И магнитные пускатели

Электромагнитное реле – это электромеханический аппарат, обеспечивающий коммутацию в электрической цепи за счет подачи на его электромагнитную систему управляющего тока или напряжения. Схематическое устройство электромагнитного реле показано на рис. 5.3. Основными элементами реле являются: совмещенный с корпусом электромагнит, содержащий ферромагнитный сердечник 1 и обмотку 2; якорь 3 – пластина из магнитомягкого материала, шарнирно связанная с корпусом; ограничитель 4 и пружина 5, фиксирующие положение якоря и группа контактов 6, обеспечивающая замыкание и размыкание внешней коммутируемой цепи 7.

Электромагнит и якорь образуют электромагнитную систему реле, которая управляется путем подачи электрического тока на обмотку электромагнита через выводы 8.

Рис. 5.3 – Электромагнитное реле

Пока ток через обмотку реле не идет, якорь под действием пружины находится на некотором расстоянии от сердечника, и контакты внешней цепи разомкнуты. Как только в обмотке появляется ток, появляется магнитное поле катушки. Сердечник намагничивается и притягивает якорь. Подвижные контакты контактной группы прижимаются к неподвижным контактам и внешняя цепь замыкается. При прекращении тока в обмотке магнитное поле исчезает, сердечник размагничивается, пружина приподнимает якорь, и контакты внешней цепи размыкаются.

Существует множество различных конструкций электромагнитных реле. Многие реле имеют не одну, а несколько групп контактов. Различают реле с нормально разомкнутыми, нормально замкнутыми и перекидными контактами. Нормально разомкнутые контакты при отсутствии тока в обмотке реле разомкнуты (Рис. 5.3). Нормально замкнутые контакты, наоборот, при отсутствии тока в обмотке замкнуты, а при срабатывании реле они размыкаются. У перекидных контактов подвижные (средние) контакты, связанные якорем, при отсутствии тока замкнуты с одними неподвижными контактами, а при срабатывании реле «перекидываются» и замыкают цепь с другими неподвижными контактами.

В зависимости от назначения электромагнитные реле имеют разные конструкции корпусов и якорей, контактов, различные данные обмоток.

Основным параметром реле является его чувствительность – величина тока обмотки, при которой реле срабатывает. Чем меньше эта величина, тем реле чувствительнее. Реле характеризуется и величиной тока внешней цепи, коммутируемого контактами. Обычно контакты реле рассчитываются на относительно небольшие токи и напряжения.

Электромагнитные реле применяют для включения и отключения приемников малой мощности и в качестве промежуточного элемента для усиления и размножения электрического сигнала.

Контактор – это электромагнитный выключатель, управляемый цепью оперативного тока. Конструктивно и по принципу действия контакторы подобны электромагнитным реле (15.1). В отличие от реле, контакторы рассчитываются на коммутирование больших токов, иногда при относительно высоком напряжении. Они применяются для управления потребителями электроэнергии достаточно большой мощности, такими как электродвигатели, нагревательные устройства. В контакторах, помимо главной коммутируемой цепи, имеются также контакты цепи оперативного тока - так называемые вспомогательные контакты, служащие для выполнения вспомогательных операций управления.

Контакторы, как и электромагнитные реле, могут конструктивно выполняться для работы в сетях постоянного тока либо для использования в сетях переменного тока. Главное их отличие состоит в конструкции магнитных систем. Для снижения нагрева от вихревых токов в аппаратах переменного тока подвижные и неподвижные детали магнитных систем набираются из тонких пластин электротехнической стали. Контактор переменного тока является основной частью магнитного пускателя.

Рис. 5.4 – Схема нереверсивного магнитного пускателя

Магнитные пускатели относятся к аппаратам дистанционного автоматического управления. Конструктивно магнитный пускатель представляет собой комплектное устройство управления, состоящее из одного или нескольких электромагнитных контакторов, тепловых реле и кнопок управления. На рис. 5.4 показана схема нереверсивного магнитного пускателя переменного тока. Управление пускателем осуществляется двумя кнопками - «Пуск» и «Стоп». При нажатии кнопки «Пуск» замыкается цепь оперативного тока - от провода фазы А сети через контакты 4 теплового реле 5, через катушку 1 контактора, через контакты 4 другого теплового реле 5, через контакты кнопок «Пуск» и «Стоп» к проводу фазы С сети. Под действием оперативного тока содержащий катушку 1 электромагнит трехполюсного контактора притянет подвижный якорь. С последним жестко соединены главные подвижные 2 и вспомогательные контакты 3 в цепи оперативного тока. Когда замкнутся все эти контакты, двигатель М будет пущен в ход.

При отпускании кнопки «Пуск» протекание оперативного тока через катушку 1 контактора будет обеспечиваться за счет замкнутых вспомогательных контактов 3. Остановка двигателя обеспечивается путем нажатия кнопки «Стоп». Если двигатель перегружен, потребляемый ток будет больше номинального тока, то произойдет срабатывание теплового реле 5. Контакты 4 теплового реле разомкнутся и цепь оперативного тока через катушку 1 контактора разорвется, главные 2 и вспомогательные контакты 3 разомкнутся и двигатель остановится.

Вследствие значительной тепловой инерции тепловые реле не обеспечивают защиту от токов короткого замыкания, поэтому для защиты от внезапных коротких замыканий в цепи главного тока должны быть установлены плавкие предохранители 6.

Магнитный пускатель, по сравнению с другими аппаратами управления, имеет ряд преимуществ. Он дает возможность осуществлять дистанционное управление электроустановками. При помощи теплового реле обеспечивает защиту электроустановки от перегрузок и обеспечивает нулевую защиту, то есть при исчезновении в сети напряжения или его снижении до 80...70 % от номинального магнитный пускатель отключается. После восстановления напряжения потребитель электрической энергии остается отключенным.

Защитные аппараты

При коротких замыканиях ток в цепи возрастает в десятки и сотни раз. В подводящих проводниках может выделиться очень большое количество тепловой энергии (W_T =I ²t). Изоляция проводов может воспламениться, а сам провод может расплавиться. Короткое замыкание в цепи может также привести к выходу из строя источника – трансформатора или генератора. Для защиты низковольтных (до 1000В) сетей и электроустановок от токов короткого замыкания служат плавкие предохранители и автоматические выключатели.

Плавкие предохранители

Наиболее распространены пробочные и трубчатые предохранители. Осветительные установки и другие установки небольшой мощности защищают пробочными предохранителями (Рис.5.5). Основную защитную функцию в пробочном предохранителе выполняет плавкая вставка (проволочка из легкоплавкого метала), впаянная между контактами патрона пробки. Если ток через плавкую вставку превышает расчетное (номинальное) значение, то вставка расплавляется или сгорает и цепь протекания тока через весь предохранитель прерывается.

Рис. 5.5 – Пробочный предохранитель: 1 – цоколь; 2 – пробка; 3 - плавкая вставка; 4 – контактный винт

Для защиты силовых установок применяют также трубчатые предохранители с закрытыми фибровыми, фарфоровыми или стеклянными патронами. Основным элементом таких устройств является калиброванная плавкая вставка, выполненная из легкоплавкого сплава. При перегорании калиброванной вставки высокая температура возникшей дуги действует на фибру, в результате чего выделяется газ, который гасит дугу. Патроны насыпных предохранителей заполнены сухим кварцевым песком, который также гасит дугу при перегорании вставки.

Номинальный ток предохранителя I_H – это ток, который предохранитель может выдерживать длительное время, не разрушаясь.

Время сгорания или плавления плавкой вставки зависит от кратности тока K_I = I / I_H , то есть во сколько раз ток в цепи превышает номинальный ток предохранителя.

В установках, где не могут возникать кратковременные большие токи, рекомендуется выбирать плавкие вставки на номинальный ток нагрузки. При подборе плавких предохранителей для электродвигателей с короткозамкнутым ротором, у которых пусковой ток в 5…7 раз превышает номинальный, плавкую вставку выбирают на ток I_H = I_ПУСК /2,5. При этих условиях за время пуска двигателя, равное 1…2 секунды, вставка не успевает сгореть.

Недостаток плавких предохранителей заключается в том, что они не защищают двигатель от перегрузок, так как перегорают при токах, превышающих номинальный примерно на 30-60%, то есть двигатель длительно может работать при перегрузке, что ведет к перегреву изоляции и является опасным для двигателя.