Контактор

Контактор — это электрический аппарат, предназначенный для дистанционного включения и отключения силовых электрических цепей под нагрузкой, как правило, в цепях переменного и постоянного тока. Относится к классу коммутационных аппаратов и отличается от автоматических выключателей отсутствием функции защиты от токов короткого замыкания и перегрузки (защита обеспечивается отдельными устройствами, например, предохранителями или тепловыми реле). Контакторы рассчитаны на большое количество циклов включения-отключения (коммутационная износостойкость) и применяются для управления электродвигателями, пусковыми устройствами, трансформаторами, нагревательными приборами и другими мощными потребителями.

История

Первые прообразы контакторов появились в конце XIX века, одновременно с развитием электрического привода. В 1870-х годах для управления электродвигателями использовались рубильники и кулачковые переключатели, которые не обеспечивали дистанционного управления и были неудобны для частых коммутаций. В 1880-х годах, с внедрением промышленных электродвигателей постоянного тока, возникла потребность в аппаратах, способных выдерживать большие пусковые токи и работать в автоматическом режиме. Первые электромагнитные контакторы были разработаны в 1890-х годах, в частности, инженером Чарльзом Протеусом Штейнмецем, который предложил использовать электромагнит для замыкания и размыкания силовых контактов. В России первые контакторы начали производиться в начале XX века на заводах «Электросила» (Санкт-Петербург) и «Динамо» (Москва). Массовое внедрение контакторов связано с электрификацией промышленности в 1920–1930-х годах, когда потребовалось управлять мощными асинхронными двигателями. В СССР контакторы выпускались по стандартам, впоследствии унифицированным в ГОСТ 11206-77 (действующий ГОСТ 11206-93). Современные контакторы представляют собой компактные модульные устройства с электронным управлением, часто интегрированные в системы автоматизации (PLC, SCADA).

Устройство и принцип действия

Основные элементы контактора:

• Электромагнитная система — состоит из катушки (электромагнита) и магнитопровода (сердечника). При подаче напряжения на катушку возникает магнитное поле, притягивающее якорь (подвижную часть магнитопровода).
• Контактная система — включает главные (силовые) контакты, рассчитанные на номинальный ток, и вспомогательные (блок-контакты), используемые для цепей управления, сигнализации или блокировки. Главные контакты обычно имеют дугогасительные камеры для гашения электрической дуги, возникающей при размыкании цепи под нагрузкой.
• Дугогасительное устройство — в контакторах переменного тока применяются дугогасительные камеры с решётками из стальных пластин (деионные решётки), которые дробят и охлаждают дугу. В контакторах постоянного тока используются магнитные дугогасительные камеры, где дуга выдувается магнитным полем.
• Механизм возврата — пружина, возвращающая якорь и контакты в исходное положение при обесточивании катушки.
• Корпус — из изоляционного материала (пластик, керамика), обеспечивающий защиту от прикосновения и механическую прочность.

Принцип действия: при подаче управляющего напряжения на катушку электромагнита якорь притягивается к сердечнику, перемещая подвижные контакты. Они замыкаются с неподвижными контактами, включая силовую цепь. При снятии напряжения пружина возвращает якорь в исходное положение, контакты размыкаются, и цепь отключается. Время срабатывания контактора обычно составляет 10–50 миллисекунд.

Классификация

Контакторы классифицируются по нескольким признакам:

По роду тока

• Контакторы переменного тока — предназначены для работы в цепях переменного тока (обычно 50/60 Гц) напряжением до 1000 В. Наиболее распространены в промышленности (управление асинхронными двигателями, трансформаторами). Имеют дугогасительные камеры с решётками.
• Контакторы постоянного тока — используются в цепях постоянного тока (например, в электротранспорте, металлургии, электролизных установках). Отличаются конструкцией дугогасительных камер (магнитное дутьё) и более мощными контактами, так как дуга постоянного тока гасится сложнее.

По номинальному напряжению

• Низковольтные — до 1000 В (переменный ток) или до 1500 В (постоянный ток). Составляют основную массу выпускаемых контакторов.
• Высоковольтные — на напряжение свыше 1000 В (до 10 кВ и выше). Применяются в распределительных устройствах высокого напряжения (например, для управления мощными электродвигателями 6 кВ, 10 кВ). Конструктивно сложнее, имеют масляные или вакуумные дугогасительные камеры.

По числу полюсов

• Однополюсные — коммутируют один провод (обычно в цепях постоянного тока).
• Двухполюсные — коммутируют два провода (например, в однофазных цепях).
• Трёхполюсные — наиболее распространены для управления трёхфазными асинхронными двигателями.
• Четырёхполюсные — используются в специальных схемах (например, для переключения «звезда-треугольник»).

По способу управления

• Электромагнитные — управляются подачей напряжения на катушку (наиболее распространённый тип).
• Пневматические — управляются сжатым воздухом (применяются во взрывоопасных средах или при больших токах).
• Гидравлические — управляются давлением жидкости (редко, в специальных установках).

По конструктивному исполнению

• Открытые — без защитного кожуха, для установки в шкафах.
• Закрытые — в корпусе с защитой от пыли и влаги (IP54, IP65).
• Взрывозащищённые — для работы в химической, нефтегазовой промышленности.

Основные характеристики

• Номинальное напряжение (Uн) — напряжение, на которое рассчитаны главные контакты (например, 220 В, 380 В, 660 В).
• Номинальный ток (Iн) — ток, который контактор может длительно пропускать без перегрева (например, 10 А, 25 А, 100 А, 630 А).
• Коммутационная износостойкость — количество циклов включения-отключения до выхода из строя контактов (обычно от 1 до 10 миллионов циклов для маломощных контакторов, до 100 тысяч для мощных).
• Механическая износостойкость — количество циклов до механического износа (например, 10–30 миллионов циклов).
• Время срабатывания — время от подачи сигнала до замыкания контактов (обычно 10–50 мс).
• Категория применения — определяет режим работы (например, AC-1 — активная нагрузка, AC-3 — пуск и отключение асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, AC-4 — реверсирование и торможение двигателей). Для контакторов постоянного тока — DC-1, DC-3, DC-5.

Применение

Контакторы широко используются в промышленности, энергетике, на транспорте и в быту:

• Управление электродвигателями — пуск, остановка, реверсирование, переключение обмоток (звезда-треугольник). Составляют основу магнитных пускателей (контактор в сочетании с тепловым реле).
• Управление нагревательными приборами — включение и отключение электрических печей, нагревателей, бойлеров.
• Управление освещением — дистанционное включение мощных осветительных установок (прожекторы, уличное освещение).
• Системы автоматизации — в составе программируемых логических контроллеров (PLC) для управления исполнительными механизмами.
• Электротранспорт — в цепях управления тяговыми двигателями электропоездов, трамваев, троллейбусов (контакторы постоянного тока).
• Энергоснабжение — в распределительных устройствах (РУ) 0,4 кВ для автоматического ввода резерва (АВР), секционирования шин.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Высокая коммутационная износостойкость (до миллионов циклов).
• Дистанционное управление (возможность автоматизации).
• Компактность и относительно низкая стоимость по сравнению с другими коммутационными аппаратами (например, с вакуумными выключателями).
• Возможность работы в широком диапазоне токов и напряжений.

Недостатки:

• Отсутствие встроенной защиты от токов короткого замыкания и перегрузки (требует дополнительных устройств).
• Износ контактов при частых коммутациях (особенно при работе с индуктивной нагрузкой).
• Шум при срабатывании (характерный щелчок).
• Зависимость от напряжения управления (при снижении напряжения катушка может не удерживать якорь, что приводит к вибрации контактов).

Интересные факты

• Первый электромагнитный контактор был запатентован в 1892 году американским изобретателем Элиу Томсоном.
• В СССР контакторы серии КТ-6000 (выпускавшиеся с 1950-х годов) использовались на многих промышленных предприятиях до 2000-х годов.
• В современных контакторах для управления катушкой часто применяются электронные схемы (например, с понижением напряжения после срабатывания), что снижает нагрев и энергопотребление.
• Контакторы могут быть оснащены механическими блокировками, предотвращающими одновременное включение двух контакторов (например, для реверсивных схем).

Источники

• ГОСТ 11206-93 «Контакторы электромагнитные низковольтные. Общие технические условия».
• ГОСТ 12434-93 «Аппараты коммутационные низковольтные. Общие технические условия».
• Шеховцов В. П. «Электрическое и электромеханическое оборудование» — М.: Форум, 2010.
• Кисаримов Р. А. «Электротехника: справочник» — М.: РадиоСофт, 2008.
• Каталоги продукции производителей: Schneider Electric, ABB, Siemens, Legrand, IEK (Россия).