Конспект лекций по дисциплине Электрические и электронные аппараты

присоединен один конец дугогасительной катушки 3, второй конец которой с выводом 4 закреплен в электроизоляционном основании 5 и является одним из двух токоподводов контактора.

Рис. 12.1. Контактор постоянного тока

Основание 5 жестко укреплено на стальной скобе 6, являющейся основной несущей деталью для электромагнитного привода и подвижной контактной системы. Подвижный контакт 7 может поворачиваться относительно опорной точки 8. Вывод 9, являющийся вторым токоподводом, соединен с подвижным контактом 7 гибкой связью 10. С подвижным контактом 7 электрически связан другой дугогасительный рог 11. Контактное нажатие создается пружиной 12, а возвратная пружина 13 предназначена для размыкания контактов и возврата привода в исходное положение. При размыкании контактов на них появляется электрическая дуга 14, которая попадает в магнитное поле между пластинами 15 магнитопровода системы магнитного дутья, создаваемого катушкой 3 и охватывающего камеру с обеих сторон. Под воздействием этого поля дуга перемещается в камеру, ее опорные точки переходят на дугогасительные рога, дуга растягивается, охлаждается и гаснет.

83

Электромагнитный привод контактора включает в себя обмотку 20 с магнитопроводом и якорь 17, который может поворачиваться на призме 19, прижимаемый к скобе 18 пружиной 16. При подаче напряжения на катушку 20 якорь 17, преодолевая противодействие возвратной пружины 13, начинает притягиваться к магнитопроводу. При определенном зазоре между якорем и магнитопроводом происходит соприкосновение контактов 7 и 4. Дальнейшее сближение якоря и мгнитопровода влечет за собой поворот контакта 7 относительно опорной точки 8 и сжатие контактной пружины. Этим обеспечивается создание так называемого провала контактов – расстояния, на которое переместился бы подвижный контакт, если убрать неподвижный. Наличие провала контактов обеспечивает контактору заданную коммутационную износостойкость.

При работе контакторов в повторно-кратковременном режиме значение рабочего тока зависит от продолжительности включения и частоты срабатывания.

Рабочий ток при различных режимах может быть определен по формуле

ПВ – относительная продолжительность включений; n – число включений в час.

Допустимое число включений в зависимости от характера нагрузки для КПВ 600 доходит до 1200 в час; КПВ 600 выполняются на номи-

нальные токи 100, 160, 250 и 630 А.

Контакторы переменного тока выпускаются на токи от 100 до 1000 А при числе главных контактов от одного до пяти. Наиболее распространены контакторы трехполюсного исполнения. На рис. 12.2 показан контактор переменного тока типа КТ-6000. Подвижный контакт 1 с пружиной 2 укреплен на рычаге 3. Подвижный контакт 1 (на общем виде три подвижных контакта 1) и якорь 4 привода электромагнита связаны между собой валом 6. Отключение контактора происходит под действием контактных пружин и массы подвижных частей.

Контактная пружина 2 имеет предварительное нажатие на (3050)% меньше конечного контактного нажатия. Все детали укреплены на изоляционной рейке 5. Рычаг 3 подвижного контакта 1 укреплен на валу 6, покрытом изоляционным материалом. Вал вращается в подшипниках 7. Система дугогашения состоит из последовательной катушки 8, магнитопровода 9, полюсных пластин 10 и дугогасительной камеры 11. Обмотка 8 включена в цепь последовательно с неподвижным контактом 12 и

84

подвижным контактом 1. Главные контакты подключаются к внешней электрической цепи выводами 13 и 14. Подвижный контакт 1 соединяется с выводом 13 при помощи гибкой связи 15. Блок вспомогательных контактов 16 приводится в действие валом 6.

Рис.12.2. Контактор переменного тока

С целью устранения вибрации якоря во включенном положении на полюсах магнитной системы устанавливаются короткозамкнутые витки.

Допустимое число включений достигает 1200 в час, коммутируемый ток – до 1000 А, номинальное напряжение – 380 и 660 В.

В контакторах серий КТ64, КТП64, КТ65, КТП65, предназначенных для коммутации силовых цепей переменного тока, имеется полупроводниковый блок, в котором осуществляется бездуговая коммутация путём шунтирования главных контактов тиристорами на период коммутации, благодаря чему электрическая дуга не возникает.

Отсутствие дуги при отключении контактором силовых цепей повышает надежность работы контакторов, электрическую износостойкость, взрывобезопасность, резко уменьшает потери энергии в контакторе.

Контакторы серии МК предназначены для работы в силовых электрических цепях и цепях управления установок при постоянном напряжении до 440 В и переменном до 660 В, частотой 50 и 60 Гц при токах до 160 А. Контакторы имеют четыре величины: МК 1 (Iном=40 A), МК 2 (Iном=63 A), МК 3 (Iном=100 A) и МК 4 (Iном=160 A).

Собственное время срабатывания контакторов при включении 0,08 с, при отключении 0,05 с. Втягивающие катушки выполняются только на постоянный ток напряжением 24, 48, 110, 220 В. Контакторы могут работать в продолжительном, прерывисто-продолжительном, кратковременном и повторно-кратковременном режимах.

Допустимая частота срабатывания контакторов – до 1200 циклов в час при ПВ = 40%.

85

Магнитным пускателем называется электрический аппарат, предназначенный для пуска, остановки, реверсирования и защиты асинхронных электродвигателей. Его практически единственное отличие от контактора – наличие устройства защиты от токовых перегрузок (обычно тепловое реле).

Работа асинхронных двигателей зависит от таких свойств пускателей, как износостойкость, коммутационная способность, надёжность защиты двигателя от перегрузок. В процессе эксплуатации довольно часто обрывается одна из фаз питающего напряжения и ток статора работающего двигателя резко возрастает, что приводит к выходу из строя обмотки из-за нагрева ее до высокой температуры. Тепловые реле пускателя от этих токов должны срабатывать и отключать двигатель.

Конструктивная схема магнитного пускателя серии ПА приведена на рис. 12.3.

Рис. 12.3. Конструкция магнитного пускателя

86

Пускатель собран на металлическом основании 1. Контактная система мостикового типа с неподвижными 2 и подвижными 3 контактами размещена в дугогасительной камере 5. Контактное нажатие обеспечивается пружиной 4. Подвижные контакты соединены с траверсой 6, которая может поворачиваться относительно точки О1. На противоположном конце траверсы 6 укреплен якорь 7 электромагнитного привода с магнитопроводом 8 и обмоткой 9. Под магнитопроводом 8 имеется пружина сжатия 10, которая обеспечивает более плотное прилегание якоря и магнитопровода при срабатывании электромагнита и смягчает возникающий при этом удар. Последовательно с коммутируемой цепью включено тепловое реле 11, которое при срабатывании своими контактами размыкает цепь питания катушки 8, траверса 6 под действием возвратной пружины 12 отходит вправо

ипроисходит отключение главной цепи.

Втехнических данных указываются номинальный ток пускателя и номинальная мощность двигателя при различных напряжениях.

Промышленность выпускает магнитные пускатели серии ПМЛ и ПМС на токи до 260 А и напряжение до 660 В.

Наибольшее рабочее напряжение пускателя равно 660 В.

Лекция № 13

Предохранители

Предохранители – это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токовых перегрузок и токов КЗ. Основными элементами предохранителя является плавкая вставка, включаемая последовательно с защищаемой цепью, и дугогасительное устройство.

Кпредохранителям предъявляются следующие требования:

времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта;

время срабатывания предохранителя при КЗ должно быть минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов. Предохранители должны работать с токоограничением;

при КЗ в защищаемой цепи предохранители должны обеспечить селективность защиты;

характеристики предохранителей должны быть стабильными, а технологический разброс их параметров не должен нарушать надежность защиты;

87

предохранители должны иметь высокую отключающую способность;

конструкция предохранителей должна обеспечивать возможность быстрой и удобной замены плавкой вставки при ее перегорании.

Предохранители низкого напряжения

а) Предохранители с гашением дуги в закрытом объеме на токи от 15 до 60 А имеют упрощенную конструкцию (рис. 13.1).

Плавкая вставка 1 прижимается к латунной обойме 4 колпачком 5, который является выходным контактом (рис. 13.1,а).

Плавкая вставка 1 штампуется из цинка, являющегося легкоплавким и стойким к коррозии материалом. Указанная форма вставки позволяет получить благоприятную времятоковую характеристику. В предохранителях на токи более 60 А плавкая вставка 1 присоединяется к контактным ножам 2 с помощью болтов (рис. 13.1,б).

а

в

б

Рис. 13.1. Предохранители типа ПР - 2

Вставка располагается в герметичном трубчатом патроне, который состоит из фибрового цилиндра 3, латунной обоймы 4 и латунного колпачка 5.

При отключении сгорают суженные перешейки плавкой вставки, после чего возникает дуга. Под действием температуры дуги фибровые стенки патрона выделяют газ, в результате чего давление в патроне за доли полупериода поднимается до 4 – 8 МПа. За счет увеличения давления поднимается вольт-амперная характеристика дуги, что способствует её быстрому гашению.

88

Плавкая вставка может иметь от одного до четырех сужений (рис. 13,1, в). Суженные участки вставки способствуют быстрому её плавлению при КЗ и создают эффект токоограничения.

Рассмотрим вставкус четырьмя перешейками. После их перегорания образуются четыре разрыва. На каждом катоде разрыва восстанавливается электрическая прочность около 200 В, а суммарная прочность предохранителей достигает 800 В. Это явление наряду с высоким давлением позволяет надежно гасить дугу при напряжении источника до 500 В.

Так как давление внутри патрона пропорционально квадрату тока в момент плавления вставки, то оно может достигать больших значений, поэтому фибровый цилиндр должен обладать высокой механической прочностью, для чего на его концах установлены латунные обоймы 4. Диски 6 жестко связаны с контактными ножами 2, крепятся к обойме патрона 4 с помощью колпачков 5.

Предохранители выпускаются двух осевых размеров – короткие, предназначенные для работы на переменном напряжении не выше 380 В,

идлинные, рассчитанные на работу в сети с напряжением до 500 В.

Взависимости от номинального тока выпускаются шесть габаритов патронов различных диаметров.

Различают нижнее и верхнее значения испытательного тока. Нижнее значение испытательного тока – это максимальный ток, который, протекая в течение 1 ч, не приводит к перегоранию предохранителя. Верхнее значение испытательного тока – это минимальный ток, который, проходя в течение 1 ч, плавит вставку предохранителя.

Предохранители типа ПР-2 обладают токоограничением. Так, в цепи с током КЗ 50 кА плавкая вставка на номинальный ток 6 А перегорает при токе всего 400 А. Однако, чем больше номинальный ток, тем меньше эффект токоограничения. При номинальном токе 600 А токоограничение отсутствует, т.к. дуга горит весь полупериод.

б) Предохранители с мелкозернистым наполнителем. Эти предохранители совершеннее, чем предохранители ПР-2. Корпус квадратного сечения 1 предохранителя типа ПН-2 (рис. 13.2) изготавливается из прочного фарфора или стеатита. Внутри корпуса расположены ленточные плавкие вставки 2 и наполнитель – кварцевый песок 3. Плавкие вставки привариваются к диску4, который крепится к пластинам 5, связанным с ножевыми контактами 9. Пластины 5 крепятся к корпусу винтами.

Вкачестве наполнителя используется кварцевый песок с содержанием SiO2 не менее 98%, с зернами размером (0,2 0,4)*10-3 и влажностью не менее 3%. Зерна имеют высокую теплопроводность и хорошо развитую охлаждающую поверхность.

Плавкая вставка выполняется из медной ленты толщиной 0,1-0,2 мм. Для получения токоограничения вставка имеет суженные сечения 8. Для снижения температуры плавления на вставки наносятся оловянные полоски 7.

89

а

б

Рис. 13.3. Предохранитель типа ПРС (а) и жидкометаллический предохранитель (б)

в) Предохранители с жидкометаллическим контактом.

В таком предохранителе (рис. 13.3, б) электроизоляционная трубка 1 имеет капилляр, заполненный жидким металлом 2. Капилляр с жидким металлом герметично закрыт электродами 3, 4 и корпусом 5 с уплотнением 6 и имеет специальное демпфирующее устройство 7,8. При протекании большого тока жидкий металл в нем испаряется, образуется паровая пробка и электрическая цепь размыкается. После определенного времени пары металла конденсируются и контакт восстанавливается.

Предельный отключаемый ток достигает 250 кА при напряжении 450 В переменного тока. Предохранители работают многократно с большим токоограничением.

г) Быстродействующие предохранители для защиты полупроводниковых приборов. Малая тепловая инерция, быстрый прогрев полупроводникового перехода крайне затрудняют защиту мощных диодов, тиристоров и транзисторов при токовых перегрузках. Поэтому для их защиты разработаны специальные быстродействующие предохранители.

По времени протекания тока t 0,02 с процесс нагрева прибора протекает по адиабатическому закону. Для удобства согласования характеристик прибора и предохранителя вводится понятие интеграла Джоуля:

91

0

G i2dt,

t

где t – длительность протекания тока через прибор.

Для эффективной защиты необходимо, чтобы полный джоулев интеграл предохранителя был меньше джоулева интеграла защищаемого прибора, поэтому предохранитель должен работать с большим токоограничением. Для этого плавкая вставка выполняется из серебра, имеет перешеек с минимальным сечением и охлаждается кварцевым наполнителем.

Для улучшения охлаждения при больших номинальных токах плавкая вставка выполняется из ленты толщиной 0,05-0,2 мм. При больших токах вставка имеет несколько параллельных ветвей.

Для уменьшения времени горения дуги плавкая вставка имеет большое число перешейков. Число их ограничивается перенапряжением, которое возникает при отключении цепи.

Конструктивно быстродействующий предохранитель представляет собой корпус из прочного фарфора, внутри которого расположены плавкие вставки и кварцевый песок.

Выпускается серия быстродействующих предохранителей ПП-57 на номинальные токи 40-800 А и ПП-59 на номинальные токи 250-2000 А. Номинальные напряжения составляют до 1350 В переменного и до 1050 В постоянного тока.

Быстродействующие предохранители предназначены только для защиты от КЗ. Защита от перегрузок должна выполняться другими аппаратами.

д) Блоки-предохранители – выключатель. Для уменьшения габаритных размеров распредустройства выпускаются блоки предохранитель

– выключатель (БПВ), обеспечивающие отключение номинальных токов и защиту цепей от токовых перегрузок и КЗ. В БПВ (рис. 13.4) при вращении рукоятки 1 траверса 2 с установленным на ней предохранителем 3 перемещается и контакты 4 аппарата размыкаются.

Рис. 13.4. Блок предохранитель – выключатель

92