Магнитный пускатель. Устройство, схемы включения, принцип действия, монтаж магнитных пускателей.
Пускатель (МЭС 441-14-38) - комбинация всех коммутационных устройств, необходимых для пуска и остановки двигателя, с защитой от перегрузки.
Электромагнитный пускатель (магнитный пускатель) - пускатель, у которого сила, необходимая для замыкания главных контактов, обеспечивается электромагнитом.
Магнитный пускатель (МП) - самый распространенный электрический аппарат для пуска электрических двигателей. Его основные достоинства: дистанционное управление пусками, простота схем, защита от снижения напряжения и перегрузки, приемлемые массогабаритные параметры, которые можно назвать внешними свойствами, поскольку они в определенной мере влияют на качество всей системы.
Внешние свойства МП постоянно совершенствуются (к примеру, в России недавно была запатентована схема МП с защитой от обрыва фазы сети). Крупные производители, представляющие эту продукцию в России: ОАО «Кашинский завод электроаппаратуры», 000 «Уралэлектроконтактор», ОАО «Новосибирский завод низковольтной аппаратуры», ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод» (Россия), EKFelectrotechnica (Россия), SchneiderElectric (Франция), GeneralElectric (США), Moeller (Германия), АВВ (Германия), Siemens (Германия), Legrand (Франция), ChintGroupCo (Китай) и др..
Магнитные пускатели выбирают в зависимости от условий окружающей среды и схемы управления по:
• току нагревательного элемента теплового реле;
• напряжению втягивающей катушки.
Uмп ≥ Uн уст; (1.1)Iмп ≥ Iн уст, (1.2)
где Uмп, Iмп - соответственно номинальные значения напряжения (В) и тока (А) магнитного пускателя;
Uн уст, Iн уст - соответственно номинальные значения напряжения (В) и тока (А) электроустановки.
Тепловые реле проверяют на соответствие их номинального тока 1тр н, номинального тока нагревательного элемента Iнэ, верхнего Iуст max и нижнего Iуст min пределов регулирования тока уставки и выставленного тока уставки Iуст р номинальному току двигателя Iн дв:
Iтр н ≥ Iнэ ≥ Iн дв; (1.3)Iуст max ≥ Iн дв ≥ Iуст min; (1.4)Iуст р = Iн дв. (1.5)
Для электродвигателей с малым коэффициентом загрузки и рабочим током Iр дв в целях повышения надежности защиты используют соотношение:
Номинальный фазный ток электродвигателя Iн дв или по принятым в электрических машинах условным обозначениям – I1 ном ф определяют по формуле:
где Р2 ном - номинальная мощность электродвигателя, кВт;
U1л - номинальное линейное напряжение, В;
м - коэффициент полезного действия, о.е.;
cos ф - коэффициент мощности, о.е.
Наиболее общим и распространенным требованием, которое предъявляет потребитель при выборе МП, является величина коммутируемого тока, и по этому параметру МП указанных выше производителей можно разделить на несколько групп:
1) МП с токами (речь идет о предельных значениях токов) до 100 А, и сюда относятся МП серии ПМЛ на токи 10-80 А, серии ПМУ на токи 9-95 А;
2) МП с токами до 400 А, представителями которой являются МП серии ПМА на токи 40-160 А, серии ПМ12 на токи 10-250 А (Россия) и зарубежные магнитные пускатели ChintGroupCo серии NC1 и NC3 на токи 9-370 А;
3) МП с токами до 1000 А, представителями которой являются МП фирмы Moeller серии DIL на токи 20-855 А;
4) МП с токами выше 1000 А, к которым относятся МП GE Power Controls серии CL и CK на токи 25-1250 А и МП ЧЭАЗ-Benedikt на токи 10-1200 А.
Помимо прочего, для коммутации токов от 100 А до 1000 А российские производители предлагают контакторы серии КТ-6000, МК6 и вакуумные контакторы серии КВ1 и КТ12 для общепромышленного использования. В таблице 1.1 представлены показатели МП первой группы, как наиболее массовой.
Для приведенных на рисунке 1.1 МП, относящихся к 1, 2, 3 и 4 группам, соответствующие им показатели представлены в таблице 1.
Рис. 1.1. Магнитные пускатели 1-4 группы отечественных и импортных производителей
Анализ характеристик (см. табл. 1.1) показывает, что все МП имеют практически совпадающие параметры (отличия несущественны). При этом, как правило, при выборе МП ориентируются на два основополагающих показателя: режим работы и мощность нагрузки. Однако при жестких ограничениях на размеры, предпочтение следует отдать МП № 7 и № 5, габариты которых почти в полтора раза меньше, чем у остальных, при прочих равных параметрах.
По мощности, потребляемой катушками при включении, наиболее экономичным является МП № 6, при этом экономия составляет от 13 до 30 %. По общему ресурсу работы предпочтение следует отдать МП № 1, 2, 3, 6. По ориентировочной стоимости лидируют МП № 1 и № 2, так как стоимость остальных МП существенно выше.
Необходимо отметить, что на практике, особенно при использовании МП в системах АСУ, предпочтение отдается импортным аппаратам, т.к. их вспомогательные контакты обеспечивают так называемый «сухой контакт», используемый в устройствах микропроцессорной техники.
Помимо этого, к несомненным преимуществам импортных МП следует отнести:
- исполнение МП с катушками постоянного тока (исключение составляет ОАО «ВНИИР», которое поставляет пускатели ПМ12 с катушками постоянного тока);
Мощность двигателя, кВт
Мощность, потребляемая катушками при включении, ВА
Мощность, потребляемая катушками при удержании, ВА
Механическая износостойкость, частота включений в час
Общий ресурс, млн. циклов
Коммутационная износостойкость, частота включений в час
Время срабатывания: замыкание, мс
Время срабатывания: размыкание, мс
Минимальная вкл. способность: напряжение В,/ток А
Габариты, ВхШхЦ мм
- очень широкий набор не только типовых аксессуаров для МП (вспомогательные контактные блоки, тепловые реле, ограничители перенапряжений), но и всевозможных приспособлений, значительно упрощающих монтаж и обслуживание аппаратов.
Учитывая тот факт, что бесперебойная работа электрического двигателя в значительной степени зависит от надежности МП, заслуживает отдельного рассмотрения такой важный показатель надежности, как коэффициент технической готовности. Этот показатель учитывает не только интенсивность отказов, но и время, требуемое для восстановления работоспособности МП, характеризуя вероятность того, что в нужный момент аппарат сработает, и система выполнит требуемые задачи. Для большинства МП, приведенных в таблице 1.1, производители не указывают в технических характеристиках изделия такие показатели, как среднее время наработки на отказ или частоту отказов. Однако накопленные статистические данные работы указанных выше серий МП позволяют получить следующие осредненные данные по коэффициенту готовности: для МП российского производства № 1, 3, 7 (табл. 1.1) коэффициент готовности равен 0,9905, для МП украинского производства № 2 - 0,9812, а для импортных МП № 4, 5, 6 - 0,9383. Таким образом, на объектах повышенной важности, где требуется высокая надежность, целесообразнее применять МП № 1,3,7.
С учетом исключительно широкого распространения МП большое значение приобретает снижение мощности, потребляемой ими. В электромагнитном пускателе мощность расходуется в электромагните и тепловом реле. Потери в электромагните составляют примерно 60 %, в тепловых реле - 40 %. С целью снижения потерь в электромагните применяется холоднокатаная сталь Э-310. МП серии ПМЛ и ПМ12 обладают коммутационной способностью до 20* 106 операций и частотой включений до 1200 в час (табл. 1.1). Выбор МП осуществляется по номинальному напряжению сети, номинальному напряжению питания катушек и номинальному коммутируемому току электроприемника.
Допускается МП выбирать по «величине пускателя»: 1 величина - 10 А, 4,5 кВт; 2 величина - 25 А, 11 кВт, 3 величина - 40 А, 18 кВт; 4 величина - 63 А, 30 кВт; 5 величина - 100 А, 45 кВт; 6 величина - 160 А, 75 кВт; 7 величина - 250 А, 110 кВт.
Это термин характеризует допустимый ток МП через силовые контакты при напряжении 380 Вольт и в режиме работы пускателя АС-3.
Категории применения МП: АС-1 - нагрузка МП активная или мало индуктивная; АС-3 - режим прямого пуска двигателя с короткозамкнутым ротором, отключение вращающегося двигателя; АС-4 - пуск электродвигателя с короткозамкнутым ротором, отключение неподвижных или медленно вращающихся двигателей, торможение противотоком.
На корпусах МП указываются все необходимые параметры. Это позволяет во время монтажа проверять соответствие монтируемого МП для конкретной схемы. У импортных МП указывается в качестве основного параметра не «величина пускателя», а мощность, на которую в различных условиях рассчитан МП. Чаще это оказывается удобней при выборе нужного МП.
Конструкция многих МП предусматривает возможность быстрого навесного монтажа на них: дополнительных нормально замкнутых или нормально разомкнутых контактов; реле задержек ON или OFF со временем задержки до 160 с; тепловых реле.
Электромагнитные пускатели серии ПМЛ предназначены для дистанционного пуска непосредственным подключением к сети, остановки и реверсирования трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором при напряжении до 660В переменного тока частотой 50 Гц, а в исполнении с трехполюсными тепловыми реле серии РТЛ - для защиты управляемых электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности и от токов, возникающих при обрыве одной из фаз. МП могут комплектоваться ограничителями перенапряжений типа ОПН. При такой комплектации МП пригодны для работы в системах управления с применением микропроцессорной техники при шунтировании включающей катушки помехоподавляющим устройством или при тиристорном управлении. Номинальное переменное напряжение включающих катушек: 24, 36, 40, 48, 110, 127, 220, 230, 240, 380, 400, 415, 500, 660В частоты 50 Гц и 110, 220, 380, 400, 415, 440В частоты 60 Гц. МП типа ПМЛ на токи 10. 63 А имеют прямоходовую магнитную систему Ш-образного типа. Контактная система расположена перед магнитной. Подвижная часть электромагнита составляет одно целое с траверсой, в которой предусмотрены подвижные контакты и их пружины. Тепловые реле серии РТЛ подсоединяются непосредственно к корпусам пускателей.
Структура маркировки МП типа ПМЛ.
ПМЛ-Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Х6 Х7 Х8:
ПМЛ - серия электромагнитных пускателей;
X1 - величина пускателя по номинальному току;
1 - 10 (16) А; 2- 25 А; 3 - 40 А; 4 - 63 (80) А; 5 - 125 А; 6 - 160 А; 7 - 250 А.
X2 - исполнение МП по назначению и наличию теплового реле:
1- нереверсивный МП без теплового реле;
2- нереверсивный МП с тепловым реле;
5 - реверсивный МП без теплового реле с механической блокировкой для степени защиты IP00, IP20 и с электрической и механической блокировками для степени защиты IP40, IP54;
6 - реверсивный МП с тепловым реле с электрической и механической блокировками;
7 - МП со схемой звезда-треугольник степени защиты IP54 (МП для трехфазного асинхронного двигателя, в пусковом положении которого обмотки статора соединяются звездой, а в рабочем положении - треугольником).
X3 - исполнение МП по степени защиты и наличию кнопок управления и сигнальной лампы:
0 - IP00; 1 - IP54 без кнопок; 2 - IP54 с кнопками «Пуск» и «Стоп»;
3 - IP54 с кнопками «Пуск», «Стоп» и сигнальной лампой (изготавливается только на напряжения 127, 220 и 380 В, 50 Гц);
4 - IP40 без кнопок; 5 - IP40 с кнопками «Пуск» и «Стоп»; 6 - IP20.
X4 - число и вид контактов вспомогательной цепи:
0 - 1з (на ток 10 и 25 А), 1з + 1р (на ток 40 и 63 А), переменный
1 - 1р (на ток 10 и 25 А), переменный ток;
2 - 1з (на ток 10, 25, 40 и 63 А), переменный ток;
5 - 1з (на 10 и 25 А), постоянный ток;
6 - 1р (на ток 10 и 25 А), постоянный ток).
X5 - сейсмостойкое исполнение МП (С);
X6 - исполнение МП с креплением на стандартные рейки Р2-1 и
X7 - климатическое исполнение (О) и категория размещения (2, 4); X8 - исполнение по коммутационной износостойкости (А, Б, В). МП серии ПМЛ (рис. 1.2) состоят из неподвижной части (рис. 1.2, поз. 2), закрепленной в основании, и подвижной части (рис. 1.2, поз. 3) с контактами для коммутации силовой цепи. Управление работой МП осуществляется с помощью электромагнитной катушки
управления (рис. 1.2, поз. 4), расположенной на среднем стержне неподвижной части Ш-образного магнитопровода.
Под воздействием электромагнитного поля втягивающей катушки (рис. 1.2, поз. 4), возникающего при протекании через нее тока, происходит смыкание двух частей магнитопровода (рис. 1.2, поз. 3, 4) с преодолением сопротивления возвратной пружины (рис. 1.2, поз. 9), а также пружин подвижных контактов. При этом контакты смыкаются и происходит коммутация устройства.
Рис. 1.2. Конструкция электромагнитного пускателя серии ПМЛ:
1 - основание из термостойкой пластмассы; 2 - неподвижная часть магнитопровода; 3 - подвижная часть магнитопровода; 4 - электромагнитная катушка управления; 5 - контактные зажимы; 6 - металлическая платформа (для пускателей номиналом свыше 25 А); 7 - траверса с подвижными контактами; 8 - крепежный винт; 9 - возвратная пружина; 10 - алюминиевые кольца; 11 - неподвижный контакт; 12 - зажим с насечкой для фиксации проводника
На МП можно установить 2-контактную или 4-контактную приставку с различным набором размыкающих и замыкающих контактов. Контактные приставки (КП) механически соединяются с МП со стороны входных зажимов (сверху) и фиксируются над траверсой МП. Способ крепления обеспечивает жесткую и надежную связь между КП и МП.
Контактная приставка серии ПКЛ (рис. 1.3) предназначена для увеличения количества вспомогательных контактов в схемах управления электроприводами до 440 В постоянного тока и до 660 В перемен
ного тока частотой 50 и 60 Гц. КП устанавливаются на МП серий ПМЛ-1000.. .ПМЛ-4000 и на промежуточные реле серии РПЛ. Структура условного обозначения КП серии ПКЛ ПКЛ-Х1 Х2 Х3 Х4 4 Х5:
ПКЛ - условное обозначение серии;
Х1 - количество замыкающих контактов (0; 1; 2; 4);
Х2 - количество размыкающих контактов (0; 1; 2; 4);
Х3 - исполнение приставки по степени защиты;
М - исполнение со степенью защиты IP20;
Отсутствие буквы означает приставку со степенью защиты IP00;
Рис. 1.3 Контактная приставка серии ПКЛ
Х4 - климатическое исполнение О, ОМ по ГОСТ 15150-69;
4 - категория размещения 4 по ГОСТ 15150-69;
Х5 - исполнение по коммутационной износостойкости в режиме нормальных коммутаций:
A - 3-106 циклов; Б - 1,6-106 циклов.
Реле промежуточные (РП) серии РПЛ (рис. 1.4) предназначены для применения в качестве комплектующих изделий в стационарных установках, в основном в схемах управления электроприводами при напряжении до 440 В постоянного тока и до 660 В переменного тока частотой 50 и 60 Гц. Реле пригодны для работы в системах управления с применением микропроцессорной техники при шунтировании втягивающей катушки ограничителем ОПН или при тиристорном управлении. При необходимости, на РП может быть установлена одна из приставок ПКЛ или ПВЛ. РП исполнения М допускают также установку одной или двух приставок боковых ПКБ. Номинальный ток контактов -16 А.
Структура условного обозначения РП серии РПЛ РПЛ-Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 4 Х6:
РПЛ - условное обозначение серии;
Х1 - исполнение реле по роду тока цепи управления:
1 - с управлением на переменном токе;
Х2 - количество замыкающих контактов;
Х3 - количество размыкающих контактов;
Х4 - исполнение приставки по степени защиты:
М - исполнение со степенью защиты IP20;
Отсутствие буквы означает приставку со степенью защиты IP00;
Рис. 1.4. Реле РПЛ
Х5 - климатическое исполнение О, ОМ по ГОСТ 15150-69;
4 - категория размещения 4 по ГОСТ 15150-69;
Х6 - Исполнение по коммутационной износостойкости в режиме нормальных коммутаций: A - 3⋅10 6 циклов; Б - 1,6⋅10 6 циклов.
Приставка памяти ППЛ-04 превращает РП серии РПЛ в двустабильное. Она состоит из электромагнита и защелки, которая позволяет удерживать контактную систему реле во включенном положении после обесточивания обмотки реле. При подаче напряжения на обмотку приставки памяти происходит освобождение защелки, и РП возвращается в состояние, соответствующее начальному состоянию одностабильного РП.
Приставки выдержки времени пневматические серии ПВЛ (рис. 1.5) или просто «приставка» предназначены для создания выдержки времени при включении или отключении МП. Приставки могут устанавливаться только на реле РП серии РПЛ и на МП серии ПМЛ-1000. ПМЛ-4000.
Приставка устанавливается сверху МП, скользя по направляющим до упора, при этом защелка приставки своими выступами заходит за выступы на корпусе МП. Способ крепления обеспечивает жесткую и надежную связь между приставкой и МП.
Рис. 1.5. Приставка ПВЛ
Приставки серии ПВЛ выпускаются: с диапазоном выдержек времени от 0,1 до 15 с, от 0,1 до 30 с, от 10 до 100 с и от 10 до 180 с; со степенью защиты IP00 и IP20, в двух исполнениях по износостойкости: А - 3⋅10 6 циклов; Б — 1,6⋅10 6 циклов.
Для увеличения количества вспомогательных контактов цепи управления МП (при установленной приставке серии ПВЛ) применяется приставка бокового крепления серии ПКБ. Основные характеристики приставок серии ПВЛ приведены в таблице 1.2.
Реле серии РТЛ (далее «реле») предназначены для защиты трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором от токов перегрузок недопустимой продолжительности, в том числе возникающих от асимметрии токов в фазах и от выпадения одной из фаз.