Пускатели магнитные с тепловым реле

Добавлено 30.10.2025

Пускатели магнитные с тепловым реле: устройство, принцип действия, выбор и эксплуатация

Магнитный пускатель с тепловым реле представляет собой комбинированный электромеханический аппарат, предназначенный для дистанционного пуска, остановки и защиты трехфазных асинхронных электродвигателей от перегрузок и связанных с ними асимметрий токов в фазах. Конструктивно он состоит из двух основных компонентов: контактора (магнитного пускателя) и присоединяемого к нему теплового реле перегрузки. Данные устройства являются основой систем управления электроприводом в промышленности, ЖКХ, сельском хозяйстве и других отраслях.

Устройство и принцип действия магнитного пускателя (контактора)

Магнитный пускатель – это электромагнитный аппарат, коммутирующий силовые цепи. Его основными узлами являются:

Магнитная система: Состоит из подвижного якоря и неподвижного сердечника с катушкой управления. Материал – электротехническая сталь.
Система главных контактов: Подвижные контакты, жестко связанные с якорем, и неподвижные контакты, закрепленные в корпусе. Предназначены для коммутации силовой нагрузки (двигателя). Изготавливаются из серебросодержащих материалов для стойкости к дугообразованию и износу.
Система блок-контактов (вспомогательных контактов): Используются в цепях управления, сигнализации и блокировок. Могут быть нормально-разомкнутыми (НО, NO) и нормально-замкнутыми (НЗ, NC).
Дугогасительная система: Гасит электрическую дугу, возникающую при размыкании контактов. В пускателях до 100А обычно используется камера с деионной решеткой.
Возвратный механизм: Пружина, возвращающая якорь в исходное положение при обесточивании катушки.

При подаче напряжения на катушку управления создается магнитный поток, притягивающий якорь к сердечнику. Это приводит к замыканию главных силовых контактов и подаче напряжения на двигатель. Одновременно изменяется состояние блок-контактов. При снятии напряжения с катушки магнитный поток исчезает, пружина возвращает якорь, размыкая главную цепь и останавливая двигатель.

Устройство и принцип действия теплового реле перегрузки

Тепловое реле обеспечивает защиту электродвигателя от недопустимых перегрузок, обрыва фазы, затянутого пуска и значительной асимметрии фазных токов. Оно не заменяет защиту от короткого замыкания (для этого требуются предохранители или автоматические выключатели). Основные элементы:

Биметаллические пластины (по одной на каждую фазу): Сердце реле. Состоят из двух прочно соединенных металлов с разным коэффициентом линейного расширения.
Нагревательные элементы: Последовательно включены в силовую цепь. Протекающий ток нагрузки нагревает биметаллическую пластину.
Механизм расцепителя: Система рычагов и толкателей.
Контакты управления: Нормально-замкнутый (подключается в цепь катушки пускателя) и нормально-разомкнутый (для сигнализации).
Устройство регулировки тока уставки.
Кнопка возврата (ручной или автоматический).

При перегрузке ток через нагреватель увеличивается, биметаллическая пластина изгибается. При достижении заданного изгиба механизм расцепителя срабатывает и размыкает нормально-замкнутый контакт в цепи катушки пускателя. Пускатель отключается, обесточивая двигатель. Время срабатывания зависит от величины перегрузки: чем больше ток, тем быстрее сработает реле. Эта зависимость называется время-токовой характеристикой (ВТХ).

Классификация и основные характеристики

Магнитные пускатели с тепловыми реле классифицируются по ряду параметров:

1. По величине (номинальному току)

Стандартный ряд значений номинального тока главной цепи для пускателей переменного тока: 6,3А; 10А; 16А; 25А; 40А; 63А; 100А; 160А; 250А и выше. Тепловое реле подбирается в том же диапазоне.

2. По назначению и конструкции

Пускатели открытого исполнения: Для монтажа в защищенных шкафах, панелях, где нет пыли и влаги.
Пускатели в корпусе (защищенные): Имеют пластиковый или металлический кожух с кнопками управления.
Реверсивные пускатели: Два контактора, механически и электрически блокированных между собой, для изменения направления вращения двигателя (реверса).
Пускатели без теплового реле.
Пускатели со встроенным тепловым реле.

3. По категории применения (по ГОСТ, IEC 60947-4-1)

Категория применения	Нагрузка	Условия отключения
AC-1	Активная или слабоиндуктивная нагрузка	cos φ ≥ 0.95
AC-3	Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором, отключение вращающихся двигателей	Пусковой ток 5-7 Iн, отключение при 1-2 Iн
AC-4	Пуск, торможение противовключением, толчковый режим двигателей	Токи до 8-10 Iн

Для управления двигателями наиболее распространены пускатели категории AC-3.

4. По напряжению катушки управления

Стандартные напряжения: 24В, 36В, 110В, 230В, 400В переменного тока, а также постоянного тока. Выбор зависит от цепи управления.

Схемы подключения и управления

Базовая нереверсивная схема управления двигателем с тепловым реле включает:

Силовую часть: Автоматический выключатель (QF) -> Силовые контакты пускателя (KM1) -> Тепловое реле (KK1) -> Электродвигатель (M).
Цепь управления: Через предохранитель (FU) -> Нормально-замкнутый контакт теплового реле (KK1) -> Кнопка «Стоп» (SB1, нормально-замкнутая) -> Кнопка «Пуск» (SB2, нормально-разомкнутая) -> Катушка пускателя (KM1) -> Нейтраль/вторая фаза.
Блокировка: Параллельно кнопке «Пуск» подключается нормально-разомкнутый блок-контакт пускателя (KM1.1), осуществляющий самоподхват.

При нажатии «Пуск» питание подается на катушку KM1, пускатель срабатывает, замыкая главные контакты и блок-контакт KM1.1. После отпускания кнопки «Пуск» катушка продолжает получать питание через KM1.1. При нажатии «Стоп» или срабатывании теплового реле (размыкается контакт KK1) цепь катушки разрывается, пускатель отключается.

Критерии выбора магнитного пускателя с тепловым реле

Выбор осуществляется на основе следующих параметров:

Номинальный ток и мощность двигателя: Номинальный ток пускателя и теплового реле должен быть равен или превышать рабочий ток двигателя, указанный на его шильдике. Упрощенно для сети ~380В: Iн (А) ≈ 2
Pн (кВт).
Напряжение главной цепи и катушки управления.
Категория применения (AC-3, AC-4). Для тяжелых режимов (частые пуски, реверс) необходим запас по току или выбор по категории AC-4.
Климатическое исполнение и степень защиты (IP). Для влажных и пыльных сред – IP54, IP65.
Наличие и количество вспомогательных контактов. При недостатке блок-контактов пускателя можно добавить приставку контактную.
Настройка теплового реле: Диапазон регулировки тока уставки должен перекрывать номинальный ток двигателя.

Настройка и эксплуатация теплового реле

Ток уставки теплового реле регулируется поворотным регулятором в пределах, как правило, 0.75-1.25 от номинального тока реле. Уставка должна быть равна номинальному току защищаемого двигателя. Важные аспекты:

Реле не срабатывает мгновенно при небольших перегрузках, что позволяет двигателю переносить кратковременные пики нагрузки и пусковые токи.
После срабатывания необходимо выдержать паузу (5-10 минут) для остывания биметалла перед возвратом.
Тепловое реле чувствительно к температуре окружающей среды. При значительном отклонении от +40°C (стандартная температура калибровки) требуется коррекция уставки или выбор реле с температурной компенсацией.
Неспособно защитить от межвитковых замыканий, где ток может незначительно превышать номинальный.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

Простота конструкции, надежность, ремонтопригодность.
Низкая стоимость.
Визуальная индикация состояния (положение контактора).
Устойчивость к импульсным перенапряжениям в сравнении с электронными устройствами.

Недостатки:

Ограниченный механический и электрический ресурс (количество циклов срабатывания).
Зависимость времени срабатывания теплового реле от температуры среды.
Отсутствие точной цифровой индикации тока и возможности интеграции в сложные АСУ ТП без дополнительных датчиков.
Чувствительность к вибрациям.

Современные аналоги и тенденции

Традиционные электромеханические пускатели дополняются и заменяются более совершенными устройствами:

Пусковые комбинации (Станции управления): Готовые сборки в корпусе (автомат + пускатель + реле + кнопки).
Мягкие пускатели (софтстартеры): Плавный разгон и торможение, снижение пусковых токов.
Частотные преобразователи: Плавное регулирование скорости и момента, комплексная защита.
Электронные защитные реле (тепловые реле-имитаторы): Цифровая индикация, независимость от температуры среды, высокая точность, программируемые характеристики.

Однако, классический магнитный пускатель с тепловым реле остается оптимальным решением для большинства простых задач прямого пуска двигателя благодаря своей цене и надежности.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Чем отличается магнитный пускатель от контактора?

Термины часто используются как синонимы. Строго говоря, магнитный пускатель – это комплектное устройство на основе контактора, которое может включать в себя корпус, кнопки управления, тепловое реле и предназначено specifically для управления двигателями. Контактор – это базовый аппарат для частых коммутаций силовых цепей, который может использоваться в различных применениях (управление освещением, нагревателями и т.д.).

2. Почему тепловое реле не срабатывает при коротком замыкании?

Тепловое реле имеет значительную выдержку времени даже при больших перегрузках (десятки секунд при 6xIн). Токи короткого замыкания в сотни и тысячи ампер должны отключаться мгновенно. Для этого перед пускателем обязательно устанавливается аппарат мгновенного действия: плавкий предохранитель или электромагнитный расцепитель автоматического выключателя.

3. Как правильно выбрать ток уставки теплового реле для двигателя?

Уставка выбирается равной номинальному току двигателя, указанному на его шильдике. Если двигатель работает в продолжительном режиме S1, допустима регулировка в пределах 1.05-1.1 Iн. При выборе по мощности необходимо учитывать КПД и cos φ. Лучше использовать точный расчет: Iн = Pн 1000 / (√3 U cos φ η).

4. Можно ли использовать один тепловой реле в двухфазном исполнении для защиты трехфазного двигателя?

Не рекомендуется. Двухполюсное реле не обеспечит защиту от перекоса фаз и обрыва в третьей, незащищенной фазе. Современные стандарты предписывают защиту всех трех фаз. Исключение – очень маломощные двигатели, где это допустимо по местным нормам.

5. Что делать, если пускатель сильно гудит при включении?

Сильный гул (вибрация) магнитной системы указывает на неисправность:

Загрязнение или повреждение рабочих поверхностей сердечника и якоря.
Ослабление или поломка короткозамкнутого витка (если есть).
Недостаточное напряжение на катушке (ниже 85% от номинального).
Механический перекос или заедание якоря.

Аппарат требует разборки, очистки и проверки. Эксплуатация с сильным гулом приводит к перегреву катушки и быстрому износу.

6. Почему контакты пускателя подгорают и как с этим бороться?

Подгорание – естественный процесс эрозии контактов при гашении дуги. Ускоряется при:

Коммутации токов, превышающих номинальный для данного пускателя.
Частых включениях/отключениях (режим AC-4).
Неисправной дугогасительной камере.

Меры: выбор аппарата с запасом по току для тяжелых режимов, регулярная ревизия и замена контактов (или всего пускателя) по достижению износа.

7. В чем разница между ручным и автоматическим возвратом теплового реле?

После срабатывания и остывания биметалла реле может переходить в исходное состояние:

Ручной возврат (H): Требуется нажатие кнопки «Reset» оператором. Это позволяет зафиксировать факт перегрузки и проверить систему перед повторным пуском. Предпочтителен для безопасности.
Автоматический возврат (A): Контакты возвращаются в исходное состояние автоматически после остывания. Опасен самопроизвольным повторным пуском двигателя, поэтому его применение часто регламентировано и требует особых схемных решений.

8. Как подключить реверсивный пускатель и обеспечить защиту от одновременного включения?

Схема использует два пускателя (KM1 – «Вперед», KM2 – «Назад»). Силовые цепи меняют порядок фаз на двигателе (например, поменяны местами L1 и L3). Обязательна:

Электрическая блокировка: Нормально-замкнутые блок-контакты KM1 в цепи катушки KM2 и наоборот. Это предотвращает подачу питания на вторую катушку при включенной первой.
Механическая блокировка (если предусмотрена конструкцией): Рычажный механизм, физически не позволяющий одновременно втянуться обоим якорям.

Тепловое реле одно, общее для обоих направлений вращения.

Пускатели магнитные с тепловым реле