Расчет и выбор пусковой и защитной аппаратуры

Для управления электродвигателями применимы различные модификации и разновидности пускорегулирующей аппаратуры зависящая от рода применений, среды и величин мощностей. Применяемые пускатели при легком пуске и малой мощности электродвигателя, для большой мощности и особого, тяжелого режима работы предназначены контактора. Обеспечивающие щадящий режим для подключенных двигателей и уменьшения пускового момента устанавливаем устройства плавного пуска. Для регулирования параметров электродвигателей применяем частотные преобразователи рисунок 1.

Устройства плавного пуска предназначены для плавного пуска и остановки 3-фазных двигателей переменного тока, снижения величины пускового тока и устранения возможных негативных последствий высокого пускового момента. Практика эксплуатации электроприводов показывает, что трехфазные асинхронные двигатели испытывают наибольшие механические и электрические перегрузки во время пуска (разгона) и останова (торможения). Эти перегрузки резко сокращают ресурс двигателя, что увеличивает затраты на ремонт и восстановление оборудования.

Для повышения долговечности двигателей целесообразно использовать устройства плавного пуска и торможения, которые позволяют плавно увеличивать и снижать напряжение питания двигателей, что устраняет пусковые и стоповые броски тока, механические удары.

Устройство плавного пуска

Рисунок 1. Устройство плавного пуска марки ОВЕН, Siemenes, Moeller

Цифровое управление устройства плавного пуска позволяет произвести точную настройку и легкую установку. Благодаря регулировке пускового момента и уникальной функции «импульсный старт» устройство плавного пуска может быть использовано для широкого круга задач и предназначены для управления трехфазными асинхронными двигателями мощностью от 0,25 до 1200кW, при номинальном напряжении 400В и токах от 21 до 1600А. Диапазон выбора устройств плавного пуска по мощности, по току, по напряжению очень велик.

Для примера возьмём устройство плавного пуска ОВЕН УПП1 рекомендуются для применения с оборудованием мощностью до 11 кВт таблица 1: конвейеры, вентиляторы, насосы, компрессоры.

Преимущества ОВЕН УПП1:

  • Плавный пуск двигателя (0,4…10 сек).
  • Плавный останов двигателя (0,4…10 сек).
  • Регулировка пускового момента.
  • Импульсный старт для запуска нагруженных двигателей.
  • Надежный компактный корпус.
  • DIN-реечное крепление.
  • Широкий диапазон рабочих температур: -5…+40 °С.

Таблица 1.  Номинальные токи двигателя различных модификаций УПП1

Тип Максимальная мощность Максимальный ток двигателя Напряжение с
УПП1-1К5-В 1,5 кВт З А 400 – 415 В
УПП1-7К5-В 7,5 кВт 15 А 400 – 480 В
УПП1-11К-В 11 кВт 25 А 400 – 480 В

Электромагнитные пускатели и контакторы получили широкое применение в промышленности. При помощи пускателей и контакторов можно управлять силовой нагрузкой, т.е. включать и отключать, а также организовать схему дистанционного включения (отключения) не только двигателя, но и технологического оборудования рисунок 2.

Блокировка вентилятора с оборудованием выполняется также при помощи электромагнитных пускателей и контакторов.

Пускатели, контакторы, ПКУ

Рисунок 2. Пускатели, контакторы, ПКУ

На что стоит обратить внимание при выборе пускателя и контактора?

  • Номинальный ток.
  • Напряжение катушки.
  • Наличие теплового реле.
  • Степень защиты. Пускатели (контакторы) внутри шкафа могут иметь защиту IP00 или IP20. В производственных помещениях -IP54.
  • Наличие дополнительных контактов.

В обычных условиях достаточно одного замыкающего контакта. В том случае, если есть необходимость управлять другим технологическим процессом, можно предусмотреть дополнительно приставку контактную. Есть приставки контактные до 4-х контактов.

Разницы между пускателями и контакторами нету, возможно только в конструкции, те и другие выпускают на малые и большие токи, с тепловым реле и без, с различной степенью защиты.

Для управления электродвигателем большой мощности, хотя на такие ставят уже устройство плавного пуска или у которого особый режим работы (частые включения и отключения) применяются контакторы. Контактор предназначен для более тяжелого режима работы.

Магнитный пускатель представляет собой низковольтный коммутационный аппарат, предназначенный для дистанционного управления различными силовыми нагрузками в сеть напряжением до 1000 Вольт.

Магнитный пускатель — это модифицированный контактор. В отличие от контактора, пускатель комплектуется дополнительным оборудованием: тепловым реле, дополнительной контактной группой или автоматом для пуска электродвигателя. Магнитные пускатели классифицируются: по назначению (нереверсивные, реверсивные), наличию или отсутствию тепловых реле и кнопок управления, степени защиты от воздействия окружающей среды, уровням коммутируемых токов рабочему напряжению катушки.

Замыкание контактов силовой цепи осуществляется контактором — аппаратом, в котором сцеплённая с якорем электромагнитного реле группа контактных пластин замыкается на неподвижные контакты, соединённые с входными и выходными клеммами подключения питающего напряжения сети и линий нагрузки рисунок 3.

устройство магнитного пускателя

Рисунок 3. Принцип устройства магнитного пускателя

Таким образом, с помощью малых токов в катушке электромагнитного реле и слаботочных сигналов управления удаётся коммутировать сильноточные цепи больших нагрузок.

Управление нагрузкой производится непосредственным подключением нагрузки через главные контакты пускателя. Наиболее часто магнитные пускатели применяются для запуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором на промышленное номинальное напряжение коммутируемой цепи 220/380 Вольт. При использовании аппаратов для электродвигателей на 380/660 Вольт, встречающихся значительно реже, необходимо выбрать пускатель соответствующего напряжения.

Сигнал управления подается на катушку пускателя и это приводит к замыканию главных контактов. Чаще всего пускатели располагают максимальной защитой от перегрузок недопустимой продолжительности и от токов повышенной величины при обрыве одной из фаз. Магнитные пускатели также обеспечивают минимальную защиту при падении напряжения в питающей сети на 30-35% номинального значения. Защита от токов короткого замыкания не предусматривается. Пускатели разделяются также по величине, под которой понимают ток нагрузки, который способен включать и выключать пускатель своими главными контактами:

Таблица 2. Нумерация величин пускателей по току

Величина O I II III IV V VI
Iном 6,3 А 10 А 25 А 40 А 63 А 100 А 160 А

Сопоставление тока подключаемой нагрузки с номинальным током коммутационного аппарата, условно классифицируются по величинам, соответствующим номинальному току аппарата. Ниже представлена таблица 3 соотношений величин и номинальных токов. По ней можно правильно выбрать магнитный пускатель по току, либо по мощности, произведя пересчет по формуле.

Таблица 3. Выбор пускателя по параметрам

Величина

пускателя

Тип пускателя Исполнение по

степени защиты

Номинальный ток, А Мощность двигателя для категории АС-3, кВт
220В 380В 500В
I ПМЛ-1100 IP00 10 2.2 4 5.5
II ПМЛ-2100 IP00 25 5.5 11 15
III ПМЛ-3100 IP00 40 11 18.5 25
IV ПМЛ-4100 IP00 63 22 40 55
V ПМЛ-5100 IP00 125 55
VI ПМЛ-6110 IP00 160 75
VII ПМЛ-7100 IP00 250 132

Магнитный пускатель серии ПМЛ

Рисунок 4. Магнитный пускатель серии ПМЛ

При выборе магнитных пускателей рисунок 4, необходимо учитывать режим работы, которой определяется характером коммутируемой нагрузки:

  1. АС-1, нагрузка только активная, или мало индуктивная;
  2. АС-3, запуск электродвигателя и его отключение при вращении;
  3. АС-4, тяжёлый запуск двигателя, отключение его на низких оборотах и при неподвижном роторе, торможение противотоком.

Для характеристики коммутационной способности контакторов и пускателей переменного тока установлены четыре категории применения, являющиеся стандартными: АС1, АС2, АС3, АС4. Каждая категория применения характеризуется значениями токов, напряжений, коэффициентов мощности или постоянных времени, условиями испытаний и других параметров установленных ГОСТ Р 50030.4.1-2002.

При выборе пускателя необходимо обращать внимание на класс износостойкости, то есть количество срабатываний пускателя. Этот параметр особенно важен в том случае, если аппарат предназначен для коммутации нагрузки, работающей в режиме частых включений и выключений.

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. Самый низкий 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 рисунок 5. Например, когда нагрузкой являются цепи освещения или электронагревательные приборы.

Пускатель Пускатели с количеством полюсов

Рисунок 5. Пускатели с количеством полюсов

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. Рабочее (коммутационное) напряжение катушки реле, бывают таких значений:

  • Переменное: 24; 36; 42; 110; 220; 380 В.
  • Постоянное: 24В.

Количество и характеристики вспомогательных контактов. Кроме основных силовых контактов, коммутирующих главные электрические цепи нагрузки, магнитные пускатели оснащаются вспомогательными контактами, срабатывающими синхронно основным рисунок 6. 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 (NO), (НО) и нормально замкнутые (NC), (НЗ).

Подвижные и неподвижные контакты

Рисунок 6. Подвижные и неподвижные контакты

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. Степень защиты с тепловым реле, поставляется опционально и его можно выбрать исходя из требуемых характеристик.

Степени защиты, например:

  • IP00 — открытые, устанавливаются в обогреваемых помещениях в закрытых электрощитах защищённых от попадания посторонних предметов, воды и пыли;
  • IP40 — изготовляются в корпусе, применяются внутри не обогреваемых помещений, где имеется малое количество пыли в воздухе и исключено попадание воды на прибор;
  • IP54 — выпускаются в корпусе, применение внутреннее и наружное в местах, защищённых от воздействия атмосферных осадков и прямой солнечной.

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.

Расчёт для выбора пускового устройства по параметрам двигателя и более точного выбора, начинаем с изучения паспорта подключаемого электроприбора и применяют такие формулы, исходя из потребляемой мощности:

Расчёт для выбора пускового устройства (1)

где P — мощность нагрузки (Вт); cosφ – коэффициент мощности; η – коэффициент полезного действия электродвигателя (%); U-напряжение сети 380 (В).

потребляемая мощность (2)

где k – кратность пускового тока.

Ударный пусковой ток — это полный ток короткого замыкания, который состоит из трех составляющих и определяется по формуле:

Пример:

Рном =3,7 кВт = 3700 Вт;

η = 87% =0,87;

cosφ = 0,88;

k = 7,5.

Ударный пусковой ток (3)

Определяем номинальный ток по формуле (1):

номинальный ток

Определяем пусковой ток по формуле (2):

пусковой ток

Нужно учитывать, что в паспорте указывается номинальный ток Iп магнитного пускателя. В режиме работы АС-3 данный прибор обеспечивает запуск при шестикратном превышении его номинального тока. Imax=6· In.

Проверяем, подходит ли пусковое устройство с In = 10А, выбранное по методу, где максимальный ток контактора должен быть больше пускового тока электродвигателя Imax> Iпуск.

максимальный ток контактора

Определяем ударный пусковой ток по формуле (3):

ударный пусковой ток

Определение номинального тока уставки теплового реле. Для лучшего согласования перегрузочной способности двигателя и защитной (времятоковой) характеристики реле номинальный ток уставки выбирается на 15÷20 % выше номинального тока двигателя, т.е.

номинальный ток уставки теплового реле (4)

т.к. тепловое реле выбранного выше пускателя могут быть установлены тепловые элементы с различными номинальными токами, то необходимо выбрать тепловой элемент с номинальным током, ближайшим к рассчитанному значению Iуст.ном проверить, попадает ли величина Iуст.ном в пределы регулирования уставки реле.

Таблица 4. Выбор контакторов по току

Тип АС-1/АС-7а

(слабо индуктивные нагрузки)

АС-3/АС-7b

(электродвигатель с КЗ ротором)

Номинальный ток, А Номинальная мощность

при напряжении кВт

Номинальный ток, А Номинальная мощность

при напряжении кВт

230В 400В 230В 400В
КМ-16 16 3,0 10,5 6 1,0 3,0
КМ-20 20 3,8 13 7 1,0 3,6
КМ-25 25 4,5 16 9 1,3 4,5
КМ-32 32 6,6 20 18 3,0 10,0
КМ-40 40 8,41 25 22 3,7 11,3
КМ-50 50 10,5 33 27 4,5 13,7
КМ-63 63 13,0 40 30 5,0 15,0

Таблица 5. Выбор теплового реле

Тип теплового реле Номинальный ток, А Номинальные токи

тепловых элементов реле, А

Напряжение, В Кол-во и  вид контактов
РТН-1314 7-10TDM 10 7-10 660 3з+1р
РТН-1322 17-25TDM 25 17-25 660 3з+1р
РТН-3355 30-40TDM 40 30-40 660 3з+1р
РТН-1359 48-65TDM 65 48-65 660 3з+1р
РТН-1365 80-93TDM 93 80-93 660 3з+1р

Выбранные таким образом параметры реле обеспечивают отключение двигателя, например, при токе перегрузки 1,3Iном — за время не более 10÷20 мин., а при перегрузке током 10Iном — за время не более 2÷5 с.

Структурное обозначение пускателя серия 1 2 3 4 5 6 7 8 9

ПМЛ -Х Х Х Х Х Х Х Х Х:

  1. Цифра, указывающая величину пускателя в зависимости от номинального тока: 1-10, 16А; 2-25А; 3-40А; 4-63А, 80А.
  2. Цифра, указывающая исполнение пускателей по назначению и наличию теплового реле:
    • — нереверсивный пускатель без теплового реле;
    • — нереверсивный пускатель с тепловым реле;
    • — 5- реверсивный пускатель без теплового реле с механической блокировкой для степени защиты ІР00, ІР20 и с электрической и механической блокировкой для степени защиты ІР40; ІР54;
    • — реверсивный пускатель с тепловым реле с электрической и механической блокировками;
    • — пускатель звезда-треугольник.
  3. Цифра, указывающая исполнение пускателей по степени защиты и наличию кнопок:
    • — степень защиты ІР00;
    • — степень защиты ІР54 без кнопок (для пускателей без теплового реле) или с кнопкой “Реле” (для пускателей с тепловым реле),
    • — степень защиты ІР54 с кнопками “Пуск” и “Стоп”;
    • — степень защиты ІР54 с кнопками “Пуск” “Стоп” и сигнальной лампой (изготавливается только для напряжения 127, 220, 380 В, 50Гц); 4 — степень защиты ІР40 без кнопок;
    • — степень защиты ІР20.
  4. Цифра, указывающая исполнение пускателей по числу и исполнению контактов вспомогательной цепи.
  5. Буква, обозначающая пускатели с номинальным током на 16А — для 1 величины, 80А -для 4 величины, с уменьшенными весогабаритными показателями — для 3 величины (Д).
  6. Буква, обозначающая исполнение пускателей с возможностью крепления как на стандартную рейку, так и винтами на плоскости — М.
  7. Буква, характеризующая климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69 (0,0*; ОМ).
  8. Цифра, характеризующая категорию размещения по ГОСТ 15150- 69 (2,4).
  9. Буква, указывающая исполнение по износостойкости (А, Б, В). Структурное обозначение приставки контактнойСерия-1 2 3 4 5 6

ПКЛ — Х Х Х Х 4 Х

  1. Количество замыкающих контактов.
  2. Количество размыкающих контактов.
  3. М — исполнение приставки со степенью защиты ІР20;
  • Отсутствие буквы означает приставку со степенью защиты ІР00.
  1. Климатическое исполнение 0, ОМ по ГОСТ 15150-69.
  2. Категория размещения 4 по ГОСТ 15150-69.
  3. Исполнение по коммутационной износостойкости в режиме нормальных коммутаций: А — 3 х 106 циклов; Б — 1.6 х 106 циклов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *