гашения дуги от тока.
При одной и той же длительности горения дуги катушка напряжения ведет лучше в области малых токов, в отличии от катушки тока, так как требуется меньшая МДС. Но не стоит забывать о недостатках таких систем:
- Направление электродинамической силы, гасящей дугу, полностью зависит от направления тока. Такой контактор не может работать при смене полярности тока.
- Изоляция катушки должна быть рассчитана на напряжение источника питания и выполняется из тонкого провода. Снижает надежность ее работы близкое расположение к силовым контактам (брызги расплавленного металла могут попадать на катушку).
- В случае коротких замыканий возможно резкое снижение напряжения на источнике питания катушки, что также резко снижает эффективность гашения электрической дуги.
В связи с вышеперечисленными недостатками, система с катушкой напряжения применяется (как правило) для отключения небольших токов от 5 А до 10 А. В электрических аппаратах с большими отключаемыми токами данная система не применяется.
Система с постоянным магнитом мало отличается от системы с катушкой напряжения. Разница в том, что магнитное поле создается постоянным магнитом.
Но также не стоит забывать и том, что постоянный магнит имеет ряд преимуществ:
- Нет затрат энергии на создания магнитного поля;
- Уменьшается расход меди при изготовлении контактора;
- Нет подогрева контактов от катушки;
- Обладает высокой надежностью и одинаково хорошо работает при любых токах;
- Применение постоянного магнита позволяет снизить время горения дуги при малых токах;
Создаваемая магнитным полем сила переносит электрическую дугу в дугогасительную камеру. Назначение камеры – локализовать область, занятую раскаленными газами и создавать препятствия перекрытию между соседними полюсами. Интенсивное охлаждение дуги происходит при соприкасании ее со стенками дугогасительной камеры, что приводит к успешному гашению (подъему вольт-амперной характеристики). В качестве материала дугогасительной камеры нужно применять дугостойкую керамику.
Лабиринто-щелевая керамика является наиболее совершенной. В суживающуюся зигзагообразную щель дуга загоняется магнитным полем (рисунок ниже б)). Благодаря хорошему тепловому контакту со стенками камеры и увеличению длины дуги она эффективно гасится. Если сравнивать с обычной продольной щелью (рисунок ниже а)), зигзагообразная щель значительно уменьшает количество выбрасываемых из дугогасительной камеры раскаленных газов, и, следовательно, зону выхлопа.