Контакторы и магнитные пускатели

 
 
 Введение

Аппаратура управления служит для пуска и останова машины, а также для контроля за ее работой. 
Аппаратура управления  
Аппаратура управления подразделяется на аппаратуру ручного управления (рубильники, реостаты, контроллеры и т. п.) и аппаратуру автоматического управления (контакторы, реле, электронно-ионная аппаратура и др.). Аппаратура автоматического управления обычно компонуется в станции управления. Простейшей магнитной станцией управления является магнитный пускатель. 
Рубильники – предназначены для редких замыканий и размыканий электрических цепей без нагрузки (без тока). 
Пакетные и  кулачковые выключатели и переключатели предназначены для редких замыканий и размыканий электрических цепей под нагрузкой (с током). 
Автоматические  выключатели предназначены для редких замыканий и размыканий электрических цепей под нагрузкой. Если в них устанавливаются тепловые или электромагнитные расцепители, то они дополнительно служат для защиты от различных перегрузок по току и обычно называются автоматическими предохранителями. 
  
Контакторы предназначены для частых замыканий и размыканий силовых электрических цепей под нагрузкой и защиты от пониженных напряжений и повторных включений. 
  
Магнитные пускатели представляют собой более сложные устройства, в которые входят один или два контактора и предназначены для коммутации двигателей на переменном токе. 
  
Кнопки управления предназначены, в основном, для замыкания и размыкания цепей управления катушек электромагнитных аппаратов, сигнализации и контроля. 
  
Путевые и конечные выключатели предназначены для переключения в цепях управления на заданном участке пути, проходимым управляемым механизмом, или ограничения перемещения. 
  
  
  
  
  

Контакторы и магнитные  пускатели

Пускатель электромагнитный (магнитный пускатель)— это низковольтное электромагнитное (электромеханическое) комбинированное устройство распределения и управления предназначенное для пуска электрооборудования до номинальной мошности, обеспечения его непрерывной работы, отключения питания и защиты электрооборудования и подключенных цепей от рабочих перегрузок. Пускатель представляет собой контактор, комплектованный дополнительным оборудованием: тепловым реле, дополнительной контактной группой или автоматом для пуска электрооборудования, плавкими предохранителями. Магнитный пускатель обеспечивает защиту электродвигателя от самозапуска, отключение его в случае значительного снижения напряжения. Пускатель, имеющий тепловое реле, обеспечивает так же защиту электродвигателя от небольших, но длительных перегрузок по току. 
Виды электромагнитных пускателей: 

По типу схемы включения нагрузки (как правило, электрические двигатели) 
Реверсивный и ереверсивный 
По номинальному напряжению основной цепи

По категории размещения электромагнитные пускатели бывают: 

степень защиты IР00 (открытые): для размещения в отапливаемых помещениях в закрытых шкафах, на панелях и других местах, имеющих защиту от попадания пыли, воды и посторонних предметов. 
степень защиты IP40 (в оболочке): для размещения внутри помещений, не имеющих отопления, там, где окружающая среда не содержит большого количества пыли и там, где попадание воды на оболочку электромагнитного пускателя исключено. 
степень защиты IP54 (в оболочке): применяется для внутренних и наружных установок в местах, с защитой от прямого действия солнечных лучей и атмосферных осадков.

По наличию поста кнопочного на пускателе: 
«пуск» и кнопка «стоп» на электромагнитных пускателях нереверсивного типа, или «стоп», «пуск назад», и кнопка «пуск вперед», на реверсивных пускателях электромагнитных. Некоторые модели пускателей имеют на корпусе сигнал «включено». 
По наличию дополнительных (блокировочных, сигнальных) контактов: 
могут быть как замыкающими, так и размыкающими в комбинациях  различных, дополнительные могут быть встроены в электромагнитный пускатель или изготавливаться в форме отдельной приставки.   
Часть контактов может  применяться и в схеме пускателя. В реверсивном пускателе - для осуществления электроблокировки. 
По напряжению втягивающей катушки и роду тока: 
переменного тока на разные размеры напряжения из ряда. 
По наличию реле теплового: 
Тепловые реле отличаются током номинальным несрабатывания на установке и, допускают регулировку  тока несрабатывания ±15% от номинала. 
Пускатели электромагнитные могут иметь в комплектации ограничители перенапряжений, различные установочные изделия и т.д. 
  
К важнейшим характеристикам пускателя относятся: 

Максимально допустимый ток главной цепи. Нормируется для режима АС-1, 3 или 4 отдельно для каждого из значений напряжения главной цепи, (напряжения пускателя, при котором осуществляется работа); 
Максимальное напряжение цепи главной; 
Напряжение катушки втягивающей тока переменного должно быть в пределах от 24 до 380 Вольт. Отдельные виды пускателей изготавливаются с магнитной системой, питанием катушки постоянным током. Такие пускатели подключаются в цепь переменного тока, как правило, через выпрямитель. 
износостойкость коммутационная., поскольку магнитные пускатели должны выдерживать миллионы циклов включения-выключения, число гарантированных включений-отключений системы можно определить, если задать режим работы пускателя, напряжение цепи, ток цепи (или мощность двигателя) и использовать монограмму. Следует обратить внимание на то, что режим работы учитывает и частоту включений-отключений в течение часа. Надежная работа, таким образом, определяется значительным числом факторов, которые важно правильно оценить на этапе выбора пускателя. 
Максимально допустимый ток контактов вспомогательных измеряется в Амперах при напряжении, заданном на контактах. 
Мощность, потребляемая втягивающей катушкой (указывается в Ваттах).

Величина пускателя.При подборе пускателя широкое применение получил термин «величина пускателя». Понятие это условно и обозначает допустимый ток контактов главной цепи пускателя. При этом напряжение главной цепи составляет 380В, и магнитный пускатель работает в режиме АС-3. 
Максимальный ток главной  цепи составляет: 

0-ой величины - 6,3 А; 
1 –ой величины – 10А; 
2-й величины – 25А; 
3-й – 40А; 
5-й – 100А; 
6-й - 160 А.

Допустимый ток контактов  главной цепи отличается от вышеприведённых  и зависит: 
1) От категории использования  - АС-1, 3 или 4: 

АС-1 - мало активная нагрузка или индуктивная; 
АС-3 - режим прямого пуска с ротором короткозамкнутым , выключение вращающихся электродвигателей; 
АС-4 - пуск двигателя с ротором короткозамкнутым, отключение электродвигателей неподвижных или медленно вращающихся, торможение противотоком.

С увеличением количества использования ток контактов  цепи, при одинаковых показателях  по износостойкости, снижается; 
2) От напряжения на  цепи (контактах). При увеличении  напряжения ток (допустимый) падает. 
3) Для некоторых пускателей величина указывается при напряжении контактов, отличном от 380В. 
Принципиальная электрическая  схема включения электродвигателя с помощью нереверсивного магнитного пускателя приведена на рис. 1, а. Включение схемы осуществляется пакетным выключателем ПВ. При этом напряжение сети подается на силовые  контакты К1, К2, К3 и цепь управления. При нажатии на кнопку S2 цепь питания  катушки К замыкается и по ней  течет ток. При этом контактор  срабатывает и замыкает контакты К1, К2, К3, БК и включает электродвигатель М. 

 
Рис. 1 Принципиальные схемы  включения электродвигателя с помощью  магнитного пускателя: а – нереверсивного, б – реверсивного: ПВ – пакетный выключатель; ПП – плавкие предохранители; S1, S2 – соответственно кнопки «Стоп» и «Пуск»; 1РТ, 2РТ и РТ – соответственно нагревательные элементы и контакт теплового реле; М – электродвигатель; К – катушка контактора; К1, К2, К3 – силовые контакты контактора; БК – блокирующий контакт; б – реверсивного: S1 – кнопка «Стоп»; S2, S3 – кнопки «Пуск» соответственно «Вперед» и «Назад»; 1К, 2К – катушки контакторов; 1К1, 1К2, 1К3, 2К1, 2К2, 2К3 – силовые контакты контакторов; 1К4, 1К5, 2К4, 2К5 – вспомогательные контакты. Реверсирование электродвигателя достигается за счет перемены местами двух фаз (в данном случае А и С) подводимых к электродвигателю, что приводит к изменению на противоположное чередования фаз в двигателе. Соответственно изменяется и направление вращения ротора. 

Контакторы

Контакторы — это аппараты дистанционного действия, предназначенные для частых включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных режимах работы.  
В зависимости от рода привода контактной системы различают контакторы электромагнитные, пневматические и гидравлические. Пневматические и гидравлические контакторы, где открытие и закрытие прохождения воздуха или жидкости осуществляются электромагнитом или каким-либо другим дистанционным способом. Общие описания контактных систем, дугогасительных устройств, кинематики механизмов и других деталей, которые приведены ниже применительно к электромагнитным контакторам, справедливы также и для этих контакторов. 
Электромагнитные  контакторы получили широкое распространение, они являются основными коммутирующими аппаратами схем автоматизированного электропривода. 
Контакторы различаются  по роду тока: постоянного, переменного (частотой 50 и 60 Гц), а также переменного  тока повышенной частоты (до 10 кГц). Они  могут выполняться с управлением  на постоянном или на переменном токе частотой 50 и 60 Гц независимо от рода тока главной цепи. 
По наибольшей частоте  включений в час в повторно-кратковременном  режиме работы контакторы делятся на классы 0,3; 1,3; 10; 30, что соответствует  частоте 30, 120, 300, 1200, 3600 включений в  час. Нормированная механическая износостойкость  достигает 30 млн. циклов, коммутационная износостойкость должна быть не менее 0,1 механической. Контакторы в основном выполняются по 10-му классу и на соответствующую  механическую износостойкость. 
Коммутационная  способность контакторов определяется и регламентируется условиями работы. Основными операциями при управлении электроприводами являются пуск, реверсирование, торможение, отключение. На переменном токе это означает: 1) включение при  номинальном напряжении и cos? = 0,3...0,4 шестикратных и реже десяти-двенадцатикратных  номинальных токов при пуске  и реверсе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и 2) отключение номинальных токов при напряжении до 0,2Uном двигателей, вращающихся с полной (или близкой к ней) частотой вращения, или шести-десятикратных токов при (1... 1,1) Uном и cos?= 0,3... 0,4, если двигатель не тронулся или только тронулся .В этих режимах износ контактов при замыкании может превосходить износ при размыкании. 
Аналогичная картина  имеет место при управлении двигателями  постоянного тока, однако пусковые и отключаемые токи неразогнавшихся  двигателей здесь находятся в  пределах 2,5—4,0 номинального, а восстанавливающееся  на контактах напряжение при отключении двигателя, вращающегося с номинальной  частотой вращения, составляет 0,11/ном. 
ГОСТ 11206-77 Е нормирует  коммутационную способность контакторов  общего назначения переменного тока по четырем категориям применения АС-1 — АС-4, а контакторов постоянного  тока - по пяти категориям применения ДС-1–ДС-5 . Изготовляются контакторы главным образом на токи до 630 А, напряжения 220, 440 В постоянного тока, 380, 660 В частотой 50 и 60 Гц переменного тока, частотой включений 600, 1200 вкл/ч (10-й класс) и соответствующей механической и коммутационной износостойкостью (10—15 и 1—5 млн. циклов).Контакторы состоят из системы главных контактов, дугогасительной, электромагнитной систем и вспомогательных контактов. В контакторах ускорения с выдержкой времени имеется еще устройство для создания этой выдержки. 
Главные контакты. Главные контакты осуществляют замыкание и размыкание силовой цепи. Они должны быть рассчитаны на длительное проведение номинального тока и на производство большого числа включений и отключений при большой частоте. В зависимости от нормального положения главных контактов различают контакторы с замыкающими, размыкающими и смешанными контактами. Нормальным считают положение контактов, когда втягивающая катушка контактора не возбуждена и освобождены все имеющиеся механические защелки. Главные контакты могут выполняться рычажного или мостикового типа. Рычажные контакты предполагают поворотную подвижную систему, мостиковые — прямоходовую. 
Дугогасительная система. Система обеспечивает гашение электрической дуги, возникающей при размыкании главных контактов. Способы гашения дуги и конструкции дугогасительных систем определяются родом тока главной цепи и режимом работы контактора. 
Электромагнитная система. Система обеспечивает дистанционное управление контактором, т. е. включение и отключение. Конструкция системы определяется родом тока цепи управления контактора и его кинематической схемой. Электромагнитная система может рассчитываться на включение якоря и удержание его в замкнутом положении или только на включение якоря. Удержание же его в замкнутом положении в последнем случае осуществляется защелкой. 
В первом случае отключение контактора происходит после обесточивания  катушки под действием отключающей  пружины, или собственного веса подвижной  системы, или того и другого. Во всех случаях на первом этапе отключения участвуют и контактные пружины. В зависимости от схемы включения  и значения удерживающей силы электромагнита система может осуществлять минимальную  или нулевую защиту. Под минимальной  защитой понимают автоматическое отключение контактора при снижении напряжения в цепи катушки ниже определенного  уровня, под нулевой — автоматическое отключение контактора при напряжении, близком к нулю (обычно Uоткл < 0,1 Uном). 
В контакторах с  защелкой, кроме электромагнитной системы  включения и подведения подвижной  системы под защелку, имеется  вторая электромагнитная система, осуществляющая отключение контактора, т. е. освобождение подвижной системы из-под защелки. Так как электромагнитные системы  работают здесь очень кратковременно, они могут выполняться малых  размеров, с большими перегрузками по току. 
Вспомогательные контакты. Вспомогательные контакты производят переключения в цепях управления контактора, блокировки и сигнализации. Они рассчитываются на продолжительное проведение тока не более 20 А и отключение тока не более 5 А. Контакты выполняются как замыкающими, так и размыкающими, главным образом мостикового типа, но могут быть и рычажного типа. 
 
 
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
Рис. 2. Контакторы переменного тока: а) поворотный типа ПАЕ; б) прямоходный типа ПМЕ: 1– входная клемма; 2 – катушка; 3 – сердечник; 4 – якорь; 5 – изоляционная камера; 6 – поворотный рычаг; 7 – возвратная пружина; 8 – контактная пружина; 9 – подвижный самоустанавливающийся контакт; 10 – выходная клемма; 11 – основание; 12 – неподвижные контакты; 13 – вспомогательный закрытый контакт; 14 – крышка; 15 – вспомогательный открытый контакт; 16 – клемма катушки. 
  
Различные типы контакторов (табл. 61) имеют буквенные и цифровые обозначения: КП - контактор постоянного  тока, КТ - переменного тока. Цифры  в обозначении контактора переменного  тока означают: последняя цифра характеризует  величину контактора, вторая от конца  цифра — число нормально открытых главных контактов, третья от конца  цифра - наличие нормально закрытого  главного контакта, четвертая от конца  цифра - наличие защелкивающего механизма.  
 
  
Например, КТ-4223 —  контактор переменного тока третьей  величины с двумя нормально открытыми  и одним нормально закрытым главными контактами с защелкивающим механизмом. В обозначении контакторов постоянного  тока последняя цифра характеризует  величину контактов. Вторая от конца  цифра обозначает исполнение главного контакта и наличие дугогашения  или отсутствие его. В серии КП-50 эта цифра означает: 0 - главный контакт н. о. с дугогашением; 1 - тоже, но без дугогашения; 2 - главный контакт н. з. с дугогашением; 3 - то же, но без дугогашения.  

Рубильники и переключатели

Для ручного управления электродвигателями в цепях постоянного  и переменного тока напряжением  до 500 в, как указывалось, применяются  рубильники и переключатели.  
Рубильники устанавливаются  на силовых щитах или на стене. В последнем случае рубильник  обязательно должен иметь защитный кожух. Применяются рубильники с  боковым и вентральным приводом. С боковым приводом рубильники обычно полностью закрыты кожухом. 
Рубильники и переключатели широко используются в электротехнической аппаратуре и различаются между собой по значению номинального тока, по числу полюсов (одно-; двух-, трехполюсные и с большим числом полюсов), по наличию разрывных контактов (с разрывными контактами, без разрывных контактов). Для обеспечения требуемой скорости отключения, не зависящей от скорости движения руки оператора, рубильники кроме главных ножей могут иметь разрывные (моментные) ножи. Последние, кроме того, предохраняют главные ножи рубильника от разрушающего действия дуги. Иногда для этих же целей используются специальные дугогасительные решетки. 
Дугогасительные решетки применяют в некоторых современных рубильниках и всех автоматах и контакторах для ограничения размеров дуги и отвода ионизированных газов, а также во избежание переброса дуги на соседние фазы.  Дугогасительная решетка позволяет сильно сократить размеры дуги и гасить ее в ограниченном объеме при малом световом и звуковом эффектах. Она выполнена из крупных медных пластин и специальных катушек, которые образуют радиальное магнитное поле, придающее дуге круговое движение по пластинам, что предохраняет их от оплавления дугой. 
В дугогасительной решетке для гашения дуги используется околоэлектродное падение напряжения  uЭ, (в аппаратах постоянного тока) и околокатодная электрическая прочность (в аппаратах переменного тока).Устройство одного из рубильников с моментным дугогасительным ножом приведено на рис. 3

 
 
 
  
  
  
 Управление рубильниками и переключателями  может производиться при помощи рукоятки или рычажного привода. В первом случае рубильники устанавливаются  на лицевой стороне щита, а во втором — сзади щита, причем управление ими производится рукояткой рычажного  привода, устанавливаемой на передней стороне щита. 

 
Двух- или трехполюсный рубильник  без разрывных ножей с рукояткой  состоит из двух или трех ножей, связанных  между собой изолирующей траверсой  с рукояткой. Каждый нож шар-иирно  поворачивается в нижней контактной пружине. При включении ножи своей  верхней частью входят в верхнюю  контактную пружину, а при отключении они при помощи специального приспособления удерживаются в горизонтальном положении.  
  
Рубильник с разрывными ножами, кроме главных ножей, имеет дополнительные ножи, связанные с главными ножами при помощи пружин. В момент отключения из верхних контактных пружин выходят сначала главные ножи, затем под действием пружин быстро отключаются разрывные ножи. Появившаяся в месте разрыва электрическая дуга быстро гаснет, и ножи меньше обгорают.  
  
По условиям техники безопасности при напряжении 380 и 500В рубильники должны иметь защитный кожух или управляться рычажным приводом.