Применение и обслуживание контакторов переменного тока | Комплексный анализ типичных неисправностей и их устранения освойте в одной статье

1 Анализ ключевых компонентов контакторов переменного тока

Контактор переменного тока — это автоматический электромагнитный выключатель, используемый для длительного и частого переключения основных и управляющих цепей переменного тока. Он обладает преимуществами, такими как автоматическая работа, защита от недостаточного напряжения и отсутствия напряжения, возможность работы с большими нагрузками, высокая стабильность и низкие требования к обслуживанию. В электрических управляющих цепях станков контакторы переменного тока в основном используются для управления электродвигателями и другими нагрузками.

Ключевые компоненты контактора переменного тока включают электромагнитную систему, контактную систему и устройство гашения дуги, а также такие конструктивные элементы, как главные контакты, подвижное железное сердечник, катушка, неподвижное железное сердечник и вспомогательные контакты.

1.1 Электромагнитная система

Электромагнитная система контактора переменного тока в основном состоит из катушки, подвижного железного сердечника, неподвижного железного сердечника и короткозамыкающего кольца. При подаче или снятии напряжения с управляющей катушки она соответственно выполняет действия по притягиванию или отпусканию, что позволяет поддерживать главные подвижные и неподвижные контакты в открытом или закрытом состоянии, тем самым обеспечивая переключение цепи.

Для снижения потерь на вихревые токи и гистерезис, железный сердечник и якорь контактора переменного тока при производстве в основном изготавливаются методом штамповки E-образных листов силиконовой стали. Для увеличения площади рассеивания тепла и предотвращения перегорания, катушка изготовлена в виде толстого и маленького цилиндра, намотанного на изоляционную рамку, с определенным расстоянием между ней и железным сердечником, чтобы предотвратить перекрытие. На торце среднего цилиндра E-образного железного сердечника оставлен зазор 0,1 - 0,2 мм, чтобы снизить влияние остаточного магнитного поля и предотвратить заедание якоря.

При работе контактора переменного тока, переменный ток в катушке создает переменное магнитное поле в железном сердечнике, вызывая колебания якоря и возникновение шума. На каждом конце железного сердечника и якоря имеется паз, в который вставляется короткозамыкающее кольцо из меди или никель-хромового сплава, чтобы решить вышеупомянутую проблему. После установки короткозамыкающего кольца, когда переменный ток проходит через обмотку, образуются магнитные потоки Φ₁ и Φ₂ с разными фазами, что обеспечивает постоянное притяжение между железным сердечником и якорем, значительно снижая вибрацию и шум.

1.2 Контактная система

Существует три типа контактов контакторов переменного тока: точечный контакт, линейный контакт и поверхностный контакт, как показано на следующем рисунке. По конструктивной форме они могут быть разделены на мостовые контакты и пальцевые контакты. Мостовые контакты включают точечные мостовые и поверхностные мостовые, которые подходят для различных случаев использования тока. Пальцевые контакты в основном имеют линейный контакт, их контактная поверхность представляет собой прямую линию, что подходит для частых и больших токов. По способности коммутации они могут быть разделены на главные контакты и вспомогательные контакты. Главные контакты подходят для основных цепей с большим током, обычно их три пары нормально открытых контактов. Вспомогательные контакты подходят для управляющих цепей с малым током, обычно их две пары нормально открытых контактов и две пары нормально замкнутых контактов.

1.3 Устройство гашения дуги

Для цепей с большим током или высоким напряжением при отключении контакторов переменного тока неизбежно возникают дуги, что приводит к прожигу контактов, повреждению устройства, сокращению его срока службы и даже нарушению времени размыкания цепи; в тяжелых случаях это может привести к пожарам. По соображениям безопасности все контакторы с мощностью более 10 А должны быть оснащены устройством гашения дуги. Часто используемые методы гашения дуг в контакторах переменного тока включают двойное разрывное гашение дуги, продольное гашение дуги и сетчатое гашение дуги.

Устройство двойного разрывного гашения дуги делит дугу на две части, растягивая ее за счет электрической силы самой контактной цепи, чтобы обеспечить рассеивание тепла и охлаждение дуги, достигая таким образом цели ее гашения. Продольное устройство гашения дуги изготовлено из материалов, устойчивых к воздействию дуги, таких как глина, асбестоцемент, и имеет один или несколько продольных пазов на внутренней стороне, что увеличивает площадь контакта между дугой и стенкой камеры гашения дуги, и достигает эффекта гашения дуги путем ее сжатия. Когда контакты находятся в отключенном состоянии, дуга направляется в пазы внешним магнитным полем или электрической силой, передавая тепловую энергию стенке камеры гашения дуги, что приводит к быстрому гашению дуги.

На основе этого предложена новая конструкция сетчатого устройства гашения дуги. Металлическая сетка выполнена из гофрированных медных или оцинкованных листов железа и вставлена в крышку гашения дуги. Дуга, образованная разрывом контактов, создает сильное магнитное поле, и наличие магнитного сопротивления делает интенсивность электрического поля в этой области неравномерной, что притягивает дугу в промежутки сетки, формируя короткие дуги. Каждая сетка действует как электрод, разделяя общее падение напряжения дуги на несколько секций, и напряжение дуги между каждой секцией меньше напряжения зажигания дуги. Одновременно сетка рассеивает тепло, быстро устраняя дугу, достигая эффекта гашения [3-5].

1.4 Вспомогательные компоненты

Вспомогательные компоненты контактора переменного тока включают возвратную пружину, буферную пружину, пружину давления контактов, механизм передачи, основание и т.д. Возвратная пружина после отключения питания отталкивает якорь, возвращая контакты в исходное состояние. Буферная пружина смягчает ударные нагрузки. Пружина давления контактов значительно увеличивает давление контактов и уменьшает контактное сопротивление. Рабочие контакты приводятся в действие якорем или возвратной пружиной, контролируя их подключение или отключение.

2 Правильное использование контакторов переменного тока

2.1 Принципы выбора контакторов переменного тока

Номинальное напряжение главных контактов не должно быть ниже номинального напряжения управляющей цепи. Номинальный ток главных контактов должен соответствовать требованиям нагрузки: для резистивных нагрузок он должен быть равен номинальному току; для двигателей он должен быть немного больше номинального тока. Напряжение катушки притяжения выбирается в зависимости от сложности управляющей цепи: для простых цепей можно выбрать 380 В или 220 В, а для сложных цепей — 36 В или 110 В. Количество и тип контактов должны соответствовать базовым стандартам управляющей цепи.

2.2 Установка и обслуживание контакторов переменного тока

Перед установкой необходимо проверить, соответствуют ли технические данные контактора (например, номинальное напряжение, ток, частота работы и т.д.) стандартам, проверить, нет ли повреждений на внешнем виде и свободно ли движутся детали, измерить сопротивление постоянному току и изоляционное сопротивление катушки. Положение установки должно быть вертикальным, с наклоном не более 5°, и сторона с отверстиями для охлаждения должна быть направлена вертикально. При установке и подключении проводов следует предотвратить падение деталей, таких как болты, шайбы и клеммы, что может привести к заеданию или короткому замыканию контактора переменного тока.

После установки необходимо проверить, правильны ли подключения. Без подачи напряжения на главные контакты, несколько раз подайте и снимите напряжение с контактора, чтобы проверить движение главных контактов и наличие шума после притяжения железного сердечника. Только если ошибок нет, контактор можно ввести в эксплуатацию. Нельзя подключать контактор переменного тока к источнику постоянного тока, иначе катушка будет сгореть.

3 Общие неисправности и методы обслуживания контакторов переменного тока

3.1 Неисправности главных контактов

3.1.1 Сильное свечение при подключении и отключении подвижных и неподвижных главных контактов

При нормальной работе нагрузки происходит свечение в момент подключения и отключения контактов. На поверхности контактов образуются нерегулярные маленькие углубления из-за высокой температуры дуги, что приводит к уменьшению площади контакта, увеличению тока и сильному свечению. Для ремонта поврежденных контактов необходимо проверить степень повреждения контактной поверхности; контакт можно отремонтировать, только если его толщина составляет более 2/3 от первоначальной. При ремонте контактов сначала положите мелкую наждачную бумагу на горизонтальную поверхность, затем отшлифуйте поврежденные контакты на наждачной бумаге, проверьте результат ремонта до тех пор, пока все поврежденные точки не будут удалены, и, наконец, обработайте заусенцы.

3.1.2 Плавление, оплавление и прилипание подвижных и неподвижных главных контактов

Основные причины плавления, оплавления и прилипания подвижных и неподвижных главных контактов включают короткое замыкание нагрузки, короткое замыкание основной цепи или уменьшение импеданса нагрузки. Из них одновременное короткое замыкание и короткое замыкание основной цепи являются ключевыми факторами. В связи с производственной необходимостью диапазон рабочих частот контактора переменного тока варьируется от низкого до высокого; при частом подключении и отключении контактов температура поверхности возрастает, и под воздействием дуги подвижные и неподвижные главные контакты в конечном итоге плавятся, оплавляются и прилипают.

Обычно существует два метода лечения: во-первых, замените контактор переменного тока с более высоким напряжением и током; во-вторых, отремонтируйте контактор переменного тока: замените контакты на те же по спецификации, очистите углеродные отложения вокруг подвижных и неподвижных контактов и т.д., и подключите RC-устройства гашения дуги параллельно каждым из трех пар главных контактов.

3.2 Неисправности вспомогательных контактов

3.2.1 Слишком высокое контактное сопротивление подвижных и неподвижных вспомогательных контактов

Слишком высокое контактное сопротивление подвижных и неподвижных вспомогательных контактов приведет к увеличению импеданса цепи управления и уменьшению напряжения. Основные причины этого явления: во-первых, на контактах накапливается большое количество масляных пятен и пыли; во-вторых, на поверхности контактов образуется оксидный слой. На основе механизма защиты от недостаточного напряжения контактора переменного тока, когда напряжение на катушке контактора переменного тока ниже 85% от номинального напряжения, цепь управления прекращает работу. Решение состоит в том, чтобы извлечь контакты, вытереть их чистой марлей, а затем аккуратно обработать поверхность контактов мелкой наждачной бумагой.

3.2.2 Сильное свечение при подключении и отключении подвижных и неподвижных вспомогательных контактов

Основные причины этой неисправности могут быть коротким замыканием управляемой цепи или уменьшением импеданса энергопотребляющих компонентов в цепи управления и т.д.

3.3 Неисправности катушки

3.3.1 Обрыв катушки

Обрыв катушки контактора переменного тока приведет к тому, что цепь управления не сможет работать. Это явление относительно редкое, и обычно оно вызвано качественными проблемами контактора или неправильной сборкой при установке.

3.3.2 Короткое замыкание катушки

Короткое замыкание катушки контактора переменного тока приведет к срабатыванию предохранителя короткого замыкания в цепи управления. Обычная ситуация короткого замыкания катушки — это то, что переменное напряжение, приложенное к катушке, не находится в пределах 0,85-1,05 от номинального напряжения; длительная работа катушки при низком или высоком напряжении может привести к короткому замыканию. Поврежденную катушку контактора переменного тока необходимо заменить; при замене катушки следует обратить внимание на размер катушки, номинальное напряжение и спецификацию контактора переменного тока.

3.4 Неисправности контактных поверхностей подвижного и неподвижного железного сердечника

3.4.1 Прилипание контактных поверхностей подвижного и неподвижного железного сердечника

Основная причина этой неисправности — наличие масляных пятен на контактных поверхностях подвижного и неподвижного железного сердечника. После нажатия кнопки запуска двигатель работает нормально, но при нажатии кнопки остановки катушка контактора переменного тока теряет питание, контакты не возвращаются в исходное состояние, и двигатель продолжает работать. После того, как рука отпускает кнопку остановки, катушка остается под напряжением, и двигатель продолжает работать. Метод лечения — очистка контактных поверхностей подвижного и неподвижного железного сердечника.

3.4.2 Громкий шум от железного сердечника

Основные причины громкого шума от железного сердечника — это обрыв короткозамыкающего кольца или большое количество ржавчины на контактных поверхностях подвижного и неподвижного железного сердечника. В случае большого количества ржавчины контактную поверхность можно обработать мелкой наждачной бумагой. Если короткозамыкающее кольцо повреждено, железный сердечник обычно заменяется для устранения неисправности.

4 Заключение

Правильное использование, диагностика неисправностей и навыки обслуживания контакторов переменного тока критически важны для стабильной работы электрических управляющих систем. Чтобы повысить эффективность работы контакторов переменного тока и продлить их срок службы, необходимо своевременно ремонтировать распространенные неисправности, чтобы снизить частоту отказов в процессе производства.