Контактор — это электрически управляемый переключатель , используемый для переключения электрической цепи. [1] Контактор обычно управляется цепью, уровень мощности которой намного ниже, чем у коммутируемой цепи, например, 24-вольтовым катушечным электромагнитом, управляющим 230-вольтовым выключателем двигателя.
В отличие от реле общего назначения , контакторы предназначены для непосредственного подключения к сильноточным нагрузочным устройствам. Реле, как правило, имеют меньшую мощность и обычно предназначены как для нормально закрытых , так и для нормально открытых приложений. Устройства, коммутирующие ток более 15 ампер или в цепях мощностью более нескольких киловатт, обычно называют контакторами. Помимо дополнительных вспомогательных слаботочных контактов, контакторы почти всегда оснащены нормально разомкнутыми контактами («форма А»). В отличие от реле, контакторы имеют функции контроля и подавления дуги, возникающей при отключении сильного тока двигателя.
Контакторы бывают разных форм с различной мощностью и характеристиками. В отличие от автоматического выключателя контактор не предназначен для прерывания тока короткого замыкания . Контакторы варьируются от контакторов с током отключения от нескольких ампер до тысяч ампер и от 24 В постоянного тока до многих киловольт. Физический размер контакторов варьируется от устройства, достаточно маленького, чтобы его можно было взять одной рукой, до больших устройств со стороной примерно метр (ярд).
Контакторы используются для управления электродвигателями , освещением , отоплением , батареями конденсаторов , тепловыми испарителями и другими электрическими нагрузками.
Контактор состоит из трех компонентов:
Иногда также устанавливается схема экономайзера, чтобы уменьшить мощность, необходимую для поддержания замыкания контактора; вспомогательный контакт снижает ток катушки после замыкания контактора. Для первоначального замыкания контактора требуется несколько большее количество энергии, чем для его удержания в закрытом состоянии. Такая схема может сэкономить значительное количество энергии и позволить катушке под напряжением оставаться прохладной. Схемы экономайзера почти всегда применяются на катушках контактора постоянного тока и на больших катушках контактора переменного тока.
Базовый контактор будет иметь вход катушки (который может питаться от источника переменного или постоянного тока в зависимости от конструкции контактора). Сегодня на рынке также доступны универсальные катушки (приводимые как переменным, так и постоянным током). [3] На катушку может поступать то же напряжение, что и на двигатель, которым управляет контактор, или она может управляться отдельно с более низким напряжением катушки, лучше подходящим для управления с помощью программируемых контроллеров и пилотных устройств с низким напряжением. Некоторые контакторы имеют катушки, включенные последовательно в цепь двигателя; они используются, например, для автоматического управления ускорением, когда следующая ступень сопротивления не отключается до тех пор, пока ток двигателя не упадет. [4]
Когда ток проходит через электромагнит , создается магнитное поле, которое притягивает движущийся сердечник контактора. Катушка электромагнита изначально потребляет больший ток, пока ее индуктивность не увеличится, когда металлический сердечник входит в катушку. Подвижный контакт приводится в движение движущимся сердечником; сила, развиваемая электромагнитом, удерживает подвижный и неподвижный контакты вместе. При обесточивании катушки контактора сила тяжести или пружина возвращает сердечник электромагнита в исходное положение и размыкает контакты.
У контакторов, питающихся переменным током , небольшая часть сердечника окружена экранирующей катушкой , которая несколько задерживает магнитный поток в сердечнике. Эффект состоит в том, чтобы усреднить переменное притяжение магнитного поля и таким образом предотвратить жужжание сердечника на удвоенной линейной частоте.
Поскольку искрение и последующее повреждение возникают в момент размыкания или замыкания контактов, контакторы рассчитаны на очень быстрое размыкание и замыкание; часто существует внутренний механизм переломного момента , обеспечивающий быстрые действия.
Однако быстрое закрытие может привести к увеличению отскока контактов , что приводит к дополнительным нежелательным циклам открытия-закрытия. Одним из решений является наличие раздвоенных контактов , чтобы минимизировать отскок контактов; два контакта предназначены для одновременного замыкания, но отскока в разное время, чтобы цепь не размыкалась на короткое время и не вызывала дугу.
Еще одним методом увеличения срока службы контакторов является протирка контактов ; контакты перемещаются мимо друг друга после первого контакта, чтобы стереть любые загрязнения.
Без адекватной защиты контактов возникновение электрической дуги приводит к значительному ухудшению состояния контактов, что приводит к значительным повреждениям. Электрическая дуга возникает между двумя точками контакта (электродами), когда они переходят из закрытого состояния в разомкнутое (разрыв дуги) или из разомкнутого в закрытое (создание дуги). Дуга разрыва обычно более энергична и, следовательно, более разрушительна. [5]
Тепло, выделяемое возникающей электрической дугой, очень велико, что в конечном итоге приводит к миграции металла на контакте вместе с током. Чрезвычайно высокая температура дуги (десятки тысяч градусов Цельсия) разрушает молекулы окружающего газа, образуя озон , окись углерода и другие соединения. Энергия дуги медленно разрушает контактный металл, в результате чего часть материала выбрасывается в воздух в виде мелких твердых частиц. Это действие приводит к тому, что материал контактов со временем разрушается, что в конечном итоге приводит к выходу устройства из строя. Например, срок службы правильно установленного контактора составляет от 10 000 до 100 000 операций при работе под напряжением; что значительно меньше механического (без питания) ресурса того же устройства, который может превышать 20 миллионов операций. [6]
Большинство контакторов управления двигателем при низком напряжении (600 В и менее) представляют собой контакторы с воздушным разрывом; воздух атмосферного давления окружает контакты и гасит дугу при разрыве цепи. В современных контроллерах двигателей переменного тока среднего напряжения используются вакуумные контакторы. Контакторы переменного тока высокого напряжения (более 1000 В) могут использовать вакуум или инертный газ вокруг контактов. Контакторы постоянного тока высокого напряжения (более 600 В) по-прежнему используют воздух в специально разработанных дугогасительных камерах для гашения энергии дуги. Высоковольтные электровозы могут быть изолированы от воздушного питания с помощью крышных автоматических выключателей, приводимых в действие сжатым воздухом; тот же источник воздуха можно использовать для «задувания» любой образующейся дуги. [7] [8]
Контакторы оцениваются по расчетному току нагрузки на контакт (полюс), [9] максимальному выдерживаемому току повреждения, рабочему циклу, расчетному сроку службы, напряжению и напряжению катушки. Контактор управления двигателем общего назначения может подойти для тяжелого пуска больших двигателей; так называемые контакторы «определенного назначения» тщательно адаптированы для таких применений, как запуск двигателя компрессора кондиционера. Рейтинги контакторов в Северной Америке и Европе соответствуют разным принципам: в контакторах для станков общего назначения в Северной Америке обычно подчеркивается простота применения, в то время как философия определения определенного назначения и Европы делает упор на конструкцию, рассчитанную на предполагаемый жизненный цикл применения.
Текущая мощность контактора зависит от категории использования . Примеры категорий МЭК в стандарте 60947 описываются как:
Реле и блоки вспомогательных контактов рассчитаны на соответствие стандарту IEC 60947-5-1:
Контакторы NEMA для низковольтных двигателей (менее 1000 В) рассчитаны в соответствии с размером NEMA , который дает максимальный номинальный постоянный ток и номинальную мощность для подключенных асинхронных двигателей. Стандартные размеры контакторов NEMA обозначаются цифрами 00, 0, 1, 2, 3–9.
Номинальная мощность основана на напряжении, типичных характеристиках асинхронного двигателя и рабочем цикле , как указано в стандарте NEMA ICS2. Для исключительных рабочих циклов или специальных типов двигателей может потребоваться размер пускателя NEMA, отличный от номинального. Литература производителя используется для выбора недвигательных нагрузок, например ламп накаливания или конденсаторов для коррекции коэффициента мощности. Контакторы для двигателей среднего напряжения (более 1000 В) классифицируются по напряжению и токовой нагрузке.
Вспомогательные контакты контакторов используются в цепях управления и имеют номиналы контактов NEMA для требуемого режима работы пилотной цепи. Обычно эти контакты не используются в цепях двигателя. Номенклатура представляет собой букву, за которой следует трехзначное число, буква обозначает номинальный ток контактов и тип тока (т. е. переменный или постоянный ток), а число обозначает расчетные значения максимального напряжения. [10]
Контакторы часто используются для обеспечения централизованного управления крупными осветительными установками, например, в офисных или торговых зданиях. Для снижения энергопотребления в катушках контакторов применяются контакторы с фиксацией, имеющие две рабочие катушки. Одна катушка, на мгновение подаваемая под напряжение, замыкает контакты силовой цепи, которые затем механически удерживаются в закрытом состоянии; вторая катушка размыкает контакты.
Магнитный пускатель – это устройство, предназначенное для обеспечения питания электродвигателей. Он включает контактор в качестве основного компонента, а также обеспечивает защиту от отключения питания, пониженного напряжения и перегрузки.
В вакуумных контакторах используются контакты, герметизированные в вакуумной бутылке, для подавления дуги. Такое подавление дуги позволяет контактам быть намного меньше и занимать меньше места, чем контакты с воздушным разрывом при более высоких токах. Поскольку контакты герметизированы, вакуумные контакторы довольно широко используются в грязных условиях, например, в горнодобывающей промышленности. Вакуумные контакторы также широко используются при среднем напряжении от 1000 до 5000 вольт, эффективно заменяя во многих применениях масляные выключатели.
Вакуумные контакторы применимы только для использования в системах переменного тока. Дуга переменного тока, возникающая при размыкании контактов, самозатухает при пересечении нулевого значения формы волны тока, а вакуум предотвращает повторное зажигание дуги на разомкнутых контактах. Таким образом, вакуумные контакторы очень эффективны для прерывания энергии электрической дуги и используются, когда требуется относительно быстрое переключение, поскольку максимальное время отключения определяется периодичностью формы волны переменного тока. В случае питания с частотой 60 Гц (североамериканский стандарт) питание отключится в течение 1/120 секунды (8,3 мс).
Ртутное реле , иногда называемое ртутным реле смещения или ртутным контактором, представляет собой реле, в котором в качестве переключающего элемента используется жидкая металлическая ртуть в изолированном герметичном контейнере.
Реле , смоченные ртутью, — это разновидность реле, обычно герконового , в котором контакты смачиваются ртутью. Они не считаются контакторами, поскольку не рассчитаны на ток выше 15 ампер.
Если необходимо последовательно включить несколько контакторов, это можно сделать с помощью распределительного вала , а не отдельных электромагнитов. Распределительный вал может приводиться в движение электродвигателем или пневматическим цилиндром. До появления полупроводниковой электроники система распределительного вала обычно использовалась для регулирования скорости в электровозах . [11]
Помимо номинального тока и номинала для управления цепью двигателя, контакторы часто имеют другие конструктивные детали, отсутствующие в реле. В отличие от реле меньшей мощности, контакторы обычно имеют специальную конструкцию для гашения дуги, позволяющую им прерывать сильные токи, такие как пусковой ток двигателя. В контакторах обычно предусмотрена возможность установки дополнительных контактных блоков, рассчитанных на пилотный режим, используемых в цепях управления двигателем.
СМИ, связанные с контакторами, на Викискладе?