Введение
Электронный элемент схемы, выполняющий функцию переключателя.
Контактор – это электрически управляемый переключатель, используемый для коммутации электрической цепи питания. Управляется контактор, как правило, цепью с гораздо более низким уровнем мощности, чем коммутируемая цепь, например, 24-вольтовой катушкой электромагнита, управляющей 230-вольтовым переключателем двигателя. В отличие от реле общего назначения, контакторы предназначены для непосредственного подключения к нагрузочным устройствам с высоким током. Реле обычно имеют меньшую мощность и, как правило, предназначены для использования как нормально замкнутых, так и нормально разомкнутых контактов. Устройства, коммутирующие ток более 15 ампер или в цепях с номинальной мощностью более нескольких киловатт, обычно называются контакторами. Помимо дополнительных вспомогательных контактов с низким током, контакторы почти исключительно оснащаются нормально разомкнутыми контактами ("форма А"). В отличие от реле, контакторы имеют конструктивные особенности для управления и подавления дуги, возникающей при размыкании цепи с большими токами двигателя. Контакторы выпускаются в различных исполнениях с разными характеристиками и возможностями. В отличие от автоматического выключателя, контактор не предназначен для прерывания тока короткого замыкания. Диапазон токов коммутации контакторов простирается от нескольких ампер до тысяч ампер, а напряжение – от 24 В постоянного тока до многих киловольт. Физические размеры контакторов варьируются от устройств, которые можно поднять одной рукой, до крупных устройств размером примерно с метр (три фута) в поперечнике. Контакторы используются для управления электродвигателями, освещением, отоплением, батареями конденсаторов, тепловыми испарителями и другими электрическими нагрузками.
Принцип работы
Когда ток проходит через электромагнит, создается магнитное поле, которое притягивает подвижное ядро контактора. Катушка электромагнита первоначально потребляет больший ток, пока ее индуктивность не увеличивается при вхождении металлического сердечника в катушку. Подвижный контакт приводится в движение подвижным ядром; сила, развиваемая электромагнитом, удерживает подвижные и неподвижные контакты вместе. При снятии напряжения с катушки контактора, гравитация или пружина возвращают ядро электромагнита в исходное положение и размыкают контакты. Для контакторов, работающих от переменного тока, небольшая часть сердечника окружена демпфирующей катушкой, которая незначительно задерживает магнитный поток в сердечнике. Это позволяет усреднить переменное притяжение магнитного поля и предотвратить гудение сердечника на удвоенной частоте сети. Поскольку образование дуги и последующие повреждения происходят непосредственно в момент открытия или закрытия контактов, контакторы сконструированы для очень быстрого открытия и закрытия; часто используется внутренний механизм быстрого срабатывания для обеспечения быстродействия. Однако быстрое замыкание может привести к увеличению отскока контактов, вызывая дополнительные нежелательные циклы размыкания и замыкания. Одним из решений является использование раздвоенных контактов для минимизации отскока: два контакта, предназначенных для одновременного замыкания, но отскакивающих в разное время, чтобы избежать кратковременного разрыва цепи и возникновения дуги. Другой способ продлить срок службы контакторов – контактное протирание: контакты перемещаются относительно друг друга после первоначального контакта для удаления загрязнений.
Подавление дуги
Без надлежащей защиты от контактного замыкания возникновение электрической дуги приводит к значительному износу контактов, которые получают существенные повреждения. Электрическая дуга возникает между двумя контактными точками (электродами) при переходе из замкнутого в разомкнутое состояние (дуга при размыкании) или из разомкнутого в замкнутое состояние (дуга при замыкании). Дуга при размыкании, как правило, более энергична и, следовательно, более разрушительна. Тепло, выделяемое электрической дугой, очень велико и в конечном итоге вызывает миграцию металла контактов под воздействием тока. Чрезвычайно высокая температура дуги (десятки тысяч градусов Цельсия) расщепляет окружающие молекулы газа, образуя озон, угарный газ и другие соединения. Энергия дуги постепенно разрушает металл контактов, приводя к выбросу части материала в воздух в виде мелких частиц. Эта активность вызывает деградацию материала контактов с течением времени, что в конечном итоге приводит к выходу устройства из строя. Например, правильно подобранный контактор при работе под нагрузкой имеет срок службы от 10 000 до 100 000 циклов, что значительно меньше механического (бестокового) срока службы того же устройства, который может превышать 20 миллионов циклов. Большинство контакторов управления двигателями при низком напряжении (600 вольт и ниже) являются контакторами с воздушным разрывом; воздух при атмосферном давлении окружает контакты и гасит дугу при разрыве 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 используют воздух в специально разработанных дугогасительных каналах для рассеивания энергии дуги. Высоковольтные электровозы могут быть отключены от контактной сети с помощью рубильников на крыше, приводимых в действие сжатым воздухом; тот же воздушный поток может использоваться для тушения образующейся дуги.
Рейтинги
Контакторы характеризуются номинальным током нагрузки на контакт (полюс), максимальным током выдерживания короткого замыкания, циклом работы, расчетным сроком службы, напряжением и напряжением обмотки. Контактор управления двигателем общего назначения может подходить для тяжелых пусковых нагрузок больших двигателей; так называемые контакторы "специального назначения" специально разработаны для таких применений, как запуск компрессорных двигателей кондиционеров. Североамериканские и европейские системы классификации контакторов основаны на разных принципах: североамериканские контакторы для станков общего назначения обычно делают акцент на простоте применения, а философия классификации контакторов специального назначения и европейских контакторов – на проектировании с учетом предполагаемого жизненного цикла применения.
НЕМА
Контакторы NEMA для двигателей низкого напряжения (менее 1000 вольт) классифицируются по размеру NEMA, который определяет максимальный допустимый непрерывный ток и мощность в лошадиных силах для подключенных индукционных двигателей. Стандартные размеры контактторов NEMA обозначаются как 00, 0, 1, 2, 3 – 9. Значения мощности основаны на напряжении, типичных характеристиках индукционных двигателей и режиме работы, указанных в стандарте NEMA ICS2. Для особых режимов работы или специализированных типов двигателей может потребоваться размер пускателя NEMA, отличный от номинального. При выборе для недвигательных нагрузок, таких как лампы накаливания или конденсаторы коррекции коэффициента мощности, следует руководствоваться информацией, предоставляемой производителем. Контакторы для двигателей среднего напряжения (более 1000 вольт) классифицируются по напряжению и токовой нагрузке. Вспомогательные контакты контактторов используются в цепях управления и имеют характеристики контактов NEMA, соответствующие требованиям к работе в цепях управления. Обычно эти контакты не используются в цепях двигателей. Обозначение состоит из буквы и трехзначного числа: буква указывает номинальный ток и тип тока контактов (например, переменный или постоянный), а число – максимальное конструктивное значение напряжения.
Управление освещением
Контакторы часто используются для централизованного управления крупными осветительными установками, такими как офисные или торговые здания. Для снижения энергопотребления катушек контактёров применяются удерживающие контактёры, которые имеют две управляющие катушки. Одна катушка, кратковременно включенная, замыкает контакты силовой цепи, которые затем механически удерживаются в замкнутом состоянии, а вторая катушка размыкает контакты.
Магнитный заряд
Магнитный стартер – это устройство, предназначенное для включения электродвигателей. Он включает в себя контактор как основной компонент, а также обеспечивает защиту от отключения напряжения, пониженного напряжения и перегрузки.
Вакуумный контактор
Вакуумные контакторы используют контакты, помещенные в вакуумную колбу, для подавления дуги. Такое подавление дуги позволяет сделать контакты значительно меньше и компактнее, чем контакты с воздушным разрывом при больших токах. Благодаря герметичной конструкции контактов, вакуумные контакторы широко применяются в сложных условиях эксплуатации, например, в горнодобывающей промышленности. Вакуумные контакторы также широко используются в сетях среднего напряжения от 1000 до 5000 вольт, эффективно заменяя масляные выключатели во многих областях применения. Вакуумные контакторы предназначены исключительно для использования в системах переменного тока. Дуга, возникающая при размыкании контактов, самозатухает в момент перехода тока через ноль, а вакуум предотвращает повторное возникновение дуги между разомкнутыми контактами. Таким образом, вакуумные контакторы очень эффективно прерывают энергию электрической дуги и используются там, где требуется быстрое переключение, поскольку максимальное время размыкания определяется периодом переменного тока. В случае сети с частотой 60 Гц (североамериканский стандарт), отключение питания происходит в течение 1/120 секунды (8,3 мс).
Ртутная реле
Ртутное реле, иногда называемое реле с перемещением ртути или ртутным контактором, — это реле, использующее жидкий металл ртуть в изолированном герметичном корпусе в качестве коммутирующего элемента.
Реле с ртутью
Ртуть-омоченное реле – это тип реле, как правило, герконового реле, в котором контакты покрыты ртутью. Они не классифицируются как контакторы, так как не предназначены для токов свыше 15 ампер.
Работа с наклонным валом
Если серия контакторов должна работать последовательно, это может быть выполнено с помощью кулачкового вала вместо отдельных электромагнитов. Кулачковый вал может приводиться в движение электродвигателем или пневматическим цилиндром. До появления твердотельной электроники кулачковая система часто использовалась для регулирования скорости в электрических локомотивах.
Различия между реле и контактным элементом
В дополнение к своим текущим характеристикам и характеристикам для управления цепями двигателя, контактторы часто имеют другие конструктивные особенности, которые не встречаются в реле. В отличие от реле малой мощности, контактторы обычно оснащены специальными устройствами для подавления дуги, позволяющими им размыкать большие токи, такие как пусковые токи двигателей. Контактторы, как правило, предусматривают возможность установки дополнительных контактных блоков, рассчитанных на работу с сигнальными цепями, используемых в схемах управления двигателями. Высокое напряжение обмоток для реле встречается редко, но часто используется в контактторах, где напряжение обмоток может варьироваться от 24 В переменного/постоянного тока до 600 В переменного тока. Реле часто имеют нормально замкнутые контакты, а контактторы обычно не имеют их (в обесточенном состоянии соединение отсутствует). Комбинированные пускатели двигателей используют только контактторы.