Контакторы — это устройства, предназначенные для управления электрическими цепями, позволяющие включать и выключать электрические цепи по команде управления. Они используются для дистанционного и автоматического управления оборудованием, при этом благодаря высокой стойкости контактной системы, способны выполнять большое количество коммутаций за короткое время.

В отличие от реле, контактор обеспечивает безопасное управление устройствами с высокой мощностью, особенно в случаях, когда требуется большой пусковой ток, который создает значительную индуктивную нагрузку на контакты и может привести к образованию электрической дуги.

Конструктивно контактор состоит из электромагнитной катушки, набора контактов и дугогасительной камеры. Катушка создает магнитное поле при подаче на нее электрического тока. Под воздействием этого магнитного поля контакты контактора открываются или закрываются, позволяя пропускать или перекрывать электрический ток.

Являются неотъемлемой частью современных электроустановок, обеспечивая безопасное и эффективное управление электрическими цепями. Их использование позволяет автоматизировать процессы, повышать безопасность и улучшать эффективность работы электрических цепей.

Контакторы что это

По типу управления

Контакторы механические
Контакторы электрические

По типу привода

Контакторы вакуумные
Контакторы гидравлические
Контакторы пневматические
Контакторы электромагнитные

По виду тока
По полюсности

Применение контакторов
Отличие контактора от пускателя
Отличие контактора от реле
Маркировка и система обозначений

История создания контактора

Первые электрические переключатели, которые можно считать предшественниками современных контакторов, появились в конце XIX века. Они были механическими по своей природе и управлялись вручную. Вдобавок эти ранние переключатели были ограничены по своей мощности и скорости переключения.

В начале XX века были созданы первые реле, использующие электромагнитную индукцию для переключения электрических цепей. Эти коммутаторы были более надежными и быстродействующими по сравнению с механическими переключателями и стали предшественниками современных контакторов.

Устаревший контактор

Дальнейшее развитие переключателей связано с выполнением задачи по коммутации мощных цепей, например, чтобы нагрузку с высоким энергопотреблением (такой как двигатель) можно было переключать дистанционно с помощью переключателя с небольшой коммутационной способностью.

В 1924 году компания Telemecanique, которая впоследствии стала частью Schneider Electric, изобрела первый контактор. В отличие от реле, контакторы могли переключать более высокие токи и работали быстрее, что сделало их идеальным выбором для промышленных и коммерческих приложений. Это изобретение положило начало развитию устройств для дистанционного управления электрическими цепями в промышленности и быту.

По другой версии, первые контакторы были разработаны компанией Westinghouse Electric в США примерно в то же время.

В последующие годы контакторы продолжали развиваться. Производители работали над улучшением материалов для контакторов, чтобы увеличить их мощность, скорость переключения и надежность. Появились новые типы контакторов: воздушные, вакуумные и масляные.

Чтобы улучшить электрическую износостойкость контактов, были предприняты меры для ограничения образования электрической дуги в контакторе путем добавления специальной камеры.

В 1950-х годах появились твердотельные контакторы. В них использовались полупроводниковые материалы, такие как кремний. По сравнению с электромагнитными контакторами они были более компактными и имели более высокую скорость переключения.

До текущих дней контакторы продолжают совершенствовать, чтобы уменьшить их габариты, повысить быстродействие и увеличить срок службы.

Принцип работы и устройство контакторов

Контакторы работают на основе электромагнитного принципа. При подаче электрического тока на катушку электромагнита возникает магнитное поле, которое притягивает якорь к сердечнику. Это движение приводит к замыканию или размыканию подвижных контактов с неподвижными, тем самым коммутируя электрическую цепь. Когда напряжение на катушке исчезает, возвратная пружина возвращает якорь и контакты в исходное положение.

В случае возникновения электрической дуги при размыкании контактов, она гасится с помощью специальной дугогасительной системы.

Устройство контактора

Контакторы состоят из нескольких основных компонентов:

Корпус. Корпус контактора обычно сделан из изоляционного материала, такого как пластик или керамика, и обеспечивает механическую поддержку и изоляцию для других компонентов.
Электромагнитная катушка. Электромагнит создает сильное магнитное поле при подаче на нее управляющего напряжения. Это поле используется для притягивания подвижных контактов вместе, обеспечивая их механический контакт.
Контактная группа. Включает в себя подвижные и неподвижные контакты. Контакты изготовлены из материала, который характеризуется высокой электропроводностью, механической прочностью и устойчивостью к окислению и дуговому разряду. Подвижные контакты связаны с якорем и замыкаются или размыкаются в зависимости от его положения. Неподвижные контакты (терминалы) – контакты, через которые контактор подключается к электрическим цепям. Терминалы могут быть в форме клемм, винтовых зажимов или других типов соединений, в зависимости от конкретного применения.
Якорь (сердечник). Подвижный элемент, который притягивается к электромагнитной катушке, когда последняя активирована. Движение якоря приводит к замыканию или размыканию контактов контактора. Якорь обычно изготавливается из магнитомягкого материала, который легко намагничивается и размагничивается.
Возвратная пружина. Обеспечивает возвращение якоря в исходное положение при отключении катушки.
Дугогасящее устройство. Предназначено для гашения электрической дуги, возникающей при размыкании контактов под нагрузкой. Наиболее распространена система с дугогасительной решеткой из стальных пластин. В таком устройстве дуга втягивается в стальную решетку под действием электродинамического усилия.

Основные характеристики контактора

Основные характеристики контактора, такие как максимальная рабочая мощность, частота, температура, напряжение, сопротивление контактов, электрическая и механическая прочность, являются важными факторами, которые влияют на его работу и применение. Понимание этих характеристик позволяет эффективно использовать контактор в различных устройствах и системах, обеспечивая надежную и безопасную работу электрических цепей.

Номинальный ток. Одной из ключевых характеристик контактора является номинальный ток, который указывает на максимальный ток, при котором контактор может работать без перегрева и повреждения. Номинальный ток зависит от типа нагрузки (AC1, AC3 и т.д.), материала контактов и конструкции контактора.
Номинальное напряжение управления. Это напряжение, подаваемое на катушку контактора для его активации. Номинальное напряжение управления может варьироваться в зависимости от конкретного применения и, может быть, как низковольтным (24 В, 48 В), так и высоковольтным (110 В, 220 В).
Предельный отключаемый ток. Предельный отключаемый ток определяет максимальный ток, который контактор способен безопасно отключить. Этот параметр важен для выбора контактора в системах, где возможны кратковременные перегрузки или короткие замыкания.
Скорость переключения. Определяет, как быстро контактор может переключаться между открытым и закрытым состояниями. Принципиально важно для электроустановок, где требуется быстрое управление электрическими цепями.
Допустимое число включений в час. Максимальное количество включений, которое может выполнить контактор в течение часа без превышения допустимой температуры.
Электрическая износостойкость. Электрическая износостойкость определяет количество циклов включения/выключения, которое контактор способен выдержать при работе с номинальной нагрузкой, прежде чем потребуется его замена или ремонт. Этот параметр важен для оценки срока службы контактора в условиях эксплуатации.
Механическая износостойкость. Механическая износостойкость указывает на количество операций включения/выключения, которые контактор может выполнить без нагрузки. Этот параметр обычно значительно выше, чем электрическая износостойкость, и важен для оценки общего срока службы устройства.
Типы контактов. Контакторы обычно имеют два основных типа контактов: нормально открытые (NO) и нормально закрытые (NC).
Число полюсов. Контакторы могут быть однополярными, двухполярными, трехполярными и четырехполярными, в зависимости от количества контактов, которые могут быть одновременно переключены.

Виды контакторов

По типу управления

Контакторы механические

Механические контакторы используют механический привод для включения и выключения цепи. Они работают за счет перемещения подвижного контакта относительно неподвижного при помощи рычагов, шестерен, валов и других элементов.

Считаются устаревшими и на данный момент применяются исключительно в образовательных и других специфических целях.

Контакторы электрические

Классический современный вид контакторов, которые используют электрическую энергию для управления открытием и закрытием контактов. Их конструкция содержит электромагнит, который при подаче напряжения притягивает подвижный контакт к неподвижному, тем самым замыкая цепь.

Применяются повсеместно от промышленных систем автоматического управления электроэнергией до управления мощными электродвигателями в электровозах.

По типу привода

Контакторы вакуумные

Контакты в вакуумных контакторах находятся в герметичной вакуумной камере. Благодаря этому они могут быть намного меньше и занимать меньше места по сравнению с контактами с воздушным разрывом, рассчитанными на такие же высокие токи. Также когда контакты размыкаются, возникает дуга переменного тока, которая самозатухает при пересечении нулевого значения формы волны тока. Вакуум предотвращает повторное зажигание дуги на разомкнутых контактах.

Благодаря этому вакуумные контакторы эффективно прерывают энергию электрической дуги. Их используют, когда нужно относительно быстро переключать ток, поскольку максимальное время отключения определяется периодичностью формы волны переменного тока.

Герметичность позволяет использовать вакуумные контакторы в условиях повышенной загрязненности, например, в горнодобывающей промышленности.

Контакторы гидравлические

Гидравлические контакторы используют гидравлический привод для включения и выключения цепи. Они состоят из цилиндра, который соединен с подвижным контактом. При подаче жидкости в цилиндр, подвижный контакт перемещается относительно неподвижного, замыкая или размыкая электрическую цепь. При отключении отверстия открываются, и жидкость вытекает к исходной позиции, а цепь размыкается.

Применяются в сферах тяжелой промышленности в пускателях, станциях управления, для коммутации токов включения и отключения асинхронных электродвигателей, где эксплуатация сопряжена с экстремальными условиями. в тяжелых режимами работы.

Контакторы пневматические

В качестве пускового механизма используются давление воздуха. Внутри находится пневматический вентиль, на который подается питание. Этот вентиль направляет воздух в цилиндр контактора, что приводит в движение поршень и шток. Вместе с этим рычаг с подвижными силовыми контактами движется вверх, замыкая цепь. Чтобы отключить устройство, необходимо прекратить подачу питания на катушку. Пневматический вентиль откроет выпускной клапан и воздух выйдет.

Пневматические контакторы используются для того, чтобы переключать силовые цепи электровоза. Они нужны, чтобы включать резисторы, которые ослабляют возбуждение тяговых двигателей, а также работают как линейные контакторы в электровозах.

Контакторы электромагнитные

Устройства работают на основе электрических магнитов и представляют собой корпус, внутри которого находятся контакты и сердечник. Когда катушка контактора находится под напряжением, образуется магнитное поле. Оно воздействует на сердечник, тот поднимается, и цепь замыкается. В результате в сети появляется напряжение, которое подается на электродвигатель, и он начинает работать. Когда подача напряжения на катушку прекращается, сердечник возвращается в исходное положение под действием пружин. Так происходит размыкание цепи.

Электромагнитные контакторы имеют высокую скорость срабатывания и универсальны. Широко используются в различных электроустановках, включая системы управления двигателями, распределение электроэнергии, промышленную автоматизацию и системы безопасности.

По виду тока

Контакторы постоянного и переменного тока имеют существенные конструктивные различия, поэтому они не являются взаимозаменяемыми.

Контакторы переменного тока имеют от двух до пяти полюсов. Их сердечник по форме напоминает букву Ш и покрыт слоем кремнистой стали для защиты от перегрева. Катушка короткая и широкая, с небольшим количеством витков. Для гашения электрической дуги используются решетки из стальных или латунных пластин.

Контакторы постоянного тока, напротив, чаще всего одно- или двухполюсные. Их сердечник имеет П-образную форму, а катушка тонкая и длинная, с высоким сопротивлением. Если контактор предназначен для работы с сильными токами, более 250 А, в нем может быть несколько последовательно соединенных катушек. Для гашения дуги в контакторах постоянного тока используется генерация поперечного магнитного поля в камере с продольными щелями. Остаточная намагниченность снимается с помощью диода свободного хода после обесточивания катушки.

Контактор переменного тока характеризуется более высоким пусковым током по сравнению с контактором постоянного тока, но его максимальная рабочая частота значительно ниже, чем у контактора постоянного тока.

Контакторы постоянного тока можно активировать каждые два часа или даже чаще, в то время как контакторы переменного тока имеют ограниченное количество циклов срабатывания.

По полюсности

Контакторы классифицируются по числу полюсов, что определяет их способность управлять различными типами электрических нагрузок.

Однополюсные контакторы предназначены для управления однофазными нагрузками и обычно используются в бытовых и небольших промышленных системах, где требуется включение и выключение одного электрического устройства.

Двухполюсные контакторы имеют два набора контактов и применяются для управления двумя фазами трехфазной нагрузки или для обеспечения реверсивного управления электродвигателями.

Трехполюсные контакторы наиболее распространены и позволяют управлять всеми тремя фазами трехфазной нагрузки. Они широко применяются для запуска и остановки трехфазных электродвигателей, а также для переключения между различными режимами работы электрооборудования.

Четырех- и пятиполюсные контакторы используются в специфических случаях, когда требуется коммутация трехфазных цепей с нейтральным проводом, управление несколькими отдельными цепями или для реализации сложных схем управления.

Применение контакторов

Управление электродвигателями. Контакторы широко используются для управления электродвигателями в различных системах, включая транспорт, энергетику и промышленность. Они позволяют включать и отключать двигатели, регулировать их скорость и направление вращения. Контакторы обеспечивают надежное и безопасное управление двигателями, защищая их от перегрузок и коротких замыканий.

Распределение электроэнергии. Контакторы играют ключевую роль в системах распределения электроэнергии, обеспечивая безопасное включение и отключение нагрузки. Они используются в распределительных щитах, автоматических выключателях и других устройствах для управления питанием различных электроприборов и оборудования. Контакторы могут переключать большие токи и обеспечивают защиту от перегрузок, коротких замыканий и других неисправностей.

Автоматизация процессов. Контакторы являются неотъемлемой частью систем автоматизации, позволяя управлять различными устройствами и процессами. Контакторы могут включать и отключать оборудование, управлять клапанами, датчиками, исполнительными механизмами и другими компонентами автоматизированных систем.

Отличие контактора от пускателя и реле

Контактор — это устройство для коммутации, имеющее электромагнитную катушку и силовые контакты.

Пускатель — это усовершенствованный контактор. Содержит совокупность устройств, которая может включать в себя один или несколько контакторов с дополнительными контактами и блокировками, а также цепи защиты, коммутации и индикации. Основные функции магнитных пускателей совпадают с функциями контакторов: включение и выключение оборудования, работа с электрическими силовыми цепями. Кроме того, магнитные пускатели могут запускать двигатель, изменять направление тока и останавливать трёхфазный асинхронный двигатель. Для расширения функциональных возможностей устройства можно дополнить тепловым реле или дополнительными контактами.

Отличие контактора от реле

Контакторы предназначены для управления работой мощных потребителей, особенно тех, которым необходим большой пусковой ток, создающий высокую индуктивную нагрузку на контакты. Они обладают подвижными контактами, рассчитанные на высокую частоту коммутации и дугогасительными камерами для нейтрализации искрения контактов.

Реле используются для управления слаботочными вторичными электрическими цепями, такими как системы освещения и сигнализации, где малая индуктивность не вызывает образование электрической дуги на контактах. Если дуговой разряд все же возникнет, это может привести к физическому повреждению контактов, что, в свою очередь, может вызвать потерю функциональности устройства и другие негативные последствия, вплоть до короткого замыкания или выхода из строя конечного оборудования.

Маркировка контакторов и система обозначений

В общем случае, требования для контакторов представлены в ГОСТ Р 50030.4.1 «Аппаратура распределения и управления низковольтная. Электромеханические контакторы и пускатели». Кроме того, требования к устройствам перечислены в международных и европейских стандартах IEC 445, IEC 60947-1, EN 50005, EN 50012, что в значительной степени актуально для импортной продукции.

Система обозначений на корпусе контактора на примере продукции компании IEK КМИ-46512:

Расшифровка обозначений на корпусе контактора

Маркировка контактора

Категория применения: АС-1 (неиндуктивные или слабоиндуктивные нагрузки, печи сопротивления), АС-3 (Двигатели с короткозамкнутым ротором: пуск, отключение без предварительной остановки);
Условный тепловой ток I_th при АС-1: 80А;
Номинальный рабочий ток I_e при АС-3: 65А;
Номинальная мощность при напряжении 230/400/660В при AC-3: 18.5/30/37кВт;
Частота переменного тока: 50Гц;
Обозначений выводов на электрической схеме: верхние выводы (вход): L = Load (нагрузка), нижние (выход): T = transmission (передача); блок-контакты: 13, 14 НО (нормально открытые), 21, 22 НЗ (нормально закрытые).