Контакторы и магнитные пускатели

Контакторы являются наиболее распространенными коммутационными аппаратами, в функции которых входят дистанционное включение, отключение и нулевая защита силовых цепей электродвигателей электроприводов. Они легко сочетаются с различными реле управления и защиты. Изготовляются контакторы на токи от 75 до 600 а, напряжением до 600 в и имеют частоту включений до 1500 в час; приводятся в действие от электромагнитов, управляемых дистанционно.

Контакторы подразделяются 1) по роду тока (постоянного и переменного); 2) по числу полюсов (одно-, двух-, трех и пятиполюсные); 3) по исполнению контактов ( с замыкающими или размыкающими контактамиО.

Устройство контактора постоянного тока показано на рис. 67, а. Все детали контактора смонтированы на изоляционном основании 1. Управление контактором производится электромагнитом, катушка которого 2 помещена на сердечнике 3. Когда по катушке проходит ток, она втягивает якорь 4, свободно посаженной на оси 5. Вместе с якорем поворачивается рычаг 6, несущий на своем конце подвижный контакт 7, соединенный с зажимом 8 гибким проводом 9. Родвижный контакт, перемещаясь, соединяется с неподвижным контактом 10. Степень нажатия контактов регулируется пружиной 11. При отключении катушки якорь отпадает под действием собственного веса, отводя подвижной контакт. Образующаяся при этом дута гасится в дугогасительнои камере 12, причем гашение дуги улучшается дутьем, создаваемым магнитным полем дугогасительнои катушки 13. Во избежание обгорания контактов при отключении цепи разрыв дуги происходит на специальных рогах 14.

На рис. 67, б показано устройство контактора переменного тока. Управление контактором производится при помощи катушки 1, помещенной на сердечнике 2 электромагнита, которая включается кнопкой или управляющими контактами, расположенными вне контактора. Если на катушку подать питание, то якорь 3 притянется к сердечнику, повернет валик 4, в результате чего подвижные контакты 5 соединятся с неподвижными контактами 6. Одновременно замыкаются блок-контакты 7 и размыкаются блок-контакты 8, расположенные на изолированных траверсах 9. Подвижные контакты 5 соединены с внешней сетью гибкими проводниками 10. При обесточивании катушки якорь под действием собственного веса отпадает от сердечника и главные контакты 5 и 6, а также блок-контакты 7 размыкаются. На каждую пару главных контактов надеты дугогасительные камеры 11 (на рисунке показаны только на одной паре). Для ослабления вибрации магнитной системы, катушка которой питается переменным током, сердечник электромагнита замыкается накоротко витком 12, охватывающим примерно Уз площади сердечника. Ток, индуктированный в этом витке, создает магнитный поток, сдвинутый по фазе по отношению к основному потоку катушки. Поэтому при прохождении главного потока через «0», результирующий поток в магнитопроводе не будет иметь нулевого значения.

Путевые конечные выключатели выпускают с различными видами рабочих контактов: одни только включают или отключают цепь путем замыкания или размыкания контактов, другие переключают цепи от одних контактов к другим. По характеру перемещения подвижного (измерительного) органа

выключатели разделяют на нажимные и рычажные.

Во первых подвижной орган (шток или стержень) совершает прямолинейное движение, во вторых имеется рычаг, поворачивающийся на некоторый угол под действием внешнего усилия. Для уменьшения трения на конце рычага часто помещают тик.

Путевые выключатели бывают с самовозвратом и без самовозврата. В выключателях с самовозвратом подвижная часть вводится в исходное положение специальной пружиной, в выключателях без самовозврата — внешним усилием, при­кладываемым к измерительному органу.

По действию контактной группы различают выключатели простого действия и моментные. У выключателей простого действия срабатывание контактов происходит со скоростью движения упора. Они применяются при скоростях движения упора не менее 0,4 м/мин, так как при меньших скоростях происходит быстрый износ контактов из-за разрушающего действия длинной дуги. У моментных выключателей подвижные контакты измерительный орган связаны между собой через систему, переключающую цепь при помощи пружины. Нажимные выключатели обычно являются выключателями простого действия, рычажные -моментного.

Устройство нажимного выключателя простого действия показано на рис. 68, а. На изоляционном основании 1 смонтированы неподвижные контакты 2. Шток, воспринимающий внешние усилия, опирается на сферическую поверхность стержня 3, в котором укреплен контактный мостик с подвижными контактами 4. При действии внешнего усилия на шток давление ведается стержню, он сжимает возвратную пружину 5 и передается вниз. При этом контактный мостик с подвижными контактами отходит от неподвижных контактов, и цепь разрывается. Когда действие внешнего усилия прекратится, контакт, под влиянием пружины 5 возвращаются в первоначальное положение.

У нас в стране выпускают нажимные выключатели серий ВК-101, ВК-110, ВК-111, ВК-133. ВК-411, ВП-700Б, широко используемые в лесной промышленности.

Микропереключатели типа МП-1 отличаются малыми размерами и незначительным рабочим перемещением штока

(0,3—0,7 мм). Они работают при малых усилиях нажатия (0,25—0,75 кГ). Микропереключатели выполняются в пластмассовом корпусе, весят около 40 г, отличаются высокой точностью срабатывания и могут применяться при токах до 3 а и напряжениях до 380 в. Благодаря использованию в них пружинного устройства обеспечивается моментное действие контактной группы.

На рис. 68,6 показано устройство рычажного конечного выключателя моментного действия серии БК-211. На изоляционных колодках 1 укреплены неподвижные контакты

2. Подвижные контакты 3 в виде мостика смонтированы на пластмассовом рычаге 4. Приводной рычаг 5 связан с поводком 6 через ленточные пружины 7. Когда под действием внешнего усилия рычаг 5 поворачивается, шарик 8, прижатый пружинкой 9 к планке 10, заставляет жестко связанный с ней рычаг 4 мгновенно перебросить контакты

3. Как только планка 10 будет освобождена собачкой 11, произойдет переключение. Возврат контактов в исходное положение осуществляется под действием пружины 12, которая может быть поставлена с любой стороны поводка! Рычаг 5 устанавливают на валике 13 под любым углом.

Рис G8 Конечные выключатели- -~—

о — vct)'c-<Vtro выключателя прямого зсНстви»: (> — Устройство pi*4ii*i<noro выключателя мам^итного действия

Командоаппараты.

Командоаппаратом называется устройство, воздействующее на цепи управления и защиты электропривода и приводимое в действие непосредственно оператором. К командоаппаратам относятся кнопки, кнопочные станции и командоконтроллеры.

Кнопки управления служат для дистанционного управления электромагнитными аппаратами (пускателями, контакторами, реле и др.) в цепях переменного тока напряжением до 500 в и постоянного тока - 440 в.

Кнопки бывают с замыкающими и размыкающими контактами, а также двухцепные с контактами обоих типов. Кнопки выполняются или с самовозвратом контактов, когда они возвращаются в исходное положение под действием пружины, или без самовозврата. Существуют также кнопки с электромагнитным удержанием контактов.

Кнопки управления, смонтированные на панели или в общем корпусе, называются кнопочными станциями. Такая кнопочная станция для управления электроприводом с тремя командами: «Вперед», «Назад» и «Стоп» показана на рис. 69. а.

Промышленностью выпускаются кнопки управления и кнопочные станции серий КУ, КС, ПКС, КСР, ПКСГ, ПЭ, ПКР и др. Длительно допустимый ток нагрузки составляет до 2—5 а, а ток включения—до 10—12 а.

Командоконтроллеры предназначены для переключения тока в электрических цепях при дистанционном или автоматическом управлении электроприводами. Они управляются при помощи рукояток, электромагнитов или специальных приборов и позволяют осуществлять сложные переключения одновре­менно в нескольких управляемых цепях.

На рис. 69, б показано устройство нерегулируемого командоконтроллера. Рукоятка управляет поворотом горизонтального квадратного вала /, на котором находится кулачковая шайба 2, состоящая из четырех отдельных кулачков. Подвижной рычаг 3 под действием пружины 4 всегда стремится занять положение показанное на рисунке, при котором контактный мостик 5 замыкает неподвижные контакты 6. При повороте вала командоконтроллера выступающая часть кулачка нажмет на ролик 7, отведет рычаг вправо и контакты 5 и 6 разомкнутся. Длитель­ность и последовательность замыкания контактов зависят от профиля кулачков.

В регулируемых контроллерах включающие и выключающие кулачки делают сменными и устанавливают в желаемой последовательности (рис. 69, в).

Рис. 69. Командоаппараты. а- кнопочная станция; б - нерегулируемый командоконтроллер; в -регулируемый командоконтроллер

На валу контроллера 1 укреплена шайба 2 с отверстиями служащими для закрепления кулачков. С передней стороны шайбы устанавливают включающий кулачок 3, а с задней – отключающий 4. Контактный рычаг 5 с роликом 6 посажен на ось 7, вокруг которой он может свободно поворачиваться. На оси 9 находится защелка 10, которую пружина 11 отжимает, поворачивая ее на оси 9 против часовой стрелки. На защелке закреплена ось отключающего ролика 12.

Если вал с кулачковыми шайбами повернуть по часовой стрелке, то включающий кулачок 3, дойдя до ролика 6, нажимает на него и поворачивает против часовой стрелки контактный рычаг 5 с находящимся на нем контактным мостиком 13, который замкнет контакты 14 и 15 и включит внешнюю (управляемую) цепь. При этом защелка 10 под действием пружины 11 войдет в вырез рычага и удержит его во включенном положении. При дальнейшем повороте вала контроллера отключающий кулачек 4, находящийся с задней стороны шайбы 2, дойдет до ролика 12 и повернет удерживающую защелку 10, освобождая при этом контактный рычаг 5. Контактный рычаг под действием пружины 8 быстро повернется вокруг оси 7 и откроет контакты.

Аналогичным образом будут работать и соседние шайбы, включающие и отключающие другие управляющие цепи. На одной шайбе может быть установлено в любом положении до шести кулачков.

Реле управления

Реле представляет собой аппарат, замыкающий, размыкающий или переключающий вспомогательные электрические цепи при размещении какого-либо параметра главной силовой цепи. Срабатывание реле может происходить под воздействием самых различных факторов: электрического тока, света, звука тепла, механических явлений и др. В соответствии с этим реле могут быть электрические, магнитные, оптические, акустические, тепловые, механические и др.

По своему назначению реле разделяются на две основные группы: реле защиты и реле управления.

Реле защиты служат для защиты электрических устройств (например, электропривода) при нарушении нормального режима работы путём отключения установки или сигнализации о появлении ненормальных явлений. При этом реле защиты должны отключать только поврежденный участок цепи, не нарушая нормальной работы остальных ее частей.

При помощи реле управления осуществляют автоматическое управление пуском, остановом, торможением, реверсированием и изменением скорости вращения электропривода. Реле управления могут реагировать и на изменения технологических параметров (температуры, влажности, размеров обрабатываемых изделий и др.) и при помощи соответствующих импульсов автоматически воздействовать на двигатели непосредственно или через другие реле и механизмы.

Наибольшее распространение в схемах электропривода лесозаготовительной промышленности получили электрические реле. Эти реле позволяют управлять сравнительно мощными исполнительными цепями при воздействии маломощных управляющих сигналов.

По принципу действия электрические реле подразделяются на электромагнитные, тепловые, индукционные, магнитоэлектрические, электронные и ионные.

Одним из наиболее важных параметров реле является время срабатывания – промежуток времени между моментом подачи управляющего сигнала и началом воздействия реле на управляемую цепь. По времени срабатывания различают реле мгновенного действия, время срабатывания которых на превышает 0,15 сек, и реле с выдержкой времени (реле времени), время срабатывания которых более 0,15 сек и обычно может регулироваться.

Величина тока, напряжения или времени срабатывания, на которые отрегулировано данное реле, называется установкой реле.

Электромагнитное реле применяют в самых различных схемах электропривода. Оно представляет собой электромагнит, якорь которого связан с одной или несколькими контактными группами, включенными в соответствующие цепи управления. Токи цепей управления не превышают нескольких ампер. Наиболее часто применяют два типа реле: поворотной и втяжной конструкции. Подвижной частью поворотных реле служит якорь, втяжных – реле-сердечник. Маломощные электромагнитные реле изготовляют преимущественно поворотного типа.

Промежуточные реле включают между реле, посылающим первичный импульс управления, и управляемым объектом. Они усиливают импульс, когда мощность контактов предыдущих реле недостаточна для непосредственного воздействия на управляемую цепь, или размножают импульс по нескольким цепям, если число контактов предыдущего реле недостаточно. Промежуточные реле применяют также и для непосредственного включения двигателей мощностью до 0,6 кВт.

Электромагнитные промежуточные реле бывают постоянного и переменного тока и изготавливаются на напряжение от 12 до 500 в с числом рабочих цепей до восьми, с замыкающими и размыкающими контактами. Длительный ток нагрузки реле разных типов находится в пределах от 0,2 до 30 а, потребляемая ими мощность – от 3 до 30 Вт, время срабатывания составляет 0,01-0,15.

Устройство промежуточного реле ЭП-41Б на рис. 70а.

Реле приводится в действие катушкой 1, расположенной на магнитопроводе. Внутри катушки может перемещаться якорь 2, шарнирно соединенный с рычагом 3, который в свою очередь связан с контактной траверсой 4. На траверсе смонтированы подвижные контактные мостики 5. При подаче напряжения на катушку 1 якорь 2 втягивается и поднимает траверсу 4. Контактные мостики 5, поднимаясь вместе с траверсой, замыкают контакты 7. При прекращении подачи тока на катушку траверса под действием возвратных пружин 8 опускается и контакты возвращаются в исходное положение.

Реле времени служат для создания выдержки времени при включении и отключении электрических цепей, входящих в схемы автоматического управления электроприводами. Реле времени различают: по роду питающего тока (постоянный или переменный), выдержке времени и принципу действия. Выдержка времени в современных конструкциях реле составляет от сотых долей секунды до нескольких часов. По принципу действия различают электромагнитные, маятниковые и моторные реле времени.

1) Электромагнитные реле времени применяют в приводах по­стоянного и переменного тока. Питание катушки таких реле все­гда производится от постоянного тока.

Реле времени этого типа устроены так же, как и электромаг­нитные реле мгновенного действия, с той лишь разницей, что на сердечнике электромагнита помещена короткозамкнутая катушка или надета металлическая гильза. Благодаря этому ток при размыкании цепи будет спадать медленно и якорь реле отпа­дет с выдержкой времени. Короткозамкнутая обмотка или гильза должны обладать достаточной индуктивностью и малым активным сопротивлением.

Промышленностью выпускаются электромагнитные реле се­рий РЭ-100 с выдержкой времени от 0,1 до 1 сек, РЭ-180 и РЭ-510 — до 5 сек и РЭ-580 — до 16 сек.

2) Значительное распространение в электроприводах получили маятниковые реле (рис. 70,6). Внутри катушки электромаг­нита 1 находится сердечник 2, который втягивается в нее при подаче напряжения (сигнала) и своим выступом 3 сжимает пружину 4. Пружина заставляет перемещаться вниз стержень 5, шарнирно соединенный с рычагом'5. На этом рычаге имеется зуб­чатый сектор 7, сцепленный с системой шестерен 5, 9, 10 и 11. Зубчатый сектор под действием сжатой пружины стремится по­вернуть шестерни, но этому препятствует маятник 12, связан­ный с последней шестерней.

Под влиянием возникших в шестернях усилий маятник начинает качаться, а система шестерен — разворачиваться, давая возможность постепенно перемещаться зубчатому сектору, на что потребуется определенное время. Когда сектор пройдет весь путь, то находящиеся на нем по­движные контакты 13 замкнут неподвижные контакты 14, вхо­дящие в цепь управления. Период колебаний маятника, а следо­вательно, и время задержки может регулироваться перемеще­нием грузиков маятника 15. Установка пути, который должен пройти сектор, производится установочным винтом 16. Кроме контактов замедленного действия, в реле предусмотрены кон­такты мгновенного действия 17. Когда катушка отключается, реле возвращается в исходное положение под действием силы тяжести рычага 6.

3) Примером моторного реле может служить реле типа Е-52 (рис. 70, в). Шкала времени 1, звездочка 2 и храповик с торцовыми зубьями 3 установлены на оси прибора. Для сцеп­ления храповика со звездочкой служит электромагнит 4 клапан­ного типа с поворотным якорем, к которому прикреплен рычаг5 с вилкой, скользящей вдоль оси. Главная ось приводится во вра­щение электродвигателем 6 через редуктор 7. При включении электромагнита 4 рычаг 5 перемещает звездочку 2 вдоль оси, в результате чего происходит ее сцепление с храповиком 3 и рычаг 8, жестко соединенный со звездочкой, начинает пово­рачиваться. По окончании выдержки времени рычаг 8 включит замыкающий выходной контакт контактной системы 9 и одновре­менно отключит размыкающий контакт, через который питается двигатель 6.

Возврат выходных контактов реле времени в исходное поло­жение происходит после отключения электромагнита. Под дей­ствием пружины 10 якорь электромагнита поворачивает свя­занный с ним рычаг5, который отцепляет звездочку от храпо­вика. Закрученная спиральная пружина //, связанная одним концом с рычагом 5, освободившись, поворачивает рычаг до упора, установленного на шкале времени. Время выдержки устанавливают путем поворота шкалы, положение которой фик­сируется гайкой 12.

§ 74.ПРОГРАММНЫЕ РЕЛЕ

Программные реле отличаются от обычных реле времени тем, что имеют несколько независимых контактов с различными выдержками времени. Главная цепь реле связана при этом с двигателем механически – через редуктор и механизм сцепления.

Промышленностью выпускаются несколько типов подобных реле с выдержкой времени от 2 до 3600 сек. Длительный ток на­грузки контактов составляет от 0,1 до 10 а. В качестве про­граммных реле служат счетно-шаговые и счетно-импульсные реле, многоцепные моторные реле и электропневматические приборы КЭП.

Электрическая схема счетно-шагового реле приведена на рис. 71, а. Двигатель имеет две обмотки возбуждения QBD1 и OBD2, из которых вторая питается через конденсатор С₂. Вращающееся поле в двигателе создается только при одновремен­ном включении обеих обмоток. Если закоротить обмотку OBD2, соединив, например, зажимы 33 и 34, то двигатель остановится. Реле имеет два одинаковых коммутатора (рабочий и вспомога­тельный) в форме дисков, на окружности которых расположено по 30 контактных пластин. Подвижные щетки обоих коммута­торов расположены на одном валу, приводимым во вращение от двигателя через редуктор с передаточным отношением 1:150. Изображенные на схеме замыкающие контакты Р_1, Р₂, …, Р_к ис­полнительных реле внешней схемы управления присоединяются к зажимам 33 и 34 данного реле и служат для остановки щетки коммутатора в нужном положении. От каждой пластины рабочего коммутатора один провод подведен к зажимам 0 – 29 (от К₀ до К₂₉), а другой – на зажим 30. Все замыкающие контакты вспомогательного коммутатора К^{`</sup><sub>1</sub>, К<sup>`}₂, …, К^{`</sup><sub>29,</sub> кроме нулевого К<sup>`}₀, соединены между собой параллельно и включены в цепь остановки двигателя. Нулевая пластина вспомогательного контактора и замыкающий контакт К^`₀ служат для останова щетки коммутатора в нулевом положении при возврате реле в исходное состояние. У промежуточного реле РП катушка включается на клеммы конденсатора С₁ замыкающим контактом К командного аппарата, расположенного во внешней части установки (на схеме показан пунктиром).

Счетно-шаговое реле Е – 526 может работать в трех режимах.

В первом режиме шаговое перемещение щетки коммутатора происходит на одну пластину после каждого замыкания кон­такта К командного аппарата. Во втором режиме_ происходит непрерывное перемещение щетки, причем управление произво­дится от внешней схемы. Остановы делаются только в поло­жениях, заданных программой работы исполнительных механиз­мов. Третий режим является сочетанием двух первых режимов и состоит из шагового перемещения щетки с управлением от командоаппарата К и от вспомогательных реле внешней схемы (Р_1, Р₂, .., Я₂д). Перемещение щетки — шаговое, а смещение щетки с пластин, заданных программой, осуществляется контак­тами реле после окончания работы заданного исполнительного механизма.

Командный электропневматический прибор КЭП (рис. 71, б) предназначен для регулирования последовательности и продолжительности операций различных технологических процессов по заданному графику. Прибор может обслуживать как электрические так и пневматические цепи, общее число которых со­ставляет 12. Распределительный вал приводится во вращение электродвигателем через редуктор, храповой механизм и короб­ку скоростей, что дает возможность обеспечить 126 различных рабочих циклов с длительностью от 3 мин до 18 ч. Один цикл соответствует одному обороту распределительного вала. На ва­лу имеются 24 паза, в которых закрепляются кулачки, замыка­ющие быстродействующие путевые выключатели. Они воздей­ствуют на электрические контакты К_{1, …,} К_11, К₁₂ или на поршни пневматических золотников в зависимости от типа включаемой линии. В каждом пазу распределительного вала можно закре­пить до четырех кулачков, что позволяет включать и выключать каждый исполнительный механизм до 4 раз в течение одного цикла.

Командный прибор может работать в двух режимах: в режиме непрерывной работы, когда цикл повторяется за циклом без выключения прибора, и в режиме периодической работы, когда прибор автоматически отключается после каждого цикла.

Предварительное (подготовительное) включение двигателя производится тумблером Т и пусковой кнопкой П, а рабочий пуск — электромагнитом ЭМ, замыкающим контакт самоблоки­ровки К_о. В первом режиме работы выключение прибора про­изводится тумблером Г, а во втором — тумблер Т остается включенным все время, а остановка двигателя выполняется кон­тактом самоблокировки К_о, который размыкается после каж­дого цикла соответствующим кулачком, закрепленным на рас­пределительном валу.

Контакты включения исполнительных механизмов К_1, К_{2, …,} К₁₂ рассчитаны на мощность до 600 ва при токе до 5 а. Точность времени срабатывания составляет ±2,5% времени за­данного цикла. Потребляемая прибором мощность составляет 40 вт при напряжении 127 в. Рабочее давление пневмозолотников равно 1,5 кГ/см².

Электромагниты и электромагнитные муфты.

Электромагниты. Электромагниты постоянного и переменного тока в схемах автоматического управления ЭП служат для переключения различных гидравлических и пневматических клапанов и золотников, а также в качестве тормозных и других элементов, когда требуется прямолинейные перемещения при повороте на определенный угол.

В зависимости от способа воздействия якоря на элемент управления электромагниты бывают: 1 толкающего или 2 тянущего типа.

Принцип действия электромагнита постоянного и переменного тока любой конструкции одинаков: постоянный или переменный ток, проходящий по катушке, своим магнитным потоком втягивает внутрь катушки якорь, воздействующий на соответствующий элемент привода. Для устранения дрожания якоря электромагнитов переменного тока в его торце помещают короткозамкнутый виток.

Электромагниты однофазного переменного тока серии ЭС-1 выпускают на напряжение 127, 220, 380 и 500В, тянущего и толкающего типа с тяговым усилием от 1,5 до 25 кГ (в зависимости от типа) и максимальным ходом якоря от 20 до 50 мм. Электромагнит ЭС-1 (рис.72а) состоит из втягивающей катушки 1, ярма 2 и якоря 3. Якорь перемещается в направляющей 4. Для удержания катушки между ней и сердечником электромагнита пружина 5.

Электромагниты серии МИС мало отличаются от ЭС-1, но обладают повышенной износоустойчивостью. Выпускаются также длиноходовые электромагниты 3-х фазного тока серии КТМ с тяговым усилием от 3,5 до 140 кГ, с ходом от 50 до 80 мм.