Аппараты управления автоматизированным электроприводом

1. Мввдствротво высшего и среднего специального образования РСФСР
Уральский ордена Трудового Красного Знамена политехнический
институт им.С.М.Кирова
Н.Д.Ясенев
МПШТЫ ЙВТОМАДетГОВАНШМ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
Утвервдеяо редакщонно-издательским советом
института в качестве учебного пособия
Научный- редактор доц. , канд. техн. наук
В.В.КУдав
Свердлове»
1990

2. Аппараты управления автоматкзированиым электроприводом:
Учебное пособйэ / Е.Д.Ясенев. Свердловск; УШ, 1990. 104, о.*
Расомотреш некоторые вовросн теории низковольтных аи-^
паратов управлешя ш защиты, ах приашш действия, конструк-
тавные особенности, технические характеристики. Пособие реко­
мендуется для самостоятельной работы студентов специальности
"Электропривод и автоматизация промышленных установок".
Библйогр. 5 назв. Табл.4. Рис.61
. Автор Н.Д.Ясваев
Рецензенты: кафедра "Эдектрификадия иромшлвншх пред­
приятий" Свердловского йняанерао-педагогяческого кнотитута;
доцант, канд.техн. наук В.у.Чагшцвв (Уральский элвктромеха-
аическил мнстктут инкенеров яедезнодороЕюго транспорта).
(5) Уральский политехнически! институт
“ штег!ЖТОВЩ”
Eihi0j;'iMO'rex.a
4ic.o ю ,.-i,jCTfe-/Ti/Ta
жл. С. М,. Кв-1рова
Нжк&яай-ййй5ра&в«--«feeifee
а:ш1араты упразлшш лчт ы ш ш ш врш ш
ШЖТРОПРИВОДОМ
СЕ.тем.пл, #2179
Редактор издатедьства Л.П.Лезшдч
Техншчеокна реда.ктог Т.В.Попова
11о.1Шисано.,.ц.,ле.чать 24.10.90 Формат 60x84 Г/16
Ьу;лага пвсчая Шюокая печать Уол.п.л. 6 О
Уч.-изд.л. 5,0 Тираж 6Ю Заказ 9оЗ Цэна 2Q к.
~Ур^^с1Щ Т!олйт1х!1ичёскйТ^'с?иту?^Г11Г1^^ ^ ™
Ревакаионно-издательский отдел
Б2Си,2. СЕеюлоБск, уд.;у|ара, 19, 8-й учебаей корпус
.'отапр’ккт У1Ш. 62ШС2, Свердловск, УШ, учебный корпус

3. ВВЕЦЩШЕ
Электричамше аппараты являются одним из важных средств
элеятрификаади и автоматизации промьшшенных установок. Знание
цришцгаов их работы, технических характеристик, особеяяостой
эксп;чгатаций необходимо для инжене|а-электргка.
Электрически® аппарат ~ это устройство, предназначешое
дая управлешя, регулирования, эащитн электрических цепей и
машин, а также для контроля и регулирования различных неэлшст-
рических процессов. Вое аппараты можно классифицировать по ря­
ду признаков: назначению, првявдшу действия, роду тога, величи­
не напрятания.
Классификация по назначений является основяой. При этом
шяно ввдедить с.тедущие гругшн:
1. Кошутационные аппараты распределитедьшй; устройств
служат для вюшчавш и отключения электрических цепей: рубаль-
наки, пакетные выключатели,-выключатели нагрузка, автоматичео-
жве вшишчателй, предЬхраштелй.
2. Ограш чЕБаю щ йв а в п а р а т н : для ограничент токов кор)т-
коГо зам ы кания. - р е а к т о р ы , для ограничения п е р ё н а п р ж е ш й -
3. Цускорегуларующае аппараты предназначен н ■дая .вюшь
чешя, 'вшслючешя я регулировашя параметров различных потре­
бителей: контроллерщ, контактор!, пускатели,-резистора, рео­
статы, йомандоашараты.
4. Контролищщие аппвратн контролиетют уровень задании
электрических и неэлектрических параетров: рле и датчики.
5. Измерительные аппараты-предназначены для изоляции це­
пе® главного тока от ценой измерения и защиты: трнсформаторм
тока, напряжения, коадакеаторные делители напряжегшя.
6. Регуларущце аппаргн яредназяаченк дал рхулирваш я
заданного параметра по определенному наперед заданному закону.
При к^иосифакацаи по способу действия могут быть выдаленн
аппараты ручного действия, лриводаше в действие оператором,
я аппараты автоматического действия, србятывашш которцх про-
всходит баз Евпосредствещого участия человека. По величине
- 3 -

4. напряжешя можно выделать ашшраты низкого напряжения - до
1000 Б и высокого напряжешя - иваше ЮШ В.
■• • ■В автоматизированных электрощмводэх -электрическим ап-
царатам отводится весьма важная р)ль. Соответственно этой ро­
ли к нам предъявляются и довольно высокие требования. В зави­
симости от условий работы здектропрмводов требования могут
быть разными, но есть определенная группа общих требований:
I . Аппарат дожен иметь одределеннув теряческую устой­
чивость, то есть не перегреваться вшае допустимых пределов
как при нормальнш: режшах, так и при коротких замыканиях и
перегрузках.
2- Аппарат должен обладать определенным уровнем изолящии,
которая должна выдерживать напряжешя а перенавраквняя, воз-
шкавдйе при работе.
3. Контакты аппаратов долдан иметь способность произво­
дить включеше к отключение токов, возвиканщих при работе-
4. Ашаратн и их элемеаты должаы вндеркивать воздействие
большх влектродиаашческих сил, возшкапщж при действии то­
ков короткого замыкаша.
5 .'Ашаратк должна работать точнс, надежно, иодность»
выполняя аозлояенше аа здх ^нкцие.
. 6, Авпаратн долиш иметь возможно меньшие'габарит, вес,
стоимость, дояжнй .быть хгросты по устройству, удобна в обслужи- .
.ваша S ш я .дршБВОдствэ. ,
Электричесзше контактные аппараты автоматического управ­
ления цредставляйт собой вееш а рззнообразну-ю гаш у устройств,
Щ)едназначенн»; для йоммутада эаектричеоких цепей. Однако,
несмотря на это разнообразие-шдается целый ряд обща-х элемен­
тов, входящих в констрзшдаи .многих видов аппаратов. Лрезще все-
■W , нсЕолштйльаа! орт ит у: всех аппаратов этой групин явля­
ются злектрические контакты. Врш работе веех контактных аппа­
ратов прихояа.тся отадавать*^я с вредным, действием р ут . По
разначЕЕй частям аппаратов протекают электричесгсие токи, что
внзнвае? ах нагрев. В большпаотзе аяпарато.в авгомаетческого
действия в Евчеотве приводного-.,органа используется электромаг-
Ш5В1Й шехакизм.,. Это нокаэшаат необходимость рассматривать
сначала нзкотоше.обдав вопросы теорий, твшще отношение ко
воем .аппарат-ам, а затем рассматравать вранциш дейотвая я кон­
структивные особенности о.тдзлышх аппаратов.

5. I . roiffiicra ЭЖШЭДШОЙ АППАРАТОВ
Строго говоря, электрическим контактом называется место
соприкосновения двух или более проводников, через которое про­
текает электрический ток.: Однако на практике в раде случаев
принято называть контактами сами проводники, служанке для за­
мыкания и размш-;ашя злектрчесжих депей.’ От конструкции к со­
стояния контактных соедашшЁ во многом зависит надежность ра­
боты аыпарата, К контактам йяцаратов предъявляются высокие тре­
бования: надежность электрического соеданешя; достаточная ме­
ханическая прочность и стойкость против коррозий и воздайст-.
вая дум; верехрэв не свдае допустимого предела при гфотека-
ши по контактам кошнального тока; термическая ш даналчео-
кая устойчивость л р цротекаши токов короткого зашканая.
Все контактше соединения ао ковотрукдан могут быть раз­
деланы' на группы;
~ соединЕтельные (взаи«о наподвижныо и взаашо подвяжнае),
служащие только, для проведения тока;
- кошутйруюадв (рубяре, торцевые, щеточвда, пальцевнв, ро-
зеточные я пр.), на которые дойолштвльно возлагаются задачи
вклйчешя, отклчвшя *ш,пвр9кдаввш электрических qesei.
1 .1 , .11ереХодаое еоиротаВле1аа контакта',
ItoeoTBO контактного соединешя характврзуется ввличяяой
переходного сопротйвлашя, т.а. собственвого элактрческого со-
лротивлешя контакта в отрогом его
пошмаша. Наличие этого сопротив­
ления обьясЕЯэтся там, что, как бы
тщательно ни бит обработанв кон­
тактные поверхности, ва тж имевт-
ся шероховатости. Поэтому ток пе- .
рохрдйт нз одной детали в другую
не иб всей аоверхноетй, а меаду ■
отдельнши контактньаш точкаш,
что шзывает стягивадаа ляш! fo~
ка Ci® c.l-I), Шлитав сужений
яриводйт к увеяченив шют:чостк
тоет, падежи напражвям' а вс»
fto .'I.I. Ipaapaaa
мртака вро»«двш»й то-
SB т ракт ат ....
«.5 -■

6. терям йнвргаи в месте контакта. Величина лереходного сопротив-
лешя может йать ощ>вделена ао формуле
ал)
где £ - коаффивдент. зашсящай от матераяа контактов, спо­
соба обработки поверхности и ее чистоты. Величина этого коэф-
фивдента колеблется для разных материалов от 3*10^ до
280*10^ лжОм/Н ; Р ~ сила гсонтактного нажатия; т ~ пока­
затель отеаеш, зашеящий от вида юнтактной поверхносет;
для точечного когетакта т « 0 ,5 , дая линейного контакта
Л7 « 0,5 - 0 ,8 , для плоскостною - 1,0.
От матерала контактов зависит удельное злектрчеокое
сопротивлеше, а также 0'^^ - временное сопротивление сааятию
материала контактов. Чем они меньше, тем kff. м е м е .
; Сила контактного
'Еэаатия Р является
наиболее важш. факто­
ром, Ври ее увеяиченйй _
иереходное сопротиале-
ше контактов резко па­
дает, как шдао из ,
рис.1 .2 . ^ 0 обьяоняет-
ся увелйчешем реаль­
ной поверхности каса­
ния за счет смятия от­
дельных неровностей. В,
то же время увеличеше
СИДЫ контактного нажа­
тия не должно быть
чрезмерным, чтобы т вы­
зывать механических
повредаеш! контакта.
Воатому существует предельная норна додустшнк усада!, завися­
щая от материала йжтактоз.
Зедачина контактннх поверхностей вм1явт на яервхедаое со-
лротавдаше постольку, нескольку от аеа зашеит число точек ;
касащя. йесяедовашя погазала, что вяяяшо это достаточно
мало, в отдельна случаях контактну» поверхвооть надо увалачи-
Рас.1 .2 . Зашеамость нераходаого
сопротйвДешя от силы контактного
нажатия

7. вать для улучшения условий охлаждения контактов, однако в этом
случае требуется значительное увеличение контактного нажатия.
На йерехбдиое сопротивление влияет и тешература контакт-,
аого соединения. При нагревании увеличивается удельное элект-
рачвекое сопротивление и ушньшается сопротивление смятию. Ха­
рактер зависимости неоднозначный (рис.1.3). Сначала за счет
роста удельного сопро- '.„.i,.,
тивления р происходит
увеличение . Затем
при снижении сопротив­
ления шатию
увеличение контактной
поверхности вызывает
снижение . При
дальнейшем нагреве
снова растет за
счет увеличения 0 ,
пока не произойдет й с .1 .3 . Зависимость переходного
расплавления материа- сопротивления от температуры нагре­
ла контактов.
Состояше контактшй повер:нооти также сильно влияет на
величину переходного сопротивления. Надачие окионых пленок
и загрязнений вызывает увеличение . В этом отношении не-
размыкаюдаеся соединительные контакты эащйвднн лучше, чем
коммутирукшие,
1 .2 . Реишы работа и износ контактов
В процессе работы контакты подвергаются износу, что ска­
зывается на их надс лностй. Особенно подвв1жвш износу комму­
тирующие и скользящие контакты. Износ может быть мехакичеокям
и электрическим. Причишш механического износа являются уде-
pi хранив контактов и корразия. ПР' ударх ‘происходит дефор­
мация контактов, изменялая их размер. Треше прводит к ис-
тарнию и утрте части матерааш. Изноо из-за корозии прис-
ходйт потому, что при кошутада контактов х]^вкая окисная
пленка разрушается и часть материала утрачивается. ,
Электрчеокий износ, или эрозия, связан с прцессаш ,
происходящиш на поверхности контактов и оопрововдающиися
■' ■■„ .у .-'

8. переносом часта металла с одного конта1я а на адутой. П р рас-
смотрши вопросов, связанннх с азносом, необходамо учитшать
режимы работы контактов. Их можно шделитъ т р .
■I . Включеше электрической цеш . Ера замыкаши кодаутирую-
дах контактов по мере их сближения нарастает плотность элект-.
рчвского поля между контактами. Ери определенном рсстояниж
между вдми проаоходат элвктрвчвский пробой межконтактного про-
мэаутка. В низковольтных аппаратах величина аромэ.жутка очень
мала, при пробое возникает искровой р зр яд , который приводит
к пе'реносу материала анода на катод. Кроме того, при замаканиа
контактов в резудатате соударвшя возможно возшшновенвв их ■
вибрации - дребезга. При этом происходят кратковременное разде­
ление контактов, появляется искровой разряд и усиливается из­
ноо за 0Ч9Т эрозии. Исключить дребезг конт.актов'полностью нель­
зя, поэтому стредатся сократить время вибрзшзи и ампжтуду пер­
вого отскока контактов. Лля этого на коммутирующих контактах
применяют контактные прумны, как это показано на рис.1.4 Д .5.
гГг.
Ж
г ?
л
ter*
- а
Рдс.1.4. Шжструкцай контактов пальцевого типа
После соприкосновешя контактных деталей в процессе включешя
остальшв детали аппарата цродолжате даж еш е, поэтому дейст-
ш в удара контактов гасится контактной пружиной, поскольку ош
препятствует отскоку контакта. Яри включении контактов на ко­
роткое замыкание вибрация контактов усиливается за счет дейст­
вия электродинамических сил.

9. Рас.I . 5. Раствор и провал контактов
2. Замкнутое состсаше контактов. В статическом замкну-,. !
том состояшй контактов нет их взаимного аераиещенйя, поэтоад
нет и износа. Однако и в этом случае могут проиоходать процес­
сы, влияашще на работу контактов. Прежде всего, в решма корот­
кого зш ш аш я коадутирущае контакты могут быть разъедананы
электродаиашчвсщш оилаш, что лэ-за больших токов может
привести к появлению элахтрическо! дуги.' Ероме того, при яро-
теканав больших токов по замкнутш контактам пщ увеличенном
их параходаом оопроти®леши, вся8ДОТщв ухудшений состоянш
т. новархЕостей, может црошзойти значительное аовышение теше-
разур! Еонтактного соеданешя о аосдадуюдам рсплавлением .ме­
талла. Пр® раеплавлениа'явреходаое'соаротйВленае резко от'Ш-
9ТСЯ, вндалевде, аодаоста в контакте; ушннаается, а знашт
уменьщаетоя и ш-дзлеше теш®. Пр этом металл заотнвает, ш -
зывая сварваета кг.Б 'г-актов. Слаботочше контакты из-за малых
контдатнкк нажатий могут оварватьек и при орвштедано малых
рбочих токах. ' ' • -
3. Оташчеше электрчвской цели. П р раздакашп контак­
тов яреаде всего провсходат онакеше яонтактште нажатая,'
зсдедстше чего возрастает пераходшв ооцротввлвш® ш 'увеляча-
ваатся н агр в контактов, когорй может прцвсти к раошшвлеаиа
металла. После расхоадешя контактов обравуетоя шдаоиеталда-
ческя! аостйк, который рвется вблазл анода, вызывая его р зр у -
- 9 - '

10. шеете. После расхождения контактов м евд ними возвиКает ас!фо-
Bot рязряд, а при достаточно больших токах ~ дуговой разряд.
Усаливается эрозия; из-за высокой тедаературц озорного пятна
дуги происходат испарение даталла контактов и их интоноавное
ОКИслеше. ,
I.3.. Терличеекая и данадаческая устойчивость контактов
Тершческой к, динамической устойчивостью контактов называ­
ется их способность выдерживать дейсгвие токов короткого замы­
кания, пра протеканий которых создавтея тядадне условие для
работы контактов. Происходит резкое увеличеше температура кон­
тактов, отчего растет р а уменьшается , Возможно n|S~
явление элвктродинамячеоких сил, цраводявдх к отбрасыванию
контактов. Рассчитывают контакты тэк. чтобы за время действия
короткого зашкания, определяемое временем србатнваная задатн,
тешеретура не превышала допустимых пределов (для меда - 200-
300°С ,длк алидания- 150“200°С).В ооедщнйтельнах контактных
соеданениях короткие замыкания кроме перегрева вызывают »хана~
чеокае накршеш я, поскольку за счет уве.тачааая ташюратуры ме­
таллы контактного еоедавенпя раошряетоя. Еонтактнае элемента
й сссданшще ах болты вшолнявтся обычно аз разакх металлов,
ЕОйтому'тормкческое ■расшаренис их происходит в разно! отедогл,
что'нрааодат к появледаю оотаточш! де.(|о.|*ладаа.,Для предотвра-
щанш эслаблешя'болтовшс.оооданавйй в ю х нрамешютед К|^глы0
1 аружнше шайба... В ксжмутаруших контактах влияете токов ко-
ротйото зааккашя зависят от режима рабо.та, В замкнутом состоя-,
ш а опасна' появление ^элэктроданаадчосетх уоаля! жшощтшо за
эт м вабрадая з о-нарзваюш контактов,' Дра ттчвтж ко-чтактав
на короткое заашание возможны их сальное оддавлветв, вябрацая
а аооледушее еварзаакае. При отключенет токов нороттого saMii-
гашй ароиежодат обрааеайшв дуги я уош рвтся износ аант&ктов
SS счет ах оплавлёш1я . ,'
' 1.4, .Ойноввне констщизйз коатаетншс ооеданваж®
Со0да,штельше контажтше ооодашшя в ш.наратах обычно в н -'
пождатся болтовшй влн аш ш в», Еяооше нроводшет .соедааздтся
агааосредст.бощо боятЖ э кщ глш могут в^дааратвльно рсплюар;-
штьоя алн дан ах .соеданешя прдаш атся аакоаечш и. азлтовнв
, - 1 0 -

11. соединения должны иметь минимальное <шсло деталей, через кото-
рна лротекает ток. Необходимо предусмотреть возможность их до­
полнительной подтяжки. В ряде случаев иршеняютея сочетаний
клепаного соединения с дайкой.или-только пайка.
Конструкций- рэзмыкадДйХся коммутирущих контактов очень
много. Их можно разделить на несколько групп.
Клиновые, или врубнш, контакты. Они применяются в рубиль­
никах й предохранителях. П р небольших .токах контактные нажатая
создаются за счет yiipyrtix. свойств материала стойки, при боль­
ш х токах - за счет- сйеггиальных пружин. Контактная поверхность
может быть линейной {рис. 1 .6 ,а,б)или нлоскостной (р :с.1 .6 ,в).
Разновидностью клинового контакта является розеточгшй.
Рис.1.6. Конструкций контактов руб,(Щ0го типа
Стыковые -контактн пальцевого типа находят наибольшае цря-
монешй. Контактше {Ю.ворхности лзнейныз, как на рис, 1.4,-в,
им точечаце, как на рас. 1 .4 ,б ,в. Контактные нэжатвя йра боль­
ших токах осуществляются цшвшдричасюгш чружи-наш, а у слабо­
точных контактов., явдаюидайся одновреиенно токоподводсм
(рис.1 ,4 ,б), - ПЛОСКИМ!;, Пальцевые контакты выполняются с поре-
каты.зашем, что нозвомвт сохранять рабочую поворхкость в хо­
рошем состоянии. Первоначальное касаг-ме и размыкашю контак­
тов происходит при этом, в одной точке (или. на одной ш т ш ), а
при Еключешюм состоя!ши контакты соедянена по дру'гой. линии.
Обвщм !юдостатком пальцевых контактов является наличие одного
разрьша, что требует значительшх контактных зазоров, а такта
HGOdxojsiMocTb 1’йбкого токопо.двода к подвижному KoiixaKxy.
Стыковые контакты моа-гикового типа (см,{)Ис.Х.4,в) икоют
двойной разрш и не требуют:гибкого токоподаода. 'Сднаш их не­
достатком является иамчие двойного п^рг-лодчого сопротивлонля.
Эта -JiOHT.aKTU применяется в цепях с яеболи^и.ми токаш..
. - l i -

12. ■ Скодазшще юнтаеты вшолняютоя чаще всего-пальцевого
стаа. Наиболее часто иа-за сильного механического износа ра­
бочие части контактов - сухари - крепятся к основанию контак­
та болтами и могут легко заменяться.
В процессе эксилуатавди, контактных соеданений необходимо
контрюлировать их йоцравное соетояние. При этом пользуются
некоторыми параметрами, Кратчазйшее, расстояние между контактны­
ми поверхноетяш разомкнутых коммутирущих контактов называет­
ся раствором Сна рис.1.5 раствор обозначен Л ). Величина
раствора выбирается из условия гашения мйлкх токов. После за­
мыкания контактов- .раствор шбиравтсяаолноетью. Поскольку
подвияшй контакт соеданан с удвргавающе! его деталью с по­
мощью контактной nifasHH, после заш каш я контактов уд0рж1вав-
щая деталй» ародожаат двигаться до. увора, сммая контактную
цружшу. Расстояние, на которое мог бы аереместиться подвиж­
ный контакт, если 0н .ш .быдаэ нвподважаого, .называется прова­
лом. Величина провала определяет величину запаса яа износ кон­
тактов npi заданном «шсле срабатквашй. Контролируется провал
зазором В (сй.рйо.1.6}: как только этот зазор достигнет ми- '
Иймума, йодаижннй контакт ш сухарь нецодвакного надо заменять,
Существешшм, шрааетром является контактное нажатие, т.в.
сила, етжш>т& контакты в места ах соприкосновевид. Различа­
ют начальное нажатае Fg в момент первого соприкосновения,
когда провал равен нулю, л конечное при т ш т нровале..
Эта усйлщя иогут бнть опрелелеш по выраж.акйям
; /у, - f - , (.[,2)
где С. ~ жесткость .контактной нруетш, онределяемая силой,
необходамо!:дая сжа.тия Д1уж1ны ,на £■ см; - величина пер­
воначального сжатая пружаны; ~ допоянительноа сжатие
ари выборе'кровала- По'меро износа контактов уменьшается про­
вал и снижается Pg , что может привести к нарушению надеж­
ности работы контактного соеданения.
К матвриала1% контайтов предъявляются весьма разные требо-
.-ватя.;. Г'.
1. Достато-чная твёртесть и механическая прочдаеть.
2. Высокая электро- и тевлопроводность.
3. УстоЁчьвость против коррозии.
- 12 -

13. 4. елабна окясше пленш, шеюша высокую эдактроироводаость.
5. Высокая температура няавления и испаранш.
6. Хорошая обрабатываемость,
?. Низкая себестоимость. '
Для соаданитель!шх контактов прямеюттая в основном медь,
алюминий и сталь. Меда является наиболее благопраятнш материа­
лом как по «охр.кическим, так и во электрическим свойствам.
Алюминий имеет меньшую прочность, большее оозротивление, но
он деиевде. Сталь обладает высокой механической прочаоетью. но
ямеет большое зл0ктр5чеекое содротавлеше и поэтобщ? прймеяя-
ется только в цааях с шднш токаш . '
Для ком!лутирующ'лх контактов материалы болео разнообразны.
Для слаботоч1'Ш1 контактов ариманяют медь, св.ребро, плат»??,
золото, водафрам, реже иодабден, никель. Серебро обладает хоро­
шей текло- и злектрс>п1>оводностьй, ожисдая вланта мало, asaeai*
ST соаротивлеЕяе контакта. Золото и влат т вообще не дат
окйсша пленок а. обладают маши, перлодаш сопротивлением, но
они дороги 2 прзнвкяютея только в особо от8етстБенш.х случаях.
Б о л ь я р о большей твзщоети и високой. ‘.asiiepiri7 .po идаш!в.н.кя
'весьма йзиоеиустойчав.
.' Для K0HT3EitP, х'бодадак д>1 больших токах, прщеяяат
ведь, латунь, бронзу, "рерда^- и "угоиав.'ше йвтадла н их епла-
ей: вглЛ&-л2-аоллбдоь, всл!^рр<с.^-ш!зтика и т.п. В качестве
сиж1>'ю'”о-р!я; ЕСЖ1.1мьу'й'глл F.01.’■актов находят "онгвяешв метадаз-
картмлнескио г,,ат-ри1^ш , Eieocxd оил'лв.рсмесь д”ух йзтераалов,
полученную спекаташм. их н.орзиьчоа а.® протяткой зорош',8 одаого
расплавом другого,. "Такдв йовда:!эния'eC'Aasasr большой'твс-р-
достью, ш л т злактрачесЕим азнооом, но им.еют несколько худ-
шую электропроводность. Часто к.оятактк: из более дешсшх дата-
равлов аокрнвавт слоем более дорогах, амбИ1®!х лутшае свойства.
Так, медные'контакта серебрят, схальниа -.дудят, йра этом
01шжается порвходаоа сопротивление ш уввличиваэтся ср..;к. служоа,
2. ЗЛеСГ'РЖЕСтШ! ДУГА В АШАГАТМ
П'рн работе кошутарукших. гонтнктов авларатов в режиме раз-
яыкашя вод нац^уькой при достаточно .васгжяж значекияж разршй-
еаого тока а' напряжения на, контактах возможно воаяикшвенав
ДУ-Г4.'
■ , -

14. Электр чеекая дагга является одаим из шдов оамоетоятель-
яого раряда з газах. При дуговом рзряде падеша нааряжевая
на проме^тве умввьтается до 10-20 В, а шютность тока з дуге
возрастает до Ю'^-Ю А/ам^. Для возшкновеню разряда HeoiJ-
ходаш два условия: •наиретвние на дате должно быть около
10-20 В» ток в цепи ю д о » н быть ниже 80-100 м4.
В твори ашаратев рзлйчайт дшвшэ и корткие дуги.
В дашнннх дугах на ход рзряда в основной влияет прцееоы,
проиоходяще в столбе дуги. Дет аодаержашя такой дуга необ­
ходамо большое вацряжеше, поэтому ддадаые дуга возникают в
внсоководьтаык аппаратах. В кортках дугах основное значение
имеют процессы, происходящие в околвэлектродном пространстве,
в основном у 1ИТода. Дда цоддераши такой дуги требуется не-
■ болвтое. напряжение , воатому,
как правило, в шзяоводатных
шшратвх дадакают
' д а г а , ..
’ ■ Васпрделедаа падения наар-
яйшя 'йа; д а г о в о м н э -
: рвнсмерно,: дав; это лвйдйр.по
|ж с.2,Д ,;В,)оквЛ08дактрод8рх об­
ластях падение напрятешя бояь-
« . около 10-15 В. lia столба ДУ-.
■.г а падение нацретешя' относиа
тельно невсяикр. , . ' ,
'.Протекаете: i^oBoro 1Яаряйа
■ соаровбядаетея двуая аротивойо*'
■:/Лбвйши процессйш';;аоиаэаетей
. 0 :деио»заетей.-Ионйзадая: спО“
Оббетвует протеканию дугового .
: -.'разрае* В: окодазйтодно! облас»
г ■та’йбшаешзя носнТ::иреимущеетв0Н-
:»б®дада;.0яе«т|»да,.: вылетая
о .нейтральяйе атомы
h
!
Й1С,2.1. Рашредолеше ;
аотенциела на короткой дуге
но ударный характер, когда
действаем напряжения жз катода,.ударяются
газа. При атом'около катода еойдается объемный положатедьянй
заряд. Б столбе душ ио1шзация йоейт преимущественно tejMHeo-
кий характер, тек как температура в столбе очень высокая. В
околсвноднсм прострнстве ионизация проасходат з осдавном за
" - 14 -

15. ечат ударов электронов об анод- При этом вщршавтЬя ноше
электроны, которые образуют обьашЁЙ отрщвтельннй заряд
вблизи анода. :
Одновременно с процессом йошзащж дротвкает.обратаШ
йроцеос ~ деиошзапия. Д еаош заад может идти до двум нутям:
рекомбинацяи зарцжвнннх частиц и их даффузет аз дугового про-
тжухка. Рекомбинация ~ это воссоедаяеше заражеванх часящ
S дуговом промежутке с образованием жайтральшх атшов.
фузия ааряжвшых частиц обусловлена юс иеремедашем из облас­
ти горешя дуга в ожружанщда среда, в. результата чего .умень­
шается .кснцеатрацяя заря'жейнш: чзетац в дутовот вротежутт.
Посхроешв дагох’зсительняк: ycipcfoTB аппаратов базирует­
ся на ускоренна дааошзащи а борьбе о аошзсашв! дугового
промежутка.
2.1. Злектрическая дуга в цепях доотошного тока
Жслодая уе-пашного гащвюгя дуги во многом определяются
ссобвЕшс-хшш горния дуга в ШЕЯХ постоянного и квремэнЕого
токов. ПреДЕОЛОММ, что
дага гора® ааасда контак-
•raAS^B ixesa g зоточж;-'
ком шаряжевжя Р ,ао-
ОТОЯШ1ОГ0 тока, айти.э~
ШИ ш а р о я в д а ш м Р
а яЕдуктаввш! созштжв-
'.шетач X , sas ESEsaa-
но. ва Р50.2»2,а,
Лт 'Tasol цеда
можно зщшеаты.
I X .
- r ^ w X V V Y X
§
f L
i p t
lit
d t
(2. 1)
fac,2.2. Штж аавряшнщя в цэ-
ш поетояяшго така с дате!
- 15

16. откуда
л и (2.2)
Это вырашниа графичес» показано иа рйо.2.2,б. Суда по p e y s-
KSt &и моют бнть положйтельиш, отрдатадьаш ади р в н « ■
нулю. Усаешноа гашаша дуги возможно только ззри рвеньшеша
тока, т .е. п р уоловви 4 0. Следовательно, услови-
й t
т гашения дуги будет заваеимоогь
(2.3)
из которой следует, что для успешного ГЗШ0ШЯ Tiyra нэобхода-
мо, чтобы ВОЛ! .-амперная характорстика дагл яе амела
точек переевчердя с лакиой ( E '-iP ). Тогда гашение дуги бу­
дет Боачояно при всех токах. Для отого необходимо удлинить ду­
гу , у;«еньшить нроаесс aoiaisauaa.ала ускощть процесс дваонн-
защи, что и доштая в основу аостроеная дутогасительнш уст­
ройств.
f*ic.2.3. Процесэ отключения акявно-индукт-ивной
нагрд-зка ■ностоянного тока
Следует .щетв в виду, что гашеете дуги ностоянного тока
соЕровождаетет возшкновеваем ш ренапрвеш й в цеш! при sa-
мчяш значательной авдутаавноста. Д ощ стм, что дуга погасла
в момент времена. t
' L « О , и „ ^ и
Срис.2.3}, В момент ее гашения тек
- 16 -

17. Тогда
di
d t
а г- (2.4)
Перэнапряжеше объясшется наличием ш вш ш т & u= ^U y-~£^-C ^j,.
Отсюда ясно, что чем быстрее гаснет дуга, тем больше опасность
пробоя изоляции. Осциллограммы отключашя цепи при двух эна-
чешгях времени отключетя приведены на рис.2 .3 . Лда сшстия
деренапрдаениЁ прменшот шунтиртваше авдуктивностей резисто­
рами, резисторами с диодами и конденсатораш.
2.2. Электрическая дуга в цепях переменного тока
Условия гашешя дуги переменного тона имеют ту особенность,
что в ней ток 2 j раз в секунду проходат через нулевое зна-
ченаа. Во времени изменение тока и напряжения на щте при ак­
тивной нагрузке имеет вид, показанный на рис.2 .4 ,а.
Рис,2.4. Процесс, откэдчения активной (а) и акетвно-
индактивяой (б) цели переменного тока
- 17 -

18. Таким образом, дваяда за период происходит уменьшение
тока дух'И до нуля. Следовательно, дважды за период дуга по­
гасает, однако не всегда окончательно. После исчезиовеная то­
ка напряжние на дуговом промеаутко увеличивается. Если оно
превысит электрическую прочность дугового промежутка, т.е..
напряжение, при котором в данных условиях может произойти
пробой промежутка и развиться дуговой разряд, то дуга снова
зажжется. Если же этого не произойдет, то в первый же момент,
когда £ « О, дуга погаснет окончательно.
Электрическая прочность промежутка определяется степенью
деионизации. Если деионизаивя происходит интенсивно, то кри­
вая изменения электрической прочности промежутка зов время
проходит выше кривой изменения капряжния на нем. Если жз
скорость деионизации невелика, то в какой-то момент времени
сопротивление дугового промежутка окажется недостаточным и
дуга вновь загорится.
Гашен..'з дуги при индуктивной нагрузке несколько сложнее. Это
связано о там, что при / - О напражение на дуговом промежут­
ке знач1!тельно больше, чем при активной нагрузка, из-за сдви­
га по фазе между током и напряжением (рис.3.4,6).. После пога­
сания дуга происходат восстакоБЛоние дуги, т.е. увеличение
напряжения на промежутке, но вызывающее пробоя. Восстановле­
ние напряжения идет в течение некоторого времени. Величину
напряжения, соответствующую окончательному размыканию контак­
тов, Т . е . гашению дуги, принято называть восстанавливагадимся
напряжением проиышленной частоты. Для предотвращения за.жига-
ния дага вновь необходамо, чтобы восстанавливакадвеоя напряже­
ние не вызвало пробоя пршаяутка.
2.3. Дугогасительщге устройства ашаратов
Для гашения дуги в аппаратах применяют спёциа,пьные дуго-
гасательшв устройства. Иогасить дугу можно двумя способами:
за счет ускорения деаонизагщи дугового промежутка или за счет
даеньшенин скорости восстановления напряжения на н8м.Ускоре--
ше деионизаши достигается увеличением длины дуги, увеличе­
нием скорости движения окружающей среда или самой дуги, при­
ведением дуга в соприкосновение с даэлектриком с помощью эф­
фекта узких щелей, созданием вакуума вокруг дуги, раздолени-

19. ем длинной дуги но ряд коротких. Уменьшение скорости вооста-
HOBJiOHHH напряжения производится включением параллельно дуго-
' вода промежутку активных сопротивлений и бесконтактных уст­
ройств.
Удлинением дуги за счет расховденин контактов удается
успешно гасить дугу только в слаботочных цепях. Дуги с боль­
шими токш<и; приходится гасить с применепиеа специальных
устройств.
1, Гашение дуги за счет автодатья, К нвподвиянода контак­
ту пристраивается специальная пластина - дугогасительный рог,
что позволяет быстрее и дальше развести опорные точки дуги.
При размыканий контактов между ниш возникает дуга. За счет
того, что при ее горении вьшеляетол бояьлоо количество теп­
ла, воздух нагревается, полншяается вверх, увлекая за собой
дугу. Происходит екльное ее улликение, отчего дуга гаснет.
Эгшу же способствуют электродинамические силы, дейстРущив
на кон'хк дуги (рис.2.5,а>.
2, Гашение, дуги в кшлерах. Если контакты окружить изоля­
ционной камерой, имв1зщей узкую щель, то гащешо будет проис­
ходить более успешно, так как в щели дуга соприкасается со
стенками камеры и интенсивно охлаждается. Если же сделать
щель неровную (так называемая лабиринтная камера), то произой­
дет еще и доцодаительное удлинонио дуги. Этот достаточно прос­
той способ применяется в основном в аппаратах переменного то­
ка средней мощности и в сочетании с другими способами в аппа­
ратах постоянного тока (рис.2.5,6).
Б контакторах магнитных пускат' .ей переменного тока ш в
предохранитолях .применяют глухие дуч гасительные камеры, в
которых гашение дуги ускоряется аа счет увеличешая давления,
поскольку при ЭТОМ снижается йонизада! газа. Этому способству­
ет также применение для стенок кам( j . асогинерирующах материа­
лов, например фибры.
3, Магнитное дутье. Ъ аппаратах постоянного тока обычно
недостаточно использовать только камеры. Для уокореняя.движе­
ния дуги применяется магнитное дутье. Для этого последователь­
но с контактом вк.:ючаатся токовая катушка, рассчитакгая на
большой ток. Ери разадканий контакта, дуга оказывается помещен­
ной Б магиЕтшв шлв катушка. Возникают болышэ:элаатромагщт-
, ные,силы,заставляюдав дугу подшматьш вшрх {jbo.2.5,® ).
-.1 9 --

20. ш ш ы
Ряе,2.5. Констррсщи дагогаситальннх уотроюгв низкого
напршЕвшя: а - дагох^асительша рог; б ~ камера с узко?
щельв; в - магш етш датье; г - кашра с деионной решеткой

21. 4. Деление дяинной дуги на ряд коротких. В более мопвшс
аппаратах иопользуется эффект гашения коротких дуг. Для этого
в камере изолированно дазгг от друга устанавливают металличес­
кие пластинки, npj горении дага поднимается вверх, входит в
зону установки пластин и делится ими на ряд пооледовательно
включенных коротких дуг. Для поддержания горения таких дуг
нужно большее напряжение, так как сильнее сказывается увели­
чение катодного падения напряжения: раньше: 6im одан катод, а
теперь стало несколько. Напряжение между контактами осталось
прежним и теперь его недостаточно для поддержания дуги
(рис.2 .5 ,г).
Чаще всего применяют комплекс дугогаоительных, средств,
что приводит к более эффективному гашению дуга.
Горение дуги, особенно на постоянном токе, сопровождает­
ся большим количеством раскалетошс газов, образуялцих плаш
дуги. Это сильно ионизированный газ, пространственный потен­
циал которого равен нулю, йламя опасно тем, что способстдает
пробою промедатка и повреждает детали аппарата. В процессе
гашения дуги пламя может выброситься далеко за пределы камеры
и повредить окружающее оборудование. Гашение пламени осущест­
вляется, решеткой Б виде дибта с отверстиями, закрывавцего вы­
ход из камеры, или деионной решеткой, используемой для разде­
ления дуги. ■■■ .
■- а -

22. Разработаны и внедрены серии контакторов, габридного ис­
полнения, где дош гашения дала использованы полупроводниковые
приборы. Паралдадьно главному контакту Ш включены ветречно-
шраллельные тириеторц TI-T2, управляемые от трансформатора
тока ТТ через даоды Ж*-Д2 (рис.2.6). Во включенном состоянии
контакта ГК ток идет по неда, тиристоры из-за малого напряже­
ния не открываются. Ери размыкании контактов ток переходит в
етристоры. Дуга Б контактах не образуется из-за малого падения
напряженш на тиристорах.Прз первом переходе тока через ноль
ток в тиристорах прекращается.
3, аджтрсшгшш
Эдантрошгйиташ иазываютая устройства, предназначенные
для создания в определенном пространстве магштного поля с
помотаю обмотки, обтекаемой электрическим током. Они. являются
важней составляющей частью большой группы электрических аппа­
ратов. Электрошгвйтн-контактных электрических аппаратов мож­
но раздевть на ряд груш по следующим п р знакам;
I . По способу дейетшя: удерживающие, прдназначенные
дая удержаш1Я грузов или изделий {магнитные сто.ш, муфта) и
и о -
L i l
Рие,3.1. Ооэовнне констр^етив.нне жсполаения магштккх
еветаа .аша|йтов вдзкого нанряаешя
^ -.2 2 - ■

23. притягиваювде, предйазшченные для перемещения якоря и пере­
дачи этого движешя исполнительному органу.
2. По роду тока питания обмотки: постоянного и перемен­
ного тока (одно- к трехфазные).
3. По^способу включения: о параллельным и последователь- •
ным включением ойяотки.
4. По скорости действия; быстролействующие (0,003-0,05 о ) ,
обычные (0,05-0,15 с), замедленнодействующае (более 0,15 о).
5. По виду движения якоря: с поворотным якорем, или кла­
панные. (рис.3 .1 ,а ,б ,в ,г ); с поступательно даижущимся якорем,
или прямоходовне, соленоидные (р и с.3.1,д ,е); с поперечным
движением якоря.
3.1. Магнитные цепи электромагнитов
Магштной цепью называется совокупность тел и сред, об­
разующих путь, по которому замыкается магнитный поток. Они
имеют огромное разнообразие конструктивных форм, поэтому для-
удобства анализа оообенностей различных магнитных цепей их
делят на несколько групп. В основу положен характер образо­
вания и распределеш1я магнитного потока в магнитопроводе. В
этом случае выделяются два вида магнитных цепей:
а) цепа, поток рассеяшя которых мал а при расчете пара­
метров намагшчаващей катушка им мотао пренебречь;
б) цепи, поток раеезашя в которых велик * при расчете
его необходимо учитывать,
С достаточной для практики точностью потоком рассеяния
мотао пренебречь в трех случаях; когда магштоаровод замкнут,
когда на пути основного потока имеется воздушный зазор сравни-
тэльно малой веяйч;..'ч, а магнитная цапь насыщена, незначитель­
но, когда размагничивание вторчн!ии- обмотками оравштэльао
неведжко. Шши словами, пренебрегать потоком раосеянщ мож­
но в тех с,лучаях, когда он ш л по сравнению с основным пото­
ком. К этой группе относятся торовдальнне магнитопронеды i о
доетаточнш приближением П-образнве магаитопроводн, не имеющие
воздушного зазора или шемщае малый воздушный зазор. Основная
масса магнитных цепей относится ко второй группе.
В общем случае магнитные цепи образуются участками, вш ол-
нэннши из ферромагнитных и немагнитных'материалов, i воздуш-
. - 23 -

24. ншш зазорами. Воздушный зазор, в котором электромагнитная
энергия преобразуетоя в мазсашческую, используемую для работы
электромагнитного устройства, называется рабочим воздушнш
зазором. Остальные зазоры, где электромагиитная энергия теря­
ется без полезного использования, называются паразитными.
Паразитные зазоры, однако, могут существенно влиять на харак­
теристики электромагнита. Шгяитные цепи, в которых основным
является сопротивление рабочего воздушного зазора, называются
замкнупйли. Магнитные цеш, в k o t o jh x основное сопротивление
определяется паразитными зазорами и при движении якоря не ме­
няется. называются разомкнутыми.
Магнитопроводы эдектромагштов изготовляются из разных
материалов и сплавзв, обладающих ферромагнитными свойствами.
Выбор материала для магнитной системы аппарата
" “ определяется ее назначе­
нием и свойствами самого
материала. Свойства мате­
риала оцениваются по сле­
дующим показателям: В g -
индукция насыщения - такая
максимальная индукция, ко­
торая получается при
сколь угодно большом уси­
лении поля; - оста­
точная индукция - величи­
на индукции, получаемая
при полном размагничиза-
Рис.3,2. Кривые- цервмагничи- ■
вашя магштомягкого (I) и магни­
тотвердого (2) материалов
НИИ материала от £max до
И * 0; fig - коэрцетив-
ная сила - такая напряжен­
ность магнитного поля, ко­
торая необходша для сниже­
ния до нуля инду!щии марериада-, ранее намагниченного до Bg ;
J i - магштная проницаемость, определяемая по начально!
кривой намагнйчивашя как BfH ; jU н - начальная магнитная
проницаемость в полях, близких к 0; максимальная маг­
нитная прошцаемость,' Р д ,^ - потери на гистерезис и вихревые
тока; 7^ - точка Кюри - температура, при которой материал те­
ряет магнитные свойотва-
- 24 -

25. По этим показателям различают дае основные грушы материалов:
магнитомягкяе, обладающие малой коэрцетивной силой и высокими
значениями проницаемое-
ти, и магнитотвердые ма­
териалы, обладаювде боль­
шим значением и ма­
лымJU , Эти материалы
имеют сравнительно высо­
кую точку Кюри: 500 -
1200°С. Особую группу
составляют термомаг-
нитные сплавы, имею­
щие точку Кюри около
IO-IOO°G. Они имеют
специальное примене­
ние в качестве тепло­
вых кошенсаторов.
Свойства магнитных
материалов хорошо иллюстрируются крива® намагничивания, при­
веденными на рис.3,2. Кривая I предотавляет собой доловин5''
петли гистерезиса для магнитсшягкого материала, кривая S -
для шгнитотвердого щтариада. Карактешстики основных мате­
риалов приведены в табл.3.1. На рис.3.3 показаны крвые Hajraiv
ничиванйя основных магнитомягких матералов»
Таблиг® 3.1
Рис.3.3. Крвые намагничивания
некоторых магнитомягких материалов
Материал Добавки
Мсм
Магнитощгкий; _
Конструкционная сталь 0 ,1 -0 ,4^е ДО 3 0.7 2,3
Кремнистая сталь' .S i 0,4-0,6 0,6-0.8 2,0
Железо Арво 0,8-1-0 1 .3 1,5 ,
Электротехническая
сталь ; 0,5 ' 0,6 2,0
Холоднокатаная сталь
высокой прошацаемости
0,16 0,05 2.0
Пермаллой Шзконикале-
Bui/Vt 45-5С^
1
i 0,24 0,05 2,0
- 25 -■

26. продолжение табл. 3.1
Материал Добавки Не, .
AlcM
Пермадлой Высоконикелевый 0,024 0.6 0,85-
Цермендор ,
•т лт ; ЗЛМо
Ад%,С, 1,1%V 1.2 1,3 2.4
'^нитотзердый:
Хромистая сталь г%, Сг 38 1,0 1,4
Кобальтовая сталь 15^ Со 0,8 i !i 7
Альни 22.%NL ; 1Ъ%М 270 0,65 I,I
Магнико 24% Со ; 2% Си
Ь% hC ; 14Й di 330 1.2 1,6
3.2. Намагничивающие катушки электромагнитов
Пра работе катушки электромагнитов испытывают воздейст­
вия разного рода факторов. Механические напряжения создаются
3 катушках переменного тока при нормальной работе за счет
взаимодействия токов витков, а в катушках постоянного тока -
при переходных процессах включения и отключения. Тердачеокиа
напряжения возникают из-за перегрева отдельных ее частей.
Электрические напрялершя возникают от перенапряжений в цепи
катушки. Поэтода катушка не должна перегреваться при
любых возможных реммах работы, должна выдервдвать электричес­
кие перенапряжения опредэленяой ведачиш, быть механически
прочной, устойчивой против' воздойотвия окружающей среды, долж­
на иметь небольшие размерв.
Катушки аппаратов выполняются меднш проводом разного
сечения, круглой или пршлоугольной-формы. Обычно обмоточный
материал, бывает изолированйш. Для изолнпди применяют хлопча­
тобумажную ткань (ПВ), шелковую ткань (ПШ), эмаль-лаки (ПЭЛ),
комбинации из вылеперечиолеаных материалов, винифлекс (ПЗВ)
а др.
В зависимости от конструкции различают катушки каркасные
(рао.З,4,а), бескаркасные бавдажированные (рис.3.4.б) и бес-
■- 26 -

27. Рис.3.4. Конструкции катушек низковольтных аппаратов
каркасные нэбандажированнне (рис.3.4,в). В зависимости от
формы сердечника катушки могут быть, выполнены круглыми и ,прч-
моугольньгли. В большинстве электромагнитов постоянного тока
применяют катушки круглого сечония. а в электромагнитах пере­
менного тока - квадратные или прямоугольше, В элоктромагна-
тах, рассчитанных на небольш1е токи, катушки выполняются бан-
дажированными, в слаботочных электромагнитах - каркаск»и.
Бескаркасные небандаюровашше катушки намотаны обычно прямо
на сердечник. Эти катушки токовые.
.Для улучшения условий эксплуатации катушек их подвергают .
отделке. Наиболее распространена пдопятка катушек кашаундами.
В отде^шных случаях с теми же целяш катушка протттают раз­
личными лакаш и окрашивают лакаш и эаалягли. Отдежа увеличи­
вает влагостойкость катушка, улучшает скрепление витков и при­
дает катушке хороший внешний вид.
Параметрами катушки являются число витков tJ , дааметр
провода d , соярогивление обмотки . Расчет параллельно
включаемой катушки обычно ведется с целью опраделешп пара-
мет]Х)в по йзвостной ЩС 1ъ7 , напряжению и гоомотричоским
размера;,!. Сопротивление катушки постоянного тока равно
ЛРср 'кГ - 4' _ АрРср Id
(3.1)
Здесь средний диаметр намотки
п . D m p
■'ср 2
- 27 -

28. нар - наружный и Ilg^ ~ внутренний дааметры обмотки.где D
Учитывая что
ток в катушке
где ж I ff - наяряжение и
с учетом формулы (3.1) получим
d
d p B c p il-v j)
и
(3.2)
По справочнику выбираем ближайший стандартный диаметр прово­
да и диаметр провода с изоляхШей. выбранного класса-
Число витков рассчитывается по d i ж размерам окна .м а т т о -
провода (рис.3,5). При этом следует учесть обмоточный коэф-
фиадент К •. при рядовой намотке К « I , при неравномерной -
К - О,8-0,9. Тогда
8h
i d , у
(3.3)
где d^ - диаметр яровода с изоля­
цией. Рядовая намотка применяется
при d.^ ^ .0,35 мм, неравномерная -
при o', & 0,35 мм.
Ври расчете параметров после­
довательной (тсжовой) обмотки исход-
■ш ш данный являются ШС (Т-w ) и
ток цепи 1 , ЗЪгда число штков
будет
Рис.3.5. К оаределе-<
®ю парметров обмоток
(3.4)
Площадь еечешя ировода 5“ определяется по рекомендуемой
плотности тока:
: s - ’ l / j ■ (3.5)
в .зависимости, от режшга работы рекомендуются такие значения
плотности тока: J ^ 2 - 4 A/msr при длительном гфотекании то­
ка, J »' 5 - 12 . ЧР повторно-кратковременной работе,
^ « 13 - 30 - при .кратковременной работе. Тогда при

29. круглом проводе — , (3.6)
J
Определенный интерес представляет пересчет катушек с одного
напряжения на другое. При этом перерасчете исходят из того,
что намагничивающая сила должна оставаться постоянной: (Т,-Д’^) =
• О учетом формулы (3.1) и того, что сечение
окна сердечника постоянно ; ^
получим
_ Uz d t
ч " у: ' ч
(3.7)
Расчет катушек переменного тока значительно усложняется
из-за необходимости учитывать индуктивное сопротивление. При
приближенных расчетах считают, что « 0. Тох’да
. (3.8)
Расчетное число витков прш маетоя равным *(0,7 - 0 ,8 ),
Тогда
■ / = . (3.9)
€ - Ы р
Сечение провода определяется по ^|м уле (3.5). При пересчете
параметров на новое напряжение о достаточной точностью можно
пользоваться выражением (3.7). Расчет последовательных катушек
переменного тока производится так жэ, как и дня постоянного то­
ка.
3.3. Сила тяги электромагнита
Сила тяги электромагнита может быть определена пс формул;
Максвелла для тех случаев, когда поле в рабочем зазоре можно
считать равномерным. На постоянном токе формула Максвелла имеет
вид ■ '
= 4 ^ - , . <ЗД0)

30. где в - индукция, Г; S - сечеяЕв полюсного наконечника,
и ; “ 1,26-10“® Гн/м - магнитная проницаемость воздуха,
С ростом воздушного зазора ивдукция и сила тяги уменьшаются.
Это можно показать, преобразовав выражение (ЗЛО):
F - . (l-u r fC s ^ J_ /г .„ У
Pj,,s‘ 2ju„s ju^s-is- -
В соответствии с вьфажением (ЗЛ1) тяговая характеристика
электромагнита поетоянното тока ш еет вид, показанный на
Рис.-3,6. Тяговая харак­
теристика электромагнита
рас.3 .6 , Для электромагнитов неременного тока этой формуло!
можно воспользоваться, если предположить, что магнитное со­
противление стала, активное сопротивление катушка и потери в
стали равш нуле, а ток » шток меняются по синусойдальному
зако^, .
Тогда ' ■ ■'
:В ■=Bfff.SiniO i . . (3.12)
Яодотавив фощулу (ЗЛ2) в (ЗЛО), получим:
.ёж ! :rn fk {f~ m s2 0 i} , (3.13)
2^-д , ■.
, - 3 0 - .

31. среднее значеше силы за период составит;
f J f ^ : ( i - = f L . (3.14)
' о ■ g ' ■ .
График изменения силы электромагнита переменного тока показан
на рис.3.7. По полученным выражениям (3.13) и (3.14) можно
сделать вывод о том,
что при заданной пло­
щади полюсов И равен­
стве максимальных
значений индукции
средняя величина си­
лы в электромагните
переменного тока
вдвое меньше силы
электромагнита по­
стоянного тока.
По уравнению
(3.13) и рис.3.7
видно, что дважды
за период сила'
электрамагнита пе­
ременного тока рав­
на нуле. Это вызывает
вибрацию кагштной системы. Для борьбы с этим явлением на од­
ну..из ветвей шагнитоцровода надевается коротйозамкнутый ваток
из проводящего материала, .который охватьшает 2 /3 сечения маг-
нитопровода (рио.3.8). Вшяние короткозамкнутого витка может
быть объяснено по уп денной'схеме на примере Я-образного
электромагнита, показанного на рис.3.9,а. В пренебредеши
потерями в стали на гистерезис и вихревые токи будем считать,
что переменный ток в катушкр создает в магнитной системе по­
ток, мгновенное значение которого определяется выражением
Рис,3.7. Сила тяги электромагнита
, переменного тока ,
Ф =Ф „ Sin itib . (3.1Ь)
При принятых допущениях схема замещения будет шлот1. шд,
показанный на рис.3.9,б. Здесь ivT ~ МДР, ооздавао-
- 31 -

32. и
мая намагничивающей катушкой; -
полное магнитное сопротивление цепи;
Zfjj - фиктивное магнитное сопро­
тивление , учитывающее короткозамк­
нутую обмотку. Очевидно, что
^ Ч Щ '
где - МДС, создаваемая
этой ойиоткой. Учитывая, что корот­
козамкнутый виток имеет практически
чисто активное сопротивление,
Рис.3.8. Короткозамк-, где - ток в витке, его
нутый виток эдектромаг- активное сопротивление, - ЭДС,
нита переменного тока индуктируемая в витке потоком Ф •
Она рвна
:== • c o s c o i.
Отсюда
c o s a t .
Тогда
Ф2,т
а ъи^ Ф,
SL cos 0 t .
Г Г " " : ' Л / , , . : ..
0
-/»
Рис.3.9. Магнитная цепь электромагнита переменного тока
(а) и ее схема замещения (б)
- 32 -

33. Для всей схемы gaNjeHesoiH можно запасать ■
sin a )t -h cos c o t . (3.16)
QtKym
Ф„ = -.y x , i k y . ' (3.17)
W 4 W
По уравнению (3.17) видао, что Zg, является реактивншл
магнитным сопротивлениам. Его наличие показывает, что ток ка­
тушки и магнитный поток должны быть сдвинуты по фазе из-за
наличия короткозамкнутой обмотки на угол’
СОЫ н
Здесь
. £ ‘ ‘
" Рз г j a . S , •
где Gg - магнитная проводамость зазора; ^ -
длина, сечение и магнитная проницаемость участков магнитопро-
вода.
Таким образом, наличие витка приводит к тому, что поток,
пронизывающий виток Фз , будет сдвинут по фазе относительно
потока, не проходящего через виток (р ю .3 .8 ). Угол
сдвига примерно 50-80°, Таким образом, в зазоре действуют два
усилия:
ir = i ^ ( i - c o s 2 ( A t ) r . (3.18)
f r ^ ^ f M ( { - c o s 2 ( a i i - i f ) ) y (З .1 9 )
сумма которых нулю не равна. Надобность в витке возникает толь­
ко в однофазных системах. В трехфазном электромагните
= = | - Л г - ■'.(3.20)
- 33 -

34. Завяощость тягового усилия от воздушного зазора имеет
на переменном токе несколько иную природу, чем на постояшом
токе. Шпряжениа сети,, п р ложеиное к катушке, можно предста-
ВИТЬ в виде
Для реактивного падения напряжения п р пренебрежении рассея­
нием и потерями в стали можно записать
I X ’^ IcoL ’‘ Т а — =» СдЧгГф^ =
’’■ a v/JvxG g = l a w ^ ^
25 ’
где S - площадь поверхности полюсов сердечника: б
воздушный зазор. Если при этом предооложить, что активное
сопротивление катушки пренебрежимо мало по сравнению с ин­
дуктивным, т .е. что
И ^ Т Х ,
то
г - - . (3.21)
a w y u ^ s
Отсюда одадует, что при ростэ воздушного зазора будет расти
ток в катушке. Рост тока вызовет уменьшение магштного по­
тока согласно уравнешю
ф (3 22)
Таким образом, в электромагнитах переменного тока поток умень­
шается всдедстЕИё роста падения напряжения на активнсж сопро­
тивлении катушки, в то время как в электромагнитах постоян­
ного тока с.ростш зазора усилие уменьшается из-за увеличения,
магнитного сопротивленю зазоров. Для оценки свойств электро­
магнитов используются два вида характеристик:
I. Электромагнитная характеристика - зависимость сиш
тяги от зазора F^ = j ( 5 ) .
- 34. -

35. Ряс, 3.10. Тяговая и мвханичвб~
кая характеристики электромагш-
та ашарэга
2. Мехаетчеокая ха­
рактеристика - зависи­
мость силы сопротивле­
ния от зазора Fg(6). Б
большинстве электрчео-
ких аппаратов действуют
следущие силы сопротив-'
леная; - от действия
возвратно! пружины; -
от веса подвижкт час­
тей; - от контакт­
ной пружины замшавщэго
контакта; - от
контактной аружиин раз­
мыкающего контакта. За­
висимость зтах усилий
от зазора и механичес­
кая характеристика приведены на рис.ЗЛО. Тяговая характерис­
тика элекгромат'Шта должна .проходить всегда вт в механической.
3.4. Коэффициент возврата
Однии из важнш: ларахиегров злекгромагетта является коэ§-
фидаент возврата - отношение параметра отпуска1шя к ва|йма$-
' —..................... ру втягивания: ■
и . ■ p r/^S r С3.23)
£?Г
Рис.3 .II. Е оаредвлешв коэф-
фн-дае:чта возврата
' - 35 -
Параметром отвуеяанкя X
яаэнзается такое ващь-щекие
и в ток катушки, при которых
якорь электромагнитв Н8ЧЯНВ"
ет отходать от Сврдечш5ка,
Параметром втятквакия Zgf.
называется такое.Н811ря»кае
ЕЛЕ ток KBTpira, при воторах
якорь нвчиказт ispiTSMBaTijca
г. сердечааку. Очавадао, что

36. всегда меньше I . Его ведачина зависит от назначения
аппарата. Дяя выяснения параметров, влияших на Kg , рас­
смотрим П-образный магшт. Тяговая и механическая характерис­
тики приведены ка рис.3 .II. При начальном зазоре на
якорь действуют силы: ~ сила сопротивления, складываю­
щаяся из веса якоря и начального натяжения возвратной пружи­
ны; Fi; - злвктромагнйтная сила яри срабатывании.
Будем садтать, что даижение якоря начинается е момента,
когда ^ F(.j. П р конечном зазоре 6^ действуют силы: ,
- сила, состоящая из веса подвижных дастей, начального
натяжения пружины и дополйитвльнох’о ее сжатия при изменении
зазора; Frz ~ электромагнитная сила, соответствующая тому же
току, но дзугому зазору. П р енишши тока в обмотке якорь
будет отходить п.ри ^cz ’ зазоре 3^ имеем по
формуле (З-П )
где - коэ®ициент процорвдональноети, постоянный при
жааяот зазоре, Отсща
Ггг , . т Утз f k
Тогда
(3.24)
На основании полученного можно сделать вывод, что чем ближе
кривая тяговой характерстики проходит к механической, тем
вше коэ#гщиент возврата, а чем эти характерстики больше
рзеходяТся, тем ко^фидаент возврата ниже. Изменение Kg
шожно пршзводйть (не меняя схемы включешя) изменением натя­
жения иружйш и измеяешем веаичины конечного зазора 3^-
В нервом случав возрастет второй - уменьшится .
—З'б ■—

37. Временем срабатывания электрмагнита называется отрезок
времени от момента подачи импульса на срабатывание до момента
иолЕогр срабатывания. Различают время срабатывания при вшш~
чений и отключении. Для электромагшта контактного аппарата
время срабатывания при включении очщтают от момента включе-
шк кадашки до замыкания включающих контактов. Вреш срабаты-
ваш я при отключении - от момента отключения катушки до заш ­
каная размыкающих контактов. Время срабативашя состоит из
двух частей; t ^ ~ времени от момента подачя импульса на
срабатывание до момента начала движения и tg - времени пеи-
т т я якоря. Бреш прз вкдючеши электромагкига постоян-
вого тока определяется из закона изменения тока в катушке:
V
3.5. Время србатывашя электромагнита
где
■Г -
t - ток в катушке,.
L .
{3.25)
- установившийся ток.
Догари^мируя вьражонив
(3.25), получим дт тока
трогашя
- постоянная врвмвшз.
f „ Т Р р Л Л —
1у fro
{3.26)
Эта зависимость соответ­
ствует обычной схеме
включения И; не учитывает
Блияшя вихревых токов.
При их учете постоян­
ная времеш увеличивает­
ся, Для увеличения быстро­
действия электромагнитов
постояйяого тока сердечник следует вшоляягь шихтованнш.
При 0Т1ишчени.в алпарта t„ ояределяет-вя из уравйзам
Вас.3.12, Осциллограмма вклю­
чения электромагшта постоянного
тока
- 3? *

38. (3.275
При этом время уменьшения тока при разрвве цепи катушки весь­
ма мало и у большинства аппаратов tg при отклюяешш можно
не учйтнвать.
Определение времени движешя f сложно, так как
уравнешя носят нелинейный характер. Поэтол5у оно определяет­
ся лрз проектировании приближешо, а для построенного аппара­
та может быть определено экспериментально, по динамической
тяговой характеристике или осциллограмме тока катушки
(рис.3.12).По осциллограмме можно определить tg ж t g , T ^ ~
постоянную времени для разомкнутой магштной системы, -
постояшуй времени для зшкнутой магштной системы. Некоторое
снижение: тока в момент начала движения якоря обьясшегся тем,
что в катушке ин^ктируется яротивоЭДЗ, пропорциональная ско­
рости даижения якоря. Дш cosnaima быстродействующих аппара­
тов о целью уменииениявремеш t y необходимо уменьшить
ход якоря, его массу, силу сопротивления за счет ослабдешя
возвратной,и конт.актннх пружин.
В ряде случаев требуется т лут гь большие выдержки вре-
меш пр( включении и оислючении аппаратов. Существуют два
основннх метода- изменешя времени срабатывания: магнитное
.демпфирование,когда машется ig за счет изменения электро­
магнитной постоянной времени контура Г ; механическое де:4-
пфироваше, когда :измвшштея^&мя . tg за счет уведачешя ме-
хашческой постоянной времени аппарата. Ыагштное демяфирова-
ше осуществляется аршенешем демпфирующей гильзы ил15 изме-
аешем схею аюючеяйя обмоток электромагнитов. При этом
при шлшченйи меняется мало, поэтому магнитное демпфирование
применштея: В основном для увеличешя tg при отключении.
'Гильза предотавляет собой.трубку из проводящего материа­
ла., которя вадеваетея на магштоцровод (рис.3 .1 3 ,а ,б ). В /
этом йдучае ври отключении; катушки ток в ней спадает очень
быст^, но ара атом-В гильза ивдуктируетея значительная ЭДС
ш протекает ток, ооздащий дополштельный поток, который
увеличивает время переходного процесса (рис,3.13,в). .
Увешчевие времйш tg за счет изменения схемы включо-
шя оеущвотвлае'тся закорашванием катушки аппарата или шунти-
- 38 -■

39. в
Рис.3.13. Здвктромагнитное дешфироваше на
достоянном токе
рованием ее сопротивлением или сопротивлением и конденсатором.
При этом в случае шунтирования резистором или закорачившшя
ватуики увеличивается постоянная времени конщ'ра, что приво­
дит к затягиванию спадания потока. Применение ковдонсатора
приводит к тому, Ч1г; создается колебательный контур, переход­
ный процесс в котором в зависимости от соотношения параметров
может.быть апериодЕческим ила колебательным. Во втором случав
может быть получено онижение времещ отключения,-
Для создания систем замедленного действия за счет увели­
чения времеш tg применяют-механические демпферы. Получили
применение воздушные и масляные цалищфы, турбинки, часовые
и маятниковые аеханизмн. Некоторые конст-рукцш этих устройств
будут рассмотрены позднее в связи о изучением электромагни’Р-
ннх реле времени на переменном токе ( гл.8, §_8.1)._
- 39 -

40. Пр работе электрических аппаратов в различши их частях
имеют место потер энергии, которые преобразуются в тепло, по-
вшащее темперту!^' частей аппаратов. Для нормальной рботы
аппарта необходамо, чтобы температур отдельных его частей
не првышала допустимых пределов, установленных ГОСТ. Наивыс­
шая температура, до которй нагреваются элементы аппарата, за­
висит от редама его работы, велитаны потерь и, следовательно,
количества выделенного тепла, а также от прцесса отдачи теп­
ла нагртыми частями аппарата. В ашаратах постоянного тока
выделение тепла'связано с протеканием тока по токовелущим эле­
ментам. В этом сдучае мощность потерь может быть определена
по известной формуле P =X' ^R , где I ~ эффективное зна­
чение тока, R - омическое сопротивление токоведущего элемен­
та.
В, аппаратах переменного тока необходимо учитывать как по­
тери в токоведущих элементах, так и потери в материале магни-
топровсда. Потери в токоведуащх элементах можно опрделить по
форуле ^
где I - з®ектаанов значеше тока, R ^ ~ активное сопро­
тивление токовел^его элемента.
Активное сопротивление выше омического за счет добавочных
потерь от поверхностного эффекта и з#екта близости:
где R - омическое еопротивленае, А'^ - коэффициент дабавоч-
Енх потерь. Потери в мах*'нитопроБоде^ аппарата переменного тока
могут быть оцределеш но формуле
где Pg - потеря на вихревые токи, Рр - нотери на гисте-
разие, ffg и (S'/, - коэффициенты потерь на вихревые токи а
гистерезис, f - частота штащего тока, & - индукция в
магнитодроводе.
4 . НАГСТАШ и О Х Ш Д ЕШ IffllM’A’TOB
- 40 -