Аппаратах, имеющих место при коммутациях

Основными элементами практически всех контактных аппаратов являются: электромагнитная, контактная и дугогасительная система. наличие других систем – защиты, сигнализации и т.д. определяет особенности аппаратов.

Электромагнитная система предназначена для образования магнитного потока воздействующая на подвижный контакт. Обычно она состоит из неподвижного магнитопровода – ярма, втягивающей катушки и подвижной части системы, которая называется якорем. Работу электромагнитной системы рассмотрим на примере электромагнитного контактора (рис. 79), где указанные элементы представлены под номерами 14, 15, 9. Тяговое усилие магнита прямопропорционально значению магнитного потока Ф, который в свою очередь определяется выражением:

где: I – сила тока протекающего по катушке,

w – число витков катушки,

Rm – сопротивление магнитной цепи, Гн^-1.

Значение магнитного сопротивления Rm в значительной степени зависит от размеров воздушного зазора между якорем и ярмом сердечника, поэтому для его уменьшения, поверхности ярма и якоря в месте соприкосновения шлифуются. Примерно аналогично выглядит электромагнитная система аппаратов переменного тока. Она получила широкое применение на современных судах.

Существенным недостатком системы на переменном токе является вибрация якоря при переходе тока через нулевое значение. Наиболее простым и широко применяемым методом устранения такого недостатка является использование короткозамкнутого медного витка, расположенного на ярме или якоре магнитопровода.

В аппаратуре постоянного тока такой вибрации нет, поэтому практически отсутствуют характерные для переменного тока гудения с частотой 50 Гц.

Контактная система обычно состоит из ряда подвижных и неподвижных контактов. Количество групп контактов определяется функциональным назначением данного аппарата. От состояний контактов зависит надежность выполнения заданных функций, поэтому одной из эксплуатационных задач является периодическое обслуживание контактных соединений.

Конструктивное исполнение контактной системы зависит от значения коммутируемого тока. Форма контакта может быть различной. Наиболее совершенными являются линейные контакты, когда соприкосновение обеспечивается по линии, например: плоскость – цилиндр. Такой контакт дает наименьшее значение переходного сопротивления в месте контактов.

Различают контакты: линейные, точечные, пальцевые, щеточные и др. По своему назначению контакты делятся на:

- Главные контакты, обеспечивающие коммутацию главных (силовых) цепей.

- Предварительные контакты обеспечивающие предварительную коммутацию в главной цепи, с целью предохранения главных контактов от нагорания.

- Дугогасительные контакты, используются так же для защиты главных контактов от отгорания, но если предварительные контакты обеспечивают условия этой защиты, то дугогасительные контакты обеспечивают работу контактной системы на время горения дуги.

- Блок-контакты или вспомогательные контакты, используются для коммутации цепей управления и сигнализации.

Основным материалом для изготовления контактов является чистая медь и ее сплавы. В зависимости от функционального назначения и значения коммутируемого тока используются различные покрытия из серебра, золота и тугоплавких металлов (вольфрам, никель, кадмий и т.д.). В редких случаях используется изготовление контактов полностью из указанных сплавов. Наиболее важной характеристикой контактной системой является степень нажатия контактов, поскольку от нее зависит значение исходного сопротивления. Различают начальное и конечное нажатие. Начальное нажатие – это нажатие в точке начального касания контактов. Конечное нажатие – это момент окончания процессов замыкания контактов.

В эксплуатационной практике используют термин провал контактов, это расстояние на которое смещается место конечного сопротивления контактов, по отношению к месту первоначального касания. Установлено, что при малом провале контактов система работает ненадежно, при большом – нарушается механическая прочность контактной системы. Поэтому завод-изготовитель указывает оптимальное значение провала контактов.

Раствор контактов – это минимальное расстояние между контактами в их разомкнутом состоянии, значение растворов контактов выбирается из условий гашения дуги, которые в свою очередь зависят от напряжения электрической установки, среды, в которой происходит разрыв, условий дугогашения и др.

Перекат контактов – это расстояние на которое смещается линия соприкосновения. У современных аппаратов перекат контактов допускается 2 мм.

Скольжение контактов – это разность пути, пройденного точкой или линией касания контактов по криволинейной поверхности, и пути - пройденного точкой по прямолинейной поверхности.

Дугогасительная система. При разрыве цепи, в момент размыкания контактов переходное сопротивление резко увеличивается, и соответственно резко увеличивается выделение тепла в контактах, и в результате возникает дуга.

Физический процесс горения дуги имеет сложную зависимость, поэтому при анализе работы электрических аппаратов рассматривается упрощенное картинное явление. Так повышение температуры на контактах и в пространстве между контактами приводит к термоэлектронной эмиссии, то есть излучение в окружающее пространство свободных электронов. Дуга может возникнуть и на холодных контактах, но это возможно в сильном электромагнитном поле, в частности в установках высокого напряжения, то есть свыше 1000 В. В судовой системе такой класс напряжений применяется только на очень крупных судах, поэтому в рамках данного курса не рассматриваются.

Особенностью электрической дуги является высокая температура, вызывающая ионизацию межконтактного пространства. В подавляющем большинстве на судах используются электрические аппараты, работающие в условиях воздушной среды. Только в высоковольтных установках используются аппараты с масляной средой. Сам процесс возникновения дуги очень быстротечен, и в связи с тем, что резко увеличивается температура и происходит расплавление контактов, часто сопровождаемое разбрызгиванием материала контактов (выход – нанесение на поверхность контактов слоев из тугоплавкого металла).

Ввиду негативного характера дуги, электрические аппараты, особенно предназначенные для коммутации больших токов, оснащаются средствами дугогашения. Чаще всего гашение дуги основано на деионизации межконтактного пространства. Для этого используется несколько способов:

- Растягивание или удлинение дуги, в следствии чего она отончается и уменьшается интенсивность нагрева.

- Деление (дробление) дуги на несколько более коротких дуг.

- Охлаждение межконтактного пространства струей воздуха.

- Комбинированные способы гашения.

Удлинение дуги обычно применяется с помощью воздушного или электромагнитного дутья. Чем длиннее дуга, тем больше напряжения требуется для поддержания ее горения.

Воздушное дутье обеспечивается с помощью специального устройства – дугогасительной камеры, оснащенное узкими щелями, при этом дугогасительные контакты выполняют в виде расходящихся рогов, см. рис.82 б, где 3 – решетка.

return false">ссылка скрыта

Дугогасительные контакты выполняются полностью из тугоплавких металлов. Они работают только в процессе коммутации, то есть размыкании или замыкании. Теплота выделяемая при размыкании вызывает сильный поток воздуха, который перемещает дугу к расходящимся концам контактов.

Электромагнитное дутье осуществляется за счет воздействия электромагнитного поля катушки на воздух (как на проводник), и на дугу – в направлении электрогасительной катушки.

Стенки дугогасительной камеры, как правило, выполняются из специальных газогенерирующих материалов: фибра, гетинакс, текстолит и др.

Эти материалы характерны тем, что в зависимости от интенсивности температуры, изменяется интенсивность генерирования газов, то есть происходит саморегулирование. Чем больше ток, тем больше генерация газов.

Длительность горения дуги зависит от скорости размыкания контактов. В судовых установках наибольшее применение получили электрические аппараты с электромагнитным и пружинными приводом, то есть срабатывание выключателя независимо от протекающих токов происходит с одним и тем же временем срабатывания. У современных автоматических выключателях собственное время срабатывания достигает 0.04 сек.