Общие сведения и классификация аппаратов

Для коммутации в силовых цепях низкого напряжения, требующих дистанционного или автоматического управления, широко применяются различного рода электрические аппараты: контакторы, магнитные пускатели, реле, автоматы, рубильники и т.п. Они служат для включения и отключения оборудования и отдельных участков сети, автоматизации процессов, регулирования тока в обмотках при пуске и работе электродвигателей и генераторов, защиты их от перегрузки и коротких замыканий, изменения скорости и направления вращения. Они могут быть разделены на группы: коммутирующие, пускорегулирующие, защитные, контролирующие, регулирующие.

Требования, предъявляемые к аппаратуре: точность, быстродействие, необходимая чувствительность, высокая надежность, малая надзорность и большой срок службы, малые размеры, масса, простота устройства и ремонта.

Электрические аппараты по своему применению и устройству делятся на автоматические и неавтоматические. Неавтоматические аппараты приводятся в действие оператором. Это рубильники, переключатели, пакетные выключатели.

Автоматические аппараты работают в зависимости от каких-либо изменений в управляемых объектах, но могут для начала действия запускаться в работу оператором. Это контакторы, автоматы, магнитные пускатели, реле.

Основными элементами аппаратов являются электромаг-ниты, контактная система, дугогасительные устройства, токоведущие элементы.

Электромагниты преобразуют электрическую энергию протекающего по их обмотке тока в механическую энергию, вызывающую появление электромагнитной тяговой силы F_эм или вращающего момента М_вр на их подвижной системе (якоре). Линейные перемещения или углы поворота этих систем невелики (до нескольких сантиметров или десятков градусов).

Рис. 6.1. Разновидности электромагнитных систем

На рис. 6.1 приведены наиболее характерные разновидности электромагнитных систем, применяемых в электрических аппаратах: клапан-ная (а), броневая (б), Ш-образная (в), соленоидная без магнитопровода (г), с поворотным якорем (д),открытая с ферромагнитными токоведущими пластинами (е),применяемая в магнитоуправляемых контактах (герконах), плоская для многократных реле (ж), с 2-образным якорем для реле защиты с высоким коэффициентом возврата (з).

Рис. 6.2. Контактные системы

Контактные системы, применяемые в электрических аппаратах низкого напряжения, весьма разнообразны. Наиболее типичные разновидности замыкаемых и размыкаемых контактов даны на рис. 6.2. Рычажные (а), мостиковые (б), щеточные (в)и врубные (г)контакты применяются в основном в аппаратах на большие номинальные токи (десятки ампер и выше). Контакты с плоскими пружинами (д)и герметизированные (магнитоуправляемые) контакты (е),заключенные в закрытую стеклянную капсулу, применяются преимущественно в аппаратах небольшой мощности (с коммутируемыми токами до 5-10 А). В зависимости от характера соприкосновения коммутирующих поверхностей контакты могут быть точечными, линейными или плоскостными. В аппаратах с коммутируемыми токами до 5 А для контактов применяются либо чистые металлы, например Ag, W, Сu, либо сплавы Ag-Au, Ag-Pd и т.д., либо металлокерамика Ag-Mo, для токов более 5 А – металлы Сu, Ag, сплавы Ag-Cd, Сu-Pd, либо металлокерамика – Ag-CdO, Сu-W и др. Интенсивно исследуются и находят применение жидкометаллические контакты на основе галлия и его сплавов, основные преимущества которых – надежный контакт без создания силы

нажатия.

Рис. 6.3. Дугогасительные устройства

При больших коммутируемых токах в аппаратах низкого напряжения применяются дугогасительные устройства, в которых дуга гасится за счет растяжения и интенсивного охлаждения (рис. 6.3). Щелевые камеры (а – в)изготовляются из дугостойкого изоляционного материала (асбоцемента, пластмассы, керамики). Дугогасительная решетка (г) набрана из металлических пластин, с помощью которых дуга разбивается на ряд коротких интенсивно охлаждаемых пластинами дуг. Существуют комбинированные камеры (д),где дополнительно применено магнитное дутье. Протекающий через обмотку ток

создает магнитное поле, которое с помощью стальных пластин 2 подводится к зоне горения дуги. Сила взаимодействия тока дуги с током обмотки загоняет дугу Д в щелевую камеру 1.

Токоведущие элементы (рис. 6.4) аппаратов НН прямоугольной (а) и круглой (б)форм применяются в аппаратах на небольшие и средние номинальные токи. Токопроводы из параллельных шин (в)и коробчатого сечения (г)обладают развитой поверхностью охлаждения, поэтому их применяют в аппаратах на большие номинальные токи.

Рис. 6.4. Токоведушие элементы

Контактор – это двухпозиционный коммутационный аппарат с самовозвратом, предназначенный для частых коммутаций токов, не превышающих токи перегрузки. Контакторы нашли широкое применение в установках печей сопротивления, индукционных плавильных установках, а также в установках высокочастотного нагрева.

Для повышения производительности труда контактор в силовых цепях должен производить до 600 – 1200 и даже более включений в час, поэтому он должен обладать высокой механической и электрической износостойкостью. В зависимости от предельного числа операций (износостойкости) контакторы делятся на пять классов. Кроме электромагнита, контактной системы, дугогасительного устройства и токоведущих элементов контактор еще имеет вспомогательные контакты и может иметь двигательный привод.

Основные параметры контакторов и пускателей: номинальный ток главных контактов, предельный отключаемый ток, номинальное напряжение, механическая и электрическая износостойкойсти, число включений, собственное время включения, собственное время отключения.

Контакторы работают как на постоянном, так и на переменном токе. Наиболее распространенным контакторов постоянного тока является контактор КПВ-600 (рис. 6.5). Неподвижный контакт 10 жестко прикреплен к скобе 8, куда подсоединен один конец катушки магнитного дутья 7. Второй конец катушки с выводом 5 прикреплен к изоляционной прокладке 6 на стальном основании 4. Подвижный контакт 12 выполнен в виде толстой пластины, поворачивающейся вокруг точки опоры 13. Вывод 2 соединяется с подвижным контактом гибкой связью 3. Пружина 15 обеспечивает нажатие контактов. При больших токах во избежание оплавления основных контактов имеется дугогасительный рог 14 и скоба 8.

Рис. 6.5. Контактор КПВ-600

Под влиянием магнитного дутья дуга 11 быстро перемещается по рогам в щели между стальными пластинами 9 и гасится. После снятия питания с электромагнита 17 возврат якоря 1 в начальное положение производится пружиной 16. Контакторы этого типа имеют один главный и по два замыкающих и размыкающих контакта. Питание на электромагнит может быть подано автоматически или оператором с помощью аппарата управления – кнопки или переключателя. Для удержания контактора во включенном положении катушка электромагнита должна обтекаться током, для чего ключ управления должен быть замкнут, так как большинство контакторов не имеет удерживающих защелок.

Изготовляют также контакторы с размыкающими контактами при обесточенной катушке электромагнита. После подачи питания на удерживающий электромагнит такие контакторы отключаются. Удерживающий электромагнит может питаться от постороннего источника (например, аккумуляторной батареи) или от той же цепи, в которую включен контактор. Контакторы переменного тока выпускаются на токи до 1000 А и могут иметь один-пять главных контактов. Наиболее распространены трехполюсные контакторы (рис. 6.6).

Электромагниты контакторов обеспечивают надежную работу в диапазоне отклонений питающего напряжения (85-110%) U_ном. Так как питание катушки контактора производится через свой замыкающий вспомогательный контакт, то после самопроизвольного отключения необходимо произвести новое включение контактора в работу (рис. 6.7).

Рис. 6.6. Трехполюсный контактор:

1 – металлическая изоляционная рейка; 2 – узел вспомогательных контактов;

3 – полюсы системы; 4 – дугогасительная камера; 5 – тяговый электромагнит;

6 – подшипники; 7 – медная гибкая связь; 8 – изоляционный слой на металлическом валу; 9 – сердечник системы магнитного дутья; 10 – катушка последовательного магнитного дутья; 11 и 12 – подвижный и неподвижный контакты;

13 – контактная пружина; 14 – вал

Рис. 6.7. Схема включения контактора

Коммутационный аппарат, предназначенный для пуска, остановки и защиты асинхронного двигателя, называется пускателем. В отличие от контактора пускатель может иметь встроенное тепловое реле КК, осуществляющее защиту электродвигателя от перегрузки и работы в неполнофазном режиме (рис. 6.8).

Рис. 6.8. Электрическая схема (а) и схема конструкции (б) магнитного пускателя:,

1 – сердечник; 2 – катушка пускателя; 3 – якорь;

4 – размыкающая пружина;

5 – неподвижные контакты;

6 – контактная пружина;

7 – подвижной контактный мостик; 8 – камера;

9 – тепловое реле

Наиболее важным требованием, предъявляемым к пускателям, является надежность их работы. Не менее важны простота конструкции, ремонтопригодность, большая коммутационная износостойкость, минимальное потребление мощности.

Поскольку пусковой ток электродвигателя может достигать 6-7-кратного номинального тока, то особым требованием является минимальная вибрация контактов пускателя, иначе они быстро выйдут из строя. После разгона двигателя ток падает до номинального значения. В процессе отключения двигателя восстанавливающееся напряжение на контактах равно разности ЭДС двигателя и напряжения сети, что составляет всего (14…20%) U_ном. В то же время возможны утяжеленные условия работы пускателя, когда приходится отключать неразогнавшийся двигатель. Через пускатель протекает и увеличенный ток, и напряжение на контактах равно напряжению источника питания. В техническом паспорте пускателя в связи с этим указывается мощность двигателя, с которым пускатель может работать в различных режимах. Наиболее распространены пускатели с прямоходовой контактной системой и электромагнитным приводом, работающие на переменном токе, серий ПМЕ, ПМА, ПА, ПВН. Пускатели имеют различное исполнение: с тепловыми реле и без них, реверсивные и нереверсивные, открытые, защищенные и пылебрызгонепроницаемые.

Износостойкость пускателей составляет миллионы операций. Так, например, пускатель ПМЕ-200 имеет механическую износостойкость 10⁷ операций, коммутационную 2·10⁶ частоту включений при ПВ = 70% 600 операций в час, а для пускателей ПМЕ-111 и ПМЕ-113 эти показатели соответствуют значениям 5·10⁶; 5·10⁶ и 1200.

<20 21 222324 25 26 >

Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 2532;