Styczniki - podstawowe elementy aparatury łączeniowej

Fot. 1. Stycznik Siemens Sirius z serii 3RT20

Rozpoczynając projektowanie układu napędowego, za cel stawiamy sobie prawidłowe zasilenie urządzenia wykonawczego, jakim będzie trójfazowy silnik indukcyjny klatkowy. Przy braku zdefiniowanych szczególnych warunków pracy, takich jak ciężki rozruch czy kontrola prędkościobrotowej, sięgamy po najprostsze rozwiązanie, czyli tytułowy stycznik.

Przed tym krokiem należy wspomnieć o koordynacji zabezpieczeń, co znormalizowane jest do trzech typów. Z typem 1 mamy do czynienia, jeśli nie występuje zagrożenie życia i mienia, a stycznik i/lub przekaźnik termiczny mogą ulec zniszczeniu, natomiast przed ponownym uruchomieniem może być wymagana naprawa lub wymianą części lub całości układu.

Typ 2 występuje w przypadku, kiedy również nie występuje zagrożenie życia i mienia, ale tym razem nie dopuszcza się uszkodzeń, a po wystąpieniu prądu zwarciowego muszą być zachowane warunki izolacji. Dopuszcza się natomiast sklejenie styków pod warunkiem ich łatwego rozdzielenia, a ponowne uruchomienie urządzenia może być poprzedzone przeglądem.

Typ 3 natomiast wymaga od układu całkowitej odporności na uszkodzenia czy sklejenie styków i układ musi być gotowy do działania bez dodatkowych ingerencji. Czołowi producenci aparatury łączeniowej zamieszczają w swoich katalogach stosowną tabelę ułatwiającą dobór aparatów w zależności od wymaganej koordynacji. Dobieramy go pod kątem mocy silnika, pamiętając o kategorii użytkowania.

Zależy ona od charakteru odbioru. Przy zasilaniu urządzeń o obciążeniu nieindukcyjnym lub o niskiej indukcyjności mamy do czynienia z kategorią AC-1, do której zwykle należą grzałki oporowe. Kategorię AC-2 stanowią silniki pierścieniowe. Najczęściej spotykaną kategorią jest AC-3. Dotyczy ona rozruchu i wyłączenia silników klatkowych.

W przypadku rozruchu, hamowania przeciwprądowego, nawrotu i impulsowania kategoria użytkowania to AC-4. Występują również wyższe kategorie, które dotyczą zasilania oświetlenia, transformatorów czy baterii kondensatorów, ale w tych wypadkach producenci proponują dedykowane serie styczników do tych zastosowań.

W rozpatrywanym przypadku indukcyjnego silnika klatkowego i standardowych warunkach pracy mamy do czynienia z kategorią AC-3. Podczas doboru należy zwrócić również uwagę na napięcie, jakim silnik jest zasilany.

Tabele w katalogu producentów przewidują zwykle kilka najpopularniejszych napięć trójfazowych, 230, 400, 500 i 690 wolt. W szczególnych przypadkach, gdzie stycznik będzie pracował w temperaturze wyższej niż standardowa zalecana przez producenta, należy przemyśleć przewymiarowanie. W tym momencie posiadamy już komplet danych potrzebny do prawidłowego doboru stycznika.

REALIZACJA ZABEZPIECZEŃ

Fot. 2. Wyłącznik silnikowy PKZM 0-4 firmy Eaton

Tworząc układ taki jak omawiany, musimy pamiętać również o zabezpieczeniu przed zwarciem i przeciążeniem. Pierwszą z możliwości jest użycie magnetycznego wyłącznika silnikowego. W klasycznym wykonaniu zabezpiecza on instalację przed prądem zwarciowym. Stosujemy go również po to, aby mieć możliwość ręcznego odłączenia silnika od sieci zasilającej.

Jako zabezpieczanie przeciążeniowe stosowany jest przekaźnik termiczny - potocznie nazywany termikiem. Jego budowa opiera się o zastosowanie pasków bimetalicznych, które pod wpływem ogrzewania na skutek przepływu prądu odkształcają się, a po osiągnięciu niepożądanej temperatury przełączają styk informujący o przeciążeniu silnika.

Istnieją również wersje elektroniczne przekaźników przeciążeniowych, które mają programowo realizowaną charakterystykę cieplną. Cechują się one dużo szerszym zakresem nastaw niż w przypadku klasycznego termika. Obecnie producenci aparatury łączeniowej proponują wyłącznik silnikowy magnetotermiczny, łączący w sobie dwa wyżej wspomniane rodzaje zabezpieczeń.

W szczególnych przypadkach można również zastosować dodatkowe zabezpieczenie w zależności od specyfiki urządzenia. Dla przykładu, w przypadku pompy będzie to zabezpieczenie przed zablokowaniem wirnika, niedociążeniem silnika (suchobiegiem) czy uszkodzeniem izolacji.

ROZWIĄZANIA ZŁOŻONE

Fot. 3. Układ rozrusznika gwiazda-trójkąt Schneider Electric LC3-D

Oprócz typowego układu omówionego powyżej, występować może szereg przypadków szczególnych. Najczęściej spotykany jest układ nawrotny i układ rozrusznika gwiazda- trójkąt. Pierwszy z nich służy do przełączania kierunku obrotów silnika.

Fabryczny zestaw składa się zwykle z dwóch styczników oraz gotowego okablowania do ich połączenia oraz, co najważniejsze, blokady elektrycznej i mechanicznej, które zabezpieczają przed jednoczesnym załączeniem obydwu styczników, czyli w efekcie do zwarcia międzyfazowego. Możemy spotkać rozwiązania, gdzie styczniki są monolitem ze zintegrowaną blokadą mechaniczną i elektryczną.

Kolejnym rozwiązaniem jest układ rozrusznika gwiazda-trójkąt. W podstawowej wersji składa się z trzech styczników i przekaźnika czasowego do zadawania czasu przełączenia z gwiazdy w trójkąt. Tak jak w przypadku układu nawrotnego, spotkamy gotowy układ okablowania styczników i blokadę mechaniczną między stycznikiem gwiazdy i trójkąta.

Ciekawym rozwiązaniem jest moduł montowany od czoła na kolumnę trzech styczników. Rozwiązanie to, oprócz układu czasowego, łączy się z cewkami odpowiednich styczników. Producenci aparatury łączeniowej wychodząc naprzeciw potrzebom użytkowników, oferują rozwiązania ograniczające prace użytkownika do minimum.

Wyżej wspomniane rozwiązania układów nawrotnych i gwiazda-trójkąt to dobry przykład. Najprostszym rozwiązaniem jest rozrusznik silnikowy, czyli połączenie wyłącznika silnikowego i stycznika. Warto zwrócić uwagę na rozruszniki silnikowe z wysuwną kasetą, której demontaż zapewnia widoczną przerwę.

Najbardziej zaawansowane technicznie rozruszniki silnikowe zbudowane są na bazie stycznika półprzewodnikowego i elektronicznego wyłącznika silnikowego. Dzięki zastosowaniu budowy modułowej mają one możliwość rozszerzenia o bloki funkcji diagnostycznych, takich jak czas pracy czy ilość załączeń.

Największym udogodnieniem są zestawy w obudowie z wyprowadzonymi przyciskami. W tym wypadku użytkownikowi pozostaje tylko podłączenie do silnika i układu zasilania. Jeśli mają Państwo jakiekolwiek wątpliwości związane z doborem stycznika i zabezpieczeń do tworzonej aplikacji, zapraszamy do kontaktu z naszymi przedstawicielami.

Możemy zaproponować optymalne urządzenie od renomowanego producenta, takiego jak Siemens, Schneider Electric czy Eaton Electric. Zapewniamy niemal pełną dostępność produktów o szerokim zakresie mocy - od małych styczników pomocniczych po styczniki mocy o prądach do 250 A. Oferujemy też inne elementy i aparaturę niskiego napięcia, taką jak ta opisana w artykule.

Piotr Tarnowski
Alfa Elektro
www.alfaelektro.com.pl