Электромагнитный контактор: условия выбора
Контактор – это двухпозиционный электромагнитный прибор, который используется для дистанционных выключений и включений силовых электрических сетей.
Самыми распространенными видами электромагнитных контакторов являются одно- и двухполюсные контакторы постоянного тока, а также трехполюсные переменного. Из-за частых коммутаций (до нескольких тысяч в час) предъявляются очень высокие требования в области электрической и механической износостойкости. В состав электромагнитного контактора входят контактная система, электромагнитная система, дугогасящая система и система блок-контактов. В отличии от автоматов контакторы способны коммутировать только номинальные токи и не предназначены для отключения токов короткого замыкания.
Коммутация – это процессы, которые происходят в первый момент времени после переключения электрического тока в электрических цепях на различных участках, в электродвигателях, электрических генераторах.
Управление электромагнитным контактором происходит при помощи вспомогательной цепи, как правило переменного тока, который проходит по катушкам контактора. Для того, чтобы обеспечить безопасность в процессе обслуживания контактора величина оперативного тока должна быть намного ниже, чем рабочий ток в коммутируемых цепях. В контакторе отсутствуют механические средства для удержания контактов во включенном положении. Для удержания контактов в рабочем положении применяется схема самоподхвата с использованием пары нормально-открытых контактов. Основными областями применения контактов являются управление мощными электрическими двигателями, коммутация больших постоянных токов и цепей компенсации реактивной мощности.
К основным условиям выбора электромагнитного контактора относятся:
- Режим работы.
- Номинальное напряжение в силовой цепи.
- Род электрического тока силовой цепи.
- Номинальный ток в силовой цепи.
- Климатическое исполнение.
- Категория применения.
- Количество вспомогательных и основных контактов.
Контакторы могут классифицироваться по нескольким признакам, основными из которых являются:
- Род тока в главной цепи. Согласно данному признаку контакторы делятся на контакторы постоянного, переменного, а также постоянного и переменного тока.
- Количество главных полюсов. Согласно данному признаку в контакторах может быть от одного до пяти полюсов.
- Номинальное напряжение главной цепи. Согласно данному признаку контакторы делятся на контакторы постоянного тока от 27 до 2000В, контакторы переменного тока от 12 до 660 В и частотой 50 Гц, а также контакторы переменного тока от 24 до 660 В и частотой 60 Гц.
- Наличие вспомогательных контактов. Согласно данному признаку контакторы могут быть с контактами и без.
Пример расчета электромагнитного контактора постоянного тока
Рассмотрим схему контактора, которая представлена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема контактора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Так как магнитная цепь симметрична, то: R2 = R3, R4 = R5, R6 = R7, R9 = R10
Магнитный поток Ф, который создается катушкой в средней части, разветвляется на два направления, где он равен Ф/2. Подъемная сила электромагнита на один полюс сердечника пропорциональна его площади и рассчитывается по следующей формуле:
$Fn = (B(2)*S) / 2u0$
где: u0 - магнитная проницаемость; B - магнитная индукция
Сила притяжения полюса контактора в данном случае может быть рассчитана по следующей формуле:
$F = Fn+Fn/2+Fn/2 = 2*Fn$
Из вышенаписанной формулы рассчитывается притяжение среднего полюса:
$Fп = F/2$
Намагничивающая сила катушки контактора рассчитывается по формуле:
Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где: Нст - напряженность магнитного поля в стали; lст - протяженность среднец силовой линии в одном контуре стали; lo - суммарная длина зазоров.
По намагничивающей силе рассчитывается ток катушки:
$Ik = Fм/Wk$
Напряжение катушки рассчитывается по формуле:
$Uk = p*j*lср*W$
где: lср - средняя длина витка катушки; j - плотность тока.
Затем осуществляется пересчет катушки на заданное напряжение - Uc.
При питании катушки от сети постоянного напряжения ток катушки рассчитывается следующим образом:
$Ic = (Uk*Ik) / Uc$
Диаметр провода, необходимы для намотки новой катушки рассчитывается по формуле:
Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Количество витков катушки равняется:
$Wc = (Wk*Ik) / Ic = (Wk*Uc) / Uk$
Следующими рассчитываются параметры силовых контактов. По принципу конструирования контактов тяговая характеристика проходит выше механической. Поэтому предположим, что сила тяги электромагнита контактора на 20 % больше, силы, которая необходима для нажатия всех контактов (F1), откуда F1=F/1.2. Усилие F2 должно быть пересчитано с учетом рычажной передачи. На каждый из двух контактов приходится половина F2, то есть:
$Fk = F2 / 2$
Далее рассчитывается номинальный ток нагрузки:
$Iн = Рн / Uс$
где: Uс - напряжение сети; Рн - мощность нагрузки
Рассчитывается падение напряжения на сопротивлении контактного перехода:
$Uпер = Iн*Rпер$
В завершении расчета считаются нагрев контакта, электродинамическая сила отбрасывания контакта в случае прохождения тока короткого замыкания.
Контакторы являются одной из самых важных частей системы электроснабжения не только промышленных предприятий, но и гражданских. По этой причине к выбору, расчету и их конструированию подходят с особой ответственностью. От их правильной работы напрямую зависит уровень безопасности и риск возникновения аварийной ситуации.
