1. Электромагнитный контактор. Назначение, и принцип работы.
Контактор, практически в любой электрической схеме, необходим для дистанционного управления цепями высокого напряжения посредством относительно небольшого напряжения управления. На локомотивах широкое применение получили электропневматические* и электромагнитные* контакторы.
Разница между ними не только в конструкции привода, приводящего подвижную часть контактора в движение, но и в силе нажатия подвижного контакта на неподвижный. При недостаточном нажатии между микроскопическими неровностями поверхностей контактов возникнут микродуги, что приведет к оплавлению и подгару контактируемых поверхностей. Поэтому в цепях с большими напряжениями и токами, таких как между тяговым генератором* и тяговым электродвигателем*, ставится электропневматический контактор. Ему мы посвятили отдельную статью, а сейчас мы рассмотрим электромагнитный контактор.
Слово «электромагнитный» уже наводит на мысль, что приводом, заставляющим контактор коммутировать какие-то электрические цепи, является электромагнит. Простейший электромагнит можно собрать в домашних условиях, достаточно изолированный провод накрутить на гвоздь и к концам получившейся катушки подключить батарейку.
Ток, устремившись по виткам обмотки, обязательно наведет магнитное поле вокруг витков, а чтобы магнитное поле не рассеивалось, мы потому и намотали витки катушки именно на гвоздь, ведь он металлический, а металл проводит магнитное поле на порядок лучше, чем воздух. Гвоздь в данном случае будет выполнять роль сердечника, а намотанная на него катушка в литературе зовется обмоткой возбуждения. В итоге наш электромагнит при подключении источника постоянного тока будет притягивать ближайшие к нему изделия из металла... канцелярские скрепки и кнопки. Сила электромагнита будет зависеть от количества витков обмотки возбуждения* и силы тока, поданного в катушку.
Электромагнитный контактор имеет подвижный и неподвижный силовые контакты, выполненные из массивных медных губок. Подвижный контакт закреплен на подвижной стальной части контактора, называемой "якорем". Якорь закреплен на оси, а его противоположный конец располагают в непосредственной близости от электромагнита с сердечником.
При подаче постоянного тока на катушку электромагнита свободный конец якоря притягивается к сердечнику электромагнита, поворачиваясь вокруг оси на какой-то угол, и подвижный контакт, закрепленный на противоположном конце якоря, замыкается с неподвижным контактом. Чем больше ток, проходящий через контакты, тем большей мощностью обладает электромагнит, чтобы обеспечить нажатие, сводящее переходное сопротивление между поверхностями контактов к минимуму.
2. Контактор КПВ-604. Назначение, устройство и принцип работы
Одним из примеров применения электромагнитного контактора на тепловозе является контактор КПВ-604, соединяющий стартер-генератор* с аккумуляторной батареей при запуске. Стартер-генератор, получив питание, в режиме электродвигателя прокручивает коленвал*, приводя в движение шатунно-поршневую группу*. Ток, создаваемый аккумуляторной батареей тепловоза, при этом достигает от 2200 до 2700 Ампер, так что нажатие между подвижным и неподвижным контактами должно быть очень сильным.
На клеммы катушки подают напряжение управления 75 – 110 вольт. Магнитное поле сердечника притягивает нижнюю часть Г-образного якоря, закрепленного на оси и проходящего сквозь прорезь в скобе. Поворачиваясь и преодолевая сопротивление возвратной пружины, якорь прижимает подвижный контакт к неподвижному, замыкая электрическую цепь.
Мощный электропривод обеспечивает надежное нажатие, однако переходное сопротивление между контактными поверхностями еще высокое из-за оксидной пленки на поверхностях силовых контактов. Под действием кислорода медные поверхности контактов окисляются. На помощь приходит притирающая пружина. При замыкании подвижный контакт не только прижимается к неподвижному, но и смещается по его поверхности, как бы притираясь.
Чтобы отключить контактор, достаточно обесточить катушку и под действием возвратной пружины якорь вернется в первоначальное положение.
3. Электрическая дуга. Проблемы при размыкании.
При размыкании контактов в цепях высокого напряжения между подвижным и неподвижным контактами резко возрастает сопротивление. Это происходит из-за уменьшения нажатия, а значит, уменьшения контактных точек. Резко растет температура, а в это время контакты начинают расходиться, и в местах последних контактных точек создаются мостики из расплавленного металла. Естественно, что при дальнейшем размыкании мостики рвутся, а частицы расплавленного металла, испаряясь, создают для возникновения дуги идеальные условия.
При отключении контактора, подвижный контакт отходит от неподвижного, и возникает дуга. Дуга - это такой же проводник с током, имеющий вокруг себя магнитное поле и температуру от 2500 до 12000 градусов по Цельсию. Контакты начинают оплавляться, а силовая цепь в итоге не разорвана.
4. Система дугогашения. Магнитное дутьё
При размыкании силовых контактов ток идет не только через возникшую дугу, но и через дугогасительную катушку, поставленную между входной шиной, к которой подсоединяется подводящий кабель, и неподвижным силовым контактом. Дугогасительная катушка выполнена из нескольких витков медной шины, при проходе тока по которым вокруг катушки возникает магнитное поле.
Магнитное поле катушки начинает вытеснять магнитное поле возникшей между размыкающимися силовыми контактами дуги. Дуга, вытесняемая магнитным полем катушки, удлиняется, соскакивает на дугогасительный рог, попадая в дугогасительную камеру, и теряет температуру, отдавая тепло медным вставкам в дугогасительной камере, гаснет. Процесс вытеснения дуги магнитным полем дугогасительной катушки получил название - магнитное дутьё.
5. Вспомогательные цепи и блокировочные контакты
Помимо силовой цепи, контакторы коммутируют и вспомогательные цепи, напряжение которых не превышает 75 - 110 Вольт. Для такого напряжения нет необходимости задействовать массивные контакты. Контакты, коммутирующие вспомогательные цепи, называются блокировочными.
Слева и справа от электромагнитной катушки закреплены пластиковые контактодержатели с двумя парами контактов мостикового типа. Мостиковые, потому что подвижный контакт при замыкании создает мостик, соединяя два неподвижных. Подпружиненный стержень контактодержателя начнет смещаться под давлением нажимной пластины, прикрепленной к якорю. При смещении стержня один мостиковый контакт разорвет цепь (он будет называться размыкающим), а другой замкнет два неподвижных контакта между собой, создав мостик между ними (замыкающий).
Самая простая вспомогательная цепь, которую может замкнуть блокировочный контакт, — соединение источника питания с лампочкой, установленной в кабине машиниста, которая, загораясь, сигнализирует о том, что силовая цепь замкнулась (якорь замкнул силовые и вспомогательные контакты синхронно). Вспомогательных цепей в электрической схеме, как и их назначение, множество, их коммутируют вспомогательные контакты, называемые блокировочными.
Блокировочные контакты приводит в движение якорь. Контакты, которые соединяли цепь до активации контактора, а потом ее разорвали, называются размыкающими. Соответственно, блокировочные контакты, замкнувшие цепь после активации контактора, называются замыкающими.
В заключение обращу внимание читателей на наличие терминов, отмеченных снежинкой*, описание назначения которых можно будет встретить в следующих статьях, или информацию о них можно почерпнуть в наших коротких развивающих фильмах на нашем телеграм - канале https://t.me/mihailsilko24. Приглашаем посмотреть более 50 - ти коротких обучающих фильмов, посвященных назначению, устройству и принципу работы различных узлов и агрегатов тепловозов и электровозов. Отписаться никогда не поздно, так что заходите на наш канал))). До скорых встреч!