Пускатели для асинхронных двигателей

Пускатели для асинхронных двигателей: устройство, принцип действия, классификация и выбор

Пускатель (магнитный пускатель) – это низковольтный электромагнитный коммутационный аппарат, предназначенный для дистанционного пуска, остановки и защиты асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Он является ключевым элементом в системах управления электроприводом, обеспечивая безопасную и надежную работу оборудования. Функционально пускатель объединяет в себе силовую часть (контактор) и систему защиты (тепловые реле), а также может включать в себя дополнительные контакты, цепи управления и элементы индикации.

Устройство и принцип действия магнитного пускателя

Конструктивно магнитный пускатель состоит из следующих основных компонентов:

• Магнитная система (электромагнит): Включает в себя неподвижную часть (сердечник с катушкой) и подвижную часть (якорь). Катушка рассчитана на определенное напряжение управления (переменного или постоянного тока).
• Система главных контактов: Подвижные контакты механически связаны с якорем электромагнита. Они предназначены для коммутации силовой цепи двигателя (основной ток нагрузки). Имеют дугогасительные камеры для гашения электрической дуги.
• Система вспомогательных контактов (блок-контакты): Используются в цепях управления для реализации самоподхвата, блокировок, сигнализации. Могут быть нормально-разомкнутыми (NO) и нормально-замкнутыми (NC).
• Тепловое реле перегрузки: Защищает двигатель от длительных токовых перегрузок, недопустимых для его изоляции. Основной элемент – биметаллическая пластина, которая при нагреве током нагрузки изгибается и через механическую защелку воздействует на размыкающий контакт в цепи управления.
• Корпус: Обычно изготавливается из диэлектрических материалов, обеспечивает защиту от случайного прикосновения и может иметь степень защиты IP.

Принцип действия: При подаче напряжения на катушку управления возникает магнитный поток, который притягивает якорь к сердечнику. Якорь, перемещаясь, замыкает главные силовые контакты, подавая напряжение на двигатель, и переключает вспомогательные контакты. После снятия напряжения с катушки возвратная пружина возвращает якорь в исходное положение, размыкая контакты и отключая двигатель.

Классификация и типы пускателей

Пускатели классифицируются по ряду ключевых параметров:

1. По величине и назначению (ГОСТ Р 50030.4.1):

• Пускатели (контакторы) 0-й величины: До 6.3 А. Для управления маломощными двигателями, катушками, нагревателями.
• Пускатели 1-й величины: До 12 А (до 4 кВт при 380В).
• Пускатели 2-й величины: До 25 А (до 11 кВт).
• Пускатели 3-й величины: До 40 А (до 18.5 кВт).
• Пускатели 4-й величины: До 63 А (до 30 кВт).
• Пускатели 5-й величины: До 100 А (до 55 кВт).
• Пускатели 6-й величины: До 160 А (до 90 кВт).
• Пускатели 7-й величины и выше: Для особо мощных двигателей.

2. По типу коммутируемой нагрузки:

• Нереверсивные пускатели: Обеспечивают только прямое включение двигателя.
• Реверсивные пускатели: Состоят из двух взаимно блокированных контакторов, механически и электрически, что позволяет менять порядок чередования фаз на двигателе для реверса. Механическая блокировка предотвращает одновременное включение обоих контакторов.

3. По наличию и месту установки защиты:

• Открытое исполнение (на DIN-рейку или панель): Для монтажа в закрытых шкафах управления.
• Защищенное исполнение (в корпусе): С кнопками «Пуск», «Стоп» и индикацией на крышке.
• Взрывозащищенное исполнение: Для работы во взрывоопасных зонах.

4. По напряжению катушки управления:

Переменный ток: 12В, 24В, 36В, 110В, 230В, 380В, 415В. Постоянный ток: 12В, 24В, 48В, 110В, 220В.

Схемы управления асинхронным двигателем с помощью пускателей

Нереверсивная схема с самоподхватом

Базовая схема. Цепь управления включает в себя кнопку «Стоп» (NC), кнопку «Пуск» (NO), катушку пускателя KM1 и нормально-разомкнутый блок-контакт KM1.1, включенный параллельно кнопке «Пуск». При нажатии «Пуск» напряжение подается на катушку, главные контакты замыкаются, двигатель запускается. Одновременно замыкается блок-контакт KM1.1, который шунтирует кнопку «Пуск». Теперь при ее отпускании цепь катушки остается замкнутой – это «самоподхват». Остановка осуществляется нажатием «Стоп», разрывающего цепь катушки.

Реверсивная схема

Использует два пускателя (KM1 – «Вперед», KM2 – «Назад»). Силовые цепи подключены так, что пускатели меняют местами две фазы (например, L1 и L3). Цепи управления включают взаимную электрическую блокировку через нормально-замкнутые блок-контакты: KM1.2 в цепи катушки KM2 и KM2.2 в цепи катушки KM1. Это исключает возможность одновременного включения, которое привело бы к межфазному короткому замыканию. Дополнительно обязательна механическая блокировка.

Защитные функции пускателей

• Защита от перегрузок: Осуществляется тепловым реле (обозначается KK, F или FR). При длительном превышении тока уставки (обычно 1.05-1.2 Iн) биметаллическая пластина срабатывает и размыкает свой контакт в цепи управления катушки пускателя. Реле требует ручного взвода после остывания (кнопка Reset).
• Защита от обрыва фазы: Современные тепловые реле или электронные блоки защиты обеспечивают срабатывание при перекосе фаз или обрыве одной из них, так как ток в оставшихся фазах резко возрастает.
• Нулевая защита (защита от самозапуска): При исчезновении напряжения в сети катушка пускателя отпускает, размыкая силовую цепь. При восстановлении напряжения двигатель не запустится самопроизвольно, что обеспечивает безопасность персонала. Для возобновления работы требуется повторное нажатие кнопки «Пуск».

Выбор пускателя для асинхронного двигателя

Выбор осуществляется по следующим основным критериям:

Таблица выбора пускателя по мощности двигателя (приблизительные значения, 380В, 50Гц)

Номинальный ток пускателя, А	Мощность двигателя, кВт	Пример величины пускателя
9	4.0	1
12	5.5	1
16	7.5	2
25	11	3
32	15	3
40	18.5	3
63	30	4
80	37	5
100	45-55	5

1. Номинальный ток и мощность: Номинальный ток пускателя (Iн) должен быть равен или превышать рабочий ток двигателя (Iдв) в данном режиме работы (S1, S2 и т.д.). Iдв определяется по паспортной мощности двигателя, напряжению и cos φ.
2. Напряжение главной цепи и цепи управления: Должны соответствовать напряжению сети и системе управления.
3. Условия эксплуатации: Степень защиты IP, климатическое исполнение, категория применения (AC-3 для прямого пуска двигателя с короткозамкнутым ротором, AC-4 для частых пусков, торможений, реверсов).
4. Наличие реверса: Выбор реверсивной или нереверсивной схемы.
5. Тип и настройка теплового реле: Диапазон регулировки тока уставки реле должен перекрывать номинальный ток двигателя. Для двигателей с тяжелым пуском (длительный пусковой ток) может потребоваться реле с функцией защиты от недогрузки или использование датчиков температуры в обмотке.
6. Коммутационная износостойкость: Количество циклов ВКЛ/ВЫКЛ при различных нагрузках. Для частых коммутаций требуются пускатели с повышенной электрической износостойкостью.

Современные тенденции и дополнительные устройства

• Гибридные пускатели: Комбинация электромеханического контактора и симисторного блока, что позволяет осуществлять безударный (мягкий) пуск за счет плавного нарастания напряжения.
• Электронные блоки защиты двигателя (УЗД): Заменяют тепловые реле, обеспечивая более точную защиту по току, температуре, обрыву фазы, перекосу фаз, заклиниванию ротора. Имеют цифровую индикацию и настройку.
• Модульные аксессуары: Приставки выдержки времени, дополнительные контактные блоки, механические блокировки, ограничители перенапряжений для катушек.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается контактор от магнитного пускателя?

Контактор – это базовый аппарат для частой коммутации силовых цепей. Магнитный пускатель – это комплектное устройство на основе контактора, в которое уже встроены тепловые реле (или имеет место для их установки) и, как правило, кнопки управления в корпусном исполнении. Пускатель функционально «заточен» под управление двигателем.

Как правильно выбрать уставку теплового реле?

Уставка тока срабатывания теплового реле должна быть отрегулирована на значение номинального тока защищаемого двигателя, указанного на его шильдике. Нельзя использовать максимальный или пусковой ток. Если точное значение неизвестно, оно рассчитывается по формуле: Iн = P / (√3 U cosφ

• η), где P — мощность в Вт, U — линейное напряжение, cosφ — коэффициент мощности, η — КПД.

Почему при срабатывании теплового реле требуется ручной сброс?

Ручной сброс (кнопка Reset) является важной функцией безопасности. Он заставляет обслуживающий персонал визуально и, при необходимости, инструментально проверить состояние двигателя и механизма перед повторным пуском, чтобы убедиться в устранении причины перегрузки (заклинивание, перегрев и т.д.).

Можно ли использовать пускатель для управления другими нагрузками, кроме двигателей?

Да, контакторы и пускатели широко применяются для коммутации цепей освещения, нагревательных элементов, компенсирующих установок и других активных и активно-индуктивных нагрузок. При этом необходимо учитывать категорию применения (например, AC-1 для активной нагрузки) и возможное отсутствие необходимости в тепловой защите.

Что такое самоподхват и для чего он нужен?

Самоподхват – это реализация схемы удержания цепи катушки управления через собственный вспомогательный контакт пускателя после отпускания кнопки «Пуск». Он необходим для обеспечения непрерывной работы двигателя без необходимости постоянного удержания кнопки управления, а также для реализации нулевой защиты.

Как бороться с дребезгом контактов и преждевременным износом?

Дребезг (вибрация) главных контактов при включении чаще всего вызван недостаточным напряжением на катушке (ниже 0.85 Uн) или механическим перекосом. Преждевременный износ возникает при коммутации токов, превышающих номинальные для данного режима (AC-3, AC-4), частых пусках, неисправной дугогасительной камере. Необходимо контролировать напряжение питания катушки, соблюдать условия эксплуатации и проводить регулярный техосмотр.

В чем преимущества электронных защит перед тепловыми реле?

Электронные блоки защиты (УЗД) обеспечивают более высокую точность, имеют широкий диапазон настроек, защищают от большего числа аварийных режимов (обрыв фазы, перекос, заклинивание), обладают функцией термомоделирования двигателя, встроенной индикацией и возможностью передачи данных в системы АСУ ТП. Тепловые реле проще, дешевле и не требуют дополнительного питания.