Пускатели магнитные

Пускатели магнитные: устройство, принцип действия, классификация и применение

Магнитный пускатель (МП) – это низковольтный электромагнитный коммутационный аппарат, предназначенный для дистанционного пуска, остановки и защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Он является ключевым компонентом в системах управления электроприводом, обеспечивая выполнение операций включения/отключения, реверсирования, а также защиту от перегрузок и обрыва фаз. Функционально пускатель объединяет в себе контактор, тепловое реле и вспомогательную контактную группу, часто поставляемые в едином корпусе.

Устройство и принцип действия

Конструктивно магнитный пускатель состоит из двух основных частей: силовой (контактор) и защитной (тепловое реле).

Контактор

Включает в себя следующие узлы:

• Магнитная система: Состоит из неподвижной Ш-образной части сердечника и подвижного якоря. Изготавливается из наборных стальных пластин для уменьшения вихревых токов.
• Электромагнитная катушка: Располагается на сердечнике. Рассчитана на стандартные напряжения управления: 24В, 36В, 110В, 220В, 380В переменного тока, реже постоянного.
• Силовые контакты: Три главных нормально разомкнутых (замыкающихся при срабатывании) контакта для коммутации силовой цепи двигателя. Изготавливаются из материалов с высокой электропроводностью и стойкостью к дуге (например, серебросодержащие композиты).
• Вспомогательные контакты (блок-контакты): Нормально разомкнутые (НО) и нормально замкнутые (НЗ). Используются в цепях управления, сигнализации и блокировок.
• Дугогасительная система: Камера с деионными решетками, обеспечивающая быстрое гашение электрической дуги, возникающей при размыкании контактов.
• Возвратная пружина: Обеспечивает возврат якоря и размыкание силовых контактов при обесточивании катушки.

Тепловое реле перегрузки

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

• Биметаллические пластины: Каждая пластина состоит из двух прочно соединенных металлов с разным коэффициентом теплового расширения. Пластины нагреваются непосредственно током двигателя (через встроенные нагревательные элементы) или косвенно.
• Механизм расцепителя: При изгибе биметаллической пластины от перегрева механизм воздействует на толкатель, который размыкает нормально замкнутый контакт в цепи управления катушки пускателя.
• Устройство регулировки тока срабатывания: Позволяет точно настроить реле на номинальный ток защищаемого двигателя в пределах ±25%.
• Кнопка возврата: Ручной или автоматический возврат после остывания пластин.

Принцип действия

При подаче напряжения управления на катушку, в магнитной системе возникает магнитный поток, который притягивает подвижный якорь к сердечнику. Якорь, преодолевая усилие возвратной пружины, замыкает силовые и вспомогательные контакты. На двигатель подается напряжение, и он начинает работать. Вспомогательный нормально разомкнутый контакт шунтирует кнопку «Пуск», обеспечивая самоподхват (самопитание) цепи катушки. При нажатии кнопки «Стоп» или срабатывании теплового реле цепь катушки разрывается, магнитный поток исчезает, и под действием пружины якорь возвращается в исходное положение, размыкая контакты и отключая двигатель.

Классификация и типы

По величине (типоразмеру)

Классификация по условному номинальному току силовых контактов. Российские и международные производители используют схожие линейки.

Типоразмер (величина)	Диапазон номинальных токов, А (пример)	Типовое применение
00 (0)	6 — 10	Малые двигатели до 4 кВт (380В)
0 (1)	9 — 16	Двигатели до 7.5 кВт
1 (2)	16 — 25	Двигатели до 11 кВт
2 (3)	25 — 40	Двигатели до 18.5 кВт
3 (4)	40 — 63	Двигатели до 30 кВт
4 (5)	63 — 100	Двигатели до 55 кВт
5 (6)	80 — 160	Двигатели до 90 кВт

По наличию и типу корпуса

• Открытого исполнения (рассчитанные на монтаж в щитах, шкафах): Требуют защиты от прямого попадания пыли, влаги и случайного прикосновения.
• В оболочке (защищенные): Имеют пластиковый или металлический корпус с крышкой, степень защиты обычно IP54 или IP55.
• Пылевлагозащищенные и взрывозащищенные: Специальное исполнение для сложных условий (химическая промышленность, рудники).

По назначению

• Нереверсивные: Обеспечивают только прямое включение двигателя. Имеют один контактор.
• Реверсивные: Обеспечивают изменение направления вращения двигателя. Содержат два взаимно блокированных (механически и электрически) контактора, собранных на общей раме или в корпусе.
• Специальные (например, для звезды-треугольника): Состоят из трех контакторов и реле времени для осуществления пуска со снижением пускового тока.

Основные технические характеристики

При выборе магнитного пускателя необходимо учитывать следующие параметры:

• Номинальный рабочий ток I_e: Максимальный ток, который главные контакты могут проводить в продолжительном режиме без перегрева.
• Номинальное рабочее напряжение U_e: Напряжение силовой цепи, обычно 230В, 400В, 660В переменного тока.
• Напряжение и частота катушки управления: Стандартные значения: AC 24В, 110В, 220В, 380В, 50/60 Гц.
• Механическая и коммутационная износостойкость: Количество циклов ВКЛ/ВЫКЛ без тока и под нагрузкой. Механическая – порядка 10-30 млн. циклов, коммутационная – 0.5-5 млн. циклов.
• Количество и тип вспомогательных контактов: Обычно в базовой комплектации 1НО+1НЗ, с возможностью установки дополнительных контактных приставок.
• Класс применения (по ГОСТ или IEC): Определяет типичную нагрузку. Основные:
  • AC-1: Активная или слабоиндуктивная нагрузка.
  • AC-3: Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором, отключение вращающихся двигателей.
  • AC-4: Торможение противовключением, пуск на пониженной скорости, толчковый режим.
• Степень защиты (IP): Указывает на защиту от проникновения твердых тел и воды.

Схемы подключения и управления

Базовая схема нереверсивного пуска с самоподхватом

Силовая часть: Трехфазное питание L1, L2, L3 через автоматический выключатель QF и силовые контакты KM1 подается на двигатель M. Цепь управления: Фаза L1 через нормально замкнутый контакт теплового реле KK, кнопку «Стоп» SB1, кнопку «Пуск» SB2 и катушку пускателя KM1 подключена к нулю N. Параллельно кнопке SB2 подключен нормально разомкнутый блок-контакт KM1.1. При нажатии SB2 катушка KM1 получает питание, замыкает силовые контакты и блок-контакт KM1.1. После отпускания SB2 катушка продолжает питаться через KM1.1 (самоподхват). При срабатывании теплового реле KK его контакт размыкается, разрывая цепь управления.

Схема реверсивного пуска

Использует два пускателя (KM1 – «Вперед», KM2 – «Назад»). Силовые цепи: Контакты KM1 подают напряжение на двигатель в прямой последовательности фаз (A-B-C). Контакты KM2 меняют местами две фазы (например, A и C), обеспечивая реверс. Цепи управления содержат кнопочный пост с тремя кнопками: SB1 («Стоп»), SB2 («Вперед»), SB3 («Назад»). В цепи катушки KM2 включен нормально замкнутый блок-контакт KM1, а в цепи KM1 – нормально замкнутый блок-контакт KM2, что обеспечивает электрическую блокировку, исключающую одновременное включение обоих пускателей (короткое замыкание). Часто дополняется механической блокировкой.

Выбор магнитного пускателя

Алгоритм выбора включает следующие шаги:

1. Определение номинального тока двигателя: По паспортной табличке двигателя (I_н) или расчетным путем: I_н = P_н / (√3 U_н cosφ
2. η).
3. Выбор величины пускателя: Номинальный ток пускателя (для режима AC-3) должен быть равен или превышать I_н двигателя. Для тяжелых условий пуска (частые включения, длительный режим работы) выбирают пускатель на одну-две величины больше.
4. Выбор теплового реле: Ток уставки реле регулируется в диапазоне, который должен включать I_н двигателя. Учитывается коэффициент возврата (~0.9).
5. Определение напряжения катушки управления: В соответствии с принятой на объекте схемой управления (обычно 220В или 24В для безопасности).
6. Проверка по коммутационной способности: Для режимов AC-4 ток отключения пускателя должен быть достаточным.
7. Определение необходимости дополнительных опций: Реверсивная сборка, дополнительные контактные приставки, ограничители перенапряжений для катушек, присоединительные клеммы.

Обслуживание и диагностика неисправностей

Периодическое техническое обслуживание включает:

• Внешний осмотр, очистку от пыли и загрязнений.
• Проверку механической части: свободного хода якоря, состояния пружин, отсутствия заеданий.
• Контроль состояния контактов: очистка от нагара, замена при износе более 50% толщины, проверка одновременности замыкания.
• Проверку состояния дугогасительных камер.
• Измерение сопротивления изоляции катушки и контактов.
• Проверку срабатывания теплового реле на испытательном стенде.

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, дополненное тепловым реле для защиты двигателя от перегрузки, часто размещенное в корпусе и имеющее кнопки управления. Пускатель всегда включает в себя контактор, но не наоборот.

Как правильно выбрать тепловое реле для двигателя?

Ток уставки теплового реле должен быть равен номинальному току двигателя, указанному на его шильдике. Регулировка производится в пределах ±25% от номинала реле. Для двигателей с тяжелыми условиями пуска (длительный пуск) или работающих в ПВР (повторно-кратковременном режиме) может потребоваться специальный расчет или использование реле с зависимой от времени характеристикой.

Почему в реверсивной схеме обязательна блокировка?

Механическая и электрическая блокировки предотвращают одновременное включение двух контакторов. Если оба контактора (прямого и обратного хода) включатся одновременно, произойдет междуфазное короткое замыкание на силовых контактах (например, фазы L1 и L3 окажутся соединенными), что приведет к выходу аппаратуры из строя и срабатыванию защит.

Можно ли использовать пускатель на 380В для управления двигателем на 660В?

Нет, категорически запрещено. Номинальное напряжение пускателя (U_e) указывает на максимальное допустимое напряжение в силовой цепи. Использование на более высоком напряжении приведет к пробою изоляции, увеличению дуги при отключении и аварии. Для напряжения 660В необходимо выбирать пускатели, специально рассчитанные на это напряжение.

Что такое класс применения AC-3 и AC-4?

Это классификация режимов работы контакторов и пускателей по стандарту IEC/ГОСТ. AC-3 – режим пуска двигателей с короткозамкнутым ротором и отключения вращающихся двигателей (ток отключения меньше пускового). AC-4 – тяжелый режим, включающий пуск, торможение противовключением, толчковый режим (ток отключения равен пусковому). Для AC-4 коммутационная способность аппарата должна быть значительно выше.

Как бороться с дребезгом контактов пускателя?

Дребезг (вибрация) главных контактов при включении приводит к их подгоранию. Основные причины: низкое напряжение в сети управления (менее 85% от номинала катушки), загрязнение или повреждение магнитопровода, ослабление или поломка противодействующей пружины. Необходимо проверить напряжение, очистить магнитную систему, заменить изношенные детали.

Нужно ли ставить отдельный автоматический выключатель перед магнитным пускателем?

Да, обязательно. Перед пускателем должен быть установлен автоматический выключатель (или предохранители) для защиты силовой цепи от токов короткого замыкания. Тепловое реле пускателя не срабатывает на большие токи КЗ и имеет слишком большую выдержку времени. Автоматический выключатель обеспечивает аварийное отключение при КЗ.

Заключение

Магнитный пускатель остается фундаментальным и надежным аппаратом управления электроприводом. Его правильный выбор, основанный на анализе режимов работы двигателя, корректный монтаж с учетом требований к блокировкам и защитам, а также регулярное техническое обслуживание являются залогом долговечной и безопасной эксплуатации всего электротехнического оборудования. Понимание устройства, принципа действия и всех аспектов применения магнитных пускателей является обязательным для инженерно-технического персонала, занимающегося проектированием, монтажом и обслуживанием систем промышленной автоматизации и электроснабжения.