Контактор, автоматический выключатель и пускатель двигателя

Рисунок 1. Контакторы, автоматические выключатели и пускатели двигателей решают различные задачи управления и защиты.

Эти три устройства часто устанавливаются в одной панели управления двигателем, но решают разные задачи. Контактор обеспечивает частое, дистанционное или автоматическое переключение в режиме нормальной работы. Автоматический выключатель прерывает аварийный ток в пределах своей номинальной способности. Пускатель двигателя, как правило, сочетает в себе функции контактора и защиты двигателя от перегрузки. Во многих схемах управления двигателями эти устройства работают совместно, а не конкурируют друг с другом.

В данном руководстве приводится сравнение этих функций, объясняется, в каких случаях применяется пускатель двигателя, а также указывается, какая информация о проекте необходима перед выбором промышленного автоматического выключателя.

Краткий ответ: управление против защиты

Начнём с принципа действия. Контактор многократно включает и выключает нагрузку в ответ на управляющий сигнал. Автоматический выключатель прерывает аномальный ток в соответствии со своей схемой защиты. Пускатель двигателя сочетает в себе переключение на основе контактора с защитой от перегрузки, но при этом всё равно требует установки соответствующей схемы защиты от короткого замыкания. Одно обозначение не может безопасно заменить другое.

Рисунок 2. Начнем с функций: контакторы обеспечивают управление, автоматические выключатели — защиту, а пускатели двигателей сочетают в себе функции коммутации и защиты двигателя от перегрузки.

Как работает контактор

Контактор — это переключатель с электрическим управлением. Когда на катушку подается соответствующее управляющее напряжение, его магнитный механизм изменяет состояние главных контактов и обеспечивает подачу питания на нагрузку. При снятии управляющего сигнала контакты возвращаются в исходное состояние.

Это позволяет отделить цепь управления от цепи нагрузки. Кнопочные переключатели, таймеры, реле, программируемые логические контроллеры и системы управления зданиями могут управлять гораздо более значительной нагрузкой, не пропуская при этом ток нагрузки через себя. Благодаря тому же принципу контакторы широко используются в пускателях двигателей, насосах, вентиляторах, компрессорах, конвейерах, осветительных установках и оборудовании систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Сила тока — это лишь один из факторов, определяющих выбор контактора. Проектировщик также должен уточнить тип нагрузки, рабочее напряжение, категорию использования, предполагаемую частоту включений, напряжение обмотки, пусковой ток, условия эксплуатации и требуемый ресурс. Устройство, подходящее для резистивной нагрузки, может оказаться неподходящим для многократного пуска двигателя с одинаковым пусковым током.

Обычный контактор не заменяет защиту от короткого замыкания. Некоторые изделия продаются в качестве координированных пускателей или сборок, включающих реле перегрузки или электронную защиту, однако эти дополнительные функции относятся к самой сборке или к дополнительному устройству. Не следует предполагать их наличие, исходя только из самого термина “контактор”. Более подробное объяснение принципа работы механизма коммутации см. в что такое контактор и как он работает.

Как работает автоматический выключатель

Автоматический выключатель представляет собой защитное коммутационное устройство. От его типа и типа устройства срабатывания зависит, будет ли он обнаруживать или реагировать на ток перегрузки, ток короткого замыкания или другие заданные ненормальные условия перед прерыванием цепи в пределах заявленных номинальных значений.

Выбор автоматического выключателя начинается с учета особенностей системы, а не с номинального тока, указанного на этикетке. Проектировщик должен уточнить напряжение, тип сети (переменного или постоянного тока), номинальный ток, количество полюсов, возможный ток короткого замыкания, требуемую отключающую способность, характеристики срабатывания, согласованность с устройствами, расположенными выше и ниже по цепи, а также условия монтажа. Не следует утверждать автоматический выключатель, основываясь исключительно на его номинальном токе.

Автоматические выключатели в литом корпусе используются в промышленных распределительных сетях, для защиты фидерных линий, при монтаже распределительных щитов, а также в отдельных схемах питания электродвигателей. Термомагнитные модели, как правило, сочетают в себе защиту от перегрузки и короткого замыкания. Электронные устройства отключения могут дополнять набор функций регулируемой защиты. В любом случае конкретные технические характеристики зависят от выбранной серии и модели, а не от категории изделий в целом.

Хотя автоматический выключатель можно управлять вручную, его защитная функция не означает, что он автоматически заменяет контактор. Частое оперативное переключение может предъявлять иные требования, чем эпизодическое ручное управление или устранение неисправностей. Используйте автоматический выключатель для рутинного переключения только в том случае, если производитель явно указал, что устройство рассчитано на такое применение. С основными принципами действия защитного механизма можно ознакомиться в Как работает автоматический выключатель.

Что входит в комплект пускателя двигателя

Пускатель двигателя — это узел, а не другое название контактора. Обычный магнитный пускатель сочетает в себе контактор для включения двигателя и реле перегрузки, срабатывающее при длительной перегрузке в пределах номинальных значений. В состав узла также могут входить корпус, кнопки управления, вспомогательные контакты или другие принадлежности.

В этом и заключается практическое различие, лежащее в основе поисковых запросов «пускатель двигателя» и «контактор», а также «контактор» и «пускатель». Контактор является ключевым компонентом внутри пускателя. Пускатель обеспечивает защиту от перегрузки и вспомогательные функции управления, но не гарантирует автоматическое надежное отключение при коротком замыкании. Если выбранный защитный узел явно не обеспечивает и не подтверждает эту функцию, в цепи по-прежнему требуется согласованный автоматический выключатель или предохранитель.

Термин “стартер” часто относится к автомобильному узлу, поэтому его не следует путать с промышленным пускателем двигателя. В данной статье под пускателем двигателя понимается электрооборудование, используемое для запуска, остановки и защиты промышленных или коммерческих двигателей.

Сравнение контактора и автоматического выключателя

Различные задания в одной цепи

Контактор отвечает: ‘Когда должна работать нагрузка?’ Автоматический выключатель отвечает: ‘Что должно размыкать цепь, когда ток превышает допустимое значение?’

Оба устройства оснащены контактами и способны прерывать ток, из-за чего их сравнение кажется проще, чем оно есть на самом деле. Их контакты, приводы и системы подавления дуги рассчитаны на разные режимы работы. Контактор оптимизирован для переключения по команде; выключатель спроектирован и рассчитан на устранение определённых неисправностей.

Частота переключений и срок службы

Промышленное оборудование может запускаться и останавливаться много раз в течение одной смены. Правильно подобранный контактор рассчитан на такую многократную эксплуатацию, а его катушка обеспечивает практическое подключение к блокировкам, схемам аварийного управления, таймерам, датчикам и системам автоматизации.

Автоматический выключатель, как правило, срабатывает гораздо реже. Он обеспечивает непрерывную проводимость тока, реагирует на неисправности и может служить точкой размыкания, если выбранное устройство подходит для отключения цепи. Допустимое количество и тип операций определяются техническими характеристиками изделия. Универсального показателя количества операций не существует: уточняйте данные производителя для конкретной модели и режима эксплуатации.

Способность прерывать неисправности и отключающая способность

Предельная отключающая способность может исключить использование выключателя даже в том случае, если его номинальный рабочий ток соответствует требованиям. Устройство должно прерывать предполагаемый ток замыкания в точке установки в соответствии с применимыми номинальными значениями и условиями. Если доступный ток замыкания превышает эту способность, простое соответствие номинальному рабочему току не обеспечит безопасность установки.

Способность контактора переключать нагрузку в нормальном режиме не является показателем его короткозамкнутой нагрузки. При высоком токе короткого замыкания он может не обеспечить безопасное отключение, привести к заварке контактов или получить серьезные повреждения. Именно поэтому в цепи необходимо предусмотреть защиту от короткого замыкания, установленную выше по цепи.

Управляющие сигналы и автоматизация

Катушка контактора соединяет систему управления с цепью питания. Относительно небольшой управляющий сигнал может управлять двигателем или другой нагрузкой, а вспомогательные контакты передают информацию о состоянии или обеспечивают блокировку.

Некоторые модели автоматических выключателей также допускают установку таких дополнительных устройств, как шунтовые расцепители, расцепители по пониженному напряжению, моторные приводы и вспомогательные контакты. Эти опции обеспечивают возможность дистанционного отключения, сигнализации или управления, однако они не делают каждый выключатель пригодным для многоциклового переключения. Необходимо уточнить совместимость дополнительных устройств и условия эксплуатации для конкретной модели.

Защита от перегрузки — это отдельный вопрос проектирования

Защита от короткого замыкания и защита от перегрузки двигателя предназначены для разных ситуаций. При коротком замыкании может возникать очень высокий ток, который необходимо быстро прервать. Перегрузка двигателя может иметь меньшую амплитуду, но длиться достаточно долго, чтобы привести к его перегреву. Если рассматривать оба этих случая как один и тот же вопрос при выборе защиты, это приведет к пробелу в системе защиты.

Некоторые автоматические выключатели для защиты двигателей сочетают в себе защиту от короткого замыкания и регулируемую защиту от перегрузки. В другой распространённой схеме для защиты от короткого замыкания используется автоматический выключатель или предохранитель, для включения — контактор, а для защиты двигателя от перегрузки — реле перегрузки. Выбор между этими вариантами следует осуществлять с учётом типа двигателя, способа пуска, источника питания, требований к управлению, данных по координации и местных норм.

Почему в моторных цепях часто требуются и то, и другое

В типичной схеме управления двигателем функции распределяются в следующем порядке:

Источник питания → Автоматический выключатель или предохранитель → Контактор → Защита от перегрузки (при необходимости) → Двигатель

Каждый элемент выполняет свою конкретную функцию:

• Установленное выше по цепи защитное устройство прерывает ток короткого замыкания и обеспечивает функции защиты от перегрузки по току, предусмотренные конструкцией.
• Контактор запускает и останавливает двигатель в соответствии с командами управления.
• Реле перегрузки или специальная функция защиты двигателя срабатывает при длительной перегрузке, заклинивании ротора, потере фазы или других состояниях в пределах заявленных технических характеристик.
• Необходимо проверить всю комбинацию на предмет согласованности, допустимого тока замыкания, характеристик нагрузки и применимых региональных требований.

Рисунок 3. В типичной схеме управления двигателем функции защиты от короткого замыкания, коммутации и защиты от перегрузки распределены между отдельными скоординированными модулями.

В руководстве компании Schneider Electric по защите двигателей описываются термомагнитные автоматические выключатели для двигателей, обеспечивающие защиту от короткого замыкания и перегрузки, а также приводятся примеры систем, в которых магнитный выключатель или предохранитель сочетается с отдельным реле перегрузки. В руководстве по применению компании ABB двигатели, управляемые контакторами и автоматическими выключателями, также рассматриваются как отдельные схемы защиты. Выбор одного из компонентов не освобождает от необходимости назначить каждую требуемую функцию управления и защиты.

Информацию об архитектуре связанных продуктов см. в автоматический выключатель защиты двигателя категории. Окончательное проектирование и проверка должны выполняться квалифицированным персоналом. В данной статье не приводятся инструкции по испытаниям под напряжением, установке байпаса или монтажу электропроводки на месте.

Какое устройство вам нужно?

Рисунок 4. Выберите категорию устройства в соответствии с задачей, а затем сверьте точную модель с данными о системе, нагрузке, неисправностях и координации.

Воспользуйтесь таблицей, чтобы определить, какой тип устройства подходит для данной схемы. Не используйте её для выбора конкретной модели. Для принятия такого решения по-прежнему необходимы данные проекта и информация о согласовании с производителем.

Как указать сторону автоматического выключателя

Прежде чем запрашивать рекомендации по автоматическому выключателю (MCCB) или коммерческое предложение, подготовьте следующие данные:

1. Система переменного или постоянного тока и номинальное напряжение.
2. Тип нагрузки, рабочий ток и предполагаемые условия пуска.
3. Требуемое количество опор и соответствующая информация о системе заземления.
4. Допустимый ток короткого замыкания в точке подключения или требуемая отключающая способность.
5. Требуемые характеристики защиты от перегрузки и короткого замыкания.
6. Требования к координации действий на предшествующих и последующих этапах или к избирательности.
7. Условия установки, условия размещения в корпусе и рабочая частота.
8. Количество, рынок сбыта и необходимые технические документы.

Рисунок 5. Для расчета стоимости автоматического выключателя с короткозамыкающим устройством (MCCB) необходимы полные данные о системе, нагрузке, неисправностях, средствах защиты и проекте — а не только номинальный ток.

Не следует выбирать автоматический выключатель (MCCB) исключительно на основании номинального тока. Полный набор входных данных позволяет поставщику сравнить варианты с термомагнитными, электронными и регулируемыми защитными устройствами, а также модели, рассчитанные на постоянный ток, не распространяя характеристики одной модели на весь семейство изделий. Если по-прежнему отсутствуют важные данные по проекту, рекомендация по выбору модели еще не готова.

Компания OOHMAGE выпускает несколько серий автоматических выключателей с отключением тока (MCCB) для промышленного распределения электроэнергии и подбора оборудования для конкретных проектов. Ознакомьтесь с Серия автоматических выключателей в литых корпусах и перед оформлением заказа убедитесь, что опубликованные технические характеристики конкретной модели соответствуют требованиям проекта. Не стоит полагать, что серия подходит только потому, что её текущий ассортимент выглядит похожим.

Распространенные ошибки

Использование контактора в качестве защиты от короткого замыкания

Контактор может размыкать нагрузку в режиме нормальной работы, однако это не означает, что он обладает характеристиками прерывания неисправностей, присущими автоматическому выключателю. В цепи по-прежнему необходимо установить подходящее защитное устройство.

Использование автоматического выключателя для частого автоматического переключения

Использование выключателя вместо контактора может привести к превышению допустимой нагрузки, предусмотренной для данного устройства. Уточните конкретные параметры коммутационной способности или используйте контактор, рассчитанный на требуемый рабочий цикл.

Путаница между защитой от перегрузки и защитой от короткого замыкания

И перегрузка, и короткое замыкание сопровождаются превышением допустимого тока, однако их величина, продолжительность и требуемые меры реагирования различаются. Двигателю может потребоваться защита от перегрузки в дополнение к защите от короткого замыкания, установленной выше по цепи.

Выбор только по номинальному току

Отправной точкой является номинальный ток. На выбор могут повлиять такие факторы, как напряжение, применимость к переменному или постоянному току, категория нагрузки, допустимый ток короткого замыкания, отключающая способность, количество полюсов, характер срабатывания и условия окружающей среды.

Предположение о взаимозаменяемости номинальных значений для переменного и постоянного тока

Прерывание тока постоянного тока предъявляет иные требования к управлению дугой. Используйте модель с опубликованными номинальными параметрами, соответствующими фактическому напряжению постоянного тока и схеме полюсов. Не следует на основе предположений пересчитывать номинальные параметры, рассчитанные для переменного тока.

Игнорирование координации

Выключатель, контактор и реле перегрузки должны работать как единая система. Ознакомьтесь с данными производителя по координации и местными требованиями; совпадение номинальных значений тока на этикетках не является доказательством того, что данная комбинация подходит для использования.

Часто задаваемые вопросы

Может ли контактор заменить автоматический выключатель?

Нет. Обычный контактор управляет нагрузкой в режиме нормальной работы; он не заменяет автоматический выключатель или предохранитель, предназначенные для прерывания тока короткого замыкания. Любая цепь, в которой используется контактор, по-прежнему требует надлежащей защиты на входе.

Может ли автоматический выключатель заменить контактор?

Как правило, это не подходит, если нагрузка требует частого, дистанционного или автоматического отключения. Автоматический выключатель может поддерживать ручное управление, дистанционные устройства или определенные режимы работы, но конкретное устройство и область применения должны соответствовать требованиям данного использования.

Почему с контактором используется реле перегрузки

Контактор включает двигатель. Реле перегрузки контролирует длительное превышение допустимого тока, которое может привести к перегреву двигателя, и при необходимости размыкает цепь управления. Защита от короткого замыкания остается в ведении соответствующего автоматического выключателя или предохранителя, если только обе эти функции не выполняет одно универсальное устройство.

Нужны ли оба устройства во всех моторных цепях?

Не существует универсальной схемы, подходящей для всех цепей двигателей. Выбор необходимых устройств зависит от мощности двигателя, способа пуска, источника питания, требований к управлению, схемы защиты, данных по согласованию и местных норм. Во многих автоматизированных цепях двигателей используются как контактор, так и защитное устройство, поскольку коммутация и защита от неисправностей остаются отдельными задачами.

Какая информация необходима для расчета стоимости автоматического выключателя с комбинированной защитой (MCCB)

Укажите напряжение в системе, тип питания (переменный или постоянный ток), номинальный ток, количество полюсов, требуемую отключающую способность, способ защиты, характер нагрузки или области применения, количество, условия монтажа и рынок сбыта. Выбирайте модель только после ознакомления с опубликованными данными по предлагаемой серии автоматических выключателей MCCB.

Итоговое заключение

Контактор обеспечивает управление в нормальном режиме работы. Автоматический выключатель защищает от определенных аварийных ситуаций, связанных с током. Несмотря на внешнее сходство в распределительном щите, их номинальные параметры и функции не являются взаимозаменяемыми. Поэтому во многих цепях двигателей для защиты от неисправностей используется автоматический выключатель или предохранитель, для управления пуском и остановкой — контактор, а при необходимости — реле перегрузки или специальное устройство защиты двигателя.

Сначала назначьте каждую функцию, а затем выберите устройства из проверенных параметров проекта. Для стороны автоматических выключателей промышленного щита укажите напряжение, ток, количество полюсов, требуемую отключающую способность, область применения, количество и целевой рынок через Страница контактов OOHMAGE. Если подходит какая-либо серия OOHMAGE, в ответе следует объяснить, почему, и указать доступную техническую документацию. Если ни одна серия не подходит, не следует навязывать выбор.

Технические справочные материалы

• Автоматические выключатели для защиты двигателей компании Schneider Electric
• Базовая схема защиты двигателя от компании Schneider Electric
• Системы защиты и управления двигателями ABB
• Руководство по применению автоматических выключателей ABB для защиты электродвигателей