ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ПУСКАТЕЛЕЙ И КОНТАКТОРОВ
Проектирование электрического аппарата начинается с выбора прототипа (ранее спроектированного и запущенного в производство изделия), что подразумевает критический анализ лучших отечественных и зарубежных аппаратов, имеющих с проектируемым аппаратом одинаковое или подобное применение и близкие технические параметры.
Выбор прототипа осуществляется в соответствии с правилами и порядком, описанными в пункте 2.2 настоящего пособия. Если не удается найти изделие, подходящее по всем параметрам к проектируемому, тогда за аналог принимается изделие с параметрами, наиболее близкими к заданным.
Результатом данного этапа является конструктивная схема аппарата, подлежащая дальнейшей детальной проработке - выбору материалов и расчету частей и узлов, а также окончательному конструктивному оформлению.
Ниже приведены основные сведения о наиболее распространенных типах магнитных контакторов и пускателей, позволяющие выполнить первый этап курсового проекта.
Типы магнитных контакторов и пускателей
Контактор (лат. contactor - соприкасатель) - двухпозиционный коммутационный аппарат с неручным управлением, способный включать, проводить и отключать токи в нормальных условиях работы электрической цепи, в том числе и при рабочих перегрузках. Контакторы предназначены для частых коммутаций силовых цепей. Иногда (при малых токах) контактор рассматриваются как разновидность электромагнитного реле.
Контакторы как постоянного, так и переменного тока содержат: электромагнитную систему, контактную систему, состоящую из подвижных и неподвижных контактов, дугогасительную систему, систему блок-коптактов (вспомогательные контакты, переключающие цепи сигнализации и управления при работе контакторов).
Наибольшее распространение получили контакторы, которые включаются с помощью электромагнитного привода. Отключение производится за счет отключающих (возвратных) пружин и/или собственного веса подвижных частей.
Электромагнитные (магнитные) контакторы и пускатели наиболее часто используются в схемах дистанционного управления различными промышленными электроприводами. Высокая эффективность таких аппаратов и несложная конструкция предопределила их широкое распространение, а, следовательно, необходимость в их массовом производстве.
Пределы номинальных токов контакторов и пускателей составляют от 1,5 до 4800 А, напряжение главной цепи - от 27 до 2000 В (постоянного тока) и от 110 до 1600 В (переменного тока).
Напряжение включающей катушки составляет от 12 до 440 В (постоянный ток) и от 12 до 660 В (переменный ток).
Наиболее широко применяются одно- и двухполюсные контакторы постоянного тока и трехполюсные контакторы переменного тока. К контакторам из-за частых коммутаций (число циклов включения-выключения для контакторов разной категории изменяется от 30 до 3600 в час) предъявляются повышенные требования по механической и электрической (коммутационной) износостойкости.
Основные области применения контакторов: управление мощными электродвигателями (например, на тяговом подвижном составе - электровозах, тепловозах, электропоездах, трамвайных и троллейбусных вагонах, на лифтах), коммутация цепей компенсации реактивной мощности, коммутация больших постоянных токов.
В таблице П.1 (прил. II) приведены характеристики для разных категорий применения контакторов.
Назначение и основные технические данные контакторов постоянного и переменного тока приведены в табл. П.2-П.З (прил. II) и в каталогах предприятий-изготовителей (прил. VI).
Контакторы постоянного тока выпускаются в основном на напряжение 22 и 440 В, токи до 630 А в однополюсном и двухполюсном исполнениях.
Контакторы серии КПВ 600 предназначены для коммутации главных цепей электроприводов постоянного тока. Контакторы этой серии предназначены для работы в электрических цепях большой мощности, с токами в сотни ампер. Они используются, если необходимо значительное усилие для нажатия на силовые размыкающие контакты и значительный зазор между ними для исключения возможности пробоя при отключении контактора от сети. Такие контакторы имеют два исполнения: с одним замыкающим главным контактом (КПВ 600) и с одним размыкающим главным контактом (КПВ 620). Управление контакторами осуществляется от сети постоянного тока. Контакторы выпускаются на номинальные токи от 100 до 630 А.
Контакторы серии КП предназначены для переключения силовых электрических цепей постоянного тока напряжением до 220 В (для контакторов КП1 и КП2) и до 440 В для контакторов КП203. Применяются они для работы в качестве линейных и реверсирующих контакторов, а также контакторов ускорения в схемах автоматического управления электрическими двигателями постоянного тока приводов общепромышленных установок.
Контактор КП-207 предназначен для управления силовыми цепями генераторов и электродвигателей постоянного тока при номинальных напряжениях до 660 В и токах до 2500 А. Устройство контактора КП-207 обеспечивает надежное дистанционное управление сетью, быстрый доступ к силовым контактам и легкую замену катушки, вследствие чего они получили широкое распространение.
Контакторы серии КПД 100Е предназначены для коммутации главных цепей и цепей управления электроприводом постоянного тока напряжением до 220 В. Контакторы выпускаются на номинальные токи от 25 до 250 А.
В контакторах типа КМВ-521 применяется двухполюсная система. Эти контакторы предназначены для включения и отключения мощных электромагнитов приводов постоянного тока масляных выключателей. Наличие двухполюсной контактной системы, включенной в оба провода сети постоянного тока, обеспечивает надежное отключение индуктивной нагрузки.
Контакторы переменного тока промышленной частоты изготовляются, как правило, трехполюсными с замыкающими главными силовыми контактами.
В отличии от контакторов постоянного тока режим включения контакторов переменного тока более тяжел, чем режим отключения из-за пускового тока асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором (табл. П.1, прил. II). Кроме этого наличие дребезга контактов при включении приводит в этих условиях к большому износу контактов. Поэтому борьба с дребезгом при включении приобретает первостепенное значение.
Наиболее распространены контакторы переменного тока серии КТ6000 и КТ7000.
Контактор КТПВ является коммутационным аппаратом, выполненным в виде двух размыкающих и замыкающих силовых контактов, которые приводятся в действие электромагнитом. Контакты контактора КТПВ защищены двумя дугогасительными камерами. Помимо главных силовых контактов контактор КТПВ укомплектован вспомогательным блок-контактом, который служит для коммутации тока до 40 А.
Для реверса асинхронных двигателей при большой частоте включений в час (до 1200) применяется сдвоенная контактная система. В этих контакторах типа KTIIB-500, имеющих электромагнит постоянного тока, подвижные контакты изолированы от корпуса, что делает более безопасным обслуживание аппарата.
Контакторы электромагнитные серии КТИ (производитель-IEK.) предназначены для использования в схемах управления для пуска и остановки трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором в электрических сетях с номинальным напряжением до 660 В переменного тока частоты 50 Гц, а также могут быть использованы для включения и отключения других электроустановок: освещения, нагревательных установок и различных индуктивных нагрузок. Применяются в системах управления вентиляторами, насосами, печами, кран-балками и автоматических вводах резерва (АВР).
Контакторы малогабаритные переменного тока общепромышленного применения серии КМИ (производитель - ІЕК) на ток нагрузки от 9 до 95 А предназначены для пуска, остановки и реверсирования трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором на напряжение до 660 В (категория применения АСЗ), а также для дистанционного управления цепями освещения, нагревательными цепями и различными малоиндуктивными нагрузками (категория применения АС1). Контакторы серии КМИ применяются в системах управления ленточными конвейерами, компрессорами, насосами, кондиционерами, тепловыми печами, цепями освещения.
Малогабаритные контакторы серии КМИп (производитель -ІЕК) с катушкой управления постоянного тока общепромышленного применения на ток нагрузки от 9 до 32 А предназначены для использования в схемах управления электроприводами для пуска, остановки и реверсирования асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором на напряжение до 660 В частоты 50 Гц (категория применения АСЗ), а также для дистанционного управления цепями освещения, нагревательными цепями и различными малоиндуктивными нагрузками (категория применения АС1). Все исполнения имеют одну группу замыкающих или размыкающих дополнительных контактов.
Область применения малогабаритных контакторов с катушкой управления постоянного тока серии КМИп - управление станками, насосами, вентиляторами, тепловыми завесами, печами, кран-балками, освещением, в системах автоматического ввода резерва (АВР), системах бесперебойного питания, устройствах защиты автоматики, охранной сигнализации, в системах управления промышленными установками, коммутирование трехфазных конденсаторных батарей и первичных обмоток трехфазных низковольтных трансформаторов.
Пускатель электромагнитный (МП - магнитный пускатель) - это низковольтное электромагнитное (электромеханическое) комбинированное устройство распределения и управления, предназначенное для дистанционного управления различными силовыми нагрузками (мощными лампами, электронагревательными приборами, но чаще всего -электродвигателями, прежде всего, асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором). Кроме основной своей функции - дистанционного управления (пуска, реверса и т. д.) - магнитный пускатель может обеспечивать с помощью тепловых реле защиту двигателей от токовых перегрузок и сигнализацию об их работе. По существу пускатель представляет собой контактор, укомплектованный дополнительным оборудованием.
В состав пускателя как комплектного устройства могут входить кнопки управления, тепловые реле защиты, сигнальные лампы, размещаемые в одном корпусе. Выпускаемые магнитные пускатели различаются между собой по назначению (нереверсивные, реверсивные), наличию или отсутствию тепловых реле, кнопок управления, степени защиты от воздействия окружающей среды, уровням коммутируемых токов, рабочему напряжению катушки.
Кроме того, пускатели могут снабжаться специальными приставками (приставка с дополнительными контактами серии ПКЛ, приставка типа ПВЛ, обеспечивающая замедление срабатывания контактов на небольшое время и т. д.).
Электромагнитные пускатели общего применения изготовляются на напряжение переменного тока 127, 220, 380 и 500 В, номинальные токи 6-400 А. При нормальном режиме электромагнитные пускатели могут работать с частотой 150-1200 вкл./час, а пускатели малой мощности - до 3000 вкл./час.
Выпускаются электромагнитные пускатели в обыкновенном, защищенном и взрывобезопасном исполнении.
Технические параметры пускателей представлены в табл. П.4-П.6 (прил. И).
Электромагнитные пускатели производят следующие компании: ОАО «Уралэлектроконтактор»; ЗАО «ЧЭАЗ» (г. Чебоксары, www.cheaz.ru); «Этап» (г. Александрия, Украина, www.etal.ua); «Электроаппарат» (г. Курск, www.keaz.ru); ОАО «Кашинский завод электроаппаратуры» (г. Кашин, www.kzeap.ru); ОАО «Новосибирский завод низковольтной аппаратуры»; «Электроаппаратура» (г. Гомель, http://gomelapparat.org); ТЕ (Франция); Schneider-electric (Франция); General Electric (США); ABB (Швеция); Lovato (Италия); Siemens (Германия); Moeller (Германия); Chint Group Со (Китай) и др.
В настоящее время выпускаются:
- • МП с токами (предельные значения) до 100 А (пускатели серии ПМЛ натоки 10...95 А, серии ПМУ натоки 9...95 А);
- • МП с токами до 400 А, представителями которой являются пускатели серии ПМА на токи 40... 160 А, серии ПМ12 на токи 10...250 А (Россия) и зарубежные пускатели Chint Group Со серии NC1 и NC3 на токи 9...370 А;
- • МП с токами до 1000 А, представителями которой являются пускатели фирмы Moeller серии DIL на токи 20...855 А;
- • МП с токами выше 1000 А, куда относятся МП GE Power Controls серии CL и СК на токи 25... 1250 А и МП ЧЭАЗ-Benedikt на токи 10... 1200 А.
Наибольшее применение находят пускатели серии ПМЛ и ПМ12, более дорогие, но и более качественные пускатели серии ПМУ и зарубежных фирм производителей: «Сименс»; «Легранд»; «АББ»; «Шнайдер Электрик».
Пускатели ПМ12 на номинальные токи 10, 25, 40, 63, 100, 160 и 250 А служат в основном для дистанционного пуска, остановки и реверсирования трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором при номинальном напряжении до 660 В, частоте 50 и 60 Гц. Для двигателей мощностью до 45 кВт предназначены пускатели на 100 А, для двигателей до 75 кВт - устройства на 160 А, для двигателей до 132 кВт - устройства на 250 А. При наличии тепловых реле типа РТТ пускатели также осуществляют защиту управляемых ими электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности, перекоса и обрыва фаз.
Существуют климатические исполнения ПМ12 для эксплуатации в условиях как умеренного, так и тропического климата. Ассортимент продукции включает пускатели с различным исполнением по пылевла-гозащищенности: 1Р00,1Р20, IP40, IP54.
До 2002 года контакторы ПМ12 номиналами свыше 100 А выпускались на предприятии «Урал-электро» (г. Медногорск Оренбургской области). В 2002 г. бизнес по производству пускателей ПМ12 величин 5, 6 и 7 был интегрирован в состав одного из мировых лидеров электротехнического рынка - компании Schneider Electric. Производство ПМ12 было выделено в отдельное предприятие, которое получило название ООО «Урал-ЭлектроКонтактор».
Пускатели малогабаритные серий ПМЛ и ПМЛН общепромышленного применения изготавливаются в четырех габаритах на номинальный коммутируемый ток от 9 до 95 А. Они предназначены для работы в электрической сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением до 400 В. Основная область использования - пуск, останов и реверсирование асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором (категория применения АСЗ), а также дистанционное управление цепями освещения как с лампами накаливания, так и с индуктивными нагрузками, наїревательньїми цепями и различными индуктивноактивными нагрузками (категория применения АС1).
Ток главных контактов аппарата должен быть больше максимального тока нагрузки (рабочего тока электродвигателя или другого электроприемника, для включения которого проектируется пускатель).
Рабочее напряжение катушки должно соответствовать напряжению цепей управления - стандартные значения переменного напряжения составляют 24, 110, 220, 380 В, постоянного напряжения - 24 В.
Важный параметр пускателя - количество срабатываний. При большом значении количества включений/выключений в час используют бесконтактные пускатели.
Во взрывоопасных зонах используют взрывозащищенные магнитные пускатели вида «е» (повышенной надежности против взрыва) и с масляным наполнением серии ПМ со знаками взрывозащиты НМБ (ПМ712А-25, ПМ712-100 и ПМ711А-250), НМГ (ПМ722А-25, ПМ722А-100, ПМ721-250). Они выпускаются на номинальные токи 25, 100, 150 А при напряжении до 500 В.
Пускатели ПМ711А, ПМ712А имеют расцепители для тепловой защиты и нулевую защиту. Остальные пускатели имеют только нулевую защиту. Бак пускателя заливают трансформаторным маслом, без которого эксплуатация пускателя запрещена. В бак погружены искрящие контакты (главные силовые и блокировочные) и шины. Остальные детали (тепловое реле с механизмом включения, присоединительные силовые зажимы) размещаются в коробке пыле- и водозащищенного исполнения. Управляют пускателями при помощи встроенной кнопки. Пускатель допускает дистанционное управление посредством кнопочного поста.
Пускатели (контакторы) DILM (производитель Moeller) выполняются на токи от 7 до 500 А при напряжении 380 В (категория применения АСЗ), силовые вакуумные контакторы DILM - на токи до 1000 А (АСЗ). также Moeller производит миниконтакторы D1LEM, предназначенные для пуска и останова электродвигателей мощностью до 4 кВт или для коммутации нагрузки до 16 А, и вакуумные контакторы DILH на токи до 2500 А (АС 1).
Технические характеристики пускателей приведены в каталогах заводов изготовителей (прил. VI).
