Лабораторная работа 2. Магнитные пускатели

1. Цель работы

1.1. Ознакомиться с техническими данными и конструкцией магнитных пускателей.

1.2. Сравнение технических параметров магнитных пускателей различных типов.

1.3. Изучить технические данные и конструкцию магнитных пускателей.

1.4. Произвести проверку и снятие основных характеристик магнитных пускателей и тепловых реле.

2. Краткие сведения из теории

Магнитные пускатели – специализированные комплексные электрические коммутационные аппараты переменного тока, предназначенные для дистанционного управления трехфазными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором.

Основной функциональной частью всех магнитных пускателей является трёхполюсный контактор переменного тока, все контакты которого мостикового типа из серебросодержащего материала.

Как правило, в магнитных пускателях помимо контакторов встраиваются электротепловые реле для защиты электродвигателя от тепловой перегрузки и «потери фазы».

Выпускаемые промышленностью разнообразные магнитные пускатели различаются между собой по назначению – нереверсивные и реверсивные; по наличию или отсутствию теплового реле; по степени защиты от воздействий окружающей среды; уровню коммутационных токов; напряжению главных цепей.

Магнитный пускатель имеет следующие основные узлы:

– электромагнит;

– силовую контактную систему;

– дугогасительное устройство;

– систему вспомогательных контактов.

Для привода контакторов переменного тока широкое распространение получили прямоходовые системы электромагнитов с Ш и П-образными шихтованными магнитопроводами. Особенность их работы связана с питанием катушек электромагнитов переменным током, что приводит к появлению повышенной величины тока в катушке электромагнита в момент его включения. Величина этого тока в 6 – 10 раз повышает ток, который протекает через катушку электромагнита при втянутом якоре. Ударное включение переменного тягового электромагнита магнитного пускателя ограничивает и допустимое число включений аппарата в час (до 600 вкл/ч). Кроме этого, пульсирующий магнитный поток, создаваемый катушкой электромагнита, вызывает вибрацию и гудение магнитопровода, а также повышенный нагрев сердечника магнитопровода. Для уменьшения этих нежелательных явлений магнитопровод набирают из тонкой листовой стали (трансформаторной), а на подвижной или неподвижной части магнитопровода размещают три короткозамкнутых витка, которые создают наибольший эффект при малом рабочем зазоре. Поэтому для плотного прилегания полюсов их поверхность должна тщательно шлифоваться.

Катушка электромагнита переменного тока выполняется низкоомной с малым числом витков. Основная часть сопротивления катушки составляет ее индуктивное сопротивление, зависящее от величины зазора между якорем и сердечником магнитопровода.

При уменьшении зазора тяговая характеристика электромагнита переменного тока поднимается круче, чем у электромагнита постоянного тока, и благодаря этому ближе подходит к противодействующей характеристике. В результате этого величина напряжения отпускания электромагнита оказывается близкой к величине срабатывания электромагнита.

Относительно высокий коэффициент возврата электромагнитов магнитных пускателей К_в=0,6 – 0,7 позволяет использовать их для защиты электродвигателя при снижения сетевого напряжения.

При понижении напряжения сети на величину более 30 % и кратковременном исчезновении напряжения происходит отпадание якоря и отключение двигателя. Подобная электрическая защита носит название нулевой защиты по напряжению. Поскольку катушка контактора питается через замыкающий вспомогательный контакт, то включение контактора не происходит автоматически после восстановления напряжения до номинального значения (защита от самозапуска).

Электромагниты переменного тока обеспечивают надёжную работу в диапазоне колебания напряжения сети 85 – 110% номинального значения.

Силовая контактная система служит для коммутации силовых цепей переменного тока. Выполняется в трёхполюсном исполнении с силовыми контактами на номинальные токи от 10 до 200 А. Следует иметь в виду, что силовые контакты должны быть рассчитаны на длительное протекание номинального тока и производство большого числа включений и отключений при большой частоте. Из-за более благоприятных условий гашения электрической дуги в контакторах переменного тока зазор между силовыми контактами делается меньше, чем в контакторах постоянного тока. Такой подход позволяет снизить мощность электромагнита, его габариты и массу. Для удобства эксплуатации подвижные и неподвижные контакты выполняются легкоснимаемыми. Предварительно контактное нажатие на силовые контакты составляет половину его конечного значения. Для изготовления силовых контактов применяется металлокерамика.

Дугогасительные устройства при токах выше 10 А выполняются в виде дугогасительных решёток на каждый контактный разрыв.

Вспомогательные контакты мостикового типа применяются для коммутации слаботочных цепей управления и приводятся в действие тем же электромагнитом, что и главные контакты. В качестве материала для этих контактов используют серебро или биметалл, основой которого является медь, покрытая тонкой пластиной из серебра. Число вспомогательных контактов может колебаться от двух до четырёх и иметь исполнение как замыкающихся, так и размыкающихся. Они должны коммутировать цепи электромагнитов переменного тока, у которых пусковой ток во много раз превышает номинальное значение.

Реверсивные магнитные пускатели имеют два контактора с электрическим соединением, обеспечивающим электрическую блокировку через размыкающие вспомогательные контакты обоих контакторов, что исключает возможность включения первого контактора при включении второго контактора, т.е. при отключении одного из магнитных пускателей его силовые контакты размыкаются раньше, чем замыкаются размыкающие.

По заказу реверсивные магнитные пускатели выпускаются также с механической блокировкой, служащей для предотвращения одновременного включения обоих контакторов пускателя при случайной подаче напряжения на обе катушки невключенных контакторов.

Основными техническими данными магнитных пускателей являются:

– номинальный ток силовых контактов;

– предельный отключаемый силовыми контактами ток;

– номинальное напряжение коммутируемой силовой цепи;

– номинальное напряжение катушки электромагнита;

– механическая и коммутационная износостойкость;

– допустимое число включений в час;

– число вспомогательных контактов и тип их исполнения;

– собственное время включения и выключения.

Современной промышленностью выпускаются следующие серии магнитных пускателей. Наиболее распространенными типами магнитных пускателей являются:

ПМЕ-100; ПМЕ-200 – применяются для электродвигателей небольшой мощности с номинальным током 3, 10, 25 А при напряжении 380 В и 500 В. Напряжение на катушке электромагнита от 24 до 500 В. Магнитная система прямоходная. Силовые контакты мостикового типа. Число включений в час – 1200. Время включения пускателей 19 – 25 мс.

ПМЛ – выпускают на токи от 10 – 200 А, допустимая частота включений в час для пускателя 1 – 5 габаритов составляет 3600, а для пускателя 6 – 7 габаритов – 2400.

ПМС – выпускается для асинхронных двигателей серии 4А и имеют шесть типоразмеров на токи от 10 до 160 А. В качестве встраиваемых элементов они могут иметь разделительный трансформатор, кнопки управления, амперметр, сигнальную лампу. Механическая износостойкость лежит в пределах 10 – 16 млн циклов. Частота включений в час составляет 6000 для пускателя первого габарита и 2400 для пускателя 5 и 6 габаритов.

ПАЕ – выпускается для пуска электродвигателей мощностью от 17 до 75 кВт при напряжении 380 и 500 В, на токи 40, 63, 110 и 160 А. Магнитопровод имеет поворотную систему.

ПМА – могут быть нереверсивными и реверсивными, с электрической или механической блокировками, с кнопками управления и без них. Катушка электромагнита может питаться как от постоянного, так и переменного тока. Напряжение на катушке при постоянном токе - 24, 48, 110, 220 В, при переменном токе - 24, 42, 36, 110, 127, 220, 380, 660 В. Пускатели этой серии выпускаются на токи от 25 до 160 А и напряжением 220, 380, 500, 660 В. Число включений в час достигает 1200. Коммутационная износостойкость составляет от до циклов в зависимости от условий работы.

КМЭ – представляет из себя комплектное устройство, состоящее из малогабаритного контактора КТЭ, теплового реле РТЭ. Предназначены для дистанционного пуска и останова трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, а также для защиты электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности и сверхтоков, возникающих при обрыве одной из фаз. Выпускаются на номинальные рабочие токи 9, 12, 18, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 95 А с номинальным напряжением катушки 400 В;

ПМУ – магнитные пускатели для пуска, останова и реверса двигателей мощностью от 37 кВт и выше, коммутации осветительных и нагревательных цепей. Высокая коммутационная износостойкость пускателей ПМУ обусловлена качественным изготовлением контактных групп с использованием особой технологии пайки, высоким содержанием серебра в контактах, большой площадью силовых контактов и встроенной системой самоочищения от нагара. Сердечник катушки демпфирован резиновыми буферами, что позволяет снижать ударную нагрузку на конструкцию при включении аппарата. Выпускаются на номинальные рабочие токи от 100 до 630 А.

При выборе типа и габарита магнитного пускателя следует иметь в виду, что номинальный ток силовых контактов пускателя для коммутации асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором выбирается из условия включения пускового тока двигателя равного шестикратному номинальному току двигателя.