Для пуска, реверсирования, принудительной остановки противотоком асинхронных электродвигателей электрики используются контакторы и магнитные пускатели. От правильности выбора коммутационной аппаратуры зависит, как и безотказность системы в целом, так и электробезопасность обслуживающего персонала.
Выбор пускателя и избыточным коммутируемым током ведет к большим финансовым затратам, при его коммутации слышны шлепки большей громкости, чем те что издают маленькие пускатели. Недостаточные по коммутируемой мощности пускатели долго не прослужат, будут греться, и подгорать клеммники и контакты. В результате переходное сопротивление контакта будет расти до тех пор, пока контакт не исчезнет полностью, что приведет к преждевременной замене аппарата.
Автоматические выключатели также должны быть правильно подобраны, особенно при тяжелом пуске двигателя. Слишком чувствительный автомат будет выбивать при пуске, а если он наоборот взят с излишним запасом по току, то в аварийной ситуации может и не отреагировать, что приведет к повреждению кабеля, обмотки двигателя вплоть до возгорания.
Пуск для электродвигателя сопровождается повышенным током в период разгона его до номинальных оборотов, в случае перегрузки и нехватки мощности двигателя для вращения исполнительных механизмов возможно пониженное число оборотов с повышенными токами, в плоть до того, что он вообще не начнет раскручиваться. И наоборот если мощность двигателя избыточна, то потребляемый им ток будет ниже номинального.
Из-за вышеперечисленных причин и появляется необходимость правильного подбора пусковой и защитной аппаратуры в виде магнитных пускателей, контакторов, тепловых реле и автоматических выключателей.
Автоматические выключатели устанавливаются до магнитного пускателя, чтобы в случае необходимости полностью обесточить систему, как силовую цепь, так и цепь управления (питания катушки).
Вместо автоматических выключателей могут использоваться плавкие вставки или предохранители, но в последнее время такие решения встречаются реже, чем раньше. Это усложняет обслуживание и вызывает необходимость иметь в запасе хотя бы комплект предохранителей.
Выбор магнитного пускателя
Магнитные пускатели выпускаются на определенный номинальный ток, из ряда: 6.3 – 10 – 25 – 40 – 63 – 100 – 160 – 250
Часто их разделяют не по токам, а по величинам от 0 до 7, чем больше ток (или величина пускателя) тем больше его габариты и площадь контактов. Опытный электромонтер может отличить по размеру корпуса, конструкции дугогасителя и габаритам контактных площадок примерный коммутируемые ток и напряжение.
Однако если номинальный ток пускателя соответствует току двигателя, это еще не значит, что их можно использовать в паре. Если такое понятие как категория применения, она характеризует режим работы коммутируемой аппаратуры, частоту и условия коммутации. Иначе говоря – это способность переносить пусковые токи. Пусковые токи асинхронного двигателя могут превышать номинальные и в 10 раз, это зависит от условий пуска, напряжения в сети и прочих факторов.
Категории применения обозначаются: «АС-номеркатегории». Сводная таблица величин и категорий применения для магнитных пускателей расположена ниже.
Из неё нас интересует строка «АС-3 – управления двигателями с короткозамкнутым ротором (пуск, отключение без предварительной остановки)». Из этого очевидно, что коммутационные аппараты с такой категорией созданы для того, что бы включать и отключать электродвигателя. Они выдерживают прямой пуск.
Далее нужно определиться с номинальным током пускателя. Для этого нам нужно знать технические характеристики коммутируемого двигателя, а именно:
cos Ф – коэффициент мощности,
P – мощность двигателя номинальная;
U – рабочее напряжение (коммутируемое);
Тогда номинальный ток пускателя равен:
Для быстрых расчетов иногда применяют другую методику, когда мощность двигателя умножают на 2 и получают номинальный ток (приблизительно).
Далее нужно определить пусковой ток, в справочниках это указывается либо как «k» либо как «Iп/Iн». Это кратность или соотношение пускового тока к номинальному. Показывает, насколько ток в момент пуска превышает номинальную величину.
Пускатель с категорией применения АС-3 может коммутировать ток в 5-7 раз больше чем номинальный, для чего это сказано я покажу при расчетах ниже.
Выбираем пускатель
Допустим, у нас есть асинхронный двигатель с мощностью 2.2 кВт типа 4АМ100L6У3. На его шильдике написано, что кпд 81.0%, коэффициент мощности – 0.73, в интернете я нашел его технические данные, чтобы узнать кратность пускового тока, она оказалась – 5.5
1. Быстрый способ: IН=2.2*2 = 4.4А
2. Сложный способ: IНОМ=2200/(380*0.81*0.73*1.73)=5.6А
Результаты такого расчета дали больший ток.
Теперь считаем пусковой ток: IП=5.6*5.5=30.8А
Подбираем пускатель, с номинальным током более чем 5.6 А, с категорией применения АС-3. В результате обзора рынка, нам подходит пускатель ПМЕ 111 на 10А с тепловым реле.
Выбор автоматического выключателя
Автомат может сработать при пуске или затяжном пуске электродвигателя, когда потребляемый ток значительно превышает максимальный. В автоматическом выключателе за защиту отвечают два узла:
1. Электромагнитный расцепитель. Срабатывает при пиковом токе перегрузке. Этот ток зависит от типа автомата.
2. Тепловой расцепитель. Срабатывает при незначительном но длительном превышении номинального тока.
Номинальный ток двигателя у нас 5.6 А, значит нам нужен автомат не меньше этого значения. Типы автоматов куказывают на доустипое превышение по току в пике:
тип D – 10-50 раз.
Так как у нас пусковой ток в 5.5 раз больше чем номинальный, это значит что нам подходит автомат типа С и D. Например, автоматический разъединитель EZ9F34306 Schneider Easy9, рассчитан на 6 А и его тип C, позволит выдержать пусковые токи до 60 А.
Но такой автомат будет работать на пределе да и реальная уставка по току может быть ниже 5.5, т.к. тип С находится в пределах 5-10, нужен запас по току хотя бы в 20%.
Поэтому лучше установить автоматический выключатель на тот же ток или немного больший, но типа D, например ИЭК 6-8А ВА47-29
Или на ток 10А с типом C, например PL4-C10/3 Moeller / Eaton
Требования к автомату заключаются в том, чтобы он стабильно выдерживал номинальный ток, и его не выбило при пуске. Если планируется режим работы двигателя с частыми включения и выключениями лучше использовать автомат типа D, он менее чувствителен к всплескам тока.
Заключение
Автоматический выключатель нужен для защиты питающего кабеля и дополнительной защиты двигателя, в случае затяжного пуска или заклинивания вала, дополнительно лучше использовать тепловую защиту. Магнитный пускатель должен выдерживать как напряжение, так и ток, который он будет коммутировать.
Электродвигатель должен быть исправен, отсутствовать витковые замыкания, а его вал должен свободно вращаться. В случае пуска двигателя под нагрузкой лучше брать коммутационную аппаратуру с запасом до 2-х раз для уменьшения вероятности преждевременного подгорания контактов и ложных срабатываний автоматического выключателя.
Питающий кабель должен соответствовать номинальному току, с учетом пусковых токов, как и способ соединения кабеля (использование гильз, наконечников, клеммников и прочего). Состояние всех соединений должно быть в норме – отсутствовать окислы, нагар и прочие механические дефекты, которые могут уменьшить площадь прилягания контакта.
Функциональные возможности
Ниже приведены типичные функции, выполняемые магнитными пускателями, далеко не исчерпывающие сферы их применения:
- Управление асинхронными электродвигателями в приводах механизмов промышленного назначения.
- Включение наружного (уличного) городского освещения, наружной и внутрицеховой подсветки промышленных объектов.
- Коммутация электронагревательных приборов (ТЭНов или инфракрасных обогревателей) систем электрического отопления.
- Использование в качестве пусковых органов в цепях промышленной автоматики.
Выбор магнитных пускателей производится при проектировании схем управления и автоматики, либо в процессе их ремонта, когда для замены устаревшего или отсутствующего аппарата необходимо выбрать его аналог.
Критерии выбора
При выборе необходимого электрического аппарата рассматриваются его технические характеристики и конструктивные особенности. Остановимся на главных из них.
Номинальное напряжение коммутируемой цепи. Наиболее часто магнитные пускатели применяются для запуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором на промышленное напряжение 220/380 Вольт. Именно на такой выбор рассчитано большинство выпускаемых моделей коммутационных аппаратов. При использовании аппаратов для электродвигателей на 380/660 Вольт, встречающихся значительно реже, необходимо выбрать пускатель соответствующего напряжения.
Номинальный ток основных контактов. Сопоставление тока подключаемой нагрузки с номинальным током коммутационного аппарата – одно из первых действий при выборе последнего. Магнитные пускатели, выпускаемые в РФ по советским ГОСТам, например ПМЛ, условно классифицируются по величинам, соответствующим номинальному току аппарата. Ниже представлена таблица соотношений величин и номинальных токов. По ней можно правильно выбрать магнитный пускатель по току, либо по мощности, произведя пересчет по формуле.
| Величина | O | I | II | III | IV | V | VI |
| Iном | 6,3 А | 10 А | 25 А | 40 А | 63 А | 100 А | 160 А |
Продукты зарубежных производителей представлены широким выбором контакторов разнообразных вариантов исполнения на различные номинальные токи.
Коммутационная износостойкость. Эта характеристика отображает количество срабатываний, которое гарантировано производителем. Существует 3 класса износостойкости: А, Б и В. Класс А самый высокий и гарантирует от 1,5 до 4 млн. циклов срабатывания магнитного пускателя. Модели класса Б гарантировано срабатывают от 0,63 до 1,5 млн. циклов. Класс В самый низкий и характеризуется от 0,1 до 0,5 млн. циклов срабатывания.
Механическая износостойкость. Не менее важная характеристика, которая отображает количество циклов включения/отключения аппарата без ремонта либо замены его деталей. При этом включения и отключения должны осуществляться без нагрузки (когда ток в цепи отсутствует). Механическая износостойкость может быть от 3 до 20 млн. циклов срабатывания.
Количество полюсов. Для питания трехфазных электродвигателей используются аппараты, имеющие три полюса. Именно такое исполнение наиболее распространено. Однако, возникает целых ряд ситуаций, когда требуется выбрать аппарат с другим количеством полюсов. Например, когда нагрузкой являются цепи освещения или электронагревательные приборы. В этом случае удобно выбрать коммутационный прибор из линейки контакторов зарубежных производителей, представленных большим разнообразием исполнения.
Номинальное напряжение катушки. Магнитные пускатели, применяемые в схемах управления электрооборудования, удобнее всего использовать с катушками на то же напряжение, что и коммутируемая нагрузка. По этой причине наиболее распространены варианты исполнения с катушками на 220 или 380 Вольт. При построении разного рода автоматических схем, по ряду причин может возникнуть необходимость применения управляющих катушек на другой уровень напряжения. Это обусловлено применением в этих схемах реле, датчиков или других компонентов, рассчитанных на определенное напряжение питания. На этот случай в линейках отечественных и зарубежных производителей имеется выбор вариантов питания катушек любым напряжением из номинального ряда от 9 Вольт и выше (9, 12, 24, 36, 110, 220 или же 380 В).
Количество и характеристики вспомогательных контактов. Кроме основных силовых контактов, коммутирующих главные электрические цепи нагрузки, магнитные пускатели оснащаются вспомогательными контактами, срабатывающими синхронно основным. Предназначены эти контакты для коммутации цепей управления, блокировки, питания сигнальных ламп, катушек реле и других вспомогательных аппаратов. Вспомогательные контакты могут быть двух типов – нормально разомкнутые и нормально замкнутые. Первые разомкнуты при обесточенной катушке управления и замыкаются при срабатывании электромагнитного пускателя, у вторых все происходит наоборот. Потребность в выборе определенного количества дополнительных контактов того или иного типа определяется той схемой, в которой используется аппарат.
Например, для организации простейшего управления механизмом с помощью двухкнопочного поста, достаточно выбрать вариант с одной парой нормально разомкнутых вспомогательных контактов, осуществляющих подхват катушки управления при нажатии кнопки «Пуск». Существуют варианты исполнения магнитных пускателей закрытого типа, оборудованные кнопками пуска и останова на корпусе. При необходимости выполнить сигнализацию состояния механизма, нужно выбрать пускатель, имеющий еще две пары контактов. Нормально замкнутые питают сигнальную лампу «Отключено», нормально разомкнутые – лампу «Включено».
Наличие реверса. Если вам нужно выбрать магнитный пускатель для управления реверсивным двигателем, отдавайте предпочтение реверсивной модели, в корпусе которого находятся два отдельных пускателя, соединенных между собой.
Наличие защиты. В базовом варианте исполнения, магнитный пускатель не оборудован защитой подключаемого электрооборудования. Модуль защиты с тепловым реле, поставляется опционально и его можно выбрать исходя из требуемых характеристик. Более подробно о том, что такое тепловое реле, вы можете узнать из нашей статьи.
Кроме перечисленных выше критериев, необходимо правильно выбрать климатическое исполнение и степень защиты IP изделия. Методика такого подбора такая же, как для любого электрооборудования. К примеру, если пускатель будет размещен в защищенном шкафу, можно выбрать степень защиты IP20. Если же условия размещения аппарата неблагоприятные (высокая запыленность, влажность и т.д.), рекомендуем выбрать магнитный пускатель в корпусе, степень защиты которого составляет IP54 или же IP65.
Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на котором подробно рассказывается, как выбрать магнитный пускатель по мощности, току и другим параметрам:
Это все наиболее важные критерии выбора магнитного пускателя. Если возникли вопросы либо вы не нашли нужной информации, пишите в комментариях под записью, мы в свою очередь постараемся помочь вам найти нужный ответ!
Будет интересно прочитать:
Вы здесь
Выбор контактора для электродвигателей с частыми пусками отличается от выбора для обычных силовых соединений. Прежде всего необходимо обратить внимание на категории применения, допустимую частоту включения, механическую и коммутационную износостойкость.
В связи с тем, что у каждого электродвигателя собственный характер работы, данные параметры подбираются индивидуально для каждой модели.
Категории применения
Первое, на что нужно обратить внимание при выборе, это категории применения — режимы срабатывания расцепителя. Электродвигатель — сложный механизм с пусковым током и повторно-кратковременными включениями, при которых он работает не в штатном режиме. При этом нагрузка на сеть также отличается от номинальной, и механизм расцепления должен нормально срабатывать в нестандартных условиях.
Для переменного тока категории применения обозначаются маркировкой AC. Отличаются характером срабатывания:
- AC-1 — для электрических моторов с активной или малоиндуктивной нагрузкой;
- AC-2 — старт с фазным ротором, реверсивное торможение;
- AC-3 — прямой пуск короткозамкнутого ротора, отключение вращающихся двигателей;
- AC-4 — пуск и остановка электромоторов с короткозамкнутым ротором посредством противовключения. Для такого режима применяются спаренные (реверсивные) контакторы с механической блокировкой, не допускающей одновременного запуска нескольких потребителей. При этом уменьшается In и базовое количество циклов.
Для постоянного существуют собственные категории — DC:
- DC-1 (аналог AC-1) — активная или малоиндуктивная нагрузка;
- DC-2 — пуск электродвигателей с параллельным возбуждением, отключение при номинальной частоте вращения;
- DC-3 — запуск моторов с параллельным возбуждением, отключение при медленном вращении ротора или в неподвижном состоянии;
- DC-4 — пуск электродвигателей с последовательным возбуждением и остановка при номинальных оборотах;
- DC-5 — старт двигателей с последовательным возбуждением и остановка с неподвижным или медленно вращающимся ротором, торможение противотоком.
Промышленные электромоторы с частыми пусками должны поддерживать категорию AC-3, AC-4 — для переменного электротока, и DC-3, DC-4, DC-5 для постоянного.
Номинальный ток и напряжение питания катушки управления
Номинальный ток — наиболее значимый параметр, подбираемый по мощности потребителя. Главный вопрос: как правильно считать? Любой электродвигатель при запуске кратковременно выдает мощность, часто в 5-7 раз превышающую номинальную. Тем не менее такая нагрузка сохраняется долю секунды и на работу расцепителя не влияет. Исходя из этого, берем во внимание только номинальную мощность.
Для определения номинала необходимо рассчитать In . В этом нам поможет формула из учебника по физике: In = P/(U √3xcosφ), где P — мощность (Вт), U — напряжение (В), а cosφ- коэффициент мощности двигателя.
Для наглядности рассмотрим конкретный пример: предположим, что у Вас трехфазный станок на 5,5 кВт c cosφ= 0,8 (данное значение записано в паспорте электрооборудования). При включении, по сети будет протекать:
5500Вт / (380Вx√3×30,8)= 10,6А.
К полученному значению еще необходимо прибавить 30% запаса, в итоге оптимальным номиналом будет 13А.
Например, если In будет равен 11,8А, ни в коем случае нельзя брать модель на 12А, иначе при увеличении мощности она сгорит.
Электропитание катушки управления подбирается по двум критериям: тип электротока (переменный или постоянный) и напряжение (от 12В до 440В — постоянный, от 12В до 660В — переменный при частоте 50 Гц и от 24В до 660В — переменный при 60 Гц). Существуют также универсальные модели с катушкой работающей и от переменного, и от постоянного тока.
Механическая и коммутационная износостойкость
Данная характеристика показывает предельное количество циклов включения-выключения — срабатываний расцепителя. Чем их больше, тем дольше будет срок службы. Это значение особенно важно для двигателей с частыми пусками.
Механическая износостойкость показывает количество включений-выключений при отсутствии напряжения. Как правило, средний механизм выдерживает около 10-20 млн. операций.
Коммутационная износостойкость определяет допустимое количество циклов срабатывания и зависит от категории применения. Например, если контактор в режиме AC-3 может переносить 1,7 млн циклов, то в AC-4 — 200 тыс. Как правило, данную характеристику производитель всегда указывает в техническом паспорте.
Коммутационная износостойкость делится на три класса:
- А — самый высокий, гарантирует от 1,5 млн. до 4 млн. операций срабатывания магнитного пускателя в рабочем режиме;
- Б — средний, модели данного класса выдерживают от 630 тыс. до 1,5 млн. переключений;
- В — самый низкий, количество циклов от 100 тыс. до 500 тыс.
Частота включений и время срабатывания
Для электродвигателей с частыми пусками важна частота включений, группируемая по собственным классам.
