Магнитный пускатель

Магнитный пускатель — это низковольтное электромеханическое коммутационное устройство, предназначенное для дистанционного пуска, остановки и реверсирования трёхфазных асинхронных электродвигателей, а также для их защиты от перегрузок недопустимой длительности и от самопроизвольного отключения при пропадании напряжения (нулевая защита). В более широком смысле, магнитный пускатель является разновидностью электромагнитного контактора, оснащённого дополнительными элементами — тепловыми реле и кнопками управления.

Устройство и принцип действия

Основным элементом магнитного пускателя является электромагнитная система, состоящая из неподвижного сердечника (магнитопровода) с катушкой и подвижного якоря. При подаче управляющего напряжения на катушку создаётся магнитное поле, которое втягивает якорь, механически связанный с подвижными контактами. Это приводит к замыканию силовых (главных) контактов, через которые подаётся питание на двигатель. При снятии напряжения с катушки пружина возвращает якорь в исходное положение, размыкая контакты и отключая двигатель.

Основные компоненты

• Электромагнитная катушка: создаёт электромагнитное усилие для притяжения якоря. Рассчитана на определённое номинальное напряжение (обычно 24, 36, 110, 220 или 380 В переменного тока).
• Магнитная система (сердечник и якорь): изготавливается из листовой электротехнической стали для снижения потерь на вихревые токи. Для уменьшения шума и вибрации при работе на переменном токе на сердечнике размещается короткозамкнутый виток.
• Силовые (главные) контакты: предназначены для коммутации силовых цепей электродвигателя. Обычно имеют три полюса (для трёхфазных цепей) и изготавливаются из металлокерамики на основе серебра, устойчивой к дугообразованию и эрозии.
• Дугогасительная камера: устанавливается на пускателях больших типоразмеров для гашения электрической дуги, возникающей при размыкании контактов под нагрузкой.
• Блок-контакты (вспомогательные): маломощные контакты, используемые в цепях управления, сигнализации и блокировок. Обеспечивают самоблокировку пускателя (удержание якоря после отпускания кнопки «Пуск») и реверсивные блокировки.
• Тепловое реле: биметаллическое устройство, защищающее двигатель от перегрузки. При превышении номинального тока биметаллическая пластина изгибается, размыкая контакты в цепи управления пускателем, что приводит к его отключению. После остывания реле требует ручного или автоматического возврата в исходное положение.
• Кнопочный пост (станция управления): выносное устройство с кнопками «Пуск», «Стоп» и, при необходимости, «Вперёд»/«Назад» (для реверсивных схем).

Классификация

Магнитные пускатели классифицируются по нескольким основным признакам.

По величине (типоразмеру)

Величина пускателя определяется номинальным током, который он способен коммутировать в длительном режиме. В России и странах СНГ распространена классификация по величинам (от 0 до 7-й), где каждая величина соответствует определённому диапазону токов:

По роду тока

• Переменного тока: наиболее распространённый тип, рассчитанный на работу в цепях переменного тока напряжением до 660 В (реже до 1140 В).
• Постоянного тока: применяются в специализированных промышленных установках, например, на электротранспорте.

По наличию тепловой защиты

• С тепловым реле: обеспечивают защиту двигателя от перегрузки.
• Без теплового реле: используются в схемах, где защита осуществляется другими устройствами (например, автоматическими выключателями).

По конструктивному исполнению

• Открытые: предназначены для установки в шкафах и электрощитах.
• Защищённые: имеют кожух, защищающий от попадания пыли и случайных прикосновений.
• Пылебрызгозащищённые: с уплотнениями для работы в условиях повышенной влажности и запылённости.
• Взрывозащищённые: для работы во взрывоопасных зонах (например, на химических предприятиях, угольных шахтах).

По наличию реверсирования

• Нереверсивные: обеспечивают пуск и остановку двигателя, вращающегося в одном направлении.
• Реверсивные: состоят из двух сблокированных пускателей, позволяющих изменять порядок чередования фаз на двигателе, что приводит к изменению направления его вращения. Блокировка предотвращает одновременное включение обоих пускателей, что вызвало бы короткое замыкание.

История

Прообразы современных магнитных пускателей появились в конце XIX — начале XX века вместе с развитием промышленного электропривода. Первые устройства были громоздкими, ненадёжными и не имели встроенной защиты. В 1920-х годах в СССР началось производство простейших контакторов для управления электродвигателями.

Значительный прогресс произошёл в 1930–1950-х годах, когда были разработаны компактные конструкции с дугогасительными камерами и тепловыми реле. В 1950-х годах на советских заводах (например, на Уральском электроаппаратном заводе) начался выпуск серийных магнитных пускателей серий ПМЕ (пускатель магнитный электромагнитный) и ПА (пускатель автоматический), которые стали стандартом для промышленности на десятилетия.

В 1970–1980-х годах появились более совершенные серии ПМЛ (пускатель магнитный литой) и ПМ12, отличавшиеся повышенной надёжностью и модульной конструкцией. В 1990-х годах на российский рынок активно вышли зарубежные производители, такие как Siemens, Schneider Electric, ABB, что привело к унификации габаритов и характеристик. В настоящее время в России широко распространены как отечественные пускатели серий ПМЛ, КМИ (Курский электроаппаратный завод), так и продукция международных брендов, часто собираемая на территории РФ.

Применение

Основная область применения магнитных пускателей — управление асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Они используются:

• В металлорежущих станках (токарных, фрезерных, сверлильных).
• В насосных станциях, вентиляционных и компрессорных установках.
• В конвейерных линиях, подъёмно-транспортных механизмах (краны, тельферы).
• В системах автоматизации зданий (приводы задвижек, лифтовое оборудование).
• В сельскохозяйственных машинах (зерноочистительные агрегаты, кормодробилки).

Помимо прямого пуска двигателей, пускатели могут применяться для коммутации других нагрузок: нагревательных элементов, трансформаторов, осветительных цепей большой мощности, если их параметры соответствуют характеристикам устройства.

Схемы управления

Прямой нереверсивный пуск

Простейшая схема включает кнопочный пост с двумя кнопками («Пуск» и «Стоп»). При нажатии на «Пуск» напряжение подаётся на катушку пускателя, он включается, замыкая силовые контакты. Одновременно замыкается блок-контакт, шунтирующий кнопку «Пуск» (самоблокировка). При нажатии на «Стоп» цепь катушки разрывается, пускатель отключается.

Реверсивный пуск

Для реверсирования используется два пускателя (KM1 и KM2). В их силовых цепях две фазы (например, A и B) меняются местами. В цепи управления обязательно предусматривается электрическая блокировка: нормально замкнутые контакты одного пускателя включаются последовательно в цепь катушки другого. Это исключает возможность их одновременного включения.

Защита от перегрузки

Тепловое реле (KK) включается последовательно в силовую цепь двигателя. Его размыкающий контакт включается последовательно с катушкой пускателя. При перегрузке контакт реле размыкается, отключая пускатель. Для повторного пуска требуется нажать кнопку возврата на реле (или дождаться автоматического возврата, в зависимости от модели).

Достоинства и недостатки

Достоинства

• Простота конструкции и обслуживания.
• Высокая надёжность и ремонтопригодность.
• Низкая стоимость по сравнению с электронными устройствами плавного пуска или частотными преобразователями.
• Обеспечение нулевой защиты (автоматическое отключение при пропадании и последующем восстановлении напряжения, предотвращающее самопроизвольный пуск двигателя).

Недостатки

• Высокие пусковые токи (в 5–7 раз превышающие номинальные), что создаёт ударные нагрузки на сеть и механизмы.
• Механический износ контактов при частых коммутациях.
• Ограниченный ресурс (количество циклов включения-отключения).
• Отсутствие плавного регулирования скорости и момента двигателя.
• Возможность ложных срабатываний теплового реле при колебаниях температуры окружающей среды.

Критерии выбора

При выборе магнитного пускателя для конкретного электродвигателя учитываются:

• Номинальное напряжение и ток двигателя: пускатель выбирается с запасом по току (обычно 10–15%).
• Напряжение катушки управления: должно соответствовать напряжению в цепи управления.
• Условия эксплуатации: степень защиты (IP), климатическое исполнение, необходимость взрывозащиты.
• Наличие и тип теплового реле: реле должно быть рассчитано на номинальный ток двигателя и иметь возможность регулировки уставки.
• Необходимость реверсирования: для реверсивных схем требуется два пускателя с механической и электрической блокировкой.
• Частота коммутаций: для интенсивных режимов работы (более 30 включений в час) рекомендуется выбирать пускатели с повышенным механическим и коммутационным ресурсом.

Интересные факты

• В СССР магнитные пускатели часто называли «магнитниками», а кнопочные посты — «грибками» из-за характерной формы кнопки «Стоп» красного цвета.
• Современные магнитные пускатели могут быть оснащены электронными приставками, например, для задержки времени при пуске или остановке.
• В быту магнитные пускатели иногда используются для управления мощными сварочными аппаратами или компрессорами в гаражах и мастерских.
• В некоторых отраслях (например, в горной промышленности) применяются магнитные пускатели с вакуумными дугогасительными камерами, что позволяет коммутировать высокие напряжения (до 1140 В) и токи без открытой дуги.

Источники

• Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е издание.
• ГОСТ 2491-82 «Пускатели электромагнитные. Общие технические условия».
• Алиев И. И. «Электротехнический справочник». — М.: РадиоСофт, 2006.
• Шеховцов В. П. «Электрическое и электромеханическое оборудование». — М.: Форум, 2010.
• Каталоги продукции ПАО «Курский электроаппаратный завод» (КЭАЗ) и ООО «Уралэлектроаппарат».