Мотор автоматы и автоматические выключатели – в чем разница?
Как мотор автоматы, так и автоматические выключатели, это устройства, которые предназначаются для защиты и управления электрическими цепями, и электродвигателями в частности. Несмотря на сходство в выполняемых задачах, эти типы устройств имеют массу различий. В чем именно заключается отличия между устройствами?
Особенности мотор автоматов
Мотор автоматы представляют собой устройства, задача которых – защищать электрические двигатели от неполнофазных режимов работы, перегрузок и коротких замыканий. В зависимости от того, какой тип привода используется для работы прибора, мотор автоматы разделяются на кнопочные и поворотные. Устройства второго типа ориентированы на локальное управление работой электрического двигателя. Примечательно, что часть мотор автоматов совместимы с электромагнитным приводом. Его можно подключить для удаленного контроля.
Несмотря на некоторое сходство с автоматическими выключателями, мотор автоматы имеют и массу отличий:
- мотор автоматы изготавливаются исключительно в трехполюсном исполнении;
- присутствует точная регулировка теплового расцепителя в широком диапазоне;
- есть встроенные либо устанавливаемые снаружи дополнительные контакты;
- наличие кнопки либо рычага, предназначенного для ручного управления нагрузкой;
- высокая электродинамическая устойчивость по сравнению с выключателями – до 100 кА;
- возможность объединения автомата и пускателя в единый блок (это позволяет корпус);
- ток электромагнитного ресцепителя равен току, при котором автомат работает на индуктивность.
Также стоит отметить широкие возможности по модернизации мотор автоматов при помощи дополнительных приспособлений. Наиболее часто на практике используются монтажные платы, клеммники, боксы с разными уровнями защиты, соединители, а также крепежи для установки этого оборудования в монтажных шкафах.
При необходимости можно увеличить глубину протекции электродвигателя путем монтажа дополнительных элементов. На эту роль хорошо подходят такие устройства, как реле минимального напряжения и расцепитель. Также мотор автоматы отличаются повышенной коммутационной способностью, так как они изначально предназначаются для работы с большими пусковыми токами, которые наблюдаются при запуске двигателей.
Источник
Автоматы защиты двигателей
2021-02-13 
Промышленное 
11 комментариев
Автоматы защиты двигателей, или по другому мотор-автоматы, предназначены в первую очередь для защиты электродвигателей от перегрева и последствий короткого замыкания, а также могут использоваться в качестве основного или аварийного выключателя. То есть по сути они совмещают в одном корпусе два устройства — автоматический выключатель и тепловое реле.
Ранее, до того как стали повсеместно применяться мотор-автоматы, для защиты двигателей использовались тепловые реле в паре с контактором.
По такой схеме тепловое реле, при превышении двигателем потребляемого тока нагрузки, размыкает цепь катушки контактора, отключая его силовые контакты и таким образом защищая двигатель. Схема рабочая, проверенная, но не лишенная недостатков. В первую очередь к ним стоит отнести неспособность тепловых реле защитить от КЗ, поэтому необходимо дополнительно использовать автоматические выключатели. Да и габариты такой конструкции из контактора и теплового реле получаются достаточно большими.
Поэтому с появлением автоматов защиты двигателей, тепловые реле стали отходить на второй план и на данный момент, их применение довольно ограничено.
Стоит сразу сказать, что по своим характеристикам, автоматы защиты двигателей несколько отличаются от обычных автоматических выключателей. В первую очередь тем, что:
- Учитываются время-токовые характеристики. При запуске двигателя пусковой ток может значительно превышать номинальный ток двигателя. Если точнее, то пусковой ток можно рассчитать, зная номинальный ток двигателя и величину кратности пускового тока Кп ( коэффициент кратности пускового тока к номинальному значению — Iпуск/Iном). Данная характеристика указывается в технических характеристиках, на шильде двигателя она отсутствует. I пуск = Iн х Кп. Например, при номинальном токе двигателя 20 А и кратности пускового тока 6, пусковой ток будет составлять 120 А. При таком токе обычный автоматический выключатель с время-токовой характеристикой B (ток отключения электромагнитной защиты от 3·In до 5·In, где In — номинальный ток) или С (от 5·In до 10·In) может отключится по электромагнитной защите. Автоматы защиты двигателей имеют уставку срабатывания электромагнитного расцепителя в зависимости от номинала, составляющую от 7,5 до 17,5 In.
- Все мотор-автоматы имеют температурную компенсацию (примерно от -25 до +60 °C) для того, чтобы исключить влияние внешней температуры на работу автомата, так как при изменении окружающей температуры может изменятся уставка теплового расцепителя, что может в свою очередь привести к ложным срабатываниям.
- Предельная отключающая способность (максимальный ток КЗ, при котором аппарат способен отключить нагрузку) автоматов защиты двигателя значительно выше (25-100кА), чем у стандартных автоматических выключателей — 4,5 — 6кА.
- Регулируемая настройка теплового расцепителя, в зависимости от номинала двигателя.
Принцип работы автомата защиты двигателей
Электромагнитный расцепитель выполнен в виде катушки соленоида, внутри которой расположен стальной сердечник с возвратной пружиной. Под действием электрического тока короткого замыкания сердечник втягивается в катушку, преодолевая сопротивление пружины и воздействует на механизм расцепления, в следствии чего контакты размыкаются.
Принцип работы тепловых расцепителей автомата такой же, как у тепловых реле. Имеется биметаллическая пластина, состоящая из двух пластин, которые сделаны из материалов с разными коэффициентами теплового расширения. Под воздействием высокой температуры, возникающей в следствии прохождения тока, превышающего номинальный, пластина начинает изгибаться, давить на механизм расцепителя и под действием пружины происходит размыкание контактов, тем самым обесточивается цепь.
Сразу после срабатывания защиты, вновь включить автомат не получится, таким образом обеспечивается выдержка времени для охлаждения двигателя после его аварийного останова.
Уставка срабатывания задается при помощи поворотного регулятора на лицевой части.
Необходимый ток уставки выставляется вращением регулятора до совмещения нужного значения тока на шкале с риской на корпусе.
Схема подключения автомата защиты двигателей
Автоматический выключатель следует устанавливать перед другими аппаратами в цепи. Это позволяет защитить не только сам двигатель, но и например, контактор от повреждения в случае перегрузки или короткого замыкания. Также, как и в случае автоматических выключателей, автомат защиты двигателей можно дополнительно оснастить вспомогательными контактами (контакты состояния, аварийный контакт), которые можно задействовать, например, для индикации состояния.
В случае подключения трехфазной нагрузки схема подключения стандартная и не вызывает вопросов, а вот в случае однофазной нагрузки (стоит отметить, что все мотор автоматы выпускаются только в трехполюсном исполнении), иногда встречаюсь с подключением, когда просто задействуют один силовой контакт автомата защиты. Но такое подключение неправильное, необходимо, как на рисунке ниже слева, задействовать все три контакта.
Кстати, обратите внимание, что автомат защиты двигателя имеет свое условно-графическое обозначение в схемах, отличающееся от обозначения обычных автоматических выключателей. А вот буквенное обозначение у них идентично.
Основные функции защиты
- Защита от токов короткого замыкания в цепи питания или внутри электродвигателя;
- Защита от длительных перегрузок, связанных с превышением механической нагрузки на валу двигателя;
- Защита от асимметрии фаз и обрыва фазного провода;
- Тепловая защита от перегрева двигателя;
- Обеспечение выдержки времени для охлаждения двигателя после его аварийной остановки после перегрева;
- Индикация режимов работы и аварийных состояний;
Выбор автомата защиты
В случае прямого запуска, когда двигатель включается в работу с помощью мотор-автомата и контактора, необходимо в первую очередь знать его мощность. Эту информацию можно найти либо в технических характеристиках на двигатель, либо в паспортных данных, которые указаны на шильде.
Следующим шагом подбираем автомат, исходя из номинальной мощности двигателя. У различных фирм-производителей можно найти таблицы характеристик, где указаны номинальный рабочий ток и диапазон регулировки автоматов защиты в зависимости от мощности двигателя. В частности, на рисунке ниже приведена таблица соответствия автоматов защиты двигателей компании Allen Bradley.
И последним этапом выставляем необходимый ток отключения при помощи регулятора диапазона. Обычно указывается, что он должен быть больше или равен номинальному току электродвигателя. Но желательно, чтобы ток срабатывания защиты превышал на 10-20% номинальный ток двигателя.
То есть в случае, если номинальный ток двигателя составляет например 10 А, умножаем это значение на 1,1. Получаем 11 А. Это значение тока и выставляем регулятором.
И еще хотел сказать пару слов о конструктивном исполнении мотор автоматов. В первую очередь следует отметить, что по способу управления существует два типа автоматов — кнопочные и с поворотным выключателем. Также клеммы могут быть либо винтовые, либо с пружинным контактом ( применяются для двигателей, мощностью до 2 кВт). Можно еще отметить наличие кнопки Тест на лицевой стороне корпуса, позволяющей имитировать срабатывание защиты автомата для проверки его работоспособности.
И в заключении хотел отметить, что эксплуатация двигателей без защитных устройств часто приводит к их выходу из строя, в следствии перегрузки, обрыва фазы, скачков напряжения и т.д. А это в свою очередь приводит к финансовым затратам, простою оборудования. Поэтому автоматы защиты двигателей являются необходимым элементом и не стоит на них экономить, тем более, что цены на них на данный момент вполне приемлемые.
Источник
Основы АСУ ТП и КИП — в статьях Ua.Automation.com
Доктор Вольт, для Ua.Automation.com
Сегодня мы продолжим наш рассказ об АВР, и поговорим о такой их разновидности как АВР на рубильниках с коммутирующей частью в виде мотор-привода (о других разновидностях, кстати, поговорим тоже).
Рубильники с мотор-приводом еще называют «Переключателями нагрузки с мотор-приводом» или «Автоматизированными переключателями нагрузки». Здесь и далее мы будем применять термин «Рубильники с мотор-приводом».
Если в схеме АВР с контакторами заменить их на рубильник с мотор-приводом, то мы получим также АВР, но с другой коммутирующей частью.
В 1-й части я уже писал о классификации этих устройств: контакторы, рубильники с мотор-приводом, автоматические выключатели, рубильники соленоидного типа. Это основные типы. Еще можно применять так называемые статические переключатели, но это отдельная тема не для сегодняшнего нашего разговора…
Используя вместо контакторов рубильник с мотор-приводом мы получаем тот же АВР, который выполняет все те же функции, что и контакторный АВР, но, с одним огромным преимуществом.
Это преимущество заключается в самой конструкции такого рубильника-переключателя. Здесь не надо механической блокировки, здесь не надо электрической блокировки – все просто.
Механизм рубильника такой, что контакты средней точки (они же подключаются к нагрузке) подключаются либо к контактам 1-го ввода либо к контактам 2-го ввода: как бы происходит перекидывание силовых контактов. Поэтому такие рубильники и называют – перекидные.
Автоматизация рубильника заключается в присоединении двигателя к ручке переключения, вернее к валу переключения, на которых размещены силовые контакты. Управляя двигателем мы управляем переключением.
Еще одно преимущество этого рубильника в том, что при отказе цепей управления автоматическим переключением (отказе релейной схемы) рубильник можно переключить руками! Ручку вставил в паз, повернул и произвел нужное переключение. Это увеличивает надежность схемы питания нагрузки.
Основным недостатком рубильника с мотор-приводом является его медлительность. Ну не может он быстро переключаться, как контакторы. Время переключения такого типа рубильников от 0,5 с до 4 с (время приведено примерное и оно также зависит от габарита и номинального тока рубильника).
Реально, при применении рубильника в схемах управления, время переключения может быть еще большим. Это связано с дополнительными специальными временными задержками.
Здесь остановлюсь и распишу подробнее, вернее дополню предыдущую информацию о взаимоблокировках.
В 1 части я уже упоминал явление взаимоблокировок – механических и электрических. «Электрическая взаимоблокировка – это система вспомогательных контактов, включенных определенным образом в цепи питания катушек контакторов, для исключения одновременной подачи на них напряжения управления». Но существует, можно сказать, подвид электрической блокировки – временная блокировка. Проще говоря, к системе вспомогательных контактов добавляются контакты реле времени, которые замедляют подачу напряжения на катушки контакторов. Реле времени используются как электрического типа, так и пневматического типа. Данный вид блокировки применяется, если на контакторах нет возможности установить механическую блокировку или этот тип контакторов просто не имеет механической блокировки.
Отметим, что для АВР на три и более ввода интересны комбинации контакторов и рубильников с мотор-приводами. Эта «интересность» дает повышенную надежность и быстрое переключение.
АВР на автоматических выключателях
Сразу проведем разделение – могут применятся автоматические выключатели так называемого корпусного исполнения и автоматические выключатели выкатного исполнения. Хотя, в принципе, можно еще выделить вариант на автоматических выключателях модульного типа.
Корпусные автоматические выключатели – это которые в корпусах (немодульные), например, на токи от 100А до,… ну скажем, 1250А. (Хотя лучше, наверное, до 800А… Это объясняется тем, что на ток 1250А и выше, лучше, целесообразнее применить автоматические выключатели выкатного исполнения).
В данном типе АВР в качестве коммутирующего элемента применяются автоматические выключатели с мотор-приводом, который автоматически включает и отключает автоматический выключатель. Еще в данном АВР можно произвести переключение «вручную», что есть тоже хорошо для эксплуатации.
Преимущество состоит в том, что АВР не только производит коммутацию, но и имеет защиту по каждому вводу! В предыдущих вариантах этого (защиты по вводам) не было. В тех вариантах необходимо было дополнительно предусматривать защиту вводов (от токов КЗ и перегрузок).
Преимущество серьезное, но сопровождается и рядом недостатков:
– медлительность – время переключения более 0,5 с. Т.е. хуже, чем у контакторов, но сравнимо с рубильниками с мотор-приводом.
– конструктивная особенность. Мотор-привод крепится на корпус выключателя, что имеет свои особенности – не всегда надежная работа. Тут со мной могут поспорить, особенно, поставщики оборудования. Но я практик и могу утверждать, что, например, если после транспортировки изделия необходимо опять настраивать систему АВР, мотор-приводов, механических блокировок и прочая и прочая… а раз идут дополнительные работы, то это – недостаток.
– механическая блокировка. Она также крепится дополнительно(см.выше), либо сзади автоматических выключателей, либо спереди на мотор-приводы. Требует наладки – в общем, «не фонтан».
На все эти недостатки, конечно, закрывают глаза, если это решение запроектировано или этого захотел Заказчик, или по-другому сделать нельзя…
Кстати, можно выделить еще один тип автоматических выключателей, а именно, выдвижного исполнения. Это другая разновидность корпусного автоматического выключателя с выдвижной корзиной. Достаточно сложная система – автоматический выключатель + мотор-привод + выдвижная корзина + механическая блокировка.
АВР на выкатных автоматических выключателях
Здесь в качестве коммутирующих устройств применяются автоматические выключатели, так называемого, выкатного исполнения. Это очень интересные автоматические выключатели.
Воздушные автоматические выключатели выкатного исполнения имеют конструктивную особенность: есть корпус автоматического выключателя и есть корзина с контактной системой, куда входит (и выходит :)) этот корпус…
Конструктивно сам автоматический выключатель несколько отличается от корпусного автоматического выключателя: другая система контактов, встроенный мотор-привод, куча всяких катушек и «штук» — блок-контактов, независимых расцепителей, расцепителей минимального напряжения, электронных расцепителей, различных систем силовых контактов и т.д. и т.п… Это объясняется тем, что они предназначены для коммутации больших рабочих токов (от 630 до 6000А) и, соответственно, больших токов КЗ. Здесь и требуются все те «штуки», которые обеспечивают надежность работы, повышенную чувствительность – не побоюсь этого слова – разумность…
Данные автоматические выключатели имеют тросовые механические блокировки, причем для различных вариантов АВР, скажем, не только для двух автоматических выключателей (по приведенным штатным схемам), но и более сложных АВР для двух автоматических выключателей и секционного автоматического выключателя.
Время срабатывания АВР достаточно большое (хотя здесь уже, на больших токах коммутации, это не важно. Вернее, быстрое время срабатывания АВР здесь не нужно).
1) Автоматические выключатели данного типа имеют ограниченный ресурс включения/отключения.
2) Представьте себе следующую ситуацию: ток коммутации 1000А или более, а тут АВР «щелкает» туда-сюда… и что после этого будет с контактами, пусть они даже и посеребренные – они сгорят! Потом, еще есть такое понятие, как переходные процессы, связанные с большими токами при перекоммутациях. Это значит, что к рабочему току добавляется бросок тока, читай – резкое его увеличение, например, если нагрузка имеет индуктивный характер. Вот поэтому, здесь все медленно и размеренно, в соответствии с логикой переключения. Пропал ввод – отключился вводной выключатель (данного ввода). Через выдержку времени включился выключатель другого ввода. И наоборот – клац! – отключение! . выдержка …клац! – включение …Тут уже встает вопрос оперативного напряжения питания для релейных цепей управления…
АВР на рубильниках соленоидного типа
Рассмотрим АВР на рубильниках соленоидного типа, к примеру, от производителя ASCO. Американский продукт: надежный, быстрый,… дорогой.
Принцип – похож на рассмотренный выше, в примере с АВР на рубильниках с мотор-приводом. Силовая часть – группа перекидных контактов – принцип коромысла, когда замыкание происходит либо с одной стороны, либо с другой, а середина подключена к нагрузке. Т.е. механическая блокировка заложена в самой конструкции.
Перекидные контакты приводится в действие не электродвигателем, а соленоидом, на который подается управляющее напряжение. Переключение происходит очень быстро! Производитель может обеспечить быстроту переключения в 50 мс!
Их много. Большой ресурс + большая перегрузочная способность + быстродействие + блок управления = полностью законченный АВР. Еще можно добавить, что есть возможность переключения «вручную» при отключенном напряжении управления.
Но даже в этой бочке меда есть изрядная ложка дегтя.
Дороговизна. (Кстати, не забудьте еще защитить питающие вводы: данный переключатель – только переключатель). Могут возразить, что «зато это надежный вариант»… Потом расскажут, что если провести сравнения по номинальному току и сравнить традиционные варианты, то это не всегда и дорого… или «относительно не дорого»…
Я даже не буду возражать – кто себе может позволить приобрести в щитовую АВР такого типа – я только за! Тем более, кто внимательно изучит эти устройства и «въедет» во все нюансы, то найдет там еще много интересных технических решений. Например, различные типы переключений данных рубильников – с открытым переходом, с закрытым переходом и не только.
Есть вариант так называемого синфазного переключения – очень интересная возможность! Правда, нужен специальный блок управления, но зато – какое решение – переключение с одного питающего ввода на другой под нагрузкой, без пропадания «сети» в момент «0». То есть без броска тока! Блок контролирует оба ввода и в момент фазовой синхронизации – «перехода напряжения обеих вводов через 0» производит переключение.
Все это «Просто Супер»! Но, опять же есть одно «но». Технически грамотных решений с применением таких рубильников мало. Например, быстрота переключений нужна? – нужна… а для какого случая? Необходимо четко представлять себе, что вы хотите реализовать.
Столкнулся года 2,5 назад со следующим применением рубильников ASCO – есть сетевые вводы, и есть ДГУ, причем, достаточно большой мощности (время выхода на режим около 0,5-1 мин). И там везде эти рубильники. Решение интересное и дорогое – рубильники ASCO с блоками управления, «продвинутой» серии, с блоком синфазного включения, с мониторами, с байпасными переключателями ASCO! (есть и такие у них!)… По сложности – почти, как на подводной лодке )).
А потом оказалось, что всем этим оборудованием эксплуатационный персонал не умеет пользоваться. Потом, все критические нагрузки защищены ИБП (как минимум, 7 минут!). Вопрос – а зачем это все? Насколько целесообразно применение такого оборудования? Вывод – средства потрачены не вполне рационально.
Решение можно было сделать более простым, как по оборудованию, так и по обслуживанию – и более дешевым. Например, между сетевыми вводами применить рубильники ASCO – быстрое переключение, ИБП практически не разряжают батареи. А для подключения ДГУ применить рубильник перекидного типа с мотор-приводом. (Надо цепи обводного питания – это делается также просто, на тех же ручных перекидных рубильниках. Опять, надо определиться с целесообразностью этих ремонтных цепей).
Если посчитать время переключения, то получаем следующий вариант: после пропадания обоих питающих вводов – 2-5 с на контроль «сети», потом запуск ДГУ 60 с, потом контроль напряжения ДГУ 2-3 с и переключение – 3-4 с. Итого: — 72 секунд, чуть более 1 минуты. ИБП держат критические нагрузки минимум 5-7 минут. Уложились совершенно спокойно.
Источник
