Применение контакторов: токи, нагрузки и ресурс

1 месяц назад

4 мин.

Применение контакторов AC-1/AC-3/AC-4: токи, нагрузки и ресурс

Категории применения контакторов АС-1/АС-3/АС-4 (AC-1/AC-3/AC-4) задают, какую нагрузку контактная система может коммутировать и в каком режиме, при нормированных условиях по напряжению, частоте сети и ресурсу. Эти категории нужны для правильного чтения паспортных токов: один и тот же контактор имеет разные допустимые токи в зависимости от того, коммутируется ли активная нагрузка (нагреватели) или двигатель (пуск и отключение под током), и выполняется ли реверс/торможение с «подхватом» ротора. Практически категория применения определяет дуговую нагрузку на контакты, нагрев и электрический ресурс.

Термины, которые используют в паспортах контакторов

Для понимания категорий АС-1/АС-3/АС-4 в паспортах обычно встречаются следующие параметры:

номинальный рабочий ток (Ie) — ток, который контактор допускает в заданной категории применения и при заданном напряжении. Это основной ток для подбора по режиму нагрузки;
номинальный тепловой ток (Ith) — ток по нагреву токоведущих частей при определённых условиях охлаждения. Ith не является током коммутации; он описывает тепловую способность аппарата в установившемся режиме;
номинальный условный ток в свободном воздухе (Ithe) — близкий по смыслу параметр для теплового режима, применяется в документации ряда производителей;
электрический ресурс — число коммутаций под нагрузкой при заданной категории применения, токе и напряжении;
механический ресурс — число срабатываний без нагрузки, определяется механикой привода.

Ключевое правило: для выбора контактора по нагрузке используют Ie в нужной категории, а не Ith.

Категория АС-1 (AC-1): активная нагрузка

АС-1 (AC-1) — коммутация активных или слабоиндуктивных нагрузок в сетях переменного тока: резистивный нагрев, ТЭНы, печи сопротивления, распределительные цепи с малой индуктивностью.

Технический смысл категории:

ток в цепи близок к установившемуся, без выраженных пусковых кратностей;
дуговая нагрузка при отключении минимальна по сравнению с двигательной коммутацией;
основной ограничивающий фактор — нагрев контактов и клемм при длительном протекании тока.

На практике АС-1 даёт наибольшие паспортные токи Ie для данного контактора, потому что режим коммутации наиболее благоприятный.

Категория АС-3 (AC-3): асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (пуск и отключение)

АС-3 (AC-3) — коммутация асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором в типовом режиме: пуск двигателя и отключение при номинальном токе двигателя (контактор размыкает цепь, когда двигатель уже раскручен).

Технический смысл категории:

при включении контактор пропускает пусковой ток двигателя (кратность по току выше номинала);
при отключении ток близок к номинальному рабочему, что снижает дуговую нагрузку по сравнению с отключением при заблокированном роторе;
основная нагрузка на контакты — сочетание пускового тока при включении и дуги при отключении номинального тока.

Практическое следствие:

Ie в АС-3 существенно ниже, чем Ie в АС-1 для того же аппарата;
электрический ресурс в АС-3 определяется частотой пусков и режимом работы двигателя (число включений в час, тяжесть пуска, температура).

АС-3 — базовая категория для выбора контактора под стандартный пуск двигателя без частых реверсов и «толчковых» режимов.

Категория АС-4 (AC-4): толчковый режим, реверсирование, торможение противовключением

АС-4 (AC-4) — коммутация двигателя в тяжёлых режимах: толчковое управление (частые включения/отключения), реверсирование, торможение противовключением. В этих режимах контактор размыкает цепь при токах, близких к пусковым, и часто включает двигатель при ещё не затухших переходных процессах.

Технический смысл категории:

контактам приходится многократно коммутировать высокие токи и гасить более тяжёлую дугу;
резко возрастает тепловая и эрозионная нагрузка на контактное пятно;
электрический ресурс снижается кратно по сравнению с АС-3.

Практическое следствие:

Ie в АС-4 ещё ниже, чем в АС-3 для того же контактора;
контактор в АС-4 подбирают с заметным запасом и обязательно проверяют ресурс по числу операций.

АС-4 применяют для приводов с частыми манёврами, позиционированием, толчковым режимом, а также в некоторых схемах реверса при высоких требованиях к динамике.

Как категория применения связана с токами, нагревом и ресурсом

Почему Ie отличается между АС-1, АС-3 и АС-4

Ie — это ток, допустимый при заданной категории. С ростом «тяжести» коммутации:

увеличивается энергия дуги при размыкании;
увеличивается вероятность микросварок и эрозии;
растёт нагрев контактной системы из-за ухудшения контактного состояния и более тяжёлых переходных процессов.

Поэтому для одного и того же контактора выполняется типовая зависимость:

Ie(АС-1) > Ie(АС-3) > Ie(АС-4).

Ресурс и режим работы

Электрический ресурс контактора задаётся для определённого режима: категория, ток, напряжение, частота операций. На ресурс критически влияют:

число включений в час;
длительность включённого состояния (тепловой режим);
тяжесть пуска двигателя (инерция, нагрузка на валу);
режим реверса/торможения (если есть);
стабильность питания катушки (неполное притяжение ускоряет износ контактов).

Механический ресурс обычно значительно выше электрического; в силовых применениях лимитирующим является электрический ресурс.

Практика выбора контактора по категории применения

Активная нагрузка (нагреватели)

Для ТЭНов и печей сопротивления ориентируются на АС-1 (AC-1):

выбирают контактор по Ie(АС-1) при рабочем токе;
дополнительно проверяют Ith по тепловому режиму и условиям шкафа.

Стандартный пуск асинхронного двигателя

Для типового пуска/останова выбирают по АС-3 (AC-3):

Ie(АС-3) должен соответствовать току двигателя в рабочем режиме;
учитывают число пусков и тепловой режим.

Реверс, толчки, противовключение

Для тяжёлых режимов выбирают по АС-4 (AC-4):

проверяют Ie(АС-4) и ресурс по операциям;
учитывают механические и электрические блокировки в реверсивных схемах;
оценивают тепловой режим контактора и клемм.

Типовые ошибки применения категорий

Выбор по Ie(АС-1) для двигателя;

Результат: ускоренная эрозия контактов, сваривание, снижение ресурса, перегрев.

Выбор по Ith вместо Ie;

Результат: контактор выдерживает нагрев, но не выдерживает коммутацию по дуге и ресурсу.

Применение АС-3 в режиме АС-4 (толчки/реверс);

Результат: кратное снижение электрического ресурса и рост отказов по контактной системе.

Неучёт частоты пусков;

Результат: контактор по току подобран правильно, но ресурс исчерпывается по числу операций.

Нестабильное питание катушки;

Результат: неполное притяжение, рост переходного сопротивления и ускоренный износ контактов при любой категории.

Контрольный список: чтение паспорта контактора по АС-1/АС-3/АС-4

Определить тип нагрузки: активная или двигательная; наличие реверса/толчков/торможения.
Выбрать категорию: АС-1, АС-3 или АС-4.
В паспорте найти Ie для выбранной категории при вашем напряжении.
Проверить электрический ресурс для требуемой частоты операций.
Проверить Ith и условия охлаждения (температура, шкаф, дерейтинг).
Для двигателей учесть режим пуска и количество включений в час.
Убедиться в корректности катушки управления и стабильности питания катушки.