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; Фв – 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 Фв. Поскольку в рассматриваемый момент времени э.д.с. самоиндукции максимальна, значит, поток Фв 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 ).
Повреждение витка ( например, виток лопнул ) приводит к тому, что якорь в месте расположения витка начинает неплотно прилегать к ярму, т.е. между якорем и ярмом об-
зуется воздушній зазор. При этом:
1. резко увеличивается ток в катушке контактора, срок ее службы сокращается в дестяки раз;
2. вследствие вибрации якоря нарушается плотный контакт между подвижными и
неподвижными контактами, что приводит к увеличению переходного сопротивления меж
ду ними, быстрому их нагреву и свариванию.
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.
Дата добавления: 2017-08-01; просмотров: 250;