Ток катушки магнитного пускателя

Ток катушки магнитного пускателя

Питание магнитных пускателей и реле

Магнитные пускатели широко применяются для включения — выключения потребителей большой и средней мощности. Катушки их электромагнитов питаются переменным током (50Гц), сила притяжения половинок магнитопровода меняется 100 раз в секунду от нуля, до амплитудного значения, поэтому пускатели заметно вибрируют, производя шум с частотой сети и её гармоник. Это загрязняет экологию помещения, где живут или работают люди, вынужденные иногда помногу часов подряд слушать, как гудят магнитные пускатели.

Механические вибрации магнитопровода пускателей ослабляют крепежные соединения и электрические контакты, что ведёт к выходу их из строя, а предотвращение отказов требует регулярных регламентных работ (подтяжка крепежных болтов и пр.) После подтяжки крепежа, контакты восстанавливаются, но гудеть пускатели продолжают. Вибрации усиливаются с их износом, что неблагоприятно отражается на состоянии здоровья людей.

Более 20 лет назад мною был внедрён способ полного устранения вибраций работающих магнитных пускателей разной мощности. За это время ни один пускатель не отказал, и не потребовал замены, даже в условиях нестабильного напряжения сети.

Типовую схему пускателя я дополнил выпрямителем и параметрическим стабилизатором тока удержания пускателя во включенном состоянии.

Когда катушка пускателя питается постоянным током, сила притяжения половинок её магнитопровода постоянна, не меняется циклически (как при питании переменным током). Движение частей магнитопровода отсутствует ввиду отсутствия вызывающих его причин (мгновенное значения тока катушки не меняется), поэтому пускатель не вибрирует и не производит шума. Вихревые токи в магнитопроводе, связанные с ними потери (нагрев ими магнитопровода) отсутствуют. Мощности электрического тока, необходимой для удержания пускателя во включенном состоянии, требуется на порядок меньше чем при типовом питании катушки пускателя переменным током. Это облегчает температурный режим катушки, что обеспечивает более надёжную работу пускателя и увеличение срока его эксплуатации.

В качестве выпрямителя используется полупроводниковый диод. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения – конденсатор. В качестве стабилизатора тока – бареттер, которым является обыкновенная лампочка накаливания, используемая в быту для освещения.

Свечение лампочки индицирует то обстоятельство, что пускатель включен, и другие, предусмотренные типовой схемой индикаторы работы, можно исключить.

Стабилизация тока обмотки пускателя происходит в согласии с простыми законами физики.

Ток через лампочку ограничивается её электрическим сопротивлением. Электрическое сопротивление лампочки пропорционально температуре её нити накала. Температура нити накала пропорциональна напряжению, приложенному к ней. Поэтому ток накала мало меняется при изменении напряжения накала.

На нелинейной зависимости тока нити накала от приложенного напряжения построен ряд параметрических стабилизаторов тока — бареттеров. Бареттер, как и осветительная лампочка, представляет собой нить накала в вакууме. Физика их работы не имеет отличий. То есть каждая лампа накаливания, используемая для освещения, может выполнять функцию бареттера, т.к. бареттером и является.

Принципиальная схема приведена на Рис.1.

В момент пуска, напряжение одной их фаз сети выпрямляется диодом Д1. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются конденсатором С1. Выпрямленное, (постоянное) напряжение прикладывается к катушке магнитного пускателя. Пускатель срабатывает. Силовые контакты (К1, К2, К3) замыкаются и напряжение подаётся на выход (потребителю).

Через вспомогательные контакты (К4) в цепь катушки включается лампочка накаливания Л1. Это переводит пускатель из режима пуска в режим удержания во включенном состоянии и стабилизации тока удержания. Лампа Л1 загорается примерно на треть номинальной яркости, сигнализируя о том, что пускатель сработал.

В момент пуска на катушку пускателя подаётся полное напряжение выпрямителя, что благоприятно для его быстрого и надёжного включения даже при сильно пониженном напряжении сети. После включения пускателя, он переходит в режим удержания и стабилизации тока удержания. Ток удержания пускателя в несколько раз меньше пускового тока. Этот уровень тока, и его стабилизация обеспечивается параметрами бареттера.

Пониженный (в несколько раз по сравнению с типовым) уровень тока катушки облегчает её температурный режим, что наряду с отсутствием вибраций, обеспечивает многократное продление срока службы пускателя.

Рис.1. Принципиальная схема питания катушки магнитного пускателя постоянным током со стабилизацией тока удержания.

Назначение элементов и требования к ним.

1. Вкл. – Орган включения – выключения пускателя.

Обыкновенный маломощный выключатель любого типа, например тумблер, или контакты маломощного низковольтного реле, для дистанционного включения с применением низкого, не опасного для жизни напряжения.

2. Диод Д1. – Выпрямитель. Этот диод должен быть рассчитан на максимальный импульсный ток не менее пускового тока катушки пускателя, плюс ток заряда конденсатора С1. Максимальное обратное напряжение этого диода должно быть не менее амплитуды напряжения сети. Средний ток через него невелик, для пускателей ПМЕ-211 380В 25А он порядка 35…40мА. Выпрямительные диоды легко переносят 20-30-ти кратные импульсные перегрузки, поэтому по току подойдут самые распространённые и дешёвые выпрямительные диоды.

Поскольку в сети, при переходных процессах (включение – выключение) случаются выбросы напряжения, достигающие двойного амплитудного значения, для надёжной работы лучше выбрать диод не менее чем с двукратным запасом по обратному напряжению. Например КД226Б. (1000В х 1А). Или 2 диода Д226Б (400В х 0,3А), включенные последовательно. В процессе длительной эксплуатации было 2 случая пробоя таких диодов, когда применялся один диод Д226Б, что заставило перестраховаться, и применять 2 диода Д226Б.

3. Конденсатор С1. – Сглаживает напряжение пульсаций. Устраняет вибрации. Обеспечивает удержание пускателя при кратковременных провалах напряжения сети.

Обеспечивает стабильный процесс переключения пускателя из режима пуска в режим удержания. Может быть применён электролитический конденсатор 10…50мкФ х 450В. Чем мощнее пускатель, тем должна быть больше ёмкость этого конденсатора.

4. Диод Д2 – Предохраняет элементы схемы от импульса напряжения катушки пускателя в момент его выключения. Может быть применён любой маломощный диод, с макс. обратным напряжением не менее амплитуды напряжения сети, напр. Д226Б.

5. Лампочка освещения. Для пускателя ПМЕ-211 380В 25А применяется лампочка 40Вт (220В) в простом или миниатюрном исполнении. Обеспечивает необходимый уровень и стабилизацию тока удержания катушки магнитного пускателя. К лампочке подводится не 100 (как при питании переменным током), а в два раза меньше — 50 полупериодов напряжения сети. Она работает в сильно облегчённом режиме, что на порядок увеличивает надёжность работы, чем при штатной эксплуатации – (220В, 100 полупериодов переменного тока). Поскольку ток в лампочке ограничивается электрическим сопротивлением катушки пускателя, к ней прикладывается даже не половина, а примерно треть напряжения, на которое лампочка рассчитана. Мощность, рассеиваемая лампочкой в виде оптического и инфракрасного излучения, в несколько раз меньше номинальной. Это обстоятельство увеличивает надёжность работы, как самой лампочки, так и устройства в целом.

Методика испытаний и подбора элементов с заранее неизвестным током удержания пускателя.

Если ток и напряжение удержания имеющегося в наличии пускателя, неизвестны, они могут быть легко измерены при помощи лабораторного автотрансформатора, выпрямителя и АВО-метра. Но и это не обязательно, потому что фактически нас интересует только один параметр – напряжение отпускания, которое целесообразно выбрать с некоторым запасом по условиям фактической эксплуатации пускателя. Пусть известно, что на объекте эксплуатации напряжение сети падает иногда до 180В. Напряжение отпускания можно выбрать 150…170В. Операция сводится к подбору лампочки и испытанием режима пуска и удержания при пониженном и повышенном напряжениях.

В продаже имеется широкий выбор ламп накаливания на 220В, что позволяет применять эту рационализацию для широкого ассортимента магнитных пускателей, от единиц до сотен ампер.

Подбор можно начать с лампочки 10Вт. Если при понижении напряжения (ЛАТРом) до реально существующего предела изменений напряжения сети (+некоторый запас), пускатель не удерживается во включенном состоянии, в патрон вкручивается более мощная лампочка, (15Вт) и испытание повторяется. Возможна комбинация последовательно-параллельного включения лампочек, что позволяет организовать оптимальный режим удержания любых пускателей.

При недостаточной ёмкости конденсатора, вибрации магнитопровода устраняются не полностью. В этом случае надо увеличить ёмкость конденсатора до полного исчезновения вибраций.

Простота схемы и методики подбора элементов позволяют внедрять эту рационализацию персоналу средней квалификации.

Рационализация была внедрена как в быту, так и на многих производствах, а один самодельный экземпляр, уже более 20 лет используется у меня дома. Работает круглые сутки. Не гудит и удерживает пускатель при падении напряжения сети до 140В, это напряжение отпускания выбрано с запасом, потому что у меня дома напряжение сети меняется от 150В (зимой 6 часов вечера) до 250В (летом 3 часа утра).

Читайте также:  Проходные выключатели схема подключения из 3 мест

Это рацпредложение неоднократно внедрено в различных организациях, и за него получено вознаграждение. Буду рад, если кто повторит этот опыт.

Любые электромагнитные реле, за очень редким исключением, имеют многократную разницу тока включения и тока отпускания. Соответственно напряжение включения и напряжение отпускания отличаются в несколько раз. Этот принцип применён и для низковольтных реле постоянного тока разных типов, также увеличивает срок их службы, поскольку облегчает температурный режим, увеличивает надёжность работы при колебаниях напряжения питания. Для низковольтных реле роль бареттеров выполняют низковольтные лампочки из их широкого ассортимента. Включением лампочек последовательно/параллельно можно получить бареттер, с необходимой характеристикой практически для любого реле, даже малой мощности.
Для реле постоянного тока схема существенно упрощается. Не нужен выпрямительный диод Д1 и конденсатор С1. При этом время срабатывания реле остаётся типовым, а время отпускания уменьшается, поскольку ток удержания снижен.

Эта схема может применяться и для ускоренного срабатывания реле с ускоренным-же отпусканием. В этом случае на реле подаётся удвоенное или утроенное от номинала напряжение питания, что определяет ускоренное время срабатывания, а после срабатывания бареттер ограничивает и стабилизирует ток вблизи нижнего порога отпускания, что обеспечивает как облегчённый температурный режим реле, так и уменьшение времени отпускания.

Магнитные пускатели

Устройства, которые предназначены (основное их назначение) для автоматического включения и отключения трехфазных электрических двигателей от сети, а также их реверсирования называют магнитными пускателями. Как правило, они используются для управления асинхронными электродвигателями с напряжением питания до 600 В. Пускатели могут быть реверсивные и не реверсивные. Кроме того, в них довольно часто встраивается тепловое реле для защиты электрических машин от перегрузки по току в длительном режиме.

Магнитные пускатели могут выпускаться в различных исполнениях:

  • Реверсивные;
  • Не реверсивные;
  • Защищенного типа – устанавливаются в помещениях, где в окружающей среде не содержится большого количества пыли;
  • Пыленепроницаемые – устанавливаются в местах, где они не будут подвергаться прямому воздействию на них солнца, дождя, снега (при наружном размещении располагаются под навесом);
  • Открытого типа – предназначены для установки в местах, защищенных от попаданий посторонних предметов а также пыли (шкафы электрические и прочее оборудование)

Устройство магнитного пускателя

Устройство магнитного пускателя довольно простое. Он состоит из сердечника, на котором помещена втягивающая катушка, якоря, пластмассового корпуса, механических индикаторов включения, а также основных и вспомогательных блок – контактов.

Принцип работы магнитного пускателя

Давайте рассмотрим на примере, показанном ниже:

При подаче напряжения на катушку пускателя 2, протекающий в ней ток притянет якорь 4 к сердечнику 1, следствием чего станет замыкание силовых контактов 3, а также замыкание (или размыкание в зависимости от исполнения) вспомогательных блок контактов, которые в свою очередь, сигнализируют в систему управления о включении или отключении устройства. При снятии напряжения с катушки магнитного пускателя под действием возвратной пружины контакты разомкнутся, то есть вернутся в свое начальное положение.

Принцип работы реверсивных магнитных пускателей такой же как и не реверсивных. Отличие заключается в чередовании фаз, которые подключает к пускателям (А – В – С одно устройство, С – В – А другое устройство). Это условие необходимо для выполнения реверса двигателя переменного тока. Также при реверсивном включении магнитных пускателей предусматривается блокировка одновременного включения устройств, чтоб избежать короткого замыкания.

Схемы включения магнитных пускателей

Одна из простейших схем подключения магнитного пускателя показана ниже:

Принцип работы данной схемы довольно прост: при замыкании автоматического выключателя QF собирается схема питания катушки магнитного пускателя. Предохранитель PU обеспечивает защиту схемы управления от коротких замыканий. При нормальных условиях контакт тепловых реле Р замкнут. Итак, для запуска асинхронника нажимаем кнопку «Пуск», цепь замыкается, через катушку магнитного пускателя КМ начинает протекать ток, сердечник втягивается, тем самым замыкая силовые контакты КМ, а также блок контакт БК. Блок контакт БК нужен для того, чтоб замкнуть цепь управления, поскольку кнопка после того как ее отпустят, вернется в исходное положение. Для остановки этой электродвигателя достаточно нажать кнопку «Стоп», которая разберет схему управления.

При длительном токе перегрузке сработает тепловой датчик Р, который разомкнет контакт Р, и это тоже приведет к остановке машины.

При схеме включения приведенной выше следует учесть напряжение номинальное катушки. Если напряжение катушки 220 В, а двигателя (при соединении в звезду) 380 В, то данную схему употреблять нельзя, а можно применить с нейтральным проводником, а если в обмотки двигателя соединены треугольником (220 В), то данная система вполне жизнеспособна.

Схема с нейтральным проводником:

Единственное отличие этих схем включения, что в первом случае питание системы управления подключено к двум фазам, а во втором к фазе и нейтральному проводнику. При автоматическом управлении системой пуска вместо кнопки «Пуск» может включатся контакт из системы управления.

Посмотреть как подключить не реверсивное магнитное пусковое устройство вы можете здесь:

Советы по монтажу магнитных пускателей

При монтаже магнитных пусковых устройств с тепловыми реле необходимо устанавливать с минимальной разностью температур окружающей среды между электродвигателем и магнитным пусковым устройством.

Нежелательна установка магнитных устройств в местах подверженных сильным ударам или вибрациям, а также рядом с мощными электромагнитными аппаратами, токи которых превышают 150 А, так как они при срабатывании создают довольно большие удары и толчки.

Для нормальной работы теплового реле температура окружающей среды не должна превышать 40 0 С. Также не рекомендуется установка рядом с нагревательными элементами (реостаты) и не устанавливать их в наиболее нагреваемых частях шкафа, например вверху шкафа.

Сравнение магнитного и гибридного пускателя: