Пускатели магнитные для электродвигателя
Пускатели магнитные для электродвигателя: устройство, принцип действия, классификация и применение
Магнитный пускатель (МП) – это низковольтный электромагнитный комбинированный аппарат, предназначенный для дистанционного пуска, остановки и защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Он является ключевым элементом в системах управления электроприводом, обеспечивая коммутацию силовых цепей, защиту от перегрузок и, в комбинированном исполнении, от токов короткого замыкания. Функционально пускатель представляет собой развитый и усовершенствованный контактор, дополненный тепловым реле и вспомогательными контактами.
Устройство и принцип действия магнитного пускателя
Конструктивно стандартный магнитный пускатель состоит из следующих основных узлов:
- Электромагнитная система: Состоит из неподвижной Ш-образной части (сердечник) и подвижного якоря. Катушка управления, намотанная на изолированном каркасе, при подаче на нее напряжения номинального значения (например, 230В AC или 24В DC) создает магнитный поток, притягивающий якорь к сердечнику.
- Контактная система:
- Силовые (главные) контакты: Предназначены для коммутации силовой цепи электродвигателя. Выполняются из материалов с высокой электропроводностью и стойкостью к дугообразованию (часто с серебряными или металлокерамическими напайками). Рассчитаны на номинальные токи нагрузки.
- Вспомогательные (блок-контакты): Используются в цепях управления, сигнализации и блокировок. Могут быть нормально-разомкнутыми (НО, замыкаются при срабатывании) и нормально-замкнутыми (НЗ, размыкаются при срабатывании).
- Дугогасительная система: Камера с деионными решетками, обеспечивающая быстрое гашение электрической дуги, возникающей при размыкании контактов под нагрузкой.
- Тепловое реле перегрузки: Защищает электродвигатель от токов перегрузки, недопустимых по продолжительности. Основной элемент – биметаллическая пластина, которая при нагреве током нагрузки изгибается и через механическую защелку воздействует на размыкающий контакт, который, в свою очередь, разрывает цепь катушки управления пускателя.
- Корпус (оболочка): Защищает внутренние элементы от пыли, случайных прикосновений и механических повреждений. Степень защиты обозначается кодом IP.
- Нереверсивные пускатели: Обеспечивают только прямое подключение двигателя. Имеют один втягивающий электромагнит и три силовых замыкающих контакта.
- Реверсивные пускатели: Предназначены для пуска двигателя в двух направлениях вращения (вперед/назад). Представляют собой два стандартных трехполюсных пускателя, механически и электрически сблокированных между собой для предотвращения одновременного включения, смонтированных на общей раме или в общем корпусе.
- Пусковые комплекты (со встроенной защитой от КЗ): Пускатель, установленный в оболочку совместно с плавкими предохранителями или автоматическим выключателем.
- IP00 (открытое исполнение): Для монтажа в закрытых шкафах, щитах, где исключено попадание влаги и посторонних предметов.
- IP20, IP40: Защита от твердых частиц определенного размера. Для установки в сухих помещениях.
- IP54, IP55: Пыле- и влагозащищенные. Могут устанавливаться в цехах с повышенной запыленностью, влажностью, на открытом воздухе.
- IP65: Полная защита от пыли и струй воды.
- Дополнительные контактные приставки: Увеличивают количество нормально-разомкнутых или нормально-замкнутых контактов для сложных схем управления и сигнализации.
- Пневматические выдержки времени (приставки): Позволяют создавать реле времени для реализации задержки включения или отключения.
- Ограничители перенапряжений: Устанавливаются на катушку управления для подавления коммутационных помех, особенно опасных при использовании программируемых контроллеров (ПЛК).
- Механические блокировки (для реверсивных пускателей): Механическая связь между якорями двух аппаратов, исключающая возможность их одновременного включения.
- Номинальное напряжение силовой цепи и цепи управления: Должно соответствовать напряжению сети и системе управления (например, 380В/50Гц, 660В/50Гц, 24В DC).
- Номинальный ток электродвигателя: Определяется по паспортной табличке двигателя (Iн). Номинальный ток пускателя для категории AC-3 (Ie) должен быть равен или превышать Iн.
Для приближенного расчета мощности трехфазного двигателя при 380В можно использовать формулу: P(кВт) ≈ Iн(А) 1.73 380 cosφ η / 1000. На практике пользуются упрощенным соотношением: 1 кВт мощности соответствует ~2А тока. Таким образом, двигатель 5.5 кВт потребляет примерно 11А.
- Категория применения (AC-3 или AC-4): Определяется режимом работы механизма. Для тяжелых режимов (частые пуски/остановки, торможение противовключением) ток выбирается с запасом или по категории AC-4.
- Климатическое исполнение и степень защиты (IP): В соответствии с условиями окружающей среды.
- Наличие и настройка теплового реле: Ток уставки теплового реле выбирается равным номинальному току защищаемого электродвигателя. Регулировка обычно в пределах 0.75 — 1.25 Iн реле.
- Необходимость в реверсивной схеме: Определяет выбор нереверсивного или реверсивного комплекта.
- Периодически визуально контролировать состояние контактов (подгорание, эрозия). Допускается очистка контактов от нагара напильником с мелкой насечкой.
- Проверять механическую подвижность частей, отсутствие заеданий.
- Контролировать состояние дугогасительных камер.
- Проверять надежность электрических соединений.
- Для тепловых реле – проверять соответствие уставки току двигателя и не допускать самопроизвольного изменения настройки.
Принцип работы основан на электромагнитном эффекте. При подаче напряжения на катушку управления якорь притягивается к сердечнику. Связанная с якорем контактная траверса замыкает силовые контакты, подавая напряжение на электродвигатель, и изменяет состояние вспомогательных контактов. После снятия напряжения с катушки возвратная пружина отводит якорь, размыкая силовую цепь и останавливая двигатель.
Классификация и основные характеристики
Магнитные пускатели классифицируются по ряду ключевых параметров.
1. По величине и конструкции (типоразмеру)
В России и странах СНГ распространена классификация по величине, определяющей номинальный ток главной цепи. Стандартный ряд: ПМЛ, ПАЕ, ПМУ, ПМ12 и аналоги.
| Величина пускателя | Номинальный ток, А (при AC-3, 380В) | Пример применения (мощность двигателя, ~380В) |
|---|---|---|
| 0 | 6.3 — 10 | До 4 кВт |
| 1 | 10 — 16 | До 7.5 кВт |
| 2 | 16 — 25 | До 11 кВт |
| 3 | 25 — 40 | До 18.5 кВт |
| 4 | 40 — 63 | До 30 кВт |
| 5 | 63 — 100 | До 45 кВт |
| 6 | 100 — 160 | До 75 кВт |
2. По назначению и функциональности
3. По степени защиты оболочки (IP)
4. По категории применения (по ГОСТ, МЭК 60947-4-1)
Определяет режимы коммутации и электрическую износостойкость.
| Категория применения | Нагрузка | Условия коммутации |
|---|---|---|
| AC-1 | Активная или малоиндуктивная | Печи, резисторы |
| AC-3 | Пуск двигателя с КЗ ротором, отключение вращающегося двигателя | Стандартный режим для насосов, вентиляторов, компрессоров |
| AC-4 | Пуск, торможение противовключением, толчковый режим | Краны, лебедки, станки с частыми пусками/остановами |
Номинальный рабочий ток пускателя различен для каждой категории. Для AC-3 он максимален, для AC-4 – существенно ниже.
Схемы управления и дополнительные функции
Базовая схема управления нереверсивным пускателем включает кнопочный пост с кнопками «Пуск» (НО) и «Стоп» (НЗ), саму катушку пускателя и его вспомогательный НО контакт, который шунтирует кнопку «Пуск» после включения, реализуя самоподхват (нулевая защита). Это обеспечивает отключение двигателя при исчезновении напряжения и его автоматическое невключение при восстановлении питания без команды оператора.
Для расширения функциональности используются:
Выбор магнитного пускателя
Корректный выбор осуществляется по следующим критериям:
Монтаж, эксплуатация и обслуживание
Монтаж должен производиться на вертикальную, плоскую, виброустойчивую поверхность. Требуется обеспечить зазоры для охлаждения и доступа к зажимным винтам. Подключение силовых и управляющих цепей выполняется согласно схеме производителя с обязательным затягиванием контактных соединений с рекомендуемым моментом.
При эксплуатации необходимо:
Отказ от своевременного обслуживания приводит к подгоранию контактов, их залипанию, перегреву, повышенному падению напряжения и, как следствие, к выходу из строя пускателя или электродвигателя.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальное отличие контактора от магнитного пускателя?
Контактор – это базовый аппарат для коммутации силовых цепей. Магнитный пускатель – это комплектное устройство на основе контактора, в которое уже интегрированы как минимум тепловое реле защиты двигателя и кнопки управления (в корпусном исполнении) или место для их монтажа. Пускатель предназначен именно для управления двигателем, контактор – для коммутации любых силовых цепей переменного тока.
Почему тепловое реле не защищает от короткого замыкания?
Тепловое реле имеет значительную выдержку времени и срабатывает за счет теплового действия биметалла. Токи короткого замыкания в сотни и тысячи ампер должны отключаться мгновенно. Для защиты от КЗ перед пускателем необходимо устанавливать автоматический выключатель с соответствующей отсечкой или плавкие предохранители.
Как правильно выбрать номинал теплового реле для двигателя?
Ток уставки реле (регулируемый на самом реле) должен быть равен номинальному току двигателя, указанному на его паспортной табличке. Нельзя использовать приблизительные расчеты, так как реальный ток зависит от КПД и коэффициента мощности конкретного двигателя.
Что такое «самоподхват» и зачем он нужен?
Самоподхват – это схематическое решение, при котором после включения пускателя его же вспомогательный НО контакт шунтирует кнопку «Пуск». Это позволяет отпустить кнопку и обеспечивает автоматическое отключение двигателя при пропадании напряжения в сети (функция нулевой защиты). Без самоподхвата двигатель возобновил бы работу после просадки напряжения, что опасно для персонала и оборудования.
Можно ли использовать пускатель на 380В для управления двигателем на 660В?
Нет, категорически запрещено. Номинальное напряжение пускателя указывает на допустимое напряжение его главной цепи и изоляции. Использование на более высоком напряжении может привести к пробою изоляции и межфазному короткому замыканию. Существуют пускатели с номинальным напряжением 660В и 1140В, которые и должны применяться в таких сетях.
Почему гудит магнитный пускатель при включении?
Сильное гудение (более 50-60 дБ) обычно свидетельствует о неисправности: ослабление крепления или поломка короткозамкнутого витка на магнитопроводе, загрязнение или повреждение рабочих поверхностей сердечника и якоря, недопустимо низкое напряжение на катушке (менее 85% от Uном). Такой аппарат подлежит ремонту или замене.
Чем отличается реверсивный пускатель от двух обычных, соединенных вместе?
Реверсивный пускатель – это именно два контактора, объединенных с обязательной механической и электрической блокировкой. Механическая блокировка (рычажная или через специальную защелку) физически не позволяет включиться обоим аппаратам одновременно. В самодельной схеме из двух отдельных пускателей отсутствие такой блокировки может привести к фатальному межфазному КЗ при одновременном включении.
Заключение
Магнитный пускатель остается фундаментальным, надежным и экономически эффективным аппаратом для управления асинхронными электродвигателями в промышленности и инфраструктуре. Правильный выбор, основанный на анализе номинальных параметров, категории применения и условий эксплуатации, а также регулярное техническое обслуживание, являются залогом длительной и безотказной работы как самого аппарата, так и защищаемого им электропривода. Понимание устройства, принципа действия и схем включения позволяет специалистам грамотно проектировать, монтировать и обслуживать системы управления электродвигателями, обеспечивая их безопасность и энергоэффективность.