Контактор і магнітний пускач: що це, як працюють і які бувають

Що таке контактор і навіщо він потрібен?

Контактор - це електромагнітний комутаційний апарат, який вмикає і вимикає навантаження за сигналом на котушку. Він керує двигуном, нагрівачем чи групою ліній, але не захищає їх від короткого замикання.

Слабкий сигнал у колі керування від кнопки, таймера, терморегулятора чи реле напруги замикає силові контакти в силовому колі. Завдяки цьому тонкий дріт із вимикачем здатен вмикати бойлер на кілька кіловат або двигун на десятки кіловат, а сам вимикач не навантажується струмом споживача. Контактор розрахований на часті вмикання за командою, на відміну від автомата, який є передусім захистом, але допустиму частоту вмикань задає паспорт конкретного апарата. У каталозі UEC і GEWISS це завдання виконують модульні контактори для щита та силові контактори на 9-630 А.

Слабкий сигнал керує потужним навантаженням через контактор

Що робить контактор і чим він відрізняється від автоматичного вимикача?

Контактор комутує навантаження дистанційно, автоматичний вимикач вимикає лінію в разі перевантаження і короткого замикання. Один апарат не замінює другий.

Автоматичний вимикач існує для захисту: він розмикає лінію в разі перевантаження та короткого замикання, а його ресурс у циклах значно менший, ніж у контактора. У картці автомата UEC SB-M9 заявлено не менше 10 000 циклів електричної та 20 000 циклів механічної зносостійкості. Контактор створений для частих вмикань за командою: у паспорті контактора UEC SB-PC на 9-25 А електрична зносостійкість за AC-3 становить 2,1 млн циклів, а механічна - 15 млн циклів на 9-18 А і 12 млн циклів на 25 А. Навантаження, яке вмикається щодня і автоматично, правильно підключати через контактор, а автомат лишається захистом лінії перед ним.

Чим контактор відрізняється від реле, рубильника та магнітного пускача?

Реле комутує слабкий сигнал, рубильник вмикають вручну, а магнітний пускач - це контактор разом із тепловим реле.

Проміжне реле UEC RP розраховане на контакти 8 або 16 А залежно від виконання і працює в колах керування, а контактор комутує навантаження в силовому колі до сотень ампер. Рубильник чи вимикач-роз'єднувач вмикають вручну, і саме вони забезпечують роз'єднання, якого контактор не виконує. Магнітний пускач складається з контактора й теплового реле та призначений для двигуна. Вибір між цими апаратами визначає завдання: сигнал, ручне роз'єднання, дистанційна комутація чи комутація двигуна із захистом від перевантаження.

Чому контактор не є апаратом захисту?

Контактор зазвичай не призначений вимикати струми короткого замикання, тому перед ним завжди стоїть апарат захисту, а двигун додатково захищає теплове реле.

Стандарт на побутові контактори говорить про це прямо: контактори, охоплені ДСТУ EN 61095:2014, зазвичай не призначені для переривання струмів короткого замикання, тому належний захист від короткого замикання має забезпечити певна частина електроустановки. Для силових контакторів і пускачів у ДСТУ EN IEC 60947-4-1 це називається узгодженням із пристроєм захисту від короткого замикання. За типом 1 після короткого замикання контактор може виявитися непридатним до подальшої роботи без ремонту, а за типом 2 він лишається придатним, хоча зварювання контактів не виключене. У паспорті UEC SB-PC записано, що експлуатація дозволяється лише з послідовно ввімкненим плавким запобіжником gG відповідного номіналу, а для теплового реле SB-TOR паспорт допускає запобіжники або автоматичні вимикачі. Тип узгодження для SB-PC, HC і CTR у паспортах не наведено. Для SB-PC паспорт дає номінальний умовний струм короткого замикання разом із запобіжниками gG з таблиці: 1 000 А для SB-PC на 9 і 12 А, 3 000 А для 18-65 А і 5 000 А для 80 і 95 А. Для CTR каталог GEWISS пов'язує умовний струм короткого замикання 3 кА із запобіжниками gL, а паспорт HC наводить 3 000 А без типу апарата захисту, тому умовний струм порівнюють зі струмом короткого замикання в щиті, а узгодження контактора із захистом перевіряють за документацією.

Контактор не захищає двигун від перевантаження: це завдання теплового реле або автомата захисту двигуна. Він також не є апаратом роз'єднання, бо в паспортах UEC SB-PC, HC та GEWISS CTR придатність до роз'єднання не заявлена. Для зняття напруги під час обслуговування використовують вимикач-роз'єднувач за IEC 60947-3 або автомат, придатний до роз'єднання, захищають його від помилкового вмикання (замок або табличка), а відсутність напруги перевіряють покажчиком напруги.

Як влаштований і як працює контактор?

Контактор складається з котушки з магнітопроводом, рухомого якоря та контактів: подана напруга втягує якір і замикає головні контакти.

Конструкція складається з електромагніта змінного струму, системи контактів і зворотних пружин. Керує апаратом коло котушки, а навантаження проходить через головні контакти, тому ці кола електрично розділені. Така розв'язка дає змогу керувати потужним навантаженням слабким сигналом і живити котушку іншою напругою, ніж навантаження. Допоміжні контакти механічно зв'язані з якорем і змінюють стан разом із головними, тому саме вони передають стан контактора в схему керування.

Будова контактора й положення контактів у вимкненому та ввімкненому стані

З яких частин складається контактор?

Основні частини - котушка, магнітопровід, якір, головні контакти, допоміжні контакти, дугогасні камери та зворотні пружини.

Котушка разом із нерухомим магнітопроводом створює магнітне поле, коли на неї подано напругу Us. У каталозі UEC і GEWISS напруга котушки становить 230 В AC для серій HC і CTR та 24, 36, 110, 220, 380 або 400 В AC для SB-PC. Якір - це рухома частина магнітопроводу, на якій закріплено рухомі контакти, і під дією магнітного поля він притягується до нерухомої частини. Головні (силові) контакти проводять струм навантаження: у SB-PC їх три, у HC із двома замикальними контактами - два, а в чотириконтактних виконаннях - чотири. Допоміжні контакти (блок-контакти) мають малий струм і працюють у колі керування та сигналізації. Дугогасні камери гасять дугу, що виникає під час розмикання контактів під струмом, а зворотна пружина повертає якір у вихідне положення після зняття напруги.

Який принцип роботи контактора?

Напруга на котушці створює магнітне поле, воно втягує якір і замикає головні контакти; після зняття напруги пружини повертають якір у вихідне положення.

Після подання напруги на котушку магнітне поле втягує якір, головні контакти замикаються, а допоміжні змінюють стан: замикальні замикаються, розмикальні розмикаються. Після зникнення напруги магнітне поле зникає, пружина повертає якір, і всі контакти повертаються у вихідне положення. Звідси випливає властивість, важлива для безпеки: зникнення напруги в колі керування вимикає навантаження. Відновлення напруги вмикає навантаження знову лише тоді, коли команда «ввімкнено» збереглася, наприклад, на вимикачі з фіксацією, тому для двигунів застосовують схему з кнопками «Пуск» і «Стоп» та самоблокуванням.

Чим силове коло відрізняється від кола керування?

Силове коло проводить струм навантаження через головні контакти, а коло керування живить котушку та складається з кнопок, реле й допоміжних контактів.

У силовому колі струм тече від апарата захисту через головні контакти контактора до двигуна чи нагрівача. Коло керування містить джерело, кнопки, таймери, реле та котушку, а його струм менший за струм навантаження. Напруга кола керування не обов'язково збігається з напругою навантаження: двигуном на 400 В можна керувати контактором із котушкою на 230 В, якщо коло керування живиться від фази й нуля. Кожне коло має власний захист: навантаження захищає автомат або запобіжник за перерізом кабелю, а коло керування - окремий автомат на малий струм чи запобіжник.

Як позначені виводи контактора?

Котушка позначається A1 і A2, головні контакти - парами 1/L1-2/T1, 3/L2-4/T2 і 5/L3-6/T3, а допоміжні - двозначними числами на кшталт 13-14 і 21-22.

Правила маркування виводів викладено в стандартах IEC 60947-1 і IEC 60947-4-1, на яких ґрунтується ДСТУ EN IEC 60947-4-1:2019. Головні контакти позначають парами однозначних цифр: непарна цифра - вхід, наступна парна - вихід, тобто 1/L1-2/T1, 3/L2-4/T2 і 5/L3-6/T3, а для четвертого полюса - 7/L4-8/T4. Допоміжні контакти мають двозначні номери, де остання цифра показує функцію, а перша - порядковий номер контакту. Останні цифри номерів задають тип контакту: 1-2 - розмикальний (НЗ, нормально замкнений), 3-4 - замикальний (НВ, нормально розімкнений), 5-6 і 7-8 - контакти особливої функції, наприклад із витримкою часу. Це правило стосується позначень за стандартом, а в GEWISS CTR номери виводів позиційні й функції контакту не визначають. Теплове реле має розмикальний контакт 95-96 і замикальний 97-98. Написи NO і NC біля цифр на корпусі лише пояснюють тип контакту, а виводами не є.

Навіщо потрібні допоміжні контакти НВ і НЗ?

Допоміжні контакти працюють у колі керування: замикальний (НВ) утримує котушку в режимі самоблокування, розмикальний (НЗ) забезпечує взаємне блокування.

Допоміжні контакти змінюють стан разом із головними. Замикальний контакт (НВ, англійською NO) у вихідному стані розімкнений і замикається під час спрацювання контактора, а розмикальний (НЗ, NC) поводиться навпаки. Каталожні позначення «1з (НВ)» і «1р (НЗ)» розшифровуються просто: «1з» - один замикальний контакт, «1р» - один розмикальний. НВ-контакт використовують для самоблокування та сигналізації, а НЗ - для електричного блокування в реверсі й АВР. У SB-PC на 9-32 А вбудований лише один допоміжний контакт, тому для схем, яким потрібні одночасно НВ і НЗ, додають допоміжні контакти SB-AC. Контакторів, у яких усі контакти розмикальні, серед розглянутих серій немає. У модульних розмикальні контакти бувають лише в змішаних виконаннях UEC HC20-11 (1НВ+1НЗ), HC25-22, HC40-22 і HC63-22 (2НВ+2НЗ) та GEWISS CTR 20 А 1NO+1NC, а в SB-PC розмикальний «1р (НЗ)» є допоміжним.

Які бувають контактори: види та приклади UEC і GEWISS

За призначенням контактори поділяються на модульні для щита, силові на 9-630 А, контактори в оболонці зі ступенем захисту IP54 і реверсивні; у каталозі UEC і GEWISS є всі чотири типи.

Вид контактора визначає не лише розмір, а й те, де його ставлять, яку категорію застосування він має і чим захищають навантаження. Модульні апарати займають від одного до трьох модулів на DIN-рейці й розраховані на побутові та невеликі комерційні лінії. Силові контактори комутують двигуни, насоси й компресори, і в їхніх картках указано потужність двигуна за категорією AC-3, а в модульних UEC HC - категорії AC-1 і AC-7a (у GEWISS CTR за каталогом також AC-3 і AC-7b до 30 А). Склад контактів і напругу котушки також беруть із картки, а не зі значення в амперах у назві.

Модульні контактори UEC HC і GEWISS CTR займають від одного до трьох модулів на DIN-рейці, тому місце модульних апаратів керування в щиті закладають ще під час розрахунку його місткості. Модульний контактор у щиті комутує бойлер, теплу підлогу чи групу освітлення за сигналом таймера, терморегулятора або реле, а котушки HC і CTR розраховані на 230 В AC. У картці HC заявлені категорії AC-1 і AC-7a, а категорії AC-3 у документації HC немає, тому прямий пуск силових двигунів апаратами UEC HC не заявлений. Для двигунів беруть силові контактори з категорією AC-3, описані нижче.

Силові контактори UEC SB-PC на 9-630 А

Трифазні контактори SB-PC випускають на 19 номіналів 9-630 А з котушками на 24, 36, 110, 220, 380 і 400 В AC; це апарати для двигунів та потужних навантажень.

Усі SB-PC мають три головні контакти й, за картками, номінальну робочу напругу Ue 400 В. Номінальний струм подано за категорією AC-3, тому в картці вказана потужність двигуна за 400 В, а повний ряд потужностей SB-PC за категорією AC-3 наведено в картках каталогу. На малих струмах, 9-32 А, у контактора є один вбудований допоміжний контакт, замикальний «1з (НВ)» або розмикальний «1р (НЗ)», а на 40-95 А вбудовані обидва, «1з+1р (НВ+НЗ)». Котушки на 24, 36, 110, 220 і 400 В трапляються в апаратах до 95 А, а від 115 А випускають виконання на 220 і 380 В.

Опис у картці визначає призначення SB-PC так: пуск і зупинка трифазних асинхронних двигунів із короткозамкненим ротором. За тим самим описом ці апарати вмикають і вимикають освітлення, нагрівальні установки та індуктивні навантаження. Паспорт SB-PC допускає температуру навколишнього повітря від мінус 5 до плюс 40 °C і кріплення гвинтами або на монтажну рейку на вертикальній площині з відхиленням до ±30°. Усю лінійку зібрано в каталозі контакторів UEC, а коротко про апарат розповідає відеоогляд контактора UEC.

Чим однофазний контактор відрізняється від трифазного?

Однофазний контактор комутує фазу й нуль двома полюсами, трифазний - три фази трьома полюсами, а разом із нулем - чотирма.

Кількість полюсів визначає лінія, а не котушка: котушки HC і CTR мають напругу 230 В незалежно від кількості полюсів. В однофазній лінії комутують і фазу, і нуль, а комутувати лише нульовий провідник не можна. Для трифазного двигуна потрібні три головні контакти, а для трифазного нагрівача з нулем - чотири, причому четвертий полюс ставлять у робочий нульовий провідник N після розділення PEN, а сам PEN не розмикають. У каталозі двоконтактні UEC HC із позначенням -20 та GEWISS CTR 2NO підходять для однофазних ліній, три головні контакти мають UEC SB-PC, а чотириконтактні HC із позначенням -40 і CTR 4NO придатні для трифазних навантажень, коли разом із фазами комутують і нуль.

Контактори SB-CMS в оболонці зі ступенем захисту IP54

SB-CMS - це контактор із тепловим реле та кнопками керування в оболонці зі ступенем захисту IP54 на 9-40 А, тобто готовий магнітний пускач для будівельних майданчиків і цехів.

За описом у картці оболонка IP54 дає змогу застосовувати такий контактор на будівельних майданчиках, у лакофарбових, термічних і гальванічних цехах, у мережах до 400 В. IP54 означає захист від пилу й бризок, а не вибухозахист і не стійкість до агресивного середовища: у вибухонебезпечних зонах і в приміщеннях з агресивними парами застосовують обладнання у відповідному виконанні, а допустимість середовища уточнюють у паспорті. Паспорт серії має назву «Контактори серії SB-CMS (9-95 А) в оболонці з кнопками керування», а на фото картки видно кнопки «I» і «O»; у текстових атрибутах картки склад кнопок не вказано. Ряд складається з виконань на 9, 12, 18, 25, 32 і 40 А з котушкою 220 В (380 В - лише на 9-25 А). Запис «Ue=220 В» чи «Ue=380 В» у назві виконання означає напругу котушки (паспорт SB-CMS називає її 230 і 400 В), а робоча напруга апарата за атрибутами карток становить 400 В. У картках SB-CMS є атрибут уставки теплового реле: 7-10 А для 9 А, 9-13 А для 12 А, 12-18 А для 18 А та 17-25 А для 25 А. Усі виконання зібрано в розділі контакторів в оболонці.

Що таке реверсивний контактор і коли він потрібен?

Реверсивний контактор змінює напрямок обертання трифазного двигуна, міняючи місцями дві фази; у каталозі UEC це SB-PCR на 115-630 А.

Реверс складається з двох контакторів, один з яких вмикає двигун «вперед», а другий після перестановки двох фаз - «назад». Номінальні потужності й струми за AC-3 діють, якщо реверс виконують після повної зупинки двигуна; реверс на ходу й гальмування противовмиканням належать до категорії AC-4, для якої допустимий струм значно менший (у паспорті SB-PC на 25 А - 8,5 А), тому такі режими підбирають окремо за документацією виробника. Обидва апарати не можуть бути ввімкнені одночасно, бо це призводить до міжфазного короткого замикання, тому реверсивна збірка завжди містить взаємне блокування. У лінійці SB-PCR налічується 18 виконань на 115, 150, 185, 225, 265, 330, 400, 500 і 630 А з котушками 220 та 380 В; потужність за AC-3 становить 55 кВт для 115 А та 335 кВт для 630 А. На менші струми, 9-95 А, реверс збирають із двох звичайних SB-PC та механічного блокування, яке унеможливлює одночасне вмикання обох контакторів.

Приладдя до SB-PC: допоміжні контакти SB-AC, приставки витримки часу SB-ATD, механічне блокування

До контакторів SB-PC випускають допоміжні контакти SB-AC, приставки витримки часу SB-ATD і механічне блокування; усі вони зібрані в розділі додаткових пристроїв.

Допоміжні контакти SB-AC існують у семи виконаннях: 11 (1НВ+1НЗ), 20 (2НВ), 04 (4НЗ), 13 (1НВ+3НЗ), 22 (2НВ+2НЗ), 40 (4НВ) та 31 (3НВ+1НЗ), і за картками всі вони сумісні з SB-PC. Приставки витримки часу SB-ATD мають по одному замикальному й одному розмикальному контакту та два види затримки: вмикання (DT) і вимикання (DR) з діапазонами 0,1-3 с, 0,1-30 с та 10-180 с. Механічне блокування випускають у двох виконаннях, для SB-PC на 9-32 А і на 40-95 А; воно призначене для реверсивних збірок. Для модульних контакторів GEWISS CTR існує додатковий контакт 1NO+1NC шириною півмодуля, який за карткою сигналізує про положення контактів. Повний перелік приладдя є в розділі додаткових пристроїв для контакторів UEC.

Контактор чи магнітний пускач: у чому різниця?

Магнітний пускач - це контактор у поєднанні з тепловим реле, яке захищає двигун від перевантаження. Сам контактор лише комутує навантаження і залишає двигун без захисту від перевантаження.

У повсякденній мові слова «контактор» і «пускач» змішують, проте між ними є практична різниця. Контактор відповідає за комутацію, а пускач - за комутацію разом із захистом двигуна, тому його збирають із контактора й теплового реле або з контактора й автомата захисту двигуна. Стандарт ДСТУ EN IEC 60947-4-1:2019 розглядає такі апарати разом під назвою «Контактори та пускачі електродвигунів».

Що таке магнітний пускач і яке його призначення?

Магнітний (електромагнітний) пускач вмикає і зупиняє двигун та вимикає його в разі тривалого перевантаження. Будова магнітного пускача - контактор, теплове реле і, залежно від виконання, оболонка.

Принцип роботи пускача збігається з принципом роботи контактора: команда «Пуск» подає напругу на котушку, головні контакти замикаються, і двигун отримує живлення. Додатково теплове реле реагує на нагрів від струму двигуна й у разі тривалого перевантаження розмикає свій контакт у колі котушки, після чого контактор вимикає двигун. Саме так працює схема «пуск-стоп» із самоблокуванням. У разі зникнення напруги пускач вимикається, і двигун сам не запускається після її повернення, доки не буде нової команди «Пуск».

Які бувають магнітні пускачі?

Магнітні пускачі розрізняють за виконанням, реверсом, способом захисту двигуна та напругою котушки.

Контактори SB-PC і теплові реле SB-TOR мають по три полюси, тому серед розглянутих серій окремих однофазних магнітних пускачів немає. Для малих двигунів побутових приладів паспорт UEC HC заявляє категорію AC-7b, а струм і схему кола такого двигуна узгоджують із документацією на нього. Для прямого пуску силових двигунів беруть апарати з категорією AC-3: SB-PC, SB-CMS або SB-PCR. Відкритий пускач збирають із SB-PC та SB-TOR, а готовий пускач в оболонці IP54 на 9-40 А - це SB-CMS. Для двигунів до 32 А тепловий захист може виконувати автомат захисту двигуна GEWISS у парі з контактором.

Який контактор вибрати під типове навантаження?

Для бойлера й теплої підлоги підходить модульний контактор із двома замикальними контактами, для двигуна - силовий SB-PC або SB-CMS за потужністю за AC-3, для розвантаження мережі - модульний контактор на струм непріоритетної лінії.

Тип контактора визначають у такому порядку: спочатку навантаження і його категорія застосування, потім розрахунковий струм або потужність двигуна за AC-3, далі кількість полюсів і напруга котушки. Для нагрівачів і побутових навантажень підходять модульні контактори з категоріями AC-1 і AC-7a, а для двигунів - силові контактори з категорією AC-3 разом із тепловим реле. Захист лінії підбирають окремо: для модульних контакторів - автомат за перерізом кабелю, для SB-PC - плавкий запобіжник gG за паспортом. Нижче зібрано типові відповідності для побутових і промислових навантажень.

Таблицю слід читати як вихідну точку, а не як готовий проєкт. Потужність двигуна й струм із паспортної таблички мають пріоритет над цифрами рядків, а розрахунковий струм нагрівача завжди перевіряють за паспортною потужністю конкретного приладу. Кожен рядок потребує власного захисту лінії (для SB-PC - плавкого запобіжника gG за паспортом), а для двигунів - ще й теплового реле чи автомата захисту двигуна. Перед вибором звірте всі параметри з карткою виробу: у каталозі склад контактів, напруга котушки та категорія застосування різняться навіть усередині однієї серії.