Пускатели

Пускатели: устройство, принцип действия, классификация и применение

Пускатель (магнитный пускатель) – это низковольтное электромагнитное комбинированное устройство распределения и управления, предназначенное для дистанционного пуска, остановки и защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. В базовом исполнении он выполняет функции коммутации силовой цепи и обеспечения нулевой защиты. Более сложные конфигурации, включающие в себя дополнительное оборудование, часто называют некомплектными устройствами управления (НКУ) в виде сборок на основе пускателей.

Устройство и принцип действия

Конструктивно магнитный пускатель состоит из двух основных частей, смонтированных на общем основании или внутри общего корпуса:

Контактор (электромагнитная часть): Включает в себя магнитную систему, состоящую из подвижного (якорь) и неподвижного (сердечник) элементов, возвратной пружины, катушки управления и силовых контактов. Магнитная система чаще всего имеет Ш-образную форму. Силовые контакты, через которые протекает ток нагрузки, могут быть нормально разомкнутыми (замыкаются при срабатывании) для питания двигателя и нормально замкнутыми (размыкаются при срабатывании) для цепей динамического торможения или переключения обмоток.
Тепловое реле перегрузки (защитная часть): Не является обязательным элементом самого пускателя, но в типовой комплектации присутствует практически всегда. Предназначено для защиты электродвигателя от длительных токовых перегрузок, недопустимых по нагреву. Срабатывает с выдержкой времени, обратно зависящей от тока (инерционная характеристика).

При подаче напряжения на катушку управления (например, нажатием кнопки «Пуск») в магнитной системе возникает электромагнитное поле, которое притягивает якорь к сердечнику. Подвижная контактная система, связанная с якорем, замыкает силовые контакты, подавая напряжение на электродвигатель. Одновременно замыкается вспомогательный блок-контакт, который шунтирует кнопку «Пуск», обеспечивая самоподхват (самопитание) катушки после отпускания кнопки. При снятии напряжения с катушки (кнопкой «Стоп» или иным способом) электромагнитное поле исчезает, возвратная пружина размыкает силовые контакты, отключая двигатель.

Классификация и основные характеристики

Пускатели классифицируются по ряду ключевых параметров, определяющих область их применения.

1. По величине (номинальному току)

Основной параметр, определяющий размер и коммутационную способность. Существует стандартизированный ряд значений. Пускатели условно делятся на величины (размеры), каждому из которых соответствует диапазон номинальных токов.

Величина 00: до 6.3 А
Величина 0: до 9 А, 12 А
Величина 1: до 16 А, 25 А
Величина 2: до 32 А, 40 А
Величина 3: до 50 А, 63 А
Величина 4: до 80 А, 125 А
Величина 5: от 160 А и выше

2. По назначению и конструкции

Нереверсивный пускатель (прямого пуска): Базовый тип, содержит один контактор. Обеспечивает включение двигателя на прямое вращение.
Реверсивный пускатель: Состоит из двух механически или электрически сблокированных контакторов, собранных на общей раме или в общем корпусе. При включении одного контактора фазы питания двигателя подаются в порядке L1-L2-L3, при включении другого – две фазы меняются местами (например, L1-L3-L2), что вызывает изменение направления вращения ротора. Механическая блокировка предотвращает одновременное включение обоих контакторов, что привело бы к междуфазному короткому замыканию.
Открытого исполнения (распределительный): Предназначен для монтажа в защищенных шкафах, панелях, где исключено случайное прикосновение к токоведущим частям и попадание пыли, влаги.
Защищенного исполнения (в корпусе): Имеет пластиковый или металлический корпус с крышкой, защищающий от попадания капель воды и посторонних предметов. Часто оснащается кнопками управления на крышке.
Пускатель со встроенной защитой от короткого замыкания: В последних поколениях устройств (например, «умные» пускатели) может интегрироваться электронный расцепитель, обеспечивающий как защиту от перегрузки, так и мгновенную отсечку при КЗ, заменяя собой отдельный автоматический выключатель.

3. По наличию и типу дополнительных контактов

Вспомогательные контакты используются в цепях управления, сигнализации и блокировки. Они могут быть:

Нормально разомкнутые (НО, NO): Замыкаются при включении пускателя.
Нормально замкнутые (НЗ, NC): Размыкаются при включении пускателя.
Сменные/добавочные: Контакты, которые можно добавлять к базовой конструкции или менять их тип (НО/НЗ).

4. По напряжению катушки управления

Катушка может быть рассчитана на различные уровни напряжения цепей управления: переменного тока (AC) – 12, 24, 36, 48, 110, 127, 220, 380 В; постоянного тока (DC) – 12, 24, 48, 110 В и др. Выбор зависит от схемы управления.

Тепловые реле перегрузки (ТРП)

Тепловое реле – ключевой элемент защиты двигателя. Его работа основана на принципе дифференциального расширения биметаллических пластин, нагреваемых током нагрузки. При длительном превышении тока уставки пластина изгибается и воздействует на механизм расцепителя, который размыкает нормально замкнутый контакт в цепи катушки пускателя, вызывая его отключение.

Основные настраиваемые параметры ТРП:

Номинальный ток реле (Iн): Диапазон, в котором работает реле (например, 16-25А).
Уставка тока срабатывания Регулируется в пределах номинального диапазона и должна соответствовать номинальному току защищаемого электродвигателя (Iдв).
Независимая характеристика времени срабатывания: Зависит от кратности перегрузки. Типовая характеристика: при токе 1.05Iн не срабатывает бесконечно долго; при 1.2Iн – срабатывает в течение 20 мин (для «холодного» состояния); при 7-10*Iн – срабатывает за 2-10 сек.
Класс выдержки времени: Определяет время срабатывания при 7.2*Iн. Класс 10А – 2-10 сек, класс 20А – 4-20 сек. Важен для двигателей с тяжелыми условиями пуска.

Реле имеют кнопку возврата в исходное состояние (ручной или автоматический после остывания) и орган для проверки работоспособности (тестовая кнопка).

Схемы управления на основе магнитных пускателей

Базовая схема нереверсивного пуска с самоподхватом

Наиболее распространенная схема. Цепь управления питается через нормально замкнутые контакты кнопки «Стоп», теплового реле (95-96) и последовательно включенную кнопку «Пуск». При нажатии «Пуск» напряжение подается на катушку КМ, пускатель срабатывает, замыкая силовые контакты КМ1 и блок-контакт КМ2 в цепи управления. Блок-контакт КМ2 шунтирует кнопку «Пуск», удерживая цепь катушки замкнутой после ее отпускания. При нажатии «Стоп» цепь разрывается, катушка теряет питание, двигатель отключается. При срабатывании ТРП контакт 95-96 размыкается, что также приводит к остановке.

Схема реверсивного пуска

Использует два пускателя (КМ1 – «Вперед», КМ2 – «Назад»). Силовые цепи собраны так, что контакты пускателя КМ2 меняют местами две фазы (например, L1 и L3) относительно схемы КМ1. Цепи управления содержат:

Кнопочный пост с тремя кнопками: «Стоп» (общая), «Вперед», «Назад».
Электрическую блокировку через нормально замкнутые блок-контакты: блок-контакт КМ1.2 разрывает цепь катушки КМ2 при включенном КМ1, и наоборот, КМ2.2 разрывает цепь КМ1. Это предотвращает одновременное включение.
Часто дополняется механической блокировкой между якорями контакторов.
Самоподхват реализован через нормально разомкнутые блок-контакты КМ1.1 и КМ2.1.

Переключение направления возможно только после полной остановки двигателя кнопкой «Стоп».

Выбор пускателя

Выбор осуществляется на основе следующих критериев:

Номинальный ток и мощность двигателя: Номинальный ток пускателя (Iн.п) должен быть равен или превышать номинальный ток защищаемого электродвигателя (Iн.дв), работающего в продолжительном режиме (S1). Для тяжелых условий пуска (частые включения, длительный пуск) выбирается величина на ступень выше.
Пример: Для двигателя 5.5 кВт, 380В, Iн.дв ≈ 11А, подходит пускатель величины 1 с Iн=16А.
Напряжение и род тока главной цепи и цепи управления: Должны соответствовать параметрам сети.
Условия эксплуатации и степень защиты (IP): Для установки в шкаф – IP00, IP20; для монтажа в цеху на стене – IP40, IP54, IP65.
Необходимость реверса: Определяет выбор нереверсивного или реверсивного пускателя.
Количество и тип вспомогательных контактов: Должно быть достаточно для реализации схемы управления и сигнализации.
Настройка теплового реле: Диапазон регулировки тока уставки ТРП должен включать в себя номинальный ток двигателя.
Категория применения (AC-3, AC-4):
- AC-3: Пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором, отключение вращающихся двигателей. Типичный режим для вентиляторов, насосов.
- AC-4: Пуск, торможение противовключением, толчковый режим. Более тяжелые условия, коммутационная способность ниже. Для кранов, лебедок.

Сравнительная таблица: Контактор vs Магнитный пускатель

Параметр	Контактор	Магнитный пускатель
Основное назначение	Коммутация силовых электрических цепей (двигатели, освещение, ТЭНы, конденсаторные батареи).	Комплексное управление и защита трехфазных асинхронных электродвигателей.
Конструкция	Обычно только электромагнитный механизм с силовыми и вспомогательными контактами.	Контактор + встроенное или навесное тепловое реле перегрузки. Часто имеет корпус.
Защита двигателя	Не обеспечивает (требует внешнего ТРП или электронного реле).	Обеспечивает защиту от перегрузок штатным тепловым реле.
Корпус	Чаще открытое исполнение для монтажа в щитах.	Может быть как открытым, так и в защищенном корпусе с кнопками.
Применение	Широкое, в различных силовых цепях.	Специализированно для пуска электродвигателей.

Современные тенденции и электронные решения

Традиционные электромеханические пускатели дополняются и вытесняются более совершенными устройствами:

Пускатели плавного пуска (софтстартеры): Обеспечивают ограничение пускового тока и момента за счет плавного нарастания напряжения на обмотках двигателя. Увеличивают срок службы механизмов.
«Умные» пускатели с электронной защитой: Вместо биметаллического ТРП используют микропроцессорные блоки, обеспечивающие точную защиту от перегрузки, обрыва фазы, дисбаланса токов, заклинивания ротора. Имеют цифровые интерфейсы для связи с АСУ ТП.
Гибридные устройства: Комбинация электромеханического контактора с симисторной схемой для безударной коммутации.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается магнитный пускатель от контактора?

Магнитный пускатель – это комплексное устройство на базе контактора, дополненное тепловым реле для защиты двигателя от перегрузки и часто размещенное в корпусе. Контактор – это базовый коммутационный аппарат без средств защиты. Пускатель можно рассматривать как специализированный вариант контактора для управления двигателями.

Как правильно выбрать тепловое реле для двигателя?

1. Номинальный ток реле должен быть равен или немного превышать номинальный ток двигателя (указан на шильдике). 2. Диапазон регулировки уставки реле должен включать этот ток. 3. Установить регулятор уставки на значение, соответствующее Iн.дв. 4. Учесть класс выдержки времени (10 или 20) в зависимости от продолжительности и частоты пусков.

Почему двигатель отключается тепловым реле сразу после пуска, хотя ток в норме?

Вероятные причины: 1. Неправильная уставка ТРП (занижена). 2. Неправильно выбран класс выдержки времени (например, класс 10А для двигателя с длительным пуском). 3. Неисправность реле или механический износ биметаллической пластины. 4. Обрыв одной из фаз (двигатель работает на двух фазах, ток в оставшихся фазах резко возрастает).

Что такое самоподхват (самопитание) и зачем он нужен?

Самоподхват – это замыкание вспомогательного нормально разомкнутого контакта пускателя параллельно кнопке «Пуск» после срабатывания аппарата. Он необходим, чтобы оператору не нужно было удерживать кнопку «Пуск» все время работы двигателя. Цепь катушки питания остается замкнутой через этот блок-контакт до момента подачи сигнала «Стоп».

Можно ли использовать пускатель для коммутации цепей освещения или нагревателей?

Да, можно. При этом тепловое реле, как правило, не используется (его контакты в цепи управления необходимо замкнуть перемычкой) или выбирается пускатель в варианте без реле. Важно, чтобы номинальный ток контактов пускателя соответствовал току нагрузки. Для активной нагрузки (ТЭНы, лампы) категория применения обычно AC-1.

Как осуществляется защита от самопроизвольного включения (нулевая защита)?

Нулевая защита обеспечивается самой схемой управления с самоподхватом. При исчезновении напряжения в сети (даже кратковременном) катушка пускателя теряет питание, аппарат отключается. При восстановлении напряжения он не включится самостоятельно, так как цепь самоподхвата разомкнута. Для запуска требуется повторное нажатие кнопки «Пуск». Это предотвращает неожиданный пуск оборудования и аварии.

Что важнее при выборе: номинальный ток или категория применения?

Оба параметра критически важны. Сначала выбирается аппарат по номинальному току, соответствующему току двигателя. Затем проверяется его коммутационная способность и износостойкость для требуемой категории применения (AC-3 или AC-4). Для одной и той же величины пускателя допустимый ток для категории AC-4 может быть в 2-3 раза ниже, чем для AC-3.