Электромагнитная система

<34 35 363738 39 40 >

В общем случае электромагнитная система контактора состоит из 4-х элементов ( рис. 33 ):

1. скобы;

2. якоря;

3. катушки;

4. сердечника.

По характеру движения якоря различают 2 типа контакторов:

1. с поворотным якорем ( рис. 33, а, б );

2. прямоходовые ( рис. 33, в, г ).

Рис. 33. Магнитные системы контакторов: а, б – с поворотным якорем; в, г – с прямоходовым якорем ( 1 – скоба, 2 – якорь, 3 – катушка, 4 – сердечник ); стрелка-

ми показано направление движения якорей при включении контакторов

При подаче питания в контакторах первого типа якорь поворачивается на опреде-

ленный угол, т.е. совершает криволинейное движение, в контакторах второго типа – перемещается вверх или вниз, т.е. совершает поступательное движение.

В контакторах с поворотным якорем осью, вокруг которой поворачивается якорь,

служит грань трехгранной призмы ( рис. 33, а ) или стальная цилиндрическая ось ( рис.33, б). Направление движения якоря при подаче питания на катушку обозначено стрелками.

Рычажные механизмы контакторов

Якоря контакторов предназначены для механического перемещения контактов. Для

этого между якорем и контактным устройством применяют рычажные механизмы разной формы и степени сложности. В качестве примера рассмотрим кинематические схемы кон

такторов переменного тока ( рис.34 ).

Рис. 34. Кинематические схемы контакторов переменного тока: 1 – ярмо; 2 – якорь; 3 – катушка; 4 – подвижный контакт ( контакты ); 5, 6, 7 – неподвижные контакты

На рис. 34 показаны кинематические схемы контакторов с разными магнитными

системами: прямоходовыми ( а, б, в ), поворотными ( д, е ) и смешанными, сочетающими поворотные и прямоходовые ( г ). На этом рисунке стрелкой показано направление дви-

жения якоря при подаче питания на катушку.

При включении контакторов происходит удар якоря о сердечник в момент их каса

ния. Такие удары приводят к повреждению магнитной системы, например, расклепыва-

нию как якоря, так и сердечника. Кроме того, удар передается контактами и приводит к их дребезгу.

Для повышения механической износостойкости магнитную систему амортизируют при помощи пружин двумя способами: подвеской на пружинах неподвижного сердечника ( рис. 35, а ) или якоря ( рис. 35, б ).

Рис. 35. Схемы амортизации магнитной системы: подвеской на пружинах сердеч-

ника ( а ), якоря ( б ); 1 – сердечник; 2 – якорь; 3 – пружины; 4 – подвижный контакт; 5, 6 – неподвижные контакты

Магнитная система контакторов постоянного тока выполняется сплошной, контак-

торов переменного тока – набирается из листовой электротехнической стали ( для умень

шения потерь на вихревые токи).

Катушки контакторов

У контакторов постоянного тока якорь и скоба имеют форму плоских пластин, а сердечник якоря – цилиндрическую ( круглую ) форму. На сердечник надевается катушка, поэтому форма отверстия внутри катушки повторяет форму сердечника ( т.е. отверстие – круглое ).

У контакторов переменного тока якорь и сердечник выполняются в виде буквы «Ш», причем форма поперечного сечения якоря и сердечника – прямоугольная ( квадрат-

ная ). Катушка надевается на средний стержень сердечника, поэтому отверстие внутри катушки имеет квадратную форму.

Кроме того, катушки контакторов постоянного тока вытянуты в длину, а контакто-

ров переменного тока, наоборот, имеют приплюснутую прямоугольную форму.

Катушки контакторов называются втягивающими. Они обеспечивают включение и удержание якоря в притянутом состоянии. При отключении катушки якорь возвращается в исходное состояние под действием отключающей пружины ( у прямоходовых контакто-

ров ) и собственного веса ( у контакторов с поворотным якорем ). При этом контакты раз-

мыкаются ( или переключаются ).

Втягивающая катушка контакторов постоянного тока питается постоянным током, переменного тока – переменным или постоянным током. В последнем случае переменный ток сети предварительно выпрямляется при помощи полупроводниковых диодов.

Материал катушек контакторов – медные изолированные проводники. Диаметр

и число проводников зависят от мощности контактора и составляют от десятых долей мм до 2-3 мм и от сотен до нескольких тысяч витков.

Короткозамкнутые витки

Через катушки контакторов переменного тока протекает переменный синусоидаль-

ный ток. Это означает, что в моменты времени, когда ток в катушке проходит через нуле-

вые значения, якорь контактора под действием отключающей пружины и собственного веса стремится отпасть.

Однако из-за механической инерции якорь не успевает полностью отпасть от сер-

дечника и при восстановлении тока в катушке вновь притягивается к нему. В результате якорь непрерывно вибрирует и гудит. При вибрации ослабевает контактное нажатие, а также увеличивается ток в катушке. В результате возможно сваривание контактов, а срок службы катушки резко сокращается.

Для устранения описанного явления на крайние стрежни Ш-образного сердечника

устанавливают короткозамкнутые медные или латунные витки. Эти витки обычно охваты

вают 2/3 или половину ( рис. 36 ) сечения стержня.

Рис. 36. Короткозамкнутый виток: Ф – магнитный поток катушки; Ф_в– магнитный поток короткозамкнутого витка (на рисунке виток повернут на 90º против часовой стрелки относительно настоящего положения )

Принцип действия витка состоит в следующем.

Катушку и виток можно рассматривать как понижающий трансформатор, у которо-

го роль первичной обмотки выполняет катушка, а роль вторичной - короткозамкнутый ви

ток.

Переменный магнитный поток катушки Ф индуктирует в витке э.д.с. самоиндук-

ции. Из курса электротехники известно, что э.д.с. взаимоиндукции отстает от тока ( маг-

нитного потока ) первичной обмотки на четверть периода переменного тока. Отсюда сле-

дует, что в тот момент времени, когда ток в катушке контактора равен нулю, э.д.с. самоин

дукции, наоборот, имеет максимальное значение.

Под действием этой э.д.с. в витке протекает ток, создающий магнитный поток вит-

ка Ф_в. Поскольку в рассматриваемый момент времени э.д.с. самоиндукции максимальна, значит, поток Ф_втакже имеет максимальное значение. Этого значения достаточно для то-

го, чтобы якорь контактора не отпадал в отсутствие магнитного потока катушки.

В дополнение к рис. 36, можно использовать рис. 35, на котором хорошо видно ме-

сто расположения короткозамкнутых витков ( жирные линии на крайних стержнях сер-

дечника ).

Дугогасительная система

При размыкание электрической цепи, как правило, возникает дуговой разряд ( дуга ) между контактами.

Открытая дуга имеет высокую температуру ( до 5000 – 10 000º К ), что приводит к выделению большого объема светящихся газов и перегреву самих контактов.

Поверхность контактов обгорает, оплавляется, делается неровной, бугристой. Пло-

щадь прилегания контактов уменьшается, что приводит к увеличению переходного сопро-

тивления контактов и усилению их нагрева. При этом увеличивается износ контактов и сокращается срок службы аппарата.

Кроме того, в пламени дуги происходят опасные для аппаратов химические процес-

сы. Пары меди контактов, попадая в пламя дуги, окисляются там при высокой температу-

ре и поглощают кислород воздуха. Образующийся при этом азот соединяется с парами во-

ды и кислородом, образуя азотную кислоту HNO₃. Капли этой кислоты могут образовать проводящие «мостики» между токоведущими частями в таких местах, куда ни дуга, ни ее пламя не могут попасть.

Для гашения дуги применяют дугогасительные устройства, использующие разные принципы гашения:

1. магнитное дутье, при помощи дугогасительной катушки;

2. гашение при помощи дугогасительных камер;

3. гашение дуги в масле, и др.

На транспортных судах нашли применение первые два способа, на судах с электро-

движением – все три.

Гашение дуги магнитным дутьем

При магнитном дутье используется дугогасительная катушка, включаемая последо-

вательно с контактами и расположенная в непосредственной близости с ними ( рис. 37 ).

Рис. 37. Магнитное гашение электрической дуги: 1 – электрическая дуга; 2 – дугога

сительная катушка; 3 – сердечник катушки; 4 – полюсные наконечники ; 5 – кон-

такты ( нижний – подвижный, верхний – неподвижный ); 6 – дугогасительная каме

ра; 7 – дугогасительный рог; F – электромагнитная сила, действующая на дугу

Принцип магнитного гашения дуги состоит в следующем.

Ток, протекающий через контакты 5 и витки катушки 2, создает магнитный поток, замыкающийся через сердечник катушки 3, полюсные наконечники 4 ( в виде металличе

ских плоских пластин - «щёк» ) и воздушный промежуток между ними. Направление сило

вых линий магнитного поля катушки найдено по правилу охвата катушки и обозначено штриховыми линиями.

Правило охвата применяется для определения направления магнитного потока ка-

тушки с током и состоит в следующем: если правой рукой охватить катушку так, что-

бы четыре вытянутых пальца руки располагались по направлению тока в ней, то отогну-

тый большой палец покажет направление магнитных силовых линий в катушке.

При размыкании контактов возникает дуга, которая проводит ток прежнего направ-

ления. Дугу можно рассматривать как проводник с током, находящийся в магнитном поле.

На такой проводник действует электромагнитная сила Лоренца, направление кото-

рой находят по правилу левой руки.

Правило левой руки применяется для определения направления электромагнитной силы, действующей на проводник с током и состоит в следующем: если левую руку распо

ложить так, чтобы магнитные силовые линии поля входили в ладонь, а четыре вытяну-

тых пальца располагались по направлению тока, то отогнутый большой палец левой руки покажет направление электромагнитной силы.

Электромагнитная сила ( Н ) F = В*I* L, где В – магнитная индукция, Тл ( тесла );

I – сила тока в проводнике, А; L – длина проводника в магнитном поле, м.

В данном примере эта сила F направлена вверх от контактов. Под действием этой силы дуга быстро перемещается по контактам от места возникновения к к верхним краям, а затем перебрасывается одним концом ( на рис. 37, б – правым ) на дугогасительный рог 7.

Одновременно дуга как бы выдувается магнитным полем вверх и вталкивается в узкую часть дугогасительной камеры 6.

Данный способ гашения дуги был объяснен на примере контактора постоянного тока.

Однако этот способ применяется также в контакторах переменного тока с тяжелы-

ми условиями работы – частыми включениями и отключениями. В таких условиях работа

ют электроприводы грузовых лебедок и кранов.

В этих контакторах через дугогасительную катушку протекает переменный ток.

Однако электромагнитная сила F= ВI L имеет одно и то же направление при в любой полу

волне такого тока. Это объясняется тем, что в отрицательную полуволну переменного тока одновременно изменяется как направление тока в дуге, так и направление сило-

вых линий магнитного поля дуги.

Алгебраическое объяснение этому такое:

в положительную полуволну F = (+ В)(+I)L > 0, в отрицательную F = (- В)(-I ) L > 0.

Гашение дуги в дугогасительных камерах

Гашение дуги в дугогасительных камерах применяется как на постоянном, так и на переменном токе. Физические процессы, возникающие при этом, имеют много общего, но

есть и некоторые отличия. Поэтому гашение дуги при помощи камер рассмотрим пооче-

редно для постоянного, а затем переменного тока.

Вне зависимости от рода тока, корпуса камер изготовляются из дугостойких мате-

риалов – асбоцемента ( применялся ранее, сейчас запрещен ), керамики и др.

<34 35 363738 39 40 >

Дата добавления: 2020-02-05; просмотров: 842;