Контакторы и магнитные пускатели являются двухпозиционными электрическими аппаратами, предназначенными для выполнения управляемых коммутаций электрических цепей низкого напряжения до 500 В переменного тока и до 600 В постоянного тока с возможностью удалённого управления их состоянием посредством привода, чаще всего, электромагнитного.

Основными параметрами контактора с учётом ГОСТ 11206-77 и ГОСТ 12434-83 являются:

• номинальный ток главных контактов (In) – ток, который можно пропускать по замкнутым главным контактам в течение 8 ч без коммутаций, причём превышение температуры различных частей контактора не должно быть больше допустимого: 4; 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630 А – стандартный ряд по ГОСТ 11206-77;
• номинальный рабочий ток главных контактов (Ie) – допустимый ток через его главные контакты в конкретных условиях (номинальное рабочее напряжение, род тока, ПВ, категория применения и др.);
• номинальное напряжение коммутируемой цепи – наибольшее напряжение коммутируемой цепи, для работы при котором предназначен контактор: 220 и 440 В (постоянного), 380 и 660 В (переменного);
• номинальное напряжение включающих катушек: 24, 48, 60, 110, 220, 440 В (постоянного); 24, 42, 110, 220, 230, 240, 380, 400, 415, 660 В частотой 50 Гц и 24, 110, 220, 380, 440 В частотой 60 Гц (переменного);
• номинальное напряжение вспомогательных контактов: 24-380 В, 110-380 В, 110-660В;
• категория применения, определяемая характером нагрузки управляемой цепи:
  • на переменном токе: АС-1 (электропечи сопротивления, неиндуктивная или слабоиндуктивная нагрузка), АС-2 (пуск и отключение электродвигателей с фазным ротором, торможение противовключением), АС-3 (прямой пуск электродвигателей с КЗ ротором, отключение вращающихся электродвигателей), АС-4 (пуск электродвигателей с КЗ ротором, отключение неподвижных или медленно вращающихся электродвигателей, торможение противовключением);
  • на постоянном токе: ДС-1 (электропечи сопротивления; неиндуктивная или малоиндуктивная нагрузка), ДС-2 (пуск электродвигателей с параллельным возбуждением и отключение вращающихся двигателей с параллельным возбуждением), ДС- 3 (пуск электродвигателей с параллельным возбуждением, отключение неподвижных или медленно вращающихся электродвигателей, торможение противовключением), ДС-4 (пуск электродвигателей с последовательным возбуждением и отключение вращающихся электродвигателей с последовательным возбуждением), ДС-5 (пуск электродвигателей с последовательным возбуждением, отключение неподвижных или медленно вращающихся двигателей, торможение противовключением);
  • вспомогательные контакты согласно ГОСТ 11206-77 должны коммутировать токи по категориям применения: АС-11 (управление электромагнитами переменного тока) и ДС-11 (управление электромагнитами постоянного тока);
• механическая износостойкость – определяется числом циклом включенияотключения без ремонта и замены основных узлов и деталей контактора: составляет порядка (10 ÷ 20) ·10⁶ операций;
• коммутационная износостойкость – определяется числом включений и отключений цепи с током, по достижении которого требуется замена контактов: составляет (2 ÷ 3) ·10⁶ операций;
• допустимое число включений в час;
• собственное время включения – состоит из времени нарастания потока в электромагните контактора до значения потока трогания и времени движения якоря; это время определяется темпом нарастания магнитного потока;
• собственное время отключения – время с момента обесточивания контактора до момента размыкания его контактов; оно определяется временем спада потока от установившегося значения до потока размыкания.

1. Конструкции контакторов и магнитных пускателей

Основным отличием контакторов от магнитных пускателей является специфика применения последних, в основном, для управления цепями питания электродвигателей, и наличие у них встроенных тепловых реле защиты от токов перегрузки и исчезновения напряжения в какой-либо фазе.

Главные элементы конструкций контакторов разного исполнения представлены на рисунках 2, а, б.

Рисунок 1 – Конструкции контакторов: а – с нижним расположением электромагнита: 1 ‒ подвижные контакты, 2 ‒ неподвижные контакты (мостикового типа), 3 ‒ подвижный якорь электромагнита, 4 ‒ возвратная пружина, 5 ‒ катушка электромагнита, 6 ‒ статичный сердечник электромагнита, 7 ‒ основание с креплением под DIN-рейку; б – с верхним расположением электромагнита: 1 ‒ катушка электромагнита, 2 ‒ подвижный якорь, 3 ‒ неподвижные контакты, 4 ‒ подвижные контакты (мостиковые), 5 ‒ контактная пружина, 6 ‒ возвратная пружина

При подаче тока в обмотку электромагнита происходит втягивание якоря, жёстко связанного с подвижными контактами. После соприкосновения контактов якорь продолжает движение, обеспечивая надёжный вжим контактов под действием сжатия контактной пружины. Во включённом состоянии, когда зазор между якорем и сердечником минимальный, катушкой потребляется ток для создания удерживающего магнитного потока много меньший в сравнении с током при включении ввиду высокой магнитной проводимости зазора.

Особенностью функционирования контакторов и магнитных пускателей является наличие вибрации электромагнитной системы. Главной причиной вибрации является периодическое отпускание и притягивание якоря, объясняемое исчезновением магнитного потока, создаваемого электромагнитом, а с ним и тяговой силы электромагнита при переходе тока катушки через нуль. Для снижения такой вибрации на торцах ярма магнитопровода и якоря размещают короткозамкнутые витки, создающие магнитный поток, отстающий на четверть периода от основного потока и обеспечивающий наличие тягового усилия на якорь при прохождении тока через нуль.

Сильная вибрация возникает при недопустимом снижении напряжения питания катушки электромагнита (ниже 85 %), а также при неисправностях: чрезмерное давление контактов, дефект короткозамкнутого витка, прекос торцов магнитопровода и якоря, заедание якоря, повреждение катушки. Кроме этого, вибрация проявляется при замыкании контактов в результате периодических соударений и отбросов подвижного контакта до уравновешивания силы удара усилием контактной пружины. Частичное демпфирование вибрации при включении выполняют пружины, установленные в основании сердечника электромагнита.

Контакторы и пускатели также содержат вспомогательные нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты на небольшие токи для организации управления и сигнализации в схемах.

На рисунках 3, а, б показаны магнитный пускатель ПАЕ, используемый для дистанционного управления электродвигателями и иными электрическими установками, имеющими мощность от 4 до 75 кВт, и контактор постоянного тока КПВ 604 на токи 100-630 А.

Рисунок 3 – Конструкция пускателя ПАЕ и вид контактора КПВ: а – магнитный пускатель ПАЕ: 1 ‒ демпфирующая пружина, 2 ‒ катушка, 3 ‒ сердечник, 4 ‒ якорь, 5 ‒ возвратная пружина, 6 ‒ неподвижные контакты, 7 ‒ подвижные контакты, 8 ‒ контактная пружина, 9 ‒ основание, 10 ‒ дугогасительная камера, 11 ‒ элемент тепловой защиты; б – контактор КПВ

В схемах управления пуском электродвигателей часто встречаются пускатели с нижним расположением электромагнита серии ПМЕ 211, показанные на рисунках 3, а, б.

Рисунок 4 – Магнитный пускатель ПМЕ 211: а – внешний вид; б – конструкция: 1 ‒ плоская контактная пружина, 2 ‒ главный неподвижный контакт, 3 ‒ главный подвижный контакт (мостиковый), 4 ‒ крышка ДГК, 5,6 ‒ вспомогательные мостиковые подвижный и неподвижный блок-контакты, 7 ‒ контактная пружина, 8 ‒ катушка электромагнита ПМЕ 211 рассчитаны на токи 4, 10, 25 А.

Применение находят контакторы постоянного тока типа МК2-20Б с номинальным током 63 А для дистанционного включения электромагнитных приводов высоковольтных выключателей, и переменного тока серии КТ 6000 на токи 100, 160, 250 А для управления электроприводами, в том числе в металлургических, крановых и других системах с тяжёлым режимом работы. Контакторы изображены на рис. 5, а, б с обозначением основных конструктивных частей.

Широкое применение находят контакторы серии КМ и магнитные пускатели ПМЛ с тепловым реле в едином корпусе (комбинированные пускатели электродвигателей по международному классификатору электротехнических товаров ETIM), изображённые на рисунках 6, а, б.

Рисунок 5 – Контакторы переменного и постоянного тока: а – контактор КТ 6000: 1 ‒ главные контакты в ДГК с продольными щелями, 2 ‒ вспомогательные блок-контакты, 3 ‒ монтажная рамка, 4 ‒ блок электромагнита с якорем; б – контактор МК2-20Б: 5 ‒ часть с валом для перемещения контактов, 6 ‒ токопроводы и контактные пружины главных подвижных контактов, 7 ‒ часть с подшипниками вала; б – контактор МК2-20Б: 1 ‒ главные контакты в ДГК, 2 ‒ узел регулировки тока отпадания (при 220 В не менее 0,15 А), 3 ‒ основание, 4 ‒ контакт катушки, 5 ‒ катушка электромагнита клапанного типа, 6 ‒ клеммы для присоединения цепи к главным контактам

Рисунок 6 – Внешний вид КМ и ПМЛ: а – контактор КМ-103 DEKraft 32А; б – пускатель ПМЛ-2220Д-32А КЭАЗ

Для управления цепями в системах освещения, кондиционирования, вентиляции, и отопления, где требуется обеспечить сравнительно низкие показатели шума при включённом состоянии (жилые, офисные и торговые здания, гостиницы, и др.), компактность сборки, малое энергопотребление катушки, используются модульные контакторы, крепящиеся на DIN-рейку.

На рисунках 6 а‒в показаны модульные контакторы: EKF КМ-20 с двумя нормально разомкнутыми контактами на один модуль (а), ABB ESB-24-31 c четырьмя нормально разомкнутыми контактами на два модуля (б), КЭАЗ OptiDin МК63 с двумя нормально разомкнутыми и двумя нормально замкнутыми контактами на три модуля (в).

Рисунок 6 – Внешний вид и обозначение контактов модульных контакторов: а – EKF КМ-20; б – ABB ESB-24-31; в – КЭАЗ OptiDin МК63

Габариты контакторов (количество занимаемых модулей) определяются количеством главных контактов и наличием вспомогательных.

2. Условия выбора контакторов и магнитных пускателей

Выбор рассматриваемых аппаратов производится проверкой на соответствие по следующим условиям:

• по номинальному напряжению аппарата и сети: Uном.апп ≥ Uном.сети ;
• по номинальному току: Iном.апп ≥ Iном.сети ;
• по количеству необходимых главных и вспомогательных контактов;
• по способности к работе в заданных категориях применения: для отдельных категорий (АС-1…4, ДС-1…5) установлены кратности к рабочим токам ( Iном.р ) (в прерывисто-продолжительном, продолжительном, повторнократковременном и кратковременном режимах работы при характерных условиях применения (номинальное рабочее напряжение, род тока, ПВ, категория применения и др.) такие токи должны быть установлены изготовителем), при которых аппарат должен работать на включение и отключение, и сравниваемые с наибольшими токами цепи в нормальном режиме эксплуатации; например, при выборе аппаратов для управления электродвигателями в категориях АС-3 и АС-4 при Iном.р > 17 проверяются  условия: нормальные коммутации 6Iном.р > Iпуск.дв , редкие коммутации(см. п. 2.10, 2.14 ГОСТ 11206-77);
• по допустимой частоте включений в час (по ГОСТ 11206-77): классы аппаратов 0,3; 1; 3; 10; 30, соответствуют частоте включений в 1 ч (не более) 30, 120, 300, 1 200, 3 000.

Технические характеристики ряда контакторов и магнитных пускателей приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Параметры контакторов и магнитных пускателей