На всех этапах производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии практически во всех отраслях народного хозяйства важную роль играют электрические аппараты. Электрические аппараты (контакторы, пускатели, реле, электромагниты) входят в состав автоматических, полуавтоматических и ручных систем управления электроэнергетическими установками, электроприводами, устройствами электрического освещения, электротехнологическими установками и т. д. Их применяют для управления пуском, регулирования частоты вращения и осуществления электрического торможения электродвигателей. С помощью электрических аппаратов производится регулирование токов и напряжений генераторов. Они осуществляют функции контроля и защиты установок, потребляющих электроэнергию.
Таким образом, использование электромеханических устройств позволяет управлять по заданной программе работой электрических и неэлектрических объектов, а также защищать эти объекты от нежелательных режимов — перегрузок, перенапряжений, недопустимо больших токов и т. д.
Многие электрические аппараты предназначаются для выполнения какой-либо одной функции в системе управления или защиты, однако имеются и многофункциональные аппараты. Работа электромеханических устройств в системах автоматики основывается на ряде физических явлений: взаимодействии ферромагнитных тел в магнитном поле, силовом взаимодействии проводника с током и магнитного поля, возникновении ЭДС в катушках и вихревых токов в массивных телах из электропроводящего материала при появлении переменного магнитного поля, тепловом действии электрического тока и др.
Основными частями электрических аппаратов являются
- электрические контакты (неподвижные и подвижные, главные и вспомогательные),
- механический или электромагнитный привод контактной группы (приведение в соприкосновение и прижатие подвижных и неподвижных контактов),
- рукоятки (кнопки) управления и рабочие обмотки. Электрический аппарат срабатывает, т. е. осуществляет замыкание и размыкание контактов или соединение подвижной и неподвижной частей электромагнитного механизма, под воздействием:
1) обслуживающего персонала, нажимающего на рукоятки (кнопки) управления; в этом случае аппарат называют ручным или полуавтоматическим ; 2) электрических величин, характеризующих работу контролируемого (управляемого) объекта, изменяющих ток или напряжение на рабочих обмотках; в этом случае аппарат называют автоматическим.
В зависимости от функций, которые должен обеспечить аппарат, к нему могут предъявляться различные требования, но главными требованиями являются надежность и точность работы: надежность соединения контактов, малое электрическое сопротивление в месте соединения контактов, точность зависимости момента срабатывания от значения управляющего тока или напряжения.
По назначению различают следующие электрические аппараты
1) коммутационые (разъединители, выключатели, переключатели); 2) защитные, основным назначением которых является защита электрических цепей от недопустимо больших токов, перенапряжений, снижения напряжения и х д. (предохранители, реле защиты); 3) пускорегулирующие, предназначенные для управления электроприводами и другими промышленными потребителями электроэнергии (контакторы, пускатели, реле управления); 4) контролирующие и регулирующие, предназначенные для контроля и поддержания в заданном диапазоне основных параметров процесса (датчики и реле); 5) электромагниты (силовые), служащие для удерживания или перемещения объектов в производственном либо управленческом процессе. В данной главе рассматриваются электрические аппараты (реле, пускатели, контакторы и электромагниты) и некоторые схемы управления и регулирования, использующие электромеханические устройства. Прежде всего, рассмотрим особенности работы электрических контактов и работу электромагнитного механизма — привода контактной группы электрических аппаратов.