ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
"Исследование конструкции и проверка действия индивидуальных электромагнитных контакторов "
Цель работы: наружным осмотром натуральных аппаратов и по плакатам изучить конструкцию нескольких типов электромагнитных контакторов; проверить их состояние, действие и соответствие техническим данным; ознакомиться с электрическими схемами цепей ТПС, в которых используются электромагнитные контакторы.
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОНТАКТОРАХ
Индивидуальным контактором называют выключатель с одной парой контактов, снабжённый дугогасительным устройством и приводом для дистанционного управления. Контакторы, замыкание и размыкание которых происходит под воздействием электромагнитного привода, называются электромагнитными. На ЭПС чаще всего применяются контакторы с электромагнитами постоянного тока. Электромагнитные контакторы используются для коммутации электрических цепей со сравнительно небольшими длительными токами. Это объясняется тем, что они, как правило, имеют контактные нажатия гораздо меньшие, чем у электропневматических контакторов. Выполнять электромагнитные контакторы с большим контактными нажатиями нецелесообразно, поскольку приводы получаются тяжёлыми и громоздкими.
На электровозах и электропоездах постоянного тока электромагнитные контакторы применяются в высоковольтных цепях для подключения вспомогательных машин и нагревательных приборов к контактной сети. В низковольтных цепях – для коммутации цепей: аккумуляторных батарей, электроприводов вспомогательных компрессоров, возбуждения некоторых электрических машин, освещения и т.п.
Процесс последовательности включения элементов электромагнитного контактора.
Включение контактора происходит при подаче напряжения на его включающую катушку. В этом случае якорь вместе с изоляционным рычагом притягивается к сердечнику катушки. В результате происходит замыкание подвижного контакта с неподвижным. Контактное нажатие обеспечивается силой притяжения якоря к ярму включающей катушки, поэтому электромагнитные контакторы в отличие от электропневматических особенно чувствительны к уровню напряжения управления.
Для отключения контактора необходимо разомкнуть цепь его включающей катушки. Под действием выключающей пружины подвижный контакт отрывается от неподвижного. Образующаяся при разрыве цепи электрическая дуга гасится в дугогасительной камере.
На рис.1 изображена упрощенная кинематическая схема электромагнитного контактора.
Электромагнитные приводы по конструктивному исполнению и характеру движения якоря разделяются в основном на две группы:
- клапанного типа с внешним поворачивающимся на оси или призме якорем (например, на рис.1 или а на рис.2);
- соленоидного (плунжерного) типа с прямолинейно движущимся внутри катушки якорем.
Подвижный контакт контактора соединяют с подвижной частью привода – якорем. Включение любого электромагнитного контактора происходит при подаче напряжения цепи управления на включающую катушку, а отключение – под действием специальной отключающей пружины или силы тяжести якоря. Усилие привода с одним воздушным зазором δ определяется выражением:
Н
где I*w - магнитодвижущая (м.д.с.) сила катушки привода в ампер-витках;
S - площадь поперечного сечения сердечника в м2;
δ - зазор между сердечником и якорем в м;
μо – магнитная проницаемость воздуха, равная 4π*10-7 Гн/м.
Таким образом, сила тяги электромагнита постоянного тока прямо пропорциональна квадрату м.д.с. катушки, площади сечения сердечника и обратно пропорциональна квадрату зазора. Зависимость усилия привода от хода якоря F = f(δ) при неизменной м.д.с. называется тяговой характеристикой. Такая характеристика изображена на рис.4.
Контактное нажатие у электромагнитных контакторов создается притирающей пружиной. Существующие механизмы притирания показаны на рис.3. Начальное контактное нажатие создается за счет предварительного сжатия притирающей пружины 5 (см. рис.3) и проявляет себя в момент касания контактов 1 и 2.
В момент касания между якорем и сердечником еще остается зазор. При перемещении якоря привода до упора в сердечник происходит притирание контактов, и
притирающая пружина еще больше сжимается за счет поворота держателя 4, увеличивая контактное нажатие до конечного значения.
Тяговое усилие привода должно быть достаточным для преодоления сил сопротивления подвижной системы контактора. Изменение результирующей силы сопротивления при перемещении якоря показано на диаграмме (см. рис.4) ломаной линией 1-2-3-4. При движении якоря и уменьшения воздушного зазора δ до момента соприкосновения контактов привод должен преодолевать сопротивление обусловленное массой подвижной системы и действие отключающей пружины (участок 1-2). Далее сопротивление возрастает скачком на величину начального контактного нажатия (участок 2-3). При дальнейшем движении якоря сопротивление возрастает из-за сжатия притирающей пружины (участок 3-4). После примыкания якоря к сердечнику фиксируется конечное контактное нажатие (точка 4).
Тяговая характеристика привода на всем протяжении зазора δ должна лежать выше диаграммы сил сопротивления, иначе привод не сможет создать необходимого контактного нажатия. Как видно из рис.4 тяговая характеристика имеет вид гиперболы, и при наибольшем зазоре между якорем и сердечником привода, то есть в начальный момент включения, имеет наименьшее усилие.
Если начальное усилие недостаточно для включения контактора, то для увеличения силы привода применяют одну из схем, приведенных выше (см. рис.5),. Обе эти схемы обеспечивают увеличение магнитодвижущей силы привода Iw: на рис.5а – за счет увеличения числа витков катушки w, а на рис. 5б – за счет увеличения тока I в катушке.
2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В эксплуатации у контактных пар аппаратов контролируются следующие параметры: разрыв (раствор), провал, начальное и конечное нажатие. Указанные параметры приводятся в технических данных всех коммутационных аппаратов. Поскольку эти параметры определяют нормальную работу контактов и аппарата в целом, то в период эксплуатации они проверяются на соответствие нормам.
Наименьшее расстояние между рабочими поверхностями окончательно разомкнутых контактов называется разрывом (раствором) контактов. На аппаратах малой мощностиразрыв обычно выбирается из условия гашения малых токов. На мощных аппаратах величина разрыва зависит от степени возможной ионизации и загрязнения воздушного промежутка и, в первую очередь, от номинального напряжения на разомкнутых контактах. После гашения дуги в воздушном промежутке могут содержаться ионы и пары меди, вследствие чего промежуток может быть пробит с возникновением новой дуги. Поэтому разрыв должен быть тем больше, чем выше опасность его пробоя. Разрыв измеряют линейкой или специальным шаблоном.
Как уже было указано выше, стыковые контакты при замыкании соприкасаются раньше, чем якорь привода доходит до упора. Благодаря этому после соприкосновения подвижная система продвигается еще вперед до упора, сжимая дополнительно притирающую пружину, а контакты в это время притираются. Если при замкнутом положении подвижной системы убрать неподвижную, то подвижный контакт сместится на некоторое расстояние, называемое провалом. Это смещение произойдет под действием отдачи притирающей пружины. Поэтому по-другому провал определяется, как дополнительное движение подвижного контакта за счет сжатия притирающей пружины. Благодаря провалу компенсируется износ контактов и обеспечивается необходимое контактное нажатие. Кроме того, провал позволяет контактам притираться, чем снижается переходное сопротивление. На практике понятия провал и притирание контактов считают идентичными и поэтому методы измерения провала связывают с процессом притирания.
Существует прямой и косвенный способы измерения провала. Прямой способ измерения провала применяется в случае, когда держатель имеет упор в рычаг, как показано на рис.16. Измерение производится следующим образом. Сначала в окончательно разомкнутом положении контактов измеряется разрыв. Затем вручную сжимают притирающую пружину поворотом держателя подвижного контакта до упора в рычаг и снова измеряют расстояние между контактами. Разница между измерянным в этом положении расстоянием и разрывом равна провалу.
Косвенные способы измерения провала используют в тех случаях, когда держатель подвижного контакта не имеет упора в рычаг. Примеры косвенного измерения провала показаны на рисунке 6. На рис.6 изображены контакты электромагнитных контакторов типа МК-010 и МК-009. Здесь провал измеряют по величине зазора а, который указывается в нормах допусков и износа.
.
Рис.6. Измерение провала у электромагнитных контакторов МК-010 и МК-009
Начальным называется нажатие контактов в момент их касания при замыкании. Начальное нажатие создается усилием притирающей пружины, имеющей предварительное сжатие. Оно измеряется с помощью динамометра, закрепленного за болт, крепящий подвижный контакт, в разомкнутом состоянии (см. рис.6). Предварительно между держателем и рычагом закладывается полоска бумаги. Динамометром оттягивают контакт до тех пор, пока полоска бумаги не освободится, и в это время снимают его показание. Начальное нажатие предотвращает отскакивание и дребезжание контактов при замыкании.
Конечным называется нажатие контактов после окончания процесса притирания, в окончательно замкнутом их состоянии. Конечное нажатие создается усилием притирающей пружины. Измерение конечного нажатия производят в окончательно замкнутом состоянии контактов. При включении между контактами зажимается полоска бумаги. Динамометром, закрепленным за болт подвижного контакта, оттягивают последний до тех пор, пока не освободится полоска бумаги.
От конечного нажатия зависит переходное сопротивление, а следовательно, потери мощности и нагрев контактов. Чем больший ток пропускается через контакты, тем большим должно быть их нажатие.
3 С О Д Е Р Ж А Н И Е Р А Б О Т Ы
Контакторы МК-310 (МК-010) предназначены для включения и выключения вспомогательных машин электровоза ВЛ11. Контактор МК-15-01 (МК-009) служит для включения и выключения электропечей отопления кабин электровоза.
1. По учебнику «Электровоз ВЛ11(м)» [стр.70 (58)] изучить конструкцию контакторов и использовать технические данные.
1. В отчёте изобразить таблицу:
| Измеряемый параметр | Результат | По норме |
| Разрыв контактов, мм | 30-34 | |
| Провал, мм | 7-9 | |
| Начальное нажатие, Н | ||
| Конечное нажатие, Н | 1,8-2,7 | |
| Прилегание контактов по ширине, % | Не менее 80% |
В столбец "По норме" выписать соответствующие величины из технических данных аппарата.
2. Убедиться, что рычаг и механизм притирания двигаются свободно, без заеданий, контакты аппарата находятся в окончательно разомкнутом положении. При помощи линейки измерить разрыв контактов. Результат записать в таблицу.
3. Измерить провал подвижного контакта следующим образом:
- подачей питания на катушку привода привести аппарат во включенное положение и измерить линейкой высоту сжатой притирающей пружины;
- отключить аппарат и вручную нажатием на подвижный контакт сжать притирающую пружину до той высоты, которую она имела при включенном состоянии аппарата. При этом измерить расстояние между контактами;
- полученный результат больше разрыва, измеренного в пункте 2, на величину провала. Измерение провести не менее двух раз. Среднее значение записать в таблицу.
4. Измерить начальное нажатие контактов. Аппарат должен быть в выключенном положении. Для измерения нужно:
- отжав подвижный контакт, вставить полоску бумаги между держателем подвижного контакта и кронштейном (или рычагом, в зависимости от типа контактора);
- накинув петлю динамометра на подвижный контакт, оттягивать его до тех пор, пока полоска бумаги не освободится. В этот момент снять показание динамометра. Измерение провести не менее двух раз. В таблицу записать среднее значение.
5. Измерить конечное нажатие контактов. Для этого нужно:
- подачей питания на катушку привода аппарат привести во включенное положение, предварительно заложив между контактами полоску бумаги. Полоска бумаги должна быть зажата между контактами;
- петлю динамометра накинуть на болт, крепящий подвижный контакт, и оттягивать его до тех пор, пока полоска бумаги не освободится. Измерение провести два раза. В таблицу записать среднее значение.
6. Проверить площадь прилегания контактов по ширине. Для этого нужно:
- сложить листок белой и листок копировальной бумаги и вставить между контактами;
- подачей питания на катушку привода включить аппарат. От нажатия контактов на листке белой бумаги останется отпечаток. По ширине контакта прилегание должно быть не менее 75%. Результат проверки записать в таблицу.
С О Д Е Р Ж А Н И Е О Т Ч Ё Т А
1. Наименование и цель работы.
2. Назначение и технические данные контактора.
3. Кинематическая схема и основные части контактора.
4. Определения разрыва (раствора), провала, начального и конечного нажатия контактов.
5. Таблица с результатами измерений.
6. Вывод о пригодности контактора к эксплуатации.
Вывод: в ходе проделанной работы исследовал конструкции и проверили действия индивидуальных электромагнитных контакторов. Контактор пригоден для эксплуатации.