Принцип действия и устройство коммутирующих аппаратов

Принцип действия и устройство коммутирующих аппаратов рассмотрим на примере аппарата низкого напряжения (рис. 195). Его основными частями являются: электромагнит, состоящий из ярма 1, якоря 2, обмотки 3; контакты (подвижные и неподвижные) главные 5 и вспомогательные 7; рабочая пружина 6; контактные пружины 4; дугогасительное устройство (на рисунке не показано). По конструктивному исполнению электромагниты бывают с якорем клапанного типа (рис. 196, а), втяжным (рис. 196,6) и с поворотным (рис. 196, в).

Электромагнит служит для преобразования электрической энергии в механическое усилие, под действием которого якорь притягивается к ярму, преодолевая сопротивление рабочей и контактной пружин, и перемещается до полного замыкания главных контактов.

На рис. 197 представлены тяговая и механическая характеристики элементов аппарата.

Тяговой характеристикой называют зависимость электромагнитной силы F_т действующей на якорь, от длины воздушного зазора l_в

При постоянном токе сила F_т, рассчитывается по формуле

где wI — мдс, создаваемая током обмотки электромагнита, S_в— площадь воздушного зазора.

При синусоидальном токе выражение F_т имеет вид

Пульсация электромагнитной силы F_тпри работе электрического аппарата вызывает вибрацию магнитопровода (шум, дребезг).

Механическая характеристика (см. рис. 197) электрического аппарата F_м(l_в) является суммой сил сопротивления рабочей пружины, пружин подвижных контактов и реакции контактов.

При этом на участке тп действует только рабочая пружина, на участке nl — рабочая и контактная пружины (когда контакты соприкоснутся), и на участке lk — к этим двум силам добавляется сила реакции контактов.

Если в момент замыкания контактов при воздушном зазоре l_в.раб (точка т на рис. 197) F_т>F_м, то якорь притягивается к ярму и контакты замкнутся. Затем под действием тягового усилия металлическая поверхность контактов деформируется, сила сжатия контактов будет соответствовать точке k, когда F_т=F_м. При этом между якорем и ярмом остается небольшой зазор l_в0. Этот зазор необходим для предотвращения залипания якоря из-за влияния остаточного магнетизма при включении тока в обмотке.

Контактом называют зону перехода электрического тока из одной токоведущей части в другую. Некоторые типы контактов показаны на рис. 198, а, б, в.

К рабочим контактам предъявляются требования высокой надежности электрического соединения, долговечности, стойкости к влиянию внешней среды. Основная особенность контактной поверхности — ее шероховатость. В отдельных точках выступы контактирующих участков соприкасаются. В этих точках под действием давления разрушается поверхностная оксидная пленка на металлической поверхности (рис. 199). В режиме длительного протекания тока допустимая температура нагрева контактов в зависимости от их типа и материала находится в пределах 85— 120°С.

ЗАПОМНИТЕ

Увеличение силы контактного нажатия приводит к росту количества контактирующих точек (площади контактной поверхности), т.е. уменьшению контактного сопротивления R_к, но тем большая требуется мощность тяговой системы. На рис. 200 представлены зависимости переходного сопротивления контактов R_к от силы нажатия F_к для разных контактных материалов (1 —латунь, 2 — медь, 3 — серебро).

При длительном токе в 100 А сила нажатия в 14—24 Н для контактора с медными контактами соответствует их сопротивлению R_K = 0,1 ÷ 0,01 Ом.

Наиболее тяжелый режим работы контактов — процесс размыкания. Это объясняется тем, что разрываемая цепь обладает индуктивностью, и при размыкании контактов ток в цепи измениться скачкообразно не может. Но одновременно по мере снижения силы сжатия растет переходное сопротивление контактов, что приводит к увеличению их температуры. При дальнейшем расхождении контактов между ними возникает газовый разряд — образуется электрическая дуга. Если коммутируемый ток меньше допустимого I<I_доп то при разрыве контактов проскакивает только искра. При больших токах температура дуги достигает таких значений, что контакты могут пригореть и даже расплавиться. В особенно тяжелых условиях работают контакты в момент разрыва цепи постоянного тока, в этом случае при расхождении контактов между ними создается постоянная разность потенциалов, а для поддержания горения дуги достаточно 10—20 В. При разрыве цепи переменного тока условия гашения дуги облегчаются, так как при переходе тока через нулевое значение восстанавливается электрическая прочность межконтактного промежутка. ► Для повышения надежности работы контактов в сильноточных аппаратах применяются устройства дугогашения, принцип действия которых различен.

Первый способ основан на искусственном увеличении длины дуги посредством ее электромагнитного выдувания или втягивания в деионизирующую металлическую решетку или щелевую камеру (рис. 201). В аппаратах высокого напряжения применяют также выдувание дуги сжатым воздухом.

Второй способ состоит в помещении контактов в масло, которое под действием высокой температуры дугового разряда разлагается и выделяемые при этом газы способствуют ускорению гашения дуги. Этот способ применяется в основном в аппаратах высокого напряжения в цепях переменного тока до 6—10 кВ. В аппарат ах напряжением выше 35 кВ применяют дополнительно дугогасительные газовые камеры.