Нормально разомкнутый контакт; 3,4 – нормально замкнутый контакт.

Рис.1. Виды контактов

 

В принципиальной схеме можно выделить:

- силовую часть, в которую входят обмотки двигателя и все другие элементы, по которым протекает потребляемый из сети ток двигателя;

- вспомогательную цепь или цепь управления, куда входят катушки контакторов и другие элементы, по которым протекают токи этих катушек.

 

1.2. Электромагнитный контактор

Контактор предназначен для частых переключений в силовых цепях двигателей и других нагрузок.

Основные элементы электромагнитного контактора: - втягивающая катушка. Катушка с током, расположенная на ферромагнитном сердечнике, представляет собой электромагнит; - неподвижная часть магнитопровода, которую будем называть сердечником электромагнита. На нем располагается катушка; - подвижная часть магнитопровода, называемая якорем. - силовые (главные) контакты: -- подвижный контакт, расположенный на якоре; -- неподвижный контакт, расположенный на неподвижной части; -- дугогасительная камера (при необходимости). Пример конструкции контактора приведен на рис.2.

Рис.2. Электромагнитный контактор МК-63 [2]

 

Таким образом, к контактору подводится четыре провода:

- два провода питания катушки (в некоторых контакторах катушка питается постоянным током, в некоторых – переменным током);

- два провода цепи, которую нужно либо соединить, либо разъединить. К подвижному контакту подводится гибкий провод, позволяющий себя перемещать.

Контакторы могут быть в 2-х, 3-х, и 4-х полюсном исполнении, в зависимости от числа фаз и необходимости замыкания (размыкания) нулевого рабочего проводника – N.

В исходном положении (при обесточенной катушке) контакты контактора могут быть разомкнуты (нормально разомкнутые контакты), а могут быть и замкнуты (нормально замкнутые контакты)!

На катушку подается напряжение, по обмотке течет ток, ток создает магнитный поток, магнитный поток замыкается по магнитопроводу, подвижная часть притягивается к неподвижной части (растягивая при этом противодействующую пружину), и положение контактов изменяется.

Если при обесточенной катушке контакты были разомкнуты, то контакты замыкаются.

Если при обесточенной катушке контакты были замкнуты, то контакты размыкаются.

Для размыкания контакта требуется отключить катушку контактора от источника питания. При этом якорь под действием пружины возвратится в исходное положение.

При разрывании цепи с током в появляющемся воздушном промежутке между проводами цепи возникает электрическая дуга. Для уменьшения времени горения дуги главные контакты помещаются в дугогасительную камеру, изготовленную из жаропрочного изоляционного материала.

Если в катушку подается переменный ток, то по магнитопроводу будет замыкаться переменный магнитный поток, который, как известно, создает вихревые токи и потери в стали. Для их снижения магнитопровод контактора (сердечник и якорь), как и в электрических машинах, выполняется шихтованным.

Контактор изображается на принципиальных схемах в виде двух элементов, для удобства чтения схемы разнесенных по разным местам, но обозначенных одинаково: - изображение катушки (рис.3, а); - изображение силовых контактов (рис.3, б). Буквенное обозначение контакторов: КМ - контактор магнитный или К - общее обозначение контакторов и реле.

Рис.3 а)

Рис.3 б)

 

1.3. Электромагнитные реле тока, напряжения, промежуточные

Реле – это аппарат, предназначенный для коммутации слаботочных цепей управления, срабатывающий при изменении тех величин, на которые он предназначен реагировать.

Поэтому его контакты значительно меньше по размерам, и для их переключения требуется электромагнит меньшей мощности и размеров.

Принцип работы электромагнитного реле точно такой же, как и электромагнитного контактора.

Сравнение реле тока и реле напряжения представлено в таблице 1.

Таблица 1 — Сравнение реле тока и реле напряжения

	Реле тока	Реле напряжения
обозначение	КА	КV
на что реагирует	на величину тока	на величину напряжения
вид подключения 1)	последовательно	параллельно
сопротивление проводов катушки	меньше	больше
сечение провода катушки	больше	меньше
число витков катушки	меньше	больше

¹⁾ Отличие параметров катушек реле тока и напряжения обусловлено различным видом их включения в электрическую цепь.

Величину тока или напряжения, при котором происходит срабатывание реле, можно изменять. Это достигается путем изменения натяжения противодействующей пружины, а также путем изменения величины начального воздушного зазора.

 

1.4. Электромагнитные реле времени

Реле времени используется для отсчета выдержек времени при управлении.

Наиболее широкое применение нашли электромагнитные реле времени (рис.4). Это реле, как и выше рассмотренные обычное реле и контактор, имеет магнитопровод 2 с втягивающей катушкой 1 и якорем 6, связанным с контактами 8 и 9. Отличительной особенностью этого реле является наличие на магнитопроводе медной или алюминиевой гильзы 3. После подачи на втягивающую катушку постоянного напряжения U в сердечнике возникает магнитный поток, и якорь притягивается к сердечнику, переключая контакты.

Рис.4. Эскиз конструкции реле времени [55]

При отключении питания катушки магнитный поток в сердечнике начнет уменьшаться. По закону электромагнитной индукции это вызовет появление в гильзе ЭДС е =– d Ф/ dt, которая создает в гильзе ток (напомню, что ток может протекать не только по проводам). Ток создает свой поток, который препятствует уменьшению общего магнитного потока. Ток в гильзе будет постепенно затухать, общий магнитный поток – уменьшаться, сила притяжения якоря к сердечнику – уменьшаться. И когда она станет меньше силы противодействующей пружины 4, якорь отпадёт, и контакты реле переключатся.

То есть размыкание цепи происходит не сразу, а с задержкой по времени.

Задержка по времени при подаче напряжения на катушку реле времени составляет от 0,07 с до 0,11 с, при отключении напряжения от катушки реле времени – от 0,5 с до 1,4 с [16].

Время задержки можно изменять.

а) Оно зависит от силы натяжения пружины 4 (ее можно изменить с помощью гайки 5). Чем меньше будет затянута пружина, тем больше будет выдержка времени и наоборот. Как следует из принципа действия, реле этого типа отсчитывает время с момента снятия напряжения с катушки.

б) Время задержки реле регулируется ступенчато путем установки латунной немагнитной прокладки 7 определенной толщины, закрепляемой на якоре (уменьшение толщины прокладки вызывает увеличение выдержки реле и наоборот) [18].

Следует отметить. Выдержка времени может быть получена у электромагнитного реле без установки гильзы путем закорачивания катушки после отключения ее от сети. В этом случае замкнутый контур, образованный катушкой и замыкающим ее контактом 11, играет роль электромагнитного демпфера. Однако выдержка времени в этом случае получается меньше, чем у реле с гильзой [18].

Двухбуквенное обозначение реле времени – КТ. Обозначение контактов реле времени представлено в таблице 2.

 

Таблица 2 — Обозначение контактов и катушки реле времени

	Замыкающие контакты с выдержкой времени при срабатывании
	Замыкающие контакты с выдержкой времени при возврате
	Размыкающие контакты с выдержкой времени при срабатывании
	Размыкающие контакты с выдержкой времени при возврате
	Катушка реле времени обозначается на схемах так же как контакторы и реле. Однако в ряде источников встречается и обозначение, приведенное слева.

 

1.5. Тепловое реле

Тепловые реле предназначены для защиты двигателей от перегрева при перегрузке.

 

1.5.1. Устройство и принцип действия

Основным элементом реле (рис.5) является биметаллическая пластина 2, сваренная из двух металлов, имеющих разный коэффициент линейного расширения. Пластина нагревается нагревателем 1, через который проходит ток защищаемого двигателя. При нагреве пластина изгибается вверх и освобождает рычаг 4, который под действием пружины 5 поворачивается против часовой стрелки, размыкая при этом контакты 6. Для приведения реле в исходное состояние после отключения двигателя и его остывания необходимо нажать на кнопку возврата 7.

Рис. 5. Тепловое реле [55]

Характеристикой теплового реле является зависимость времени его срабатывания от протекающего тока (рис.6). На рисунке в виде In обозначено максимальное значение тока, при котором контакты реле будут замкнуты бесконечно долго (он равен номинальному току цепи).

Рис.6. Зависимость времени срабатывания реле от тока [1]

 

1.5.2. Пример изображения на схемах

Тепловое реле изображается на принципиальных схемах в виде двух элементов, для удобства чтения схемы разнесенных по разным местам, но обозначенных одинаково: - изображение нагревательного элемента (располагается в цепи, по которой течет нагревающий ток) (рис.7, а); - изображение контактов (рис.7, б).

Рис. 7 а)

Рис. 7 б)

 

1.6. Реле контроля скорости (РКС)

Используется для управления торможением двигателя.

Одним из основных элементов РКС (рис.8, [55]) является постоянный магнит 1, установленный на валу реле. Вал реле соединен с валом двигателя и вращается вместе с ним.

Постоянный магнит находится внутри алюминиевого цилиндра 5, имеющего обмотку в виде беличьей клетки. При вращении магнита цилиндр поворачивается вслед за ним и переключает при этом с помощью упора 3 контакты 4 (6), расположенные в зависимости от направления поворота слева или справа.

 

Рис.8. Реле контроля скорости

При скорости вращения магнита близкой к нулю, цилиндр занимает среднее положение. Контакты занимают исходное положение. Величина скорости, при которой переключаются контакты реле, определяется положением настроечных винтов 2.

Пример применения: при торможении противовключением (Раздел 1.12.3).

На схемах реле контроля скорости обычно имеет обозначение SR.

 

Перед тем, как перейти к схемам

Еще раз. Контакты на схемах изображаются в положении, когда на них не оказывается механического, электрического, магнитного или какого-либо другого воздействия. Применительно к контакторам или реле: положение их контактов на схеме соответствует обесточенному состоянию их катушек управления.

Если по ветви схемы, в которой расположена катушка контактора или реле (см.выше ее обозначение), течет ток, то все ключи, имеющие то же обозначение, меняют свое положение: были замкнуты – разомкнутся; были разомкнуты – замкнутся.

Кнопки, изображаемые как кнопка SB1 на рис. 9, а: в исходном состоянии соответствуют разомкнутому контакту, а при нажатии – контакт замыкает цепь. Кнопки, изображаемые как кнопка SB2 на рис. 9, б: в исходном состоянии соответствуют замкнутому контакту, а при нажатии – контакт размыкает цепь.	а)	б)
Рис.9. Изображение на схемах кнопок

 

1.7. Схема нерегулируемого включения и отключения АД

1.7.1. Основные элементы схемы

 

Рис. 10. Схема пуска АД [55]

1) Силовая цепь (рис.10, а): - контакты контактора КМ, подключающие двигатель к сети. Часто такой контактор называется линейным; - нагревательные элементы теплового реле КК, контакты которого в исходном положении замкнуты. - плавкие предохранители F; - рубильник Q.

2) Цепь управления (рис.10, б).

- катушка контактора КМ;

- вспомогательные контакты КМ;

- контакты теплового реле КК.

- кнопка "Пуск" SB 1 и кнопка "Стоп" SB 2 (стандартное обозначение кнопок с этими функциями, встречающееся на схемах в разных источниках).

В исходном состоянии контакты SB2 и КК замкнуты.

Цепь управления может включаться на линейное или фазное напряжение сети переменного тока, или на другой источник.

Часто электромагнитный контактор и тепловое реле монтируются в одном корпусе. Такое устройство называется магнитным пускателем.

1.7.2. Порядок включения АД

а) Включение рубильника Q.

При этом к сети подключается силовая цепь и цепь управления схемы. Готовность № 1, режим ожидания.

б) Нажатие кнопки SB1.

При этом цепь управления замыкается, и по ней начинает течь ток - в том числе по катушке контактора КМ.

в) В соответствии с описанным выше принципом действия, контактор срабатывает. Это значит:

- замыкаются главные контакты КМ, находящиеся в силовой цепи;

При этом обмотки статора АД подключаются к трехфазной сети и двигатель запускается.

- замыкаются вспомогательные контакты КМ, находящиеся в цепи управления.

Для чего? Цепь управления все время работы АД должна быть подключена к источнику. До сих пор она была замкнута, только потому, что была нажата кнопка SB1. После того, как замкнулись вспомогательные контакты КМ (т.е. практически мгновенно), кнопку можно отпустить, разомкнув тем самым цепь в этом месте, поскольку она замкнута по параллельной ветви.

1.7.3. Порядок отключения АД

а) Нажатие кнопки SB2.

При этом цепь управления размыкается, ток в цепи перестает - в том числе перестает течь по катушке контактора КМ.

б) В соответствии с описанным выше принципом действия, контактор размыкает свои главные контакты, отключая обмотки статора АД от источника. Двигатель останавливается. Также размыкаются вспомогательные контакты КМ, система возвращается к исходному состоянию и готова к новому запуску.

1.7.4. Защита от токовой перегрузки и коротких замыканий

Чрезмерные кратковременные броски тока отслеживают предохранители F.

Более продолжительное превышение током допустимого значения отслеживают тепловые реле КК.

При превышении током допустимого значения тепловое реле КК, нагревательные элементы которого расположены в цепи статора, разомкнет контакты КК в цепи управления.

Элементы включаются не менее чем в 2 фазы статора, чтобы исключить возможность работы двигателя на двух фазах при перегорании предохранителя F в одной из фаз.

Те же элементы защиты применяются и в силовых цепях ДПТ.

1.7.5. Нулевая защита

Нулевая защита – предназначена:

- для отключения двигателя от сети при исчезновении или значительном понижении напряжения;