Контактор — это электрически управляемый переключатель, используемый для переключения электрической силовой цепи. [1] Контактор обычно управляется цепью, которая имеет гораздо более низкий уровень мощности, чем коммутируемая цепь, например, 24-вольтовый катушечный электромагнит, управляющий 230-вольтовым переключателем двигателя.
В отличие от реле общего назначения , контакторы предназначены для непосредственного подключения к высокоточным нагрузочным устройствам. Реле, как правило, имеют меньшую мощность и обычно предназначены как для нормально замкнутых , так и для нормально разомкнутых применений. Устройства, коммутирующие более 15 ампер или в цепях мощностью более нескольких киловатт, обычно называются контакторами. Помимо дополнительных вспомогательных слаботочных контактов, контакторы почти исключительно оснащены нормально разомкнутыми контактами («форма А»). В отличие от реле, контакторы разработаны с функциями управления и подавления дуги, возникающей при прерывании сильных токов двигателя.
В отличие от автоматического выключателя , контактор не предназначен для прерывания тока короткого замыкания . Контакторы варьируются от тех, которые имеют ток отключения от нескольких ампер до тысяч ампер и от 24 В постоянного тока до многих киловольт. Физические размеры контакторов варьируются от устройства, достаточно маленького, чтобы поднять его одной рукой, до больших устройств примерно в метр (ярд) по стороне.
Контакторы используются для управления электродвигателями , освещением , отоплением , конденсаторными батареями, термическими испарителями и другими электрическими нагрузками.
Контактор состоит из трех компонентов:
Иногда также устанавливается схема экономайзера для снижения мощности, необходимой для удержания контактора в закрытом состоянии; вспомогательный контакт уменьшает ток катушки после замыкания контактора. Для первоначального замыкания контактора требуется несколько большее количество мощности, чем требуется для удержания его в закрытом состоянии. Такая схема может сэкономить значительное количество мощности и позволить катушке под напряжением оставаться более холодной. Схемы экономайзера почти всегда применяются на катушках контакторов постоянного тока и на больших катушках контакторов переменного тока.
Базовый контактор будет иметь вход катушки (который может приводиться в действие как переменным, так и постоянным током в зависимости от конструкции контактора). Универсальные катушки (приводимые как переменным, так и постоянным током) также доступны на рынке сегодня. [3] Катушка может быть запитана тем же напряжением, что и двигатель, которым управляет контактор, или может управляться отдельно с более низким напряжением катушки, лучше подходящим для управления программируемыми контроллерами и пилотными устройствами с более низким напряжением. Некоторые контакторы имеют последовательные катушки, подключенные в цепи двигателя; они используются, например, для автоматического управления ускорением, где следующая ступень сопротивления не отключается, пока ток двигателя не упадет. [4]
При прохождении тока через электромагнит создается магнитное поле, которое притягивает подвижный сердечник контактора. Катушка электромагнита изначально потребляет больше тока, пока ее индуктивность не увеличится, когда металлический сердечник войдет в катушку. Подвижный контакт приводится в движение подвижным сердечником; сила, развиваемая электромагнитом, удерживает подвижные и неподвижные контакты вместе. Когда катушка контактора обесточивается, гравитация или пружина возвращают сердечник электромагнита в исходное положение и размыкают контакты.
Для контакторов, питаемых переменным током , небольшая часть сердечника окружена затеняющей катушкой , которая немного задерживает магнитный поток в сердечнике. Эффект заключается в том, чтобы усреднить переменное притяжение магнитного поля и таким образом предотвратить гудение сердечника на удвоенной частоте сети.
Поскольку искрение и последующее повреждение возникают именно в момент размыкания или замыкания контактов, контакторы спроектированы так, чтобы размыкаться и замыкаться очень быстро; часто имеется внутренний механизм критической точки , обеспечивающий быстрое срабатывание.
Однако быстрое закрытие может привести к увеличению дребезга контактов , что приводит к дополнительным нежелательным циклам открытия-закрытия. Одним из решений является использование раздвоенных контактов для минимизации дребезга контактов; два контакта, предназначенные для одновременного закрытия, но дребезжащие в разное время, так что цепь не будет кратковременно разъединена и не вызовет дугу.
Еще одним методом увеличения срока службы контакторов является протирка контактов : после первоначального контакта контакты перемещаются друг мимо друга, чтобы очистить их от загрязнений.
Без адекватной защиты контактов возникновение электрической дуги вызывает значительную деградацию контактов, которые получают значительные повреждения. Электрическая дуга возникает между двумя контактными точками (электродами), когда они переходят из закрытого состояния в открытое (размыкающая дуга) или из открытого состояния в закрытое (замыкающая дуга). Размыкающая дуга обычно более энергична и, следовательно, более разрушительна. [5]
Тепло, выделяемое в результате электрической дуги, очень велико, в конечном итоге заставляя металл на контакте мигрировать с током. Чрезвычайно высокая температура дуги (десятки тысяч градусов по Цельсию) расщепляет окружающие молекулы газа, создавая озон , оксид углерода и другие соединения. Энергия дуги медленно разрушает металл контакта, в результате чего часть материала выбрасывается в воздух в виде мелких частиц. Эта деятельность приводит к тому, что материал в контактах со временем деградирует, что в конечном итоге приводит к отказу устройства. Например, правильно примененный контактор будет иметь срок службы от 10 000 до 100 000 операций при работе под напряжением; что значительно меньше механического (незапитанного) срока службы того же устройства, который может превышать 20 миллионов операций. [6]
Большинство контакторов управления двигателем при низком напряжении (600 вольт и ниже) являются контакторами с воздушным разрывом; воздух при атмосферном давлении окружает контакты и гасит дугу при прерывании цепи. Современные контроллеры двигателей переменного тока среднего напряжения используют вакуумные контакторы. Контакторы переменного тока высокого напряжения (более 1000 вольт) могут использовать вакуум или инертный газ вокруг контактов. Контакторы постоянного тока высокого напряжения (более 600 В) по-прежнему полагаются на воздух внутри специально разработанных дугогасительных камер для прерывания энергии дуги. Высоковольтные электровозы могут быть изолированы от их воздушного источника питания с помощью выключателей, установленных на крыше и приводимых в действие сжатым воздухом; тот же источник воздуха может использоваться для «задувания» любой образующейся дуги. [7] [8]
Контакторы оцениваются по расчетному току нагрузки на контакт (полюс), [9] максимальному выдерживаемому току короткого замыкания, рабочему циклу, расчетному сроку службы, напряжению и напряжению катушки. Контактор управления двигателем общего назначения может быть пригоден для тяжелого пускового режима на больших двигателях; так называемые контакторы «определенного назначения» тщательно адаптированы для таких применений, как пуск двигателя компрессора кондиционера. Североамериканские и европейские номиналы контакторов следуют разным философиям, при этом североамериканские контакторы общего назначения для станков, как правило, подчеркивают простоту применения, в то время как философия определенного назначения и европейского номинала подчеркивает конструкцию для предполагаемого жизненного цикла применения.
Номинальный ток контактора зависит от категории использования . Примеры категорий IEC в стандарте 60947 описаны как:
Реле и вспомогательные контактные блоки имеют номинальные характеристики в соответствии с IEC 60947-5-1:
Контакторы NEMA для низковольтных двигателей (менее 1000 вольт) оцениваются в соответствии с размером NEMA , который дает максимальный номинальный ток и номинальную мощность в лошадиных силах для подключенных асинхронных двигателей. Стандартные размеры контакторов NEMA обозначаются как 00, 0, 1, 2, 3 до 9.
Номинальные значения мощности основаны на напряжении и типичных характеристиках асинхронного двигателя и рабочем цикле , как указано в стандарте NEMA ICS2. Исключительные рабочие циклы или специализированные типы двигателей могут потребовать другого размера пускателя NEMA, чем номинальный. Для руководства по выбору немоторных нагрузок, например, ламп накаливания или конденсаторов коррекции коэффициента мощности, используется литература производителя. Контакторы для двигателей среднего напряжения (более 1000 вольт) оцениваются по напряжению и току.
Вспомогательные контакты контакторов используются в цепях управления и имеют номинальные характеристики контактов NEMA для требуемой работы цепи управления. 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 максимальные расчетные значения напряжения. [10]
Контакторы часто используются для обеспечения центрального управления большими осветительными установками, такими как офисные здания или торговые здания. Для снижения потребления энергии в катушках контакторов используются защелкивающиеся контакторы, которые имеют две рабочие катушки. Одна катушка, на мгновение запитанная, замыкает контакты силовой цепи, которые затем механически удерживаются замкнутыми; вторая катушка размыкает контакты.
Магнитный пускатель — это устройство, предназначенное для питания электродвигателей. Он включает в себя контактор в качестве основного компонента, а также обеспечивает защиту от отключения питания, пониженного напряжения и перегрузки.
Вакуумные контакторы используют контакты, инкапсулированные в вакуумную бутылку, для подавления дуги. Такое подавление дуги позволяет контактам быть намного меньше и использовать меньше места, чем контакты с воздушным размыканием при более высоких токах. Поскольку контакты инкапсулированы, вакуумные контакторы довольно широко используются в грязных приложениях, таких как горнодобывающая промышленность. Вакуумные контакторы также широко используются при средних напряжениях от 1000 до 5000 вольт, эффективно вытесняя масляные выключатели во многих приложениях.
Вакуумные контакторы применимы только для использования в системах переменного тока. Дуга переменного тока, образующаяся при размыкании контактов, будет самогаснуть при пересечении нулевого значения формы волны тока, при этом вакуум предотвращает повторное возникновение дуги через разомкнутые контакты. Поэтому вакуумные контакторы очень эффективны для прерывания энергии электрической дуги и используются, когда требуется относительно быстрое переключение, поскольку максимальное время прерывания определяется периодичностью формы волны переменного тока. В случае питания 60 Гц (североамериканский стандарт) питание прекратится 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 коммутационного элемента используется жидкий металл ртути в изолированном герметичном контейнере.
Ртутное реле — это тип реле, обычно герконовое реле , в котором контакты смачиваются ртутью. Они не считаются контакторами, поскольку не предназначены для токов выше 15 ампер.
Когда ряд контакторов должен работать последовательно, это может быть сделано с помощью кулачкового вала вместо отдельных электромагнитов. Кулачковый вал может приводиться в действие электродвигателем или пневматическим цилиндром. До появления твердотельной электроники система кулачкового вала обычно использовалась для управления скоростью в электровозах . [11]
В дополнение к их номинальным значениям тока и номинальным значениям для управления цепью двигателя, контакторы часто имеют другие конструктивные детали, которые отсутствуют в реле. В отличие от маломощных реле, контакторы обычно имеют специальные конструкции для подавления дуги, позволяющие им прерывать большие токи, такие как пусковой ток при запуске двигателя. Контакторы обычно имеют возможность установки дополнительных контактных блоков, рассчитанных на пилотный режим, используемых в цепях управления двигателем.
Медиа, связанные с Contactors на Wikimedia Commons