Такое оборудование, как системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, компрессоры, насосы, конвейеры для материалов и многие другие, содержит электродвигатели большой мощности питаемые от сети, которые периодически включаются и выключаются во время работы. Для их управления необходимо обеспечить безопасную коммутацию токов высокого напряжения и с соответствующей изоляцией между двигателем и цепью управления. Кроме того, высокие напряжения и токи в силовых цепях могут создавать значительные электромагнитные помехи и переходные процессы, способные повредить электронные схемы управления.
Электромагнитные реле обеспечивают изоляцию управляющего питания, но имеют ограничения. Коммутация мощных цепей при высоких токах и напряжениях, подключенных к обмоткам двигателя, вызывает электрическую дугу, которая обжигает контактные поверхности реле и сокращает срок службы.
Решением проблемы будет использование электромагнитного контактора. Под этим названием есть особый класс реле, предназначенных для управления двигателями и подобными индуктивными устройствами. Они имеют прочную механическую конструкцию для тяжелых условий эксплуатации и более крупные и долговечные контакты, чем аналогичные простые реле. Кроме того, в контакторах используются методы гашения дуги, включающие магниты, специальные материалы и механическую конструкцию, обеспечивающую более быстрое размыкание и замыкание контактов по сравнению с реле.
Давайте изучим конструктивные решения электромагнитных контакторов и их основные преимущества в устройствах, где нагрузкой является асинхронный двигатель. Заодно рассмотрим характеристики образцовых компонентов данного типа.
Конструкция электромагнитного контактора
Электромагнитные контакторы состоят из электромагнита, построенного с использованием сердечника типа «Е». На его центральном столбе установлена катушка таким образом, чтобы обеспечить хорошую электрическую изоляцию ее обмотки от остальной конструкции. Вместе это образует электромагнит, возбуждаемый источником управляющего напряжения, которое может быть переменного или постоянного тока. Когда катушка находится под напряжением, электромагнитная сила притягивает якорь установленный на открытом конце сердечника.
Электрические контакты механически связаны с якорем, а их расположение зависит от модели контактора. Они могут быть нормально открытыми (NO) или комбинацией нормально открытых и нормально закрытых (NC). Контактор может иметь несколько изолированных друг от друга контактов — например, трехфазный вариант будет иметь 3 набора, по одному на каждую фазу. При вытягивании якоря размыкающие контакты размыкаются, а замыкающие контакты замыкаются. Многие контакторы содержат маломощные вспомогательные контакты, которые используются для контроля состояния и обнаружения отказа компонентов.
Материал из которого изготовлены контактные контакты и их форма выбраны так, чтобы обеспечить высокую механическую прочность, высокую электропроводность и стойкость к дуговому разряду и окислению. Все элементы контактора размещены в прочном корпусе, что обеспечивает стабильность и механическую прочность, хорошую изоляцию, термостойкость и в то же время простой способ соединения проводов. Корпус можно установить на панель или на DIN-рейку.
Контакторы серии Easy TeSys DPE размещены в компактном корпусе шириной 45 мм и могут устанавливаться на панель или на DIN-рейку. Все компоненты этой серии имеют дополнительный замыкающий контакт, а корпус имеет степень защиты IP20. Трехфазные контакторы одобрены UL/CSA и рассчитаны на ток до 32 А, что эквивалентно двигателю мощностью 25 л.с. / 600 В переменного тока. Доступны версии с различным напряжением возбуждения катушки управления.
Расчетный срок службы этих компонентов составляет 1 миллион, и они подходят для устройств, описанных в категориях использования IEC 60947. Номинальный ток каждой версии зависит от категории использования.
- Например, AC-1 описывает устройства, в которых нагрузка не является индуктивной или имеет лишь небольшую индуктивность. Это в основном резистивные нагрузки, у которых меньше проблем с коммутационными перенапряжениями и импульсными токами.
- Категория AC-3 описывает применение асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором в которых двигатель запускается и останавливается путем включения и выключения питания. Поскольку двигатели являются индуктивными нагрузками, это вызывает переходные процессы, создающие большую нагрузку на контактор.
- Категория AC-4 определяет устройства, которые приводят к еще большей нагрузке на контактор. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и контактными кольцами, обеспечивающие торможение обратным током и импульсное торможение, например, путем быстро повторяющегося запуска двигателя короткими импульсами при полном напряжении для запуска из состояния покоя. То есть это циклический пуск, обеспечивающий регулирование мощности, аналогичен методу ШИМ. Многократная коммутация источника питания создает максимальный уровень нагрузки на контактор.
Выбор нужного контактора
Соответствие конкретного типа контактора двигателю или применению, в первую очередь зависит от требуемого номинального тока. В каталог производитель включает графики, связывающие мощность двигателя, категорию использования и требуемый срок службы.
На рисунке показан один из трех доступных графиков для выбора контактора в зависимости от категории использования. В данном случае это AC-3 для редко останавливаемого двигателя. Например, рассмотрим выбор контактора для трехфазного двигателя мощностью 5,5 кВт, работающего при 400 В переменного тока и рабочем токе 11 А, где желаемый срок службы составляет 2 миллиона циклов. Начиная с определяющей линии 400 В переменного тока, проектировщик должен отметить мощность 5,5 кВт, а затем провести линию до пересечения с линией ресурса для двух миллионов операций. Ближайшая модель DPE, отвечающая этому требованию (синяя), — это DPE18.
Следует помнить, что потребляемый двигателем ток в худшем случае (при остановке вращения из-за механической блокировки) может быть значительно выше номинального значения.
Теперь рассмотрим 3-х фазный двигатель 400 В переменки мощностью 5,5 кВт с номинальным током 11 А в AC-4, то есть он должен предусматривать отключение источника питания при остановке двигателя в аварийных условиях. Требуемый срок службы 300 000 операций. Ток, потребляемый двигателем при остановке вращения под напряжением, в 6 раз превышает рабочий, что требует применения контактора с более высокой допустимой нагрузкой.
Выбор начинается с выбора тока 66 А — в 6 раз больше рабочего тока 11 А. Перемещая точку вверх от оси абсцисс до пересечения с линией, соответствующей требуемому сроку службы 0,3 млн срабатываний, получаем, что требованиям соответствует DPE32.
Контакторы предназначены для работы с типичными конфигурациями и мощностью двигателя в таких устройствах, как конвейеры, упаковочные машины, насосы, компрессоры, системы отопления и вентиляции, кондиционирования воздуха, охлаждения и других.
К примеру, DPER32 рассчитан на 32 А/690 В переменного тока и имеет регулируемый диапазон срабатывания от 23 до 32 А в классе срабатывания 10 (это означает, что он сработает при шестикратном превышении установленного уровня, а защита от перегрузки сработает в течение 10 секунд). Предназначен для защиты трехфазных двигателей номинальной мощностью 15 кВт, питаемых от сети переменного тока напряжением 400 В. Это дифференциальный компонент, обнаруживающий обрыв фазы и асимметрию нагрузки. Он имеет ручку регулировки температуры, кнопки ручного/автоматического сброса, кнопку проверки срабатывания, кнопку сброса и останова, световой индикатор активации и два вспомогательных контакта (1 NO + 1 NC) для индикации неисправности. Настройки защищены закрывающейся прозрачной крышкой. Все семейство устройств защиты от тепловой перегрузки сертифицировано по нескольким стандартам, включая IEC, UL и CUL.
Эти продукты дополняют тепловые реле для защиты цепей переменного тока и двигателей от перегрузки, обрыва фазы, увеличения времени запуска и механической блокировки роторов. Такие реле контролируют ток двигателя, и когда он превышает установленный предел тока, контакты отключают подачу питания и останавливают мотор. В продаже имеется немало различных моделей, каждая из которых имеет диапазон регулируемых уровней срабатывания защиты от перегрузки по току. Эти устройства защиты от перегрузки совместимы с контакторами от DPE09 до DPE38. Они подключаются непосредственно к нижним клеммам контактора. Все рассматриваемые элементы имеют одинаковую ширину 45 мм и могут монтироваться на DIN-рейку или привинчиваться к панели с помощью держателя контактора.
