Контактор постоянного тока – это электромагнитный аппарат, предназначенный для частых коммутаций силовых цепей постоянного тока. В отличие от автоматических выключателей, основная функция контактора – дистанционное включение и отключение нагрузки, а не защита цепи от перегрузок и коротких замыканий (хотя он может работать в паре с защитными устройствами). Ключевые особенности – высокая коммутационная способность, механическая и электрическая износостойкость, рассчитанная на сотни тысяч, а иногда и миллионы циклов срабатывания.
Работа контактора основана на взаимодействии магнитного поля, создаваемого током в катушке электромагнита, и подвижного ферромагнитного сердечника (якоря). При подаче напряжения на управляющую катушку якорь притягивается к сердечнику, преодолевая усилие возвратной пружины, и силовые контакты замыкаются. При снятии напряжения с катушки пружина возвращает якорь в исходное положение, размыкая цепь.
Конструкция контактора постоянного тока имеет ряд принципиальных отличий от аппаратов для переменного тока, обусловленных физикой постоянного тока:
При выборе контактора постоянного тока анализируют следующие параметры:
DC-5: Пуск, реверсивные переключения, торможение противотоком двигателей с последовательным возбуждением (тяговые двигатели).
Контакторы постоянного тока находят применение в установках, где источником энергии является генератор постоянного тока, выпрямитель или аккумуляторная батарея:
Промышленные электроприводы: Управление двигателями постоянного тока в металлообрабатывающих станках, прокатных станах, подъемно-транспортном оборудовании (краны, тельферы).
| Критерий | Контактор постоянного тока (электромеханический) | Контактор переменного тока | Твердотельное реле (ТТР) постоянного тока |
|---|---|---|---|
| Принцип действия | Электромагнитный + механический контакт | Электромагнитный + механический контакт | Полупроводниковый ключ (на MOSFET или IGBT) |
| Скорость срабатывания | Десятки-сотни миллисекунд | Десятки-сотни миллисекунд | Микросекунды-миллисекунды |
| Срок службы | Зависит от коммутационной износостойкости (сотни тыс. – млн. циклов) | Аналогично, но для AC-нагрузок | Очень высокий (нет механического износа), но зависит от теплового режима |
| Сопротивление в открытом состоянии | Очень низкое (доли мОм), малые потери | Очень низкое (доли мОм), малые потери | Выше (десятки-сотни мОм), требует теплоотвода |
| Устойчивость к перегрузкам по току | Высокая | Высокая | Низкая, требуется точный подбор и защита | Гашение дуги | Сложная система с дугогасительной катушкой и камерой | Проще, за счет естественного перехода через ноль | Отсутствует |
| Помехи при коммутации | Высокие (искрение, дуга) | Средние/высокие | Практически отсутствуют |
| Типичные применения | Тяжелые промышленные и транспортные установки, большие токи и напряжения | Промышленные сети переменного тока | Частые коммутации, взрывоопасные среды, бесшумная работа (низкие токи) |
В базовом исполнении контактор имеет главные силовые контакты (1, 2 или более) и вспомогательные контакты (нормально разомкнутые – NO, нормально замкнутые – NC), используемые в цепях управления, сигнализации и блокировок. Для расширения функциональности применяются:
В контакторе переменного тока дуга гаснет преимущественно за счет ее естественного гашения при переходе тока через ноль в каждом полупериоде. Дуга легко дробится в решетке из металлических пластин. В контакторе постоянного тока тока нет естественного нуля, поэтому применяется принудительное гашение. Основной метод – растяжение и перемещение дуги в узких щелях дугогасительной камеры под действием поперечного магнитного поля, создаваемого последовательной дугогасительной катушкой. Это поле «вдувает» дугу в камеру, где она дробится, охлаждается и гаснет.
Категорически не рекомендуется. Коммутационная способность контактора переменного тока на постоянном токе резко падает (обычно в 8-10 раз для одного и того же аппарата). Дуга постоянного тока не будет эффективно гаситься в камере, рассчитанной на переменный ток, что приведет к быстрому подгоранию и разрушению контактов, оплавлению камеры и, как следствие, к аварии (пожар, КЗ). В исключительных случаях для очень низких напряжений (например, 24В) и токов, значительно меньших номинала, это допустимо, но не является нормальной практикой.
Выбор осуществляется по нескольким ключевым параметрам:
Всегда необходимо сверяться с техническим каталогом и диаграммами коммутационной способности производителя.
Катушка электромагнита обладает значительной индуктивностью. При резком отключении тока (разрыве цепи) согласно закону электромагнитной индукции возникает ЭДС самоиндукции, направленная против уменьшения тока. Эта ЭДС может достигать сотен и даже тысяч вольт, что опасно для изоляции катушки и элементов управляющей схемы (ПЛК, реле, микропроцессорные контроллеры). Для подавления этого выброса параллельно катушке устанавливают:
Многие современные контакторы имеют встроенную защиту или клеммы для подключения внешних ограничителей.
Это синонимы, описывающие основной способ гашения дуги в контакторах постоянного тока. «Дутье» означает принудительное перемещение дуги магнитным полем. Поле создается катушкой, включенной последовательно в силовую цепь (электромагнитное дутье) или, реже, постоянным магнитом (магнитное дутье). Таким образом, сила магнитного дутья пропорциональна току в цепи: чем больше ток, тем сильнее поле и эффективнее гашение, что является оптимальным для защиты аппарата.
Плановое техническое обслуживание включает:
Работы должны проводиться квалифицированным персоналом на полностью отключенном и заземленном оборудовании.