Контактор змінного струму відрізняється від контактора постійного струму числом головних контактів і шихтованої (набраної з окремих ізольованих пластин стали) магнітною системою електромагніта.
Розріз по магнітній і контактній системах одного полюса триполюсного контактора змінного струму з якорем клапанного типу показаний на рис. 9.4, а. Котушка електромагніта контактора живиться однофазним струмом, внаслідок чого магнітний потік у магнітній системі контактора періодично протікає через нуль. Ця обставина викликає вібрацію і гудіння магнітної системи, яка живиться однофазним струмом. Для послаблення цих явищ на торці осердя контактора змінного струму закладається мідний короткозамкнений виток, який охоплює звичайно біля 1/3 площі його перетину (рис. 9.4, б). У моменти, коли основний магнітний потік Ф осердя проходить через нуль, швидкість зміни цього потоку максимальна і тому в короткозамкненому витку наводиться максимальна ЕРС, як у вторинній обмотці трансформатора. Через виток протікає струм, який створює магнітний потік Фв, який замикається через осердя і якір та заважає відпаданню останнього при переході основного потоку через нуль.
Для гасіння дуги в контакторах змінного струму застосовуються дугогасні камери, аналогічні дугогасним камерам контакторів постійного струму.
Всі контактори постійного і змінного струмів повинні надійно працювати при коливаннях напруги мережі від 85 до 105 %.
Контактор у поєднанні з захисними тепловими реле називається пускачем. Магнітний пускач — це комплексний комутаційний апарат, призначений для пуску, відключення і захисту двигунів від перевантаження без виведення або введення в їхні силові кола резисторів. Нереверсивний пускач складається з одного, а реверсивний — з 2 триполюсних контакторів і 2 однополюсних теплових реле (або одного двополюсного), змонтованих на загальній основі в загальній захисній оболонці. Щоб усунути одночасне вмикання контакторів реверсивного магнітного пускача, у їхні рухомі системи вбудовують механічне блокування (рис. 9.5). Рухома частина 1 верхнього контактора при спрацюванні переміщується ліворуч і важелем 2 відтягає рухому частину 3 нижнього контактора праворуч. У випадку подачі напруги на котушку нижнього контактора якір електромагніта не рушає з місця тому, що сила утримання рухомої системи верхнього контактора більше початкової сили нижнього електромагніта, який має великий зазор між якорем і осердям. Тому що при великому зазорі магнітної системи через малий індуктивний опір у котушці протікає струм, який у 8 – 15 разів перевищує робочий, то для того, щоб котушка не перегрівалася, зазор повинен бути мінімальним.
Реле — слабострумний апарат, який застосовується для дистанційного і автоматичного керування контакторами і пускачами. За конструктивним виконанням реле поділяються на контактні та безконтактні, а за призначенням — на реле керування і захисту.
Електричне контактне реле — у більшості випадків проміжний елемент у системі автоматичного керування, який здійснює замикання або розмикання одного або декількох електричних кіл. У реле при плавній або стрибкоподібній зміні вхідної (керуючої) величини (електричної, теплової тощо) відбувається стрибкоподібне замикання контактів, тобто стрибкоподібна зміна вихідної (керованої) величини.
В електроприводі реле керування призначається для керування пуском, розгоном або гальмуванням двигуна, контролю та підтримки значення струму в колі або напруги, а також введення в систему керування сигналів на зміну режимів роботи установки. Реле захисту служать для захисту від ушкоджень апаратів, двигунів і механічних вузлів електропривода в ненормальному режимі роботи шляхом подачі команд на відключення або сигналізацію.
Деякі типи реле (струму, напруги) використовуються як для керування, так і для захисту.
З усього різноманіття типів і конструкцій реле розглянемо ті, які найбільш часто застосовуються для керування електроприводом.
Р еле часу служать для створення витримки часу між спрацьовуванням двох або декількох апаратів. Витримка часу в цих реле може здійснюватися при командах як на спрацьовування, так і на відключення.
В електроприводі для створення невеликих витримок часу (до 5 — 10 с) найбільше розповсюдження отримали реле часу з електромагнітним уповільненням. Реле приводиться в дію тільки постійним струмом. У колах змінного струму для використання цього реле встановлюють випрямлячі. Витримка часу реле створюється після зняття напруги або струму з котушки керування за рахунок уповільненого падіння залишкового магнітного потоку в магнітній системі.
Для подачі команд, затриманих у часі, служать також інші конструкції реле:
пневматичне реле часу, у якого витримка часу виходить за рахунок повільного натікання повітря в камеру з регульованим перетином отвору;
реле часу з годинниковим механізмом, у якого уповільнювач виконаний у виді анкерного механізму годинника;
моторне реле часу, у якому витримки часу до декількох десятків хвилин отримуються за рахунок механізму, який приводиться в дію мікродвигуном;
реле часу напівпровідникове, тиратронне, електронне, у якому використовується принцип уповільненого розряду конденсатора з використанням елементів електронної та напівпровідникової техніки (ламп, транзисторів, тиратронів тощо).
Для одночасної комутації декількох електричних кіл в автоматичних схемах керування використовуються електромагнітні проміжні реле, які вмикаються і відключаються з малою затримкою часу (десяті та соті частки секунди). Схема подібних реле наведена на рис. 9.6. Вони працюють з великим числом вмикань за годину, тому несправності електромагнітів і контактів стають найбільш частими причинами відмов у роботі. Для підвищення надійності та зносостійкості розроблені конструкції реле з магнітокерованими герметизованими контактами (герконами). Зносостійкість герконів досягає десятків і сотень мільйонів спрацьовувань. Геркони здатні здійснювати комутацію струмів до 5 А при напрузі до 200 В.
На рис. 9.7, а зображений найпростіший геркон із вмикальним контактом, який поміщений у герметизировану колбу або капсулу 1. У нормальному стані, тобто при відсутності зовнішніх впливів, контакт розімкнений або замкнений. Якщо контакт помістити в магнітне поле, яке створене постійним магнітом або котушкою зі струмом, то контактні пластини 2 зімкнуться (або розімкнуться, якщо вони були замкнені). Геркони поєднуються в конструкції (рис. 9.7, б), які мають єдині зовнішні або внутрішні керуючі котушки 3. При цьому створюються багатоконтактні реле, які керуються одним сигналом струму, що створює магнітний потік Фа. Багатоконтактні реле, що виконані на герконах, дозволяють здійснювати і визначену послідовність спрацьовування контактів за рахунок створення різних магнітних кіл окремих контактів. Це значно розширює їхнє застосування в автоматизації керування електроприводом.
Теплові реле призначені для захисту двигунів від перевантажень. Найбільше розповсюдження отримали теплові реле з біметалічною пластиною. Біметалічна пластина складається з двох пластин, які з'єднані зварюванням, одна з яких має більший температурний коефіцієнт розширення. Якщо нагрівати таку пластину, то вона зігнеться в бік матеріалу з меншим коефіцієнтом розширення. Біметалічний елемент може нагріватися за рахунок теплоти, яку виділяє в пластині струм, що протікає, або спеціальним нагрівачем. Нагрівач вмикається в коло струму двигуна, який захищається. Реле захищає двигун при порівняно невеликих (1,1 — 1,2) Iном, але тривалих перевантаженнях.
Кінематична схема теплового реле зображена на рис. 9.8. Струм двигуна, який захищається, протікає через нагрівальний елемент 1, всередині якого розташована біметалічна пластинка 2, що упирається у верхній кінець пружини 5. Нижній кінець пружини тисне на виступ пластмасового коромисла 6 з рухомим контактом 8 місткового типу.
Доти, поки струм не перевищує допустимого значення (номінального струму двигуна, який захищається), механізм реле залишається в положенні, при якому контактні пластини 7 замкнені містком 8. При протіканні через нагрівальний елемент струму, що перевищує струм уставки, нагрів біметалічної пластини зростає з часом. При досягненні визначеної температури пластини реле спрацьовує і розімкне контакт 7, 8, подавши в схему керування сигнал на відключення двигуна. Правильно обране і відрегульоване теплове реле спрацьовує при перевантаженні двигуна за струмом на 20 % протягом 20 хв. і не буде спрацьовувати при пуску двигуна або короткочасних поштовхах навантаження. Регулювання струму спрацьовування реле здійснюється перестановкою упора 4.
Після охолодження біметалічної пластини (через 1 — 1,5 хв.) реле повертається у вихідне положення або мимовільно, або за допомогою кнопки повернення 9. Регулювання реле на самоповернення або на ручне повернення виконується перестановкою упора 3.
Теплові реле використовуються для захисту не тільки від перевантаження асинхронних двигунів, але і від роботи на двох фазах, для чого у схемах застосовуються два однополюсних реле або одне двополюсне з двома нагрівальними елементами, які вмикаються в дві фази.
Пристрої температурного захисту (рис. 9.9) призначені для безпосереднього контролю за температурою двигунів та їх своєчасного відключення при перегріві. Температура обмоток двигуна М вимірюється за допомогою вбудованих у них терморезисторів. При досягненні визначеної температури терморезистор стрибкоподібно змінює опір, а отже, і стан схеми електронного підсилювача П1, на виході якого увімкнене електромеханічне реле КА1. Реле КА1 відключає контактор, через який отримує живлення двигун або подає команду пристроям розвантаження. Пристрої температурного захисту відключають двигун при роботі на двох фазах тому, що за рахунок підвищеного струму в фазах, які залишилися в роботі, температура двигуна підвищується, що в остаточному підсумку, призводить до спрацювання КА1. При обриві фази пристрій безпосередньо реагує на зміну потенціалу нульової точки обмоток двигуна і подає команду на його відключення.