Что такое контакторы. Контакторы: принцип работы, виды и применение в электрических цепях

Контакторы в основном употребляются для дистанционного, автоматического или полуавтоматического управления электродвигателями с частыми пусками и остановками. Контакторы различают по роду тока и нагрузке, допустимой на его контакты.

Рис. 1. Контактор постоянного тока

Рис. 2. Общий вид контактора постоянного тока в выключенном положении

Контактор постоянного тока показан схематически на рис. 1, где 1 — катушка электромагнита, насаженная на железный сердечник, привернутый к железному угольнику 2; при прохождении тока по катушке 1 якорь 3 притягивается к сердечнику и замыкает главные контакты 4. Один из контактов (подвижный) снабжен пружиной 5.

Кроме главных контактов 4, контактор обыкновенно имеет еще вспомогательные контакты 6, называемые блокировочными, или блок-контактами. Они служат для того, чтобы работу одного контактора поставить в зависимость от работы другого, или, как говорят, сблокировать контакторы друг с другом. Такая блокировка осуществляется не только между контакторами, но и между контакторами и другими аппаратами.

Так, например, замыкание и размыкание блок-контактов контактора, происходящее вместе с замыканием или размыканием его главных контактов, можно использовать для подачи сигнала (светового или звукового) или для приведения в действие какого-либо другого аппарата, включенного в цепь, проходящую через блок-контакты.

На рис. 2 представлен общий вид контактора постоянного тока в выключенном положении, т. е. с якорем, оттянутым пружиной.

При прохождении тока по катушке 4 (по цепи управления) якорь 5 притягивается к сердечнику 3 и контакты 6 (подвижный) и 7 (неподвижный) замыкаются. Образующаяся при этом цепь главного тока показана на рис. 3 стрелками и пунктиром. Сердечник 3 привернут к железному угольнику, к которому крепятся направляющая пластина 12 и соединительная пластина 13, имеющая винт 14 для регулировки пружины 10.

При разрыве цепи управления якорь возвращается пружиной 10 в исходное положение: контакты 6—7 размыкаются и главная цепь тока прерывается. Перемещение якоря пружиной 10 ограничено шпилькой 11.

Искрогасительная катушка 15, включенная в цепь главного тока, образована несколькими витками медной шины. Катушка надета на железный сердечник 1, снабженный двумя башмаками 2, охватывающими с двух сторон искрогасительную камеру (на рисунке последняя не видна). 

Рис. 3. Цепь главного тока

Башмаки 2 на рисунке подняты, чтобы были видны контакты 6—7. Во время нормальной работы контактора башмаки опущены и на них надета искрогасительная камера, которая представлена отдельно на рис. 4.

Рис. 4. Искрогасительная камера

Искрогасящее устройство в контакторе необходимо для ускорения разрыва (гашения) электрической дуги, образующейся между главными контактами при выключении контактора.

Магнитное поле, создаваемое искрогасительной катушкой, взаимодействуя с током электрической дуги, смещает последнюю в поперечном направлении, т. е. растягивает и разрывает («выдувает») ее.

Подвижный контакт 6 (см. рис. 2) имеет пружину 9, а неподвижный контакт 7 привинчен к стойке 8. Главные контакты делаются из красной меди. Они сконструированы таким образом, что при замыкании и размыкании подвижный контакт перекатывается по неподвижному (рис. 5).

Рис. 5. Подвижный контакт перекатывается по неподвижному

Рис. 6. Катушка контактора включается в сеть

Рис. 7. Таймтактор

Это предотвращает сваривание контактов и обеспечивает хорошее притирание и очистку контактных поверхностей от плохо проводящей ток пленки, всегда образующейся на контактах при работе контактора.

Катушка контактора (ее называют «втягивающей») включается в сеть, как указано на рис. 6 (схема контактора), при помощи управляющего реле, где НК — катушка, ГК — главные контакты контактора, а БК — контакты реле. Катушки контакторов обычно имеют весьма значительное сопротивление, потребляемый ею ток не превышает десятых долей ампера, поэтому применение контакторов не связано с большой затратой электроэнергии.
В зависимости от схемы управления электродвигателем применяются контакторы с нормально открытыми или нормально закрытыми главными контактами, с нормально открытыми и нормально закрытыми блок-контактами.

Контакты называются нормально открытыми (н. о.), если они разомкнуты при отсутствии тока в катушке контактора, и нормально закрытыми (н. з.), если при отсутствии тока в катушке контактора они замкнуты.

У контакторов с выдержкой времени (таймтакторов) переключение главных контактов происходит не сразу после включения управляющей цепи, а с некоторой

Для этого таймтакторы снабжены двумя намагничивающими катушками: втягивающей 2 и удерживающей 1, расположенными по обе стороны от оси вращения якоря и принадлежащими двум магнитным системам I и II, оказывающим на якорь противоположные действия, что схематически показано на рис. 7. Катушка I, притягивая к себе нижнюю часть якоря, стремится разомкнуть главные контакты контактора, а катушка 2, притягивая к себе верхнюю часть якоря, стремится, наоборот, замкнуть их. Обе катушки присоединяются к сети параллельно.

Главные контакты контактора с выдержкой времени могут замкнуться лишь тогда, когда действие магнитной системы II окажется сильнее действия магнитной системы I, т. е. когда притягивающим действием катушки 2 будет преодолено задерживающее действие катушки 1 (и пружины, держащей контакты разомкнутыми).

Если мы замкнем цепь удерживающей катушки 1 накоротко, т. е. выведем ее из цепи, то в силу явления самоиндукции ток в замкнутой накоротко катушке 1 исчезает не сразу, а по истечении некоторого промежутка времени. По истечении этого времени магнитный поток катушки 1 исчезнет и задерживающее действие ее прекратится. Только после этого катушка 2 сможет притянуть якорь и произвести замыкание главных контактов.

Если схема управления электродвигателем предусматривает выведение катушки 1 из цепи не путем замыкания катушки накоротко, а путем разрыва ее цепи, то в этом случае для обеспечения выдержки времени на сердечник катушки 1 надевают медную гильзу.

При спадании тока (и магнитного потока), протекающего по катушке 1, в медной гильзе, рассматриваемой в качестве одного замкнутого витка провода, индуктируется ток. Согласно правилу Ленца этот ток будет противодействовать вызвавшей его причине, т. е. будет противодействовать спаданию магнитного потока в сердечнике электромагнита.

Следовательно, устранение действия магнитной системы I на некоторое время задержится и главные контакты замкнутся не сразу.

Контактор с выдержкой времени, как и простой контактор, также имеет блок-контакты.

Контакторы переменного тока значительно отличаются от контакторов постоянного тока. Они, как правило, изготавливаются трехполюсными. Магнитопровод этих контакторов состоит из Ш-образного сердечника и такого же якоря. Сердечник, так же как и якорь, выполняется не сплошным, а набирается из тонких листов трансформаторной стали, покрытых изоляционным лаком.

У контакторов переменного тока дугогасительных катушек не делают. Для скорейшего гашения дуги применяют дугогасительные камеры с решетками, подобные камерам автоматических выключателей. Существенной особенностью этих контакторов является наличие на их магнитопроводе короткозамкнутого витка из медной проволоки.

При периодическом изменении величины переменного тока по синусоиде в момент перемены направления тока в катушке магнитный поток ее уменьшается до нуля. В этот момент якорь стремится оторваться от сердечника катушки, но из-за быстроты процесса изменения тока он отпасть не успевает и возникает вибрация подвижной системы, сопровождающаяся сильным гудением контактора.

Во время спадания тока при наличии короткозамкнутого витка в нем индуктируется ток самоиндукции, препятствующий спаданию магнитного потока. Поэтому при переходе основного тока катушки через нулевое значение магнитный поток ее нулю не равен и якорь контактора удерживается в притянутом положении.

Индуктивное сопротивление катушек, включенных в цепь переменного тока с железом, зависит от величины воздушного зазора между сердечником и якорем. Чем больше зазор, тем меньше сопротивление. Если якорь контактора неплотно прилегает к сердечнику вследствие загрязнения соприкасающихся поверхностей, то катушка может сильно нагреться и выйти из строя. Поэтому за чистотой и состоянием соприкасающихся поверхностей магнитопровода контакторов переменного тока должно быть обеспечено постоянное наблюдение.

Schrack Technik International: Контакторы

• Энергетика
• Сетевые технологии
  • Стандарты и основные принципы сетевых технологий
• Промышленность
  • Реле
  • Контакторы
• Кабели, провода
• Фотогальваника
• Оборудование
• Освещение
  • Наружное освещение
• Безопасность

Контакторы

Тема контакторов и реле часто вызывает вопросы даже у профессионалов. Мы рассмотрим и ответим на некоторые из этих вопросов в этой статье. Наиболее часто обсуждаемый вопрос — это точная разница между контактором и реле и когда их использовать. Существует также целый ряд различных контакторов: модульные контакторы, вспомогательные контакторы, вакуумные контакторы, выключатели защиты двигателя и комбинированные выключатели. Мы обсудим каждый из них в отдельности в отдельных статьях, где объясним различия между отдельными типами контакторов и где их использовать.

Первоначально термин «контактор» использовался для особо прочных и мощных реле. Контакторы представляют собой электромагнитные переключатели, которые могут подключаться или отключаться при более высоких нагрузках, чем реле. Они используются, когда требуется высокий уровень сопротивления напряжению (230В/400В) (для мощных приборов). Что общего у реле и контакторов, так это то, что оба они используются в цепях управления. Контакторы управляются дистанционно. Они могут иметь 2 положения переключения (обычно они переключаются моностабильно). В отличие от реле контакторы всегда имеют 2 точки отключения для каждого контакта. Причины в основном кроются в безопасности и износе.

Контакторы

Точное и надежное управление двигателем с помощью контакторов Schrack Technik.

Тепловые реле перегрузки

Защитите двигатель от обрыва фазы или перегрузки.

Выключатели защиты двигателя

Защитите свой двигатель с помощью защитных выключателей двигателя серии BE от Schrack Technik.

Комбинированные контакторы

Предварительно собранные комбинированные контакторы, готовые к использованию с Schrack Technik.

Вакуумные контакторы

Вакуумные контакторы Schrack Technik являются альтернативой воздушным контакторам.

Вспомогательные контакторы

Вспомогательные контакторы Schrack Technik дополняют ваши главные контакторы.

Модульные контакторы

Автоматизируйте свои процессы и деятельность с помощью модульных контакторов от Schrack Technik.

Конструкция контакторов

Быстро объясняется конструкция контактора; состоит из: корпуса, электрических соединений, магнитной катушки, неподвижного сердечника катушки, подвижной бобины и переключающих контактов, а также пружин возвратной катушки.

В случае контакторов различают модели с рабочими контактами и модели со вспомогательными контактами. Различные модели можно определить по номерам на контакторе: Если есть однозначные числа (1-6), это модель с рабочими контактами (которые используются для переключения приводов или освещения). Эти рабочие контакты (также называемые главными контактами) всегда начинаются с номера один. Это означает, что первый контакт имеет номера 1 и 2, второй контакт имеет номера 3 и 4 и так далее. Чем обусловлена ​​такая нумерация? Как правило, нечетные номера используются для подключения питающей линии, а четные номера подключаются к прибору. Это помогает ориентироваться в связях, даже если они очень сложные (или по прошествии нескольких лет).

Двузначные числа (например, 13/14) указывают на модель со вспомогательными контактами (которые используются, например, в управлении промышленными системами). Каждый из этих вспомогательных контактов (также называемых контактами управления) имеет номер для заказа и номер функции. Первый номер используется последовательно (номер заказа), а второй номер определяет тип контакта (номер функции).

Контакторы всегда отключают НЗ — в течение миллисекунд — до того, как они подключат НР. Еще одной характеристикой является так называемая «искрогасительная камера». Здесь гасятся искры, которые могут возникнуть при переключении, чтобы предотвратить возгорание.

Техническое обслуживание контакторов

Частями контакторов, которые обычно требуют обслуживания, являются контакты. Затраты на техническое обслуживание вспомогательных контакторов очень низки, потому что они работают только с очень низкими мощностями. Однако работающие контакторы нуждаются в регулярном осмотре и обслуживании контактов (или, в идеале, замене всего контактора), поскольку (в зависимости от того, как часто они подключаются/отключаются) контакты обычно изнашиваются постепенно, и их правильное функционирование больше не может быть гарантировано. через некоторое время.

• Название списка:

• Комментарий:

Когда использовать реле, а когда контактор?

Контакторы используются для коммутации более 15 ампер или в цепях мощностью более нескольких киловатт. За исключением дополнительных вспомогательных слаботочных контактов, контакторы обычно имеют разомкнутые контакты и используются в цепях большой мощности. Они включают в себя функции контроля и подавления дуги, возникающей при отключении больших токов, таких как те, которые используются в управлении двигателем и аккумулятором в электрических и гибридных транспортных средствах, системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), локомотивах, управлении лифтом и различных устройствах. оборонные и аэрокосмические системы.

Этот FAQ начинается с общего описания работы контактора и обзора различий между определениями контакторов IEC и NEMA, затем рассматривается подавление дуги. В нем показано, чем контакторы общего назначения отличаются от контакторов определенного назначения, и завершается обзором того, как контакторы используются в сочетании с реле в зарядных устройствах для аккумуляторов электромобилей и трансмиссиях.

Контакторы представляют собой электромеханические реле для тяжелых условий эксплуатации, предназначенные для прямого подключения к нагрузкам с высоким током и высоким напряжением. Стандартные электромеханические реле могут коммутировать до 15 ампер и пару киловатт и имеют различные конструкции контактов, в том числе нормально разомкнутые (форма А), нормально замкнутые, с фиксацией, бистабильные и так далее. Контакторы могут включать вспомогательные контакты для цепей меньшей мощности, но главные контакты всегда имеют форму А и предназначены для подавления дуги, возникающей при отключении больших токов.

Контакторы имеют специальную конструкцию и варьируются по размеру от небольших моделей со стороной в несколько дюймов до очень мощных устройств, диаметр которых может составлять один метр (рис. 1). Номинальный ток составляет 5000 ампер и более; номинальное напряжение может составлять тысячи вольт. Контакторы большой мощности могут выдерживать более 100 кВт. Типичный контактор может быть интерфейсом между схемой управления 24 В постоянного тока и двигателем 480 В.

IEC против NEMA

Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) и Международная электротехническая комиссия (IEC) используют разные подходы к классификации подрядчиков. Контакторы NEMA, как правило, крупнее и дороже, чем контакторы IEC. Кроме того, стандарт IEC 60947 имеет больше классификаций размеров по сравнению с десятью классификациями, признанными NEMA. Более многочисленные классификации более тесно связаны с конкретными сценариями применения. NEMA требует защитных крышек на клеммах контактора, в то время как контакторы IEC должны быть защищены от прикосновения. Контакторы IEC необходимы для более быстрого реагирования при возникновении перегрузок, в то время как контакторы NEMA должны иметь более высокую устойчивость к условиям короткого замыкания.

В соответствии с системой IEC номинальные характеристики контакторов зависят от категории использования. Примеры включают:

• AC-1 – Неиндуктивные или слабоиндуктивные нагрузки, такие как печи сопротивления
• AC-2 – Пуск двигателей с контактными кольцами
• AC-3 – Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором и отключение после набора скорости двигателем. Эти контакторы рассчитаны на включение тока с заторможенным ротором (LRA) и отключение тока полной нагрузки (FLA).
• AC-4 – Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором в толчковом режиме и в режиме глушения, включая быстрый пуск и останов, а также включение и торможение LRA.
• AC-11 – Вспомогательные контакты для цепей управления

Контакторы NEMA для низковольтных двигателей (менее 1 кВ) имеют рейтинг в соответствии с размером NEMA от 00 до 9, который дает максимальный номинальный ток в непрерывном режиме, номинальные значения мощности в лошадиных силах для асинхронных двигателей 230 В переменного тока и 460 В переменного тока и основаны на нормированные рабочие циклы (таблица 1).

Размеры NEMA ограничены в своей применимости. Для рабочих циклов выше стандартных или для специализированных неасинхронных двигателей может потребоваться контактор большего размера. Контакторы для двигателей более 1 кВ (называемые средним напряжением) рассчитаны на напряжение и ток, а не на мощность. Кроме того, контакторы для других применений, таких как конденсаторы для коррекции коэффициента мощности или системы освещения, определяются производителями систем и не включены в стандарт NEMA. Вспомогательные контакты контактора NEMA, использующие букву и трехзначный номер. Буква указывает на номинальный ток и на то, является ли ток переменным или постоянным, а число обозначает максимальное номинальное напряжение.

Дугогашение
Высокая мощность контакторов требует применения дугогашения. Без надлежащего подавления дуги контакты могут выйти из строя. Дуга между контактами возникает при их размыкании или замыкании. Дуга обрыва, возникающая при размыкании контактов, более энергична и, следовательно, более разрушительна.

Дуга генерирует температуру в десятки тысяч градусов и медленно разрушает контакты при многократном срабатывании. Например, базовый механический срок службы контактора без подачи питания может достигать 20 миллионов переключений. При надлежащем управлении дугой тот же контактор будет иметь срок службы от 10 000 до 100 000 операций при работе с номинальным током и напряжением.

Подавление дуги и управление им реализуются по-разному в зависимости от рабочего напряжения контактора. В низковольтных контакторах управления двигателем с номинальным напряжением 600 В переменного тока или менее для гашения дуги обрыва используется воздух при атмосферном давлении. Подрядчики среднего напряжения (менее 1 кВ переменного тока) используют вакуум для гашения дуги. В контакторах, рассчитанных на напряжение более 1 кВ переменного тока, может использоваться вакуум или инертный газ. В контакторах, рассчитанных на напряжение более 600 В постоянного тока, используется воздух в сочетании со специально разработанной геометрией контактора для отключения энергии дуги.

Определенное назначение по сравнению с контакторами общего назначения
Контакторы общего назначения (GP), соответствующие рейтингам NEMA и IEC, подходят для двигателей, работающих со стандартными рабочими циклами. Двигатели, используемые в приложениях HVAC, имеют более легкие рабочие циклы по сравнению со стандартным рабочим циклом, используемым для номинальных контакторов GP. Контакторы определенного назначения (DP) были разработаны для легких режимов работы в системах HVAC. Кроме того, рейтинги NEMA и IEC для контакторов GP основаны на различных подходах к проектированию. Контакторы NEMA GP разработаны для простоты использования и увеличения срока службы, в то время как многие контакторы IEC GP спроектированы таким образом, чтобы их можно было легко заменить. Номиналы контакторов NEMA DP и IEC GP основаны на ожидаемом жизненном цикле системы, в которой используется контактор. Некоторые другие различия между контакторами GP и DP включают:

• Контакторы DP признаны UL, не включены в список.
Контакторы
• GP, как правило, меньше, чем контакторы DP (рис. 2)
Срок службы контакторов
• DP обычно меньше, чем у контакторов GP
. Контакторы
• DP стоят меньше, чем контакторы GP

Существует две основные категории контакторов DP:

• Компактные устройства с 1 или 2 полюсами, рассчитанные на ток до 40 А, в первую очередь предназначены для жилых систем ОВКВ.
• Типовые корпусные устройства с 2-мя или 3-мя полюсами, рассчитанными на несколько сотен ампер, предназначены для использования в коммерческих и промышленных централизованных системах кондиционирования воздуха.

В то время как контакторы GP рассчитаны на мощность двигателя, контакторы DP рассчитаны на основе FLA двигателя. Контакторы DP более ограничены максимальным рейтингом LRA. В результате контакторы IEC GP с аналогичными характеристиками FLA могут управлять более крупными двигателями, чем соответствующие контакторы DP. Доступны стандартные контакторы DP с рейтингом FLA 20, 25, 30, 40, 50, 60, 75 и 9.0 А и напряжения катушки переменного тока 120, 208/240, 480 и 575, а также некоторые напряжения постоянного тока.

Контакторы для электромобилей
Когда производители контакторов думают о транспортных средствах, они часто начинают с локомотивов, за которыми следуют большегрузные горнодобывающие и промышленные транспортные средства и корабли, а затем электрические и гибридные автомобили и грузовики. Одним из применений контакторов во всех этих транспортных средствах является размыкание во время нагрузки короткого замыкания (они могут достигать 3 кА и более), защищая электронные преобразователи мощности высокого напряжения и высокой мощности или большие аккумуляторные батареи, а также находящихся поблизости пользователей и пассажиров. Защита может потребоваться при нормальной работе, если возникает неисправность или во время аварии транспортного средства.

Контакторы также используются для контроля пусковых токов при запуске. Типичные зарядные устройства для аккумуляторов электромобилей, преобразователи постоянного тока в постоянный и приводы двигателей включают в себя группу фильтрующих конденсаторов, которые могут потреблять очень большой пусковой ток. В типичной конструкции реле предварительной зарядки (или контактор в больших системах, таких как локомотивы) и последовательный резистор используются для управления зарядкой конденсаторов фильтра. Как только конденсаторы достигают 80-90% полного заряда, реле выключается, и включаются главные контакторы (Рисунок 3) . Когда автомобиль выключен, главные контакторы размыкаются, изолируя электронику от аккумулятора или другого источника энергии.

Резюме
Более высокая мощность контакторов по сравнению с обычными электромагнитными реле приводит к нескольким различиям в конструкции и применении. Подавление дуги является важным фактором для контакторов и обычно не так важно для реле. IEC и NEMA используют разные подходы к классификации контакторов GP, и IEC не признает контакторы DP.