Катушки контакторов: управление, питание

1 месяц назад

4 мин.

Катушки контакторов: управление, питание, совместимость с ПЛК (PLC) и релейной логикой

Катушка контактора задаёт устойчивость включения и ресурс силовых контактов. При недостаточном напряжении или неправильном типе катушки контактор включается неполно, якорь вибрирует, контактное нажатие снижается, растёт переходное сопротивление и нагрев главных контактов. Поэтому выбор и питание катушки — это часть расчёта коммутационного аппарата, а не второстепенная деталь. Совместимость с ПЛК и релейной логикой определяется током катушки, характером пускового потребления, требованиями к подавлению перенапряжений и схемой управления.

Катушка контактора: назначение и параметры

Катушка создаёт магнитный поток, который притягивает якорь магнитной системы и замыкает силовые контакты. В технических данных критичны:

Номинальное напряжение катушки и род тока: переменный ~ (AC) или постоянный ⎓ (DC).
Напряжение срабатывания (минимум, при котором якорь гарантированно притягивается).
Напряжение отпускания (уровень, ниже которого контактор гарантированно отпускает).
Потребление катушки: ток/мощность в режиме срабатывания и удержания.
Допустимые отклонения напряжения и зависимость от температуры.

Эти параметры определяют, выдержит ли контактор реальные условия: длинные линии управления, просадки источника питания 24 В⎓, одновременное включение нескольких катушек, повышенную температуру в шкафу.

Катушки переменного тока ~ (AC) и постоянного тока ⎓ (DC)

Катушка постоянного тока ⎓ (DC)

Катушка DC имеет активное сопротивление обмотки и индуктивность. В установившемся режиме ток определяется напряжением и сопротивлением обмотки. При нагреве сопротивление растёт, ток уменьшается, запас по притяжению снижается.

Практические особенности DC-катушек:

чувствительность к падению напряжения на проводке и клеммах;
необходимость подавления перенапряжения при отключении (самоиндукция);
удобство питания от стандартных источников 24 В⎓ в шкафах автоматики.

Катушка переменного тока ~ (AC)

Катушка AC потребляет ток, зависящий от магнитного зазора. До притяжения якоря зазор велик, индуктивность меньше, ток выше; после притяжения индуктивность возрастает, ток снижается. Поэтому для AC характерно различие между потреблением при включении и при удержании.

Практические особенности AC-катушек:

выраженный пусковой ток катушки (в момент притяжения);
требование к стабильности формы напряжения (нагрев и удержание зависят от реального напряжения);
конструктивные элементы магнитной системы, предотвращающие вибрацию якоря на переходах через ноль.

Питание катушки: что проверяют в реальной цепи управления

Напряжение на клеммах катушки

Оценивают напряжение непосредственно на выводах катушки (обычно A1–A2), в двух состояниях:

в момент включения;
при удержании во включённом состоянии.

Причины снижения напряжения на катушке:

длина и сечение проводников;
контакты кнопок, реле, клеммники, разъёмы;
падение напряжения на выходных элементах (транзисторные ключи, интерфейсные модули);
недостаточная мощность источника питания 24 В⎓ при одновременных включениях.

Если напряжение на катушке ниже уровня устойчивого притяжения, якорь не прижимается полностью. Это приводит к вибрации, нагреву и ускоренному износу главных контактов.

Тепловой режим

Катушка контактора рассчитана на длительное удержание, но нагрев зависит от:

температуры воздуха в шкафу;
плотности монтажа;
напряжения питания (перенапряжение повышает потери);
режима работы (частые включения).

При повышенной температуре снижается запас по притяжению и повышается вероятность нестабильного удержания при граничном напряжении.

Управление катушкой: релейная логика и ПЛК (PLC)

Релейная логика (кнопки, промежуточные реле, цепи самоподхвата)

Классическая схема управления контактором включает:

кнопку «Пуск» (НО — нормально открытая),
кнопку «Стоп» (НЗ — нормально закрытая),
вспомогательный контакт контактора для самоподхвата (НО),
катушку контактора.

Требования:

коммутационная способность контактов кнопок/промежуточных реле должна соответствовать току катушки;
питание катушки должно сохраняться в пределах допуска при удержании;
при наличии нескольких контакторов вводятся электрические и механические блокировки (особенно в реверсивных схемах).

Управление от ПЛК (PLC): типы выходов и совместимость

Выходы ПЛК бывают:

релейные (контактные),
транзисторные (обычно для 24 В⎓),
реже — тиристорные/симисторные (для ~ (AC)).

Требования совместимости:

ток катушки должен быть меньше допустимого тока выхода ПЛК с учётом нагрева модуля и группировки выходов;
для транзисторного выхода важен тип подключения: NPN (сток на минус) или PNP (сток на плюс) и соответствующая схема питания;
для AC-катушек управление транзисторным выходом ПЛК напрямую не применяется; используют промежуточное реле, интерфейсный модуль или релейный выход.

Практическая схема для ПЛК:

ПЛК управляет катушкой промежуточного реле 24 В⎓;
промежуточное реле коммутирует питание катушки контактора (24 В⎓ или ~ (AC), в зависимости от выбранного контактора).

Это разделяет электронный выход ПЛК и силовую электромагнитную нагрузку, повышает ремонтопригодность и снижает риск повреждения модуля ПЛК.

Подавление перенапряжений катушки: обязательное условие для электронного управления

При отключении катушки возникает перенапряжение (ЭДС самоиндукции). Для контактных схем это увеличивает искрение контактов управления; для электронных выходов ПЛК это может привести к деградации или пробою ключа.

Катушка постоянного тока ⎓ (DC)

Применяют:

диод параллельно катушке (в обратной полярности): эффективная защита, но увеличивает время отпускания;
супрессор (TVS): ограничивает напряжение на заданном уровне, отпускание быстрее, чем с диодом;
диод + стабилитрон: ограничение напряжения выше, чем у диода, при меньшем времени отпускания.
Выбор определяется требованиями к скорости отпускания контактора и допустимым уровнем перенапряжения для выхода управления.

Катушка переменного тока ~ (AC)

Применяют:

RC-цепь (RC-снаббер);
варистор (MOV).

Эти элементы устанавливают по месту, с учётом допустимого уровня помех и требований к электронике управления.

Диагностические признаки проблем в цепи катушки

Гул и вибрация контактора

Причины: пониженное напряжение на катушке, неправильный тип катушки, плохой контакт в цепи управления, повышенная температура.

Срабатывание нестабильное (иногда включается, иногда нет)

Причины: просадка питания 24 В⎓ при одновременных включениях, падение напряжения на проводке, недостаточный ток выхода ПЛК, деградация катушки.

Повышенный нагрев катушки

Причины: перенапряжение питания, неправильная катушка по типу, высокая температура в шкафу, длительная работа при неблагоприятных условиях охлаждения.

Помехи в системе управления, сбои ПЛК

Причины: отсутствие подавления перенапряжения катушки, неправильное размещение подавляющего элемента, большая петля проводов.

Контрольный список выбора катушки контактора под управление

Род тока катушки: ~ (AC) или ⎓ (DC); номинальное напряжение.
Потребление катушки: ток/мощность в режимах включения и удержания (для AC учитывать повышенное потребление при притяжении).
Допустимый диапазон напряжения: обеспечить на клеммах катушки при включении и удержании.
Тип управления: кнопки/релейная логика/ПЛК.
Для ПЛК: тип выхода (релейный/транзисторный), допустимый ток, схема PNP/NPN (если применимо).

Подавление перенапряжения катушки:

DC: диод/TVS/диод+стабилитрон;
AC: RC-цепь и/или варистор.
Тепловой режим шкафа и плотность монтажа.