Styczniki – zasada działania, rodzaje styczników, stycznik a przekaźnik

Otaczające nas odbiorniki energii elektrycznej, a przede wszystkim te o dużej mocy, wymagają dodatkowego wyposażenia w układy automatyki zasilania. Do grupy tych urządzeń zaliczają się między innymi styczniki – łączniki elektryczne, które przeznaczone są do załączania i wyłączania obwodów elektrycznych dużej mocy. W artykule zaprezentowana jest budowa i zasada działania styczników przeznaczonych do przemysłowych instalacji elektrycznych niskiego napięcia oraz przykładowe zastosowania styczników, a także różnice między stycznikami a przekaźnikami.

Stycznik elektromagnetyczny – budowa podstawowa

Stycznik jest urządzeniem zbudowanym z trzech zasadniczych elementów. Głównym elementem konstrukcji jest cewka elektromagnesu, która ma postać obwodu magnetycznego (magnetowodu) wykonanego z materiału ferromagnetycznego. Magnetowód stycznika jest dwuelementowy – składa się on z nieruchomego rdzenia z nawiniętym uzwojeniem miedzianym oraz z ruchomej zwory. Cewka elektromagnesu ma odpowiednio obliczoną liczbę zwojów, rezystancję uzwojenia oraz indukcyjność rdzenia ferromagnetycznego, pod określoną wartość skuteczną i przebieg czasowy napięcia sterującego.

Drugim elementem budowy stycznika jest zestaw styków prądowych, który może różnić się liczbą i układem połączeń styków. Styki prądowe są połączone mechanicznie z ruchomą zworą elektromagnesu, ale są także izolowane od siebie elektrycznie. Zwykle styki oraz zwora są dodatkowo osadzone na sprężynach powrotnych.

Trzecim najbardziej podstawowym elementem stycznika, jest jego obudowa, która pełni funkcje ochronne oraz posiada wyprowadzone na zewnątrz zaciski cewki stycznika i jego styków prądowych. Bardzo często styczniki posiadają także dodatkowe styki pomocnicze.

Zasada działania stycznika elektromagnetycznego

Stycznik jest urządzeniem, które umożliwia pośrednie załączanie i wyłączanie obwodów elektrycznych. Zasada działania stycznika polega na doprowadzeniu napięcia sterującego do uzwojenia cewki stycznika. Napięcie sterujące musi mieć wartość skuteczną i przebieg czasowy określony w dokumentacji technicznej od producenta stycznika. Przepływ prądu w uzwojeniu cewki stycznika powoduje powstawanie pola magnetycznego w nieruchomym rdzeniu. Strumień magnetyczny płynący przez rdzeń musi mieć drogę zamkniętą. Z uwagi na szczelinę powietrzną pomiędzy nieruchomym rdzeniem a zworą elektromagnesu, magnetowód stycznika ma dużą reluktancję (magnetyczny ,,odpowiednik” elektrycznej rezystancji), przez co podczas załączania stycznika strumień magnetyczny jest słabszy i w konsekwencji przez uzwojenie cewki płynie początkowo wyższy prąd niż znamionowy. Odpowiednio wysoka wartość strumienia pola magnetycznego powoduje przyciągnięcie zwory elektromagnesu, która przeciąga połączone z nią styki, zmieniając tym samym ich położenie. Styki prądowe mogą mieć konfigurację NO lub NC (odpowiednio: w stanie beznapięciowym styki otwarte lub zamknięte).

Stycznik elektryczny – przykładowe rodzaje styczników

Choć cel stosowania stycznika jest jeden –załączanie i wyłączanie obwodów elektrycznych, istnieją różne (czasem niestandardowe) rodzaje styczników. Konstrukcje te mogą się różnić pod kilkoma względami i zawierać dodatkowe elementy pomocnicze. Oprócz standardowych styczników elektromagnetycznych opisanych w niniejszym artykule, funkcjonują jeszcze między innymi takie styczniki, jak na przykład stycznik z termikiem, czyli z bimetalowym wyzwalaczem, który chroni przed przeciążeniem urządzenia zasilane poprzez ten stycznik. Innym rodzajem jest stycznik elektroniczny, który zamiast elektromagnesu i mechanicznych styków do przełączania wykorzystuje statyczne elementy półprzewodnikowe. Natomiast stycznik bistabilny posiada dwie stabilne pozycje styków roboczych, a do przełączenia nie potrzebuje ciągłego dostarczenia napięcia zasilającego cewkę, lecz krótkie impulsy o czasie trwania wynoszącym zaledwie milisekundy. Styczniki mogą się także różnić pod względem liczby obwodów roboczych, stąd na przykład stycznik dwutorowy.

Stycznik a przekaźnik – co wybrać?

W istocie stycznik jest urządzeniem działającym na tej samej zasadzie co przekaźnik – ma on za zadanie pośredniczyć w załączaniu i wyłączaniu obwodów elektrycznych. Różnice są widoczne głównie w liczbowych parametrach technicznych, które determinują zastosowanie docelowe tych urządzeń. Podczas gdy przekaźniki są elementami stosowanymi głównie do załączania obwodów niskoprądowych, ze szczególnym uwzględnieniem układów elektronicznych, styczniki są używane przede wszystkim do załączania i wyłączania obciążeń wielkoprądowych – takich jak duże silniki elektryczne do napędu maszyn w przemyśle, oświetlenie oparte na lampach wyładowczych, a także inne odbiorniki dużej mocy, które mają charakter indukcyjny.

Fot. F&F stycznik modułowy ST100-40.

Styczniki wykazują jednak mniejszą żywotność w porównaniu z przekaźnikami pod względem liczby cykli łączeniowych. Z powodu dużego poboru mocy takich urządzeń, szczególnie popularnym rozwiązaniem jest stycznik 3-fazowy, na przykład stycznik modułowy ST100-40 o maksymalnej mocy łączeniowej AC1 wynoszącej 38 kW (dla obciążeń o charakterze zbliżonym do rezystancyjnego) i mocy łączeniowej AC3 wynoszącej 13 kW (dla obciążeń o charakterze silnie indukcyjnym).

***

Stycznik elektromagnetyczny jest prostym i niezawodnym urządzeniem przeznaczonym do załączania i wyłączania obwodów elektrycznych, a przede wszystkim obwodów o dużym poborze mocy. Wybierając stycznik, należy zwrócić uwagę na jego dopuszczalną moc, liczbę i konfigurację styków, a także zasilanie cewki elektromagnesu. Firma F&F służy pomocą i fachowym doradztwem w doborze stycznika odpowiednio do Państwa potrzeb – serdecznie zapraszamy do kontaktu z nami, a także do przeczytania naszych artykułów na temat rozpoznawania kolejności faz w trójfazowych instalacjach elektrycznych niskiego napięcia oraz przekaźników bistabilnych i ich zastosowań