Назначение магнитного пускателя

Назначение, устройство и работа магнитного пускателя.

11 Фев 2014г | Раздел: Электрика

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. С этой статьи мы начнем изучение магнитного пускателя и все, что с ним связано, а идею этой темы подсказал постоянный читатель сайта Сергей Кр.

Магнитный пускатель является коммутационным аппаратом и относится к семейству электромагнитных контакторов, позволяющий коммутировать мощные нагрузки постоянного и переменного тока, и предназначен для частых включений и отключений силовых электрических цепей.

Магнитные пускатели применяются в основном для пуска, останова и реверсирования трехфазных асинхронных электродвигателей, однако, из-за своей неприхотливости они прекрасно работают в схемах дистанционного управления освещением, в схемах управления компрессорами, насосами, кран-балками, тепловыми печами, кондиционерами, ленточными конвейерами и т.д. Одним словом, у магнитного пускателя обширная область применения.

Как таковой магнитный пускатель уже трудно встретить в магазинах, так как их практически вытеснили контакторы. Причем по своим конструктивным и техническим характеристикам современный контактор ничем не отличается от магнитного пускателя, а различить их можно только по названию. Поэтому, когда будете приобретать в магазине пускатель, обязательно уточняйте, что это — магнитный пускатель или контактор.

Мы рассмотрим устройство и работу магнитного пускателя на примере контактора типа КМИ – контактор малогабаритный переменного тока общепромышленного применения.

Принцип работы

Принцип действия магнитного пускателя основывается на явлении электромагнитной индукции. Если через катушку ток не проходит, значит, магнитное поле в ней отсутствует. Это приводит к тому, что пружина механически отталкивает подвижные контакты. Как только питание катушки восстановлено, в ней возникают магнитные потоки, сжимающие пружину и притягивающие якорь к неподвижно закрепленной части магнитопровода.

Так как работает пускатель только под воздействием электромагнитной индукции, размыкание контактов происходит при перебоях с электричеством и при снижении напряжения в сети больше чем на 60% от номинального показателя. Когда напряжение вновь восстановлено, контактор не включается самостоятельно. Для его активации потребуется нажатие кнопки «Пуск».

При необходимости изменения направления вращения асинхронного двигателя применяются реверсивные устройства. Реверс происходит благодаря 2 контакторам, активирующимся по очереди. При одномоментном включении контакторов происходит короткое замыкание. Для исключения таких ситуаций в конструкцию входит специальная блокировка.

Разновидности

Магнитные пускатели предназначены в основном для управления работой 3-фазных электромоторов на дистанционном уровне. Основные операции, проводимые с помощью магнитных пускателей – это запуск, отключение или реверс.

Вспомогательной функцией пускателя вместе с тепловым реле является защита электродвигателя от излишних нагрузок. Имеются схемы пускателей с ограничителями напряжения на основе полупроводниковых элементов. По схемам подключения нагрузки бывают реверсивными и нереверсивными.

По типу расположения магнитные пускатели классифицируются:

• Открытого типа . Располагают в защищенных шкафах, панелях, и других местах, не доступных для влаги, пыли и других вредных факторов.
• Защищенного исполнения . Монтируются в помещениях с пониженным содержанием пыли в воздухе, исключающих доступ воды к устройству.
• Влагонепроницаемого исполнения . Монтируются внутри зданий, снаружи под оборудованными навесами от воды и солнца.

Вспомогательная классификация:

• Блок с кнопками на корпусе пускателя. Пускатели без реверса имеют две кнопки: Пуск и Стоп, устройства с реверсом оснащены тремя кнопками, две из них те же, что и в прошлом виде, добавлена кнопка Пуска назад. Некоторые исполнения устройств предусматривают лампу, сигнализирующую включение.
• Устройства со вспомогательными контактами сигналов и блокировок. Применяются в различных сочетаниях, как замыкающие или разъединяющие. Контакты бывают встроенными, либо выполнены на отдельной подставке. Иногда вспомогательные контакты применяются в общем составе схемы пускателя. В устройствах с реверсом с помощью дополнительных контактов выполняется электрическая блокировка.
• Значение напряжения и тока силовой обмотки.
• Тепловое реле. Его свойство – это ток номинала, при котором реле не срабатывает на средних настройках. Это значение тока может регулироваться в некоторых пределах от номинального значения тока.

Некоторые магнитные пускатели комплектуются ограничителями напряжения и другими блокировками.

Конструктивные особенности

Все устройство пускателя делится на две половины: верхнюю и нижнюю. В верхней половине расположены двигающиеся контакты вместе с камерой гашения дуги. Там же расположена и подвижная часть магнита. Она действует на силовые контакты.

Катушка находится в нижней части вместе с возвратной пружиной. Свойством пружины возврата является возвращение верхней половины в исходное состояние после отключения питания на обмотке. Так осуществляется разъединение силовых контактов.

В устройство двух половин электромагнита включены пластины Ш-образной формы. Они изготовлены из электромагнитной стали. Для катушки используется медный провод с расчетным количеством витков, которые рассчитаны на эксплуатацию с напряжением питания определенных значений, начиная от 24 вольт и до 380 вольт. При поступлении напряжения в обмотке образуется магнитное поле. Две половины пытаются соединиться, образуется замкнутый контур. При отключении напряжения магнитное поле также исчезает, верхняя половина отходит на свое первоначальное место под действием пружины.

Принцип действия

Название устройства говорит о его способе работы. Он действует по принципу электромагнита, во время прохождения тока по катушке. После притягивания контактов электродвигатель запускается.

1 — Подвижные контакты
2 — Подвижный якорь
3 — Пружины
4 — Катушка
5 — Стационарный сердечник
6 — Подвижный сердечник
7 — Стационарные контакты

Общее устройство состоит из основной части и якоря, который двигается по направляющим. Проще сказать, что все магнитные пускатели выполнены в виде большой кнопки с клеммами силовых контактов, и неподвижных контактов.

Двигающаяся часть имеет мостик с контактами, который обеспечивает разрыв цепи в двух местах, для выключения напряжения. Также мостик служит для качественного соединения проводов во время подключения схемы в действие. Система проверяется вручную. Надавливают на якорь и чувствуют усилие пружин, которое при работе преодолевается электромагнитом. При отпускании якоря контакты возвращаются назад.

В работе подобное управление не требуется, оно нужно для контроля. Реально применяется дистанционная форма подключения электромагнитным полем, которое возникает в обмотке от электрического тока. Шихтованный магнитопровод обеспечивает хорошую проводимость тока.

Когда в цепи отсутствует электрический ток, то вокруг обмотки магнитное поле исчезает, что приводит к отходу якоря в первоначальное положение. При подаче напряжения происходит обратный процесс. Рабочее включенное положение якоря влияет на функционирование устройства. В таком положении должно быть качественное соединение контактов. При малейшем ослаблении пружин контакты начинают подгорать, нагреваться, происходит отгорание концов проводов.

Установка и подключение

Для возможности качественной эксплуатации пускателей, их установку проводят на ровной неподвижной поверхности, вертикально. Устройства с тепловым реле нужно ставить так, чтобы не было разницы температуры с внешней средой.

Монтаж с нарушением приводит к ложным срабатываниям. Поэтому нельзя устанавливать магнитные пускатели в местах с вибрацией, ударами. Устройства с током номинала более 150 ампер при запуске сильно вибрируют и сотрясаются.

Корпус теплового реле может нагреться от других устройств. Это отрицательно действует на правильность работы пускателя. Поэтому не рекомендуется размещать пускатели рядом с горячим оборудованием.

При соединении провода с контактом пускателя, его конец загибают в виде кольца. Это не дает возникнуть перекосу пружинных шайб в зажиме. При подключении двух проводов с одним сечением, их располагают по двум противоположным сторонам от винта.

Перед монтажом концы проводов лудят. В многожильных проводах перед тем, как проводить лужение, концы скручивают. Концы алюминиевых проводов чистят надфилем, покрываются специальной пастой. Подвижные контакты и части пускателя смазывать запрещается. Перед запуском магнитные пускатели осматривают снаружи и контролируют исправность частей. От руки двигающиеся части должны легко перемещаться. Схема соединения сверяется.

Техническое обслуживание

Для качественного ухода за пускателем нужно знать возможные признаки поломок устройства. Обычно это высокая температура корпуса, сильное гудение.

Высокая температура устройства чаще всего связана с замыканием обмотки между витками. При осмотре катушки не должно быть трещин, нагара, повреждений, оплавления. В таких случаях необходима замена катушки. Чрезмерный нагрев происходит из-за увеличения напряжения питания выше номинала, при перегрузке, плохое качество контактов, их сильном износе. Сильное гудение пускателя может возникнуть по нескольким причинам. Чаще всего нужно проверить плотность прилегания якоря. Неплотность может возникнуть из-за загрязнения поверхности. Еще одной причиной может стать недостаточное напряжение сети, снижение его более 15 процентов, а также заедание подвижных элементов.

Для предотвращения таких поломок нужен постоянный уход. В общем, магнитные пускатели не нуждаются в дорогостоящих работах. Нельзя допускать внутрь грязи, влаги и пыли. Необходимо регулярно контролировать плотность прилегания и качество контактов. Составляют перечень работ по техническому уходу и ремонту электромонтерами-ремонтниками.

Схемы подключения

Для чего нужен магнитный пускатель? Преимущественно для организации безопасного подключения (и управления) асинхронных трехфазных двигателей. Поэтому рассмотрим варианты работы схемы при различных условиях. На всех иллюстрациях присутствует защитное реле, обозначенное литерой «P». Биметаллические пластины, приводящие в действие аварийный размыкатель (установленный в цепи управления), располагаются на силовых линиях контактной группы. Они могут размещаться на одном или нескольких фазных проводниках. При перегреве (он возникает при превышении нагрузки или банальном коротком замыкании), управляющая линия разрывается, питание на катушку «KM» не подается. Соответственно, силовые контактные группы «KM» размыкаются.

Классическая схема прямого включения трехфазного электродвигателя

Схема управления использует питание от напряжения между двумя соседними фазными линиями. При нажатии кнопки «Пуск», с помощью основного ее контакта замыкается цепь катушки «KM». При этом все контактные группы, включая дополнительные контакты в цепи управления, соединяются под управлением электромагнита катушки. Разомкнуть цепь можно двумя способами: при срабатывании аварийного реле, или нажав на кнопку «Стоп». В этом случае магнитный пускатель возвращается в исходное положение «все выключено» (или в случае с двумя категориями контактов, нормально замкнутые группы будут подключены).

Этот же вариант подключения, только управляющая цепь соединяется с фазой и нейтралью. С точки зрения работы пускателя, разницы нет. Так же точно срабатывают кнопки, и защитное термореле.

Реверсивное подключение трехфазного электродвигателя

Как правило, для этого применяются два электромагнитных пускателя, в которых выхода фазных контактов комбинированы со сдвигом. Устройства скомбинированы в один коммутатор, поэтому его можно рассматривать как единый элемент.

В зависимости от того, какая контактная группа подключена к электродвигателю, его ротор крутится в одну либо другую сторону. Такой вариант незаменим при использовании на конвейерах, станках, и прочих электроустановках, в которых предусмотрено 2 направления вращения (движения).

Как работает эта схема на практике? Смотрим иллюстрацию:

Единая схема управления с двумя группами кнопок пуска: «Вперед» и «Назад». Каждая из них включает соответствующую катушку электромагнита. Почему схема общая? Кнопка «Стоп» по условиям безопасности должна быть единой. Иначе при возникновении аварийной ситуации, оператор потеряет драгоценные секунды в поисках необходимой кнопки (для «Вперед» или для «Назад»).

Принцип действия

Устройство магнитного пускателя подразумевает работу по такому принципу: на катушку, которая установлена на магнитопроводе, подается питающее напряжение. Магнитопровод намагничивается, притягивая якорь, а тот, в свою очередь, тянет за собой раму, на которой закреплены контактные группы. Устройство и работа магнитного пускателя основаны на действии электромагнита. При втягивании якоря замыкаются контактные группы силовых контактов.

Вспомогательные контакты делятся на 2 типа:

• нормально замкнутые, то есть те, которые при отсутствии напряжения на катушке размыкаются, отключая питание или же формируя отрицательный сигнал, смотря как и к чему подключено;
• нормально разомкнутые, которые наоборот замыкаются, тем самым влияя на цепь управления или подавая положительный сигнал.

При снятии напряжения пускатель приходит в нормальное состояние, и контакты отбрасываются под действием возвратной пружины. Все контакты магнитного пускателя, установленные в диэлектрической раме, как правило, из термостойкого пластика, подпружинены для обеспечения наилучшего прилегания между подвижными и неподвижными контактами. Достаточно просто устроен магнитный пускатель, и принцип его работы основан на электромагните.

Отдельная классификация

Магнитные пускатели различаются по типу предназначения. Есть модификации для слабых, средних и сильных индуктивных нагрузок. Отдельно выпускаются модели для асинхронных электродвигателей переменного тока.

Асинхронный электродвигатель

Интересно! Распространенными считаются модификации под реверсивную сеть.

Кнопочный пост на корпусе прибора

Кнопочные посты необходимы для дистанционного управления техникой, устройства отличаются по функциональности. При подборе оборудования учитываются эксплуатационные характеристики. Зачастую кнопочные посты применяются под электрические двигатели. Оператор может находиться удалённо от техники.

В промышленности, установки устанавливаются на краны либо подвижные составы. Также разрешается управлять вентиляторами либо гидронасосами. На рабочем месте можно создать целый комплекс оборудования с одним пультом управления. Основная задача — вовремя включать и отключать электрооборудование. Учитывается класс привода и тип стартера.

Если посмотреть на рынок, кнопочные посты производятся с открытым, закрытым корпусом, поэтому учитывается защищенность. При подборе берется в расчет уровень напряжения. Если рассматривать высоковольтное оборудование, требуется кнопочный пост для работы в цепи постоянного тока. Большинство постов способны воздействовать на коммутатор.

Пример! Если подключить его к асинхронному двигателю, можно управлять оборотами. Тоже самое можно сказать про реверс. В данном случае опять же облегчается работа оператора. За станком он способен менять обороты мотора вперёд, назад, и выбирать необходимый режим.

Подключение двигателя может осуществляться напрямую либо через магнитный пускатель. Контроллер останавливается через кнопку. Распространенными считаются однокнопочные, двухкнопочные посты, на которых изображены обозначения «запуск», «стоп». Простые модификации такие, как токарный станок, делаются с одной кнопкой. В отдельную категорию выделены элементы для регулировки кран-балок. У них кнопки толкателя являются защищенными, отличаются по количеству контактов.

Контроллер

Из элементов используются встроенные пружины и набор специальных фиксаторов. Это необходимо для возвращения контакта в исходное положение. Магнитные пускатели к постам подключаются напрямую. Если рассматривать модели с открытыми корпусами, они считаются менее защищенными и не безопасны в использовании, у них ограниченная сфера применения.

Дополнительные блокировочные и сигнальные контакты

Существуют магнитные пускатели с замыкающими, разъединяющими группами. Плюс встречаются модификации со встроенными контактами, они поставляются с подставками. Если взглянуть на принципиальную схему, применяется электрическая блокировка.

Модификации со встроенными контактами

Ток и напряжение втягивающей катушки

Средний параметр тока у пускателей — 15 миллиампер, а сопротивление доходит до 15 Ом. Значительные изменения напряжения для катушки считаются критическими. Если рассматривать реостат, сопротивление доходит до 160 Ом. При оценке элементов, учитывается показатель остаточного тока, который зависит от частоты. Со стабилизатором напряжения данный параметр значительно ниже.

Если требуется рассчитать рабочий ток катушки, учитывается длина кабеля и напряжение. Постоянный ток связан с блоком управления. Катушки высокого рабочего тока восприимчивы к изменению индуктивности, а также сопротивления. Элементы поставляются с якорями, поэтому требуется проверка контакторов. На рынке встречаются модификации с изоляторами, которые защищают токоведущую часть.

Модификации с изоляторами

Когда двигатель запускается, номинальное напряжение возрастает. Катушки могут перегорать, если повышается пусковой ток. В разомкнутых контактах наблюдается небольшой зазор, но полное сопротивление происходит, когда магнитопровод опускается.

Наличие теплового реле в схеме

Реле называют устройством, восприимчивое к температуре либо тепловому потоку. В цепи встречаются механические, электрические модификации. Современными считаются оптические устройства, которые работают по принципу линейного расширения. Если разбирать элементы, узлы состоят из двух стержней. Встречаются модели с удлинителями и без них.

В отдельную категорию выделены биметаллические реле с высоким показателем преломления. Внутри устройства применяются подвижные контакты, есть пластина. Также в них используется электрическая цепь замкнутого типа. В качестве материала применяется не только сталь, медь, но и латунь. Пластины могут быть со спиралью либо без неё, многое зависит от уровня расширения.

Важно! При помощи специальных приборов выясняется амплитуда изменения. Когда контакты неподвижны, можно управлять цепью.

Принцип работы магнитного пускателя

Основное назначение магнитного пускателя, замыкать (включать) или размыкать (выключать) электропитание электроустановки. Большая мощность электроустановки, является причиной больших пусковых токов. Большие токи не позволяют использовать простые механические коммутационные устройства (выключатели, рубильники) их заменяют магнитные пускатели.

Общий принцип работы магнитного пускателя не сложен. Есть электрическая цепь, которую нужно замкнуть или разомкнуть. В пускателе есть две группы контактов: одни контакты подвижные, вторые не подвижные. Подвижные контакты пускателя замыкаются при движении якоря к сердечнику. Сердечник запитывается отдельной цепью, а активация якоря происходит при помощи кнопки включения, установленной в цепи пускателя. Нажимаем кнопку «Пуск», якорь втягивается, питание подается на электроустановку. Нажимам кнопку «Стоп», питание с сердечника якоря снимается, оно размыкается и электроустановка обесточена.

Сразу стоит заметить, что сам по себе пускатель (контактор) не является функционально независимым устройством, например, как УЗО. Контактор, должен входить в схему, составными частями которой будут: сам контактор, спаренные кнопки управления (кнопка «Старт» и кнопка «Стоп»). Кроме этого, для защиты электродвигателя от перегрузок по току, в цепь пускателя устанавливается тепловое реле.

Уход за магнитным пускателем

Типичными проблемами являются перегрев (часто связан с замыканиями между витков катушки или изношенными контактами, тогда соответствующие детали надо заменить) и генерация громкого гудящего звука. Последняя может быть обусловлена очень разными факторами: слишком низким сетевым напряжением, недостаточным прилеганием якорной части к сердечнику, попаданием в корпус пыли и грязи, механической деформацией комплектующих.

Для обеспечения исправной работы прибора надо выбрать подходящую для данной сети схему и следить за тем, чтобы на поверхность и внутрь корпуса не попадали вода и пыль. При невозможности самостоятельной диагностики рекомендуется вызвать профессионального электротехника.