Пускатели магнитные трехфазные

Пускатели магнитные трехфазные: устройство, принцип работы, классификация и применение

Магнитный пускатель (контактор с тепловым реле) – это электромагнитный коммутационный аппарат, предназначенный для дистанционного пуска, остановки и защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Он является ключевым элементом в системах управления электроприводом, обеспечивая безопасную и надежную работу оборудования в промышленных, коммерческих и инфраструктурных объектах. Основные функции включают: коммутацию силовых цепей, защиту от перегрузок и нулевую защиту (защиту от самозапуска).

Устройство и принцип действия

Конструктивно трехфазный магнитный пускатель состоит из двух основных узлов, собранных на общем основании: контактора и теплового реле.

1. Контактор

Включает в себя следующие элементы:

• Магнитная система: Состоит из неподвижной части (сердечник) и подвижной (якорь). Изготавливается из шихтованной электротехнической стали. На сердечне расположена катушка управления.
• Катушка управления: Рассчитана на определенное напряжение переменного (AC) или постоянного (DC) тока. При подаче напряжения на катушку создается магнитный поток, притягивающий якорь к сердечнику.
• Система контактов:
  • Силовые контакты (главные): Три пары нормально разомкнутых (замыкающихся) контактов для коммутации трех фаз силовой цепи двигателя. Изготавливаются из материалов с высокой износостойкостью и электропроводностью (например, серебросодержащие композиты).
  • Блок-контакты (вспомогательные): Нормально разомкнутые (НО) и нормально замкнутые (НЗ) контакты, используемые в цепях управления, сигнализации и блокировок. Необходимы для реализации самоподхвата, взаимоблокировки и управления другими аппаратами.
• Дугогасительная система: Гасит электрическую дугу, возникающую при размыкании контактов под нагрузкой. В пускателях на малые и средние токи чаще всего представляет собой камеру с деионными решетками.
• Возвратный механизм: Возвращает якорь в исходное положение при снятии напряжения с катушки. Обычно это пружина.

2. Тепловое реле перегрузки

Обеспечивает защиту электродвигателя от токов перегрузки недопустимой продолжительности. Основные элементы:

• Биметаллические пластины: По одной на каждую фазу. Нагреваются током нагрузки, протекающим через встроенные нагревательные элементы или непосредственно. Из-за разного коэффициента теплового расширения слоев металла пластина изгибается.
• Механизм расцепителя: При достижении заданного изгиба пластины механизм воздействует на толкатель, который размыкает нормально замкнутый контакт реле в цепи катушки пускателя, отключая двигатель.
• Кнопка или рычаг возврата: Для ручного возврата реле в исходное состояние после срабатывания.
• Регулятор тока уставки: Позволяет плавно или ступенчато устанавливать ток срабатывания в пределах номинального диапазона реле.

Принцип работы: При подаче напряжения на катушку управления (например, нажатием кнопки «Пуск») якорь притягивается к сердечнику. Силовые и блок-контакты замыкаются. Ток поступает на обмотки двигателя, и он начинает вращение. Блок-контакт НО шунтирует кнопку «Пуск», обеспечивая самоподхват – питание катушки продолжается после отпускания кнопки. Для остановки нажимается кнопка «Стоп», разрывающая цепь катушки. Якорь под действием пружины возвращается, контакты размыкаются, двигатель отключается от сети. При возникновении перегрузки биметаллические пластины теплового реле через заданное время воздействуют на расцепитель, разрывая цепь катушки и отключая пускатель.

Классификация и основные характеристики

По величине (типоразмеру)

Классификация по номинальному току силовых контактов. Существует общепринятая градация величин, например: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6. Каждой величине соответствует определенный диапазон рабочих токов.

Величина пускателя	Номинальный ток силовой цепи, Ie (А), ~AC-3 (при 400В)	Примерная мощность двигателя при 400В, 3~ (кВт)
00	9 — 12	4 — 5.5
0	16 — 18	7.5
1	25	11
2	32	15
3	40	18.5 — 22
4	63 — 80	30 — 37
5	100 — 125	45 — 55
6	160 — 250	75 — 110

По назначению и конструкции

• Нереверсивные пускатели: Базовый тип, предназначенный только для пуска и остановки двигателя в одном направлении вращения. Имеет один контактор.
• Реверсивные пускатели: Предназначены для пуска, остановки и изменения направления вращения двигателя (реверса). Конструктивно представляют собой два одинаковых контактора, механически и электрически блокированных между собой для предотвращения одновременного включения, что привело бы к междуфазному короткому замыканию. Механическая блокировка осуществляется через рычажную систему или специальные защелки, электрическая – через размыкающие блок-контакты.
• Открытого исполнения: Для монтажа в защищенных шкафах, панелях, где исключено попадание пыли и влаги и нет случайного прикосновения к токоведущим частям.
• Защищенного исполнения (в корпусе): Имеют пластиковый или металлический корпус с крышкой, защищающий от попадания капель воды и пыли (обычно степень защиты IP54 или IP55). Часто оснащаются кнопками «Пуск», «Стоп» на крышке.
• Пускатели со встроенными дополнительными устройствами: Например, с ограничителями перенапряжений для защиты катушки, таймерами, контроллерами плавного пуска.

По категории применения (utilization category) по ГОСТ/МЭК

Определяет условия коммутации, для которых предназначен аппарат.

Категория	Нагрузка и условия коммутации	Постоянный ток
AC-1	Активная или слабоиндуктивная нагрузка (нагреватели, лампы)	DC-1
AC-3	Пуск двигателей с КЗ ротором, отключение вращающихся двигателей	DC-3
AC-4	Пуск, торможение противовключением, реверсирование, толчковый режим	DC-5

Для стандартного пуска и остановки от вращения используется категория AC-3. Для реверсивных и тяжелых режимов – AC-4. Номинальный ток аппарата для категории AC-4 существенно ниже, чем для AC-3.

По напряжению и частоте питания катушки управления

Катушки выпускаются на стандартные напряжения: 24В, 36В, 110В, 230В, 400В переменного тока (50/60 Гц) и 24В, 110В, 220В постоянного тока. Выбор зависит от схемы управления.

Схемы подключения и управление

Базовая схема управления нереверсивным пускателем с самоподхватом и защитой от перегрузок является классической.

• Силовая часть: Трехфазное питание (L1, L2, L3) через автоматический выключатель (QF) и силовые контакты пускателя (KM1) подается на электродвигатель (M). В разрыв двух фаз последовательно включены нагревательные элементы теплового реле (KK1).
• Цепь управления: Питается от фаз L1 и L2 (или через понижающий трансформатор). Последовательно в цепь катушки KM1 включены: кнопка «Стоп» (SB1, нормально замкнутая), кнопка «Пуск» (SB2, нормально разомкнутая), нормально замкнутый контакт теплового реле (KK1.1) и сама катушка. Параллельно кнопке «Пуск» подключен нормально разомкнутый блок-контакт пускателя (KM1.1).

При нажатии SB2 катушка KM1 получает питание, пускатель срабатывает, двигатель запускается. Замыкается блок-контакт KM1.1, который шунтирует SB2. При отпускании SB2 катушка продолжает питаться через KM1.1 (самоподхват). При нажатии SB1 цепь разрывается, пускатель отключается. При срабатывании теплового реле контакт KK1.1 размыкается, что также приводит к отключению.

В реверсивной схеме используются два контактора (KM1 – «Вперед», KM2 – «Назад»). Их силовые контакты соединены так, что два провода из трех меняются местами, обеспечивая смену чередования фаз на двигателе. В цепи управления обязательно наличие блокировок: нормально замкнутые блок-контакты KM1.2 в цепи катушки KM2 и KM2.2 в цепи катушки KM1, что исключает возможность одновременного включения.

Критерии выбора магнитного пускателя

1. Номинальный ток и мощность двигателя: Основной параметр. Выбирается по номинальному току двигателя (I_дв) и категории применения. Для AC-3: I_e пускателя ≥ I_дв. Для тяжелых режимов (AC-4) необходим запас или выбор по коммутационной способности.
2. Напряжение силовой цепи: 230В, 400В, 660В. Большинство современных пускателей рассчитаны на 400/660В.
3. Напряжение катушки управления: Должно соответствовать напряжению цепей управления на объекте.
4. Климатическое исполнение и степень защиты (IP): Для установки в шкаф – IP00, IP20; для установки в цеху без шкафа – IP54, IP55.
5. Наличие и тип вспомогательных контактов: Проверить достаточность нормально разомкнутых и нормально замкнутых контактов для реализации требуемых схем управления и сигнализации. При необходимости используются приставки с дополнительными контактами.
6. Тепловое реле: Должно быть отрегулировано на номинальный ток двигателя с учетом его реальных условий эксплуатации (температура окружающей среды, продолжительность включения).
7. Режим работы (ПВ%): Для повторно-кратковременных режимов с частыми пусками необходим пускатель с запасом по току или специального исполнения.

Обслуживание и диагностика неисправностей

Плановое техническое обслуживание включает визуальный осмотр, очистку от пыли, проверку механической части на свободу хода, контроль состояния контактов (очистка от нагара, замена при износе более 50%), проверку надежности электрических соединений. Распространенные неисправности:

• Пускатель не включается: Отсутствие напряжения на катушке, обрыв катушки, срабатывание теплового реле, неисправность кнопок управления, механическое заедание.
• Пускатель включается, но двигатель не работает или работает на двух фазах: Подгорание или отсутствие контакта на одной из пар силовых контактов, обрыв в цепи теплового реле.
• Сильное гудение магнитной системы: Загрязнение или износ рабочих поверхностей сердечника и якоря, их неполное прилегание, перекос, низкое напряжение питания катушки, ослабление короткозамкнутого витка на сердечнике.
• Самопроизвольное отключение: Неправильная уставка теплового реле, перегруз двигателя, нестабильное напряжение в сети управления.
• Перегрев контактов или катушки: Ослабление контактного давления, износ контактов, работа в режиме, превышающем номинальный, повышенная температура окружающей среды, частые коммутации.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается контактор от магнитного пускателя?

Контактор – это базовый аппарат для коммутации силовых цепей. Магнитный пускатель – это комплектное устройство на основе контактора, в которое дополнительно встроено тепловое реле для защиты двигателя от перегрузки, а также часто имеется кнопочный пост или корпус. Пускатель всегда предназначен для управления двигателем, контактор может коммутировать любую нагрузку (освещение, нагреватели, конденсаторные батареи).

Как правильно выбрать тепловое реле для конкретного двигателя?

Ток уставки теплового реле должен быть равен номинальному току двигателя, указанному на его шильдике. Если двигатель работает в тяжелых условиях пуска или с нестандартным циклом, может потребоваться корректировка. Реле выбирается из линейки, совместимой с данным типоразмером пускателя. Необходимо учитывать температуру окружающей среды, так как биметаллические реле чувствительны к ней.

Почему в силовой цепи иногда разрываются только две фазы, а тепловое реле ставится на две фазы?

Это устаревшая, но еще встречающаяся схема, экономившая один полюс. Она недостаточно эффективна, так как не обеспечивает полного отключения двигателя при срабатывании защиты и не защищает от работы на двух фазах при обрыве в цепи до пускателя. Современные нормы рекомендуют трехполюсное отключение и использование трехфазных тепловых реле.

Что такое «нулевая защита» и как ее обеспечивает магнитный пускатель?

Нулевая защита – это защита от самопроизвольного включения двигателя после восстановления напряжения в сети, пропавшего ранее (например, при «моргании» света). При исчезновении напряжения катушка пускателя теряет питание, и он отключается. Для повторного пуска необходимо вновь нажать кнопку «Пуск». Этим пускатель принципиально отличается от ручного аппарата (автомата, рубильника), который останется во включенном положении и приведет к неконтролируемому и опасному самозапуску оборудования.

Можно ли использовать пускатель на 380В в сети 660В?

Только если это прямо указано в технических данных аппарата. Многие современные пускатели имеют двойную маркировку, например, 400/660В AC-3. Это означает, что при пересоединении катушки на соответствующее напряжение и, возможно, при других условиях (например, уменьшении коммутируемого тока) аппарат может работать на напряжении до 660В. В противном случае применение недопустимо из-за риска пробоя изоляции и неустойчивого гашения дуги.

Как быть, если двигатель часто запускается и останавливается (режим ПВ 40% и более)?

Для частых коммутаций (более 30-40 циклов в час) необходимо выбирать пускатели, рассчитанные на повышенную коммутационную износостойкость (миллионы циклов), и проверять соответствие режима категории AC-4. Часто в таких случаях целесообразно рассмотреть применение частотного преобразователя или устройства плавного пуска для снижения токовых и механических нагрузок.

Что важнее при выборе: номинальный ток или мощность двигателя?

Первичным является номинальный ток двигателя. Мощность, указанная в таблицах подбора, приведена для ориентира при стандартных напряжениях и КПД. Ток – реальный электрический параметр, по которому происходит нагрев проводников и срабатывание защит. Всегда следует руководствоваться током, указанным в паспорте двигателя.