Контакторы постоянного и переменного тока
Их основным назначением является частая коммутация силовых электрических цепей. Существует множество конструктивных форм контакторов, отличающихся взаиморасположением деталей, величиной, устройством отдельных узлов и т. д., но все эти аппараты состоят из таких же основных элементов и действуют по одному принципу.
Контакторы выпускают сериями. Контакторы данной серии различаются в основном только величиной номинального тока, а следовательно, размерами, но не конструкцией. На судах наиболее распространены контакторы серий КП, КУ и КПМ — постоянного тока, КТ и КТФ — переменного тока и КМ, выпускаемые как для переменного, так и для постоянного тока.
Рассмотрим устройство и принцип действия контактора КПМ-220 (рис. 1). Стальной магнитопровод аппарата состоит из неподвижного Г-образного ярма, привернутого к нему сердечника с полюсным наконечником 2 и поворотного якоря. На сердечник надета втягивающая катушка. Если она обесточена, якорь прижат к упору отключающей пружиной, натяжение которой регулируют винтом. На якоре укреплен главный подвижный контакт 4, соединенный с ярмом гибким проводом. На контакт нажимает пружина контакта 3. К стойке прикреплен главный неподвижный контакт 6. С ним последовательно соединена дугогасительная катушка со своими полюсными наконечниками 10, между которыми вставлена съемная цементно-асбестовая дугогасительная камера (на рисунке камера повернута вверх). Неподвижный контакт 6 снабжен дугогасительным рогом и защитной коронкой. К нижней части якоря прикреплены два изолированных от него подвижных блок-контакта 20 и 21. Против них на шпильках установлены неподвижные блок-контакты 19 и 22. Все неподвижные детали контактора смонтированы на изоляционной плите.
Рис. 1. Контактор постоянного тока типа КПМ-220:
1 - якорь; 2,10 - полюсные наконечники; 3, 4, 6 - контакты; 5 - защитная коронка;
7, 8, 9 - дугогасительные рог, катушка и камера; 11, 14, 17 - выводы; 12 - стойка;
13 - втягивающая катушка; 15 - ярмо; 16 - изоляционная плита; 18 - упор;
19 - 22 - блок-контакты; 23 - пружина; 24 - винт; 25 - гибкий провод
При подаче напряжения на выводы 14 катушки контактора сердечник намагничивается и притягивает к себе якорь. Главные контакты соприкасаются и замыкают коммутируемую цепь тока. От вывода 17 к выводу 11 может пройти ток. Кроме того, замыкаются блок-контакты 21 и 22 и размыкаются контакты 19 и 20. Благодаря этому производятся переключения во вспомогательных цепях.
На рис. 1 показан однополюсный контактор; по числу полюсов контакторы могут быть двух-, трех-, четырех- и пятиполюсными.
Магнитопровод контакторов переменного тока выполняют наборным из листовой электротехнической стали, так как под действием переменного тока катушки происходит постоянное перемагничивание магнитопровода, и если бы он был выполнен сплошным (как на постоянном токе), то в нем индуктировались бы большие вихревые токи, вызывающие перегрев магнитопровода и порчу изоляции катушки. Для примера на рис. 2 изображен контактор переменного тока типа КТ.
Рис. 2. Контактор переменного тока типа КТ:
1 - дугогасительная камера; 2 - якорь; 3 - горизонтальный вал; 4 - блок-контакты;
5 - ярмо; 6 - латунные рамки; 7 - защелка; 8 - втягивающая катушка;
9 - пластины; 10 - подвижный контакт; 11 - перемычки; 12 - изоляционная плита;
13 - выводы; 14 - неподвижные главные контакты
Магнитопровод состоит из неподвижного ярма, на сердечнике которого находится втягивающая катушка, и поворотного якоря. На крайних торцах ярма установлены латунные рамки (короткозамкнутые витки). Их назначение — четко удерживать притянутым якорь несмотря на то, что под действием переменного тока направление намагничивания магнитопровода изменяется. Отключающей пружины у контактора нет, якорь отпадает под собственной силой тяжести. Чтобы не было самопроизвольного включения при качке судна, имеется защелка. Подвижные контакты соединены гибкими медными перемычками с выводами, установленными на изоляционной плите. Неподвижные главные контакты соединены с верхними выводами. Контакты расположены в дугогасительной камере, внутри которой пластинами образована деионная решетка. К горизонтальному валу аппарата прикреплены блок-контакты.
Условные обозначения элементов контакторов на электрических схемах приведены на рис. 3.
Рис. 3. Условные обозначения элементов контакторов на электрических схемах
Электромагнитные и электротепловые реле
Реле широко применяют в схемах электрических проводов и устройств автоматики. По конструкции они весьма разнообразны и подобны контакторам, но меньше по размерам. Наиболее часто встречаются реле тока, напряжения, тепловые и времени.
Реле тока в схемах в основном выполняют защитные функции. Они делятся на реле максимального, минимального и обратного тока. У реле максимального тока типа РЭ (рис. 4) катушка, расположенная на сердечнике, включается последовательно с якорем электродвигателя. Если ток якоря превышает допустимую величину, якорь притягивается, преодолевая силу сопротивления пружины, и размыкаются контакты. Это служит импульсом для отключения аппарата, коммутирующего электродвигатель. На шкале нанесены метки, соответствующие различным установкам срабатывания реле. Изменение установок осуществляется регулированием натяжения пружины с помощью гаек.
Рис. 4. Реле максимального тока:
1 - катушка; 2 - сердечник; 3 - якорь; 4 - опора;
5 - гайки; 6 - пружина; 7 - шкала; 8 - контакты
Электромагнитные реле переменного тока отличаются от реле постоянного тока тем, что их магнитная система набрана из листов электротехнической стали и в торцах сердечника встроены короткозамкнутые витки.
Реле напряжения устроены аналогично реле тока, но их катушка включается в сеть параллельно. Они срабатывают при недопустимых отклонениях напряжения, подведенного к контролируемому участку цепи электропривода.
Тепловые реле (рис. 5, а) не относятся к числу электромагнитных, но рассматриваются в этой статье, так как их работа зависит от нагрева, вызванного протекающими токами. Назначение этих реле — защита двигателей от перегрузки. Тепловые реле встраивают в магнитные пускатели или установочные автоматы.
Рис. 5. Схема действия электротеплового реле типа ТТ:
1 - биметаллическая пластина; 2 - теплоизоляционная камера;
3 - нагревательный элемент; 4 - защелка;
5 - пружина; 6 - толкатель; 7 - контакты
Основным элементом реле является биметаллическая пластина, изготовленная из разнородных металлов с различными коэффициентами линейного расширения.
При протекании недопустимого тока по нагревательному элементу (рис. 5, б) увеличивается нагрев биметаллической пластины, она прогибается, освобождается защелка, которая под действием пружины поворачивается и размыкает контакты. После остывания биметаллической пластины можно толкателем привести реле в исходное состояние. Часть пластины и спираль закрыты цементно-асбестовой теплоизоляционной камерой.
Электромагнитные реле времени широко распространены в схемах управления электроприводами, где они автоматически производят переключение в схеме с заданной выдержкой времени.
На переменном токе используют реле, принцип действия которых заключается в следующем. При подаче питания на реле внутрь катушки втягивается якорь, связанный с механическим замедлителем (например, часовой механизм). Таким образом, с момента подачи питания на катушку реле до полного втягивания якоря и замыкания (размыкания) контактов реализуется выдержка времени в пределах 1 —10 с. Эти реле ненадежны в работе.
На постоянном токе используют электромагнитные реле времени, у которых, в отличие от обычных реле, между сердечником и катушкой расположена алюминиевая или латунная гильза (демпфер). При подаче питания на катушку реле срабатывает без всякой выдержки времени. При отключении тока катушки ее спадающий магнитный поток в теле демпфера индуктирует вихревые токи. Эти токи вызывают появление дополнительного потока, который некоторое время удерживает якорь притянутым. Выдержка времени с момента снятия питания с катушки до момента отпускания якоря составляет 0,3—0,4 с.
В схемах электроприводов встречаются также механические реле: давления, уровня, скорости и т. д. Условные обозначения элементов реле в электрических схемах показаны на рис. 6.
Рис. 6. Условные обозначения элементов реле в электрических схемах
Силовые контроллеры
Многоступенчатые коммутационные аппараты для ручного управления электродвигателями делятся на контроллеры барабанного типа и кулачковые. Контроллеры в основном применяют для управления палубными механизмами.
Рассмотрим устройство силового кулачкового контроллера (рис. 7, а). Литой корпус аппарата закрыт крышкой с резиновым уплотнением. С маховиком контроллера механически связан вал, на котором смонтированы кулачковые шайбы.
Рис. 7. Кулачковый контроллер:
1 - контакты; 2 - суппорт; 3, 5 - пружины; 4 - рычаг;
6 - кулачковая шайба; 7 - вал управления; 8 - ролик
На изоляционной панели контроллера горизонтально укреплены контактные элементы (рис. 7,б). Для каждого контактного элемента на валу управления имеется кулачковая шайба, профиль которой определяет момент включения контактов. При набегании впадины кулачка на ролик под действием пружины 5 поворачивается рычаг и замыкаются контакты.
Перекатывание контактов в момент замыкания происходит благодаря повороту суппорта; при этом несколько сжимается пружина 3. Каждая пара контактов снабжена искрогасительной камерой.
С контактами контроллера через электрические перемычки и кабели соединяется главная цепь электродвигателя. Профиль кулачков на валу контроллера соответствует определенной программе управления электродвигателем. Каждое положение маховика управления определяет режим работы (пуск, первая скорость, вторая скорость, торможение и т. д.).
Контакты контроллера должны быть достаточно мощными, так как через них проходит главный ток электропривода.
В корпус кулачкового контроллера вмонтированы коммутационные и защитные элементы: контактор включения питания (линейный контактор) и реле защиты. Кулачковые контроллеры переменного и постоянного тока обладают небольшим износом контактов, допускают до 600 включений в час.
Силовые контроллеры барабанного типа имеют более простое контактное устройство, обладающее повышенным износом; на строящихся судах их не устанавливают.
Командоконтроллеры по конструкции подобны силовым контроллерам кулачкового типа, но они обычно меньше по размерам и их контакты рассчитаны на более слабые токи. Это объясняется тем, что в отличие от силовых контроллеров, внутри которых происходит непосредственное замыкание силовых цепей электродвигателя, контакты командоконтроллера замыкают и размыкают (коммутируют) цепи катушек отдельно установленных контакторов, контакторы своими контактами коммутируют цепи электродвигателей.
Рис. 8. Таблица замыканий и условные обозначения контактов контроллера на схеме
Магнитные контроллеры (магнитные станции) выполнены в виде стального шкафа, внутри которого расположены контакторы, реле и резисторы. С помощью кнопок, расположенных непосредственно на шкафе или вынесенных отдельно, производится управление электроприводом.
Число контактов контроллера любого типа и порядок их замыкания фиксируются в специальной таблице замыканий. На рис. 8, а показана таблица замыканий контроллера, на рис. 8, б — условные обозначения контактов этого же контроллера на схеме. Читается таблица следующим образом: контакт 1 контроллера замкнут только в нулевом положении рукоятки (штурвала) управления; контакт 2 замкнут во всех положениях «Назад» и «Вперед», кроме нулевого; контакт 3 замкнут во всех положениях «Вперед» и т. д.
Командоаппараты
Сюда можно отнести кнопочные посты управления, конечные и путевые выключатели, различные переключатели и замыкатели. Эта аппаратура проста по устройству.
Тормозные электромагниты
Применяемые на судах тормозные устройства предназначены для ускорения процесса остановки электродвигателей, а в грузоподъемных механизмах — и для удержания груза на весу. Тормозные электромагниты в зависимости от величины хода якоря делят на длинноходовые (вертикальное перемещение якоря до 120 мм) и короткоходовые (горизонтальное перемещение якоря 3—5 мм); они являются частью (приводом) ленточного, дискового или колодочного тормозного устройства. Название «тормозной электромагнит» не определяет сущности его работы, так как в действительности его назначение — растормозить электропривод при подаче питания на катушку электромагнита.
Тормозное же действие осуществляется нажатием пружин на неподвижные детали механического фрикционного тормоза при обесточивании катушки. Катушки тормозных электромагнитов постоянного тока могут быть параллельными и последовательными, переменного тока — трех- и однофазные.
Корпус длинноходового электромагнита (рис. 9, а) отливают из чугуна, крышку делают стальной. Якорь изготовляют из магнитомягкой стали. В верхней части он имеет форму усеченного конуса. Во избежание магнитного прилипания на верхнем торце якоря устанавливают латунную шайбу. Электромагнит снабжен воздушным демпфером; при подаче питания на катушку якорь перемещается вверх, растормаживая электродвигатель, но в верхней части полости камеры якоря создается воздушная подушка. Воздух через небольшое отверстие выходит наружу. Сечение отверстия можно изменять винтом.
Рис. 9. Тормозные электромагниты:
а - длинноходовой (1 - винт; 2 - крышка; 3 - шайба; 4 - катушка;
5 - якорь); б - короткоходовой (1 - якорь; 2 - диск; 3 - вал; 4 - электромагнит; 5 - рукоятка; 6 - пружина)
Короткоходовой электромагнит (рис. 9, б) чаще всего имеет вид дискового тормоза, встроенного в электродвигатель. Электромагнит состоит из диска, насаженного на вал электродвигателя, якоря и электромагнита. При отсутствии тока в катушке якорь под действием пружины прижат к диску и электродвигатель заторможен. При подаче питания на катушку якорь притягивается к электромагниту и растормаживает двигатель. Воздействуя рукояткой на пружину, можно при отсутствии питания на электромагните переместить якорь к электромагниту и произвести растормаживание двигателя вручную.
