Тепловое реле — Википедия

Тепловое реле (англ. thermal relay) — реле, которое реагирует на изменение тепловых величин (температуры, теплового потока и т.п.).

Существуют тепловые реле основанные на механических, электрических, оптических и акустических принципах действия.

Тепловые реле основанные на механическом принципе, используют либо линейное или объемное расширение, либо переход веществ из твердого в жидкое или из жидкого в газообразное состояние, либо изменение плотности или вязкости газов. Тепловые реле использующие линейное расширение состоят из двух стержней (или трубки и внутреннего стержня), изготовленных из материалов с различным температурным коэффициентом линейного расширения. Разность удлинений стержней (или трубки и стержня) увеличивается с помощью рычага 4, который приводит в действие подвижный контакт группы контактов 2 (см. Рис.)

Широко распространены биметаллические тепловые реле, у которых пластина, состоящая из двух слоев металла, обладающих различными коэффициентами линейного расширения, и закрепленная одним концом, изгибается свободным концом в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. Свободный конец пластины связан с подвижным контактом, который при заданной температуре замыкает электрическую цепь. Используются связка различных металлов: латунь-инвар, сталь-инвар и т.д. Биметаллическая пластина чаще всего выполняется в виде плоской пластинки, а иногда в виде плоской или винтовой спирали.

Тепловые реле использующие объемное расширение, имеют резервуар (ампулу), наполненный жидкостью (например ртутью) или газом. Ртуть, расширяясь, поднимается по трубке, соединенной с ампулой, доходит при заданной температуре до неподвижного контакта, впаянного в трубку и замыкает управляемую цепь. При нагревании газа нагревательным элементом в резервуаре, ртуть вытесняется и размыкает контакты.

В тепловых реле использующих переход веществ (обычно металлов) из твердого состояния в жидкое, конец стержня с лопаткой, находящихся под действием пружины, вставлен в некоторый объем легкоплавкого вещества. При повышении температуры в камере до температуры плавления вещества пружина выдергивает (или поворачивает) стержень и замыкает контакт.

В тепловых реле, у которых используется переход из веществ из жидкого состояния в газообразное, имеется баллон, наполненный легкоиспаряющейся жидкостью (например хлористый этил — для температуры от 40° до 160°С и хлористый метил — от 0° до 150°С) и соединенная капиллярной трубкой (длинной до 10 м) с манометрическим элементом (коробкой с мембраной или сильфоном). Капиллярная трубка заполнена передаточной мало испаряющейся и мало сжимаемой жидкостью — смесью глицерина, этилового спирта и воды или гликоля и винного спирта. При повышении температуры баллона жидкость, заключенная в ней, испаряясь, вызывает повышение давления паров, которое через жидкость, заполняющую капиллярную трубку, передается сильфону. Последний перемещается и воздействует при этом на ртутный контакт.

Условное графическое изображение теплового реле согласно ЕСКД

Тепловые реле, использующие зависимость плотности газа от температуры, состоят из маленького насоса, засасывающего в единицу времени постоянное количество воздуха через сужение, находящееся в месте, где контролируется температура. Изменение перепада давления после сужения пропорционально контролируемой температуре.

Тепловые реле использующие оптические принципы, применяются для измерения температуры движущихся тел или очень высоких температур. Поток энергии, попадающий на тепловой воспринимающий орган, пропорционален (Tx4−T04){\displaystyle (T_{x}^{4}-T_{0}^{4})} где Tx{\displaystyle T_{x}}- температура контролируемого тела, T0{\displaystyle T_{0}}- температура воспринимающего элемента. В случае оптического воспринимающего органа используется либо весь спектр излучения, падающий на воспринимающий орган, либо только его часть, пропущенная через соответствующий светофильтр.

Тепловые реле основанные на электрических принципах, используют изменение удельного сопротивления проводниковых либо полупроводниковых материалов, изменение диэлектрической постоянной или магнитной проницаемости или термоЭДС в зависимости от изменения температуры.

Тепловые реле работающие на изменении удельного сопротивления, имеют проводниковое или полупроводниковое сопротивление (термосопротивление, термистор), включенное обычно в качестве плеча дифференциальной или мостовой схемы.

Иногда используют нелинейность вольтамперных характеристик полупроводниковых термосопротивлений (термисторов), вызывающую скачкообразное изменение тока (релейный эффект) в цепи, в которую включено полупроводниковое сопротивление.

Тепловые реле основанные на изменении диэлектрической постоянной, имеют конденсатор с диэлектриком, резко меняющую свою диэлектрическую постоянную при изменении температуры в заданных пределах. Конденсатор включается в цепь переменного тока последовательно с нагрузкой или в контур генератора электрических колебаний. При достижении заданной температуры происходит резкое изменение тока в цепи нагрузки либо срыв колебаний генератора.

Тепловые реле работающие на изменении магнитной проницаемости, имеют сердечник из ферромагнитного сплава, точка Кюри которого соответствует (или близка) заданному значению температуры срабатывания. Обмотка сердечника включена в цепь переменного тока последовательно с нагрузкой или в контур генератора электрических колебаний. При достижении заданной температуры в цепи нагрузки резко изменяется либо происходит срыв колебаний генератора.

Тепловые реле, использующие изменение величины термоЭДС в зависимости от температуры горячего спая термопары, состоят из термопары и высокочувствительного электрического реле, срабатывающего при достижении температурой (и, следовательно, термоЭДС) заданного значения. Для усиления ЭДС, подводимой к электрическому реле, используют усилителя постоянного или переменного (с предварительной модуляцией и последующей демодуляцией) тока, термопары из полупроводниковых материалов или помещают горячий спай в магнитное поле.

Тепловые реле , использующие акустические принципы не нашли применения в промышленности.

• Волошин И.Ф. Касперович А.С. Шашков А.Г. Полупроводниковые термосопротивления. — Минск, 1959.
• Нечаев Г.К. Удалов Н.П. Реле и датчик с полупроводниковыми термосопротивлениями. — 1961.
• Туричин А.М. Электрические измерения неэлектрических величин. — 1959.
• Агейкин Д.И. Костина Е.Н. Кузнецова Н.Н. Датчики систем автоматического контроля и регулирования. — Москва, 1959.

подключение, принцип работы, назначение и сфера применения

Тепловое реле несет защитные функции элекроцепи и электроприбора в целом от перегрузок в сети. Работа этого элемента может быть напоминать функционирование теплового разъединителя или автоматического выключателя. От перегрузки, ее величины – отклонение от предусмотренного номинального значения. Срабатывание теплового реле происходит спустя определенное время, вычисляющийся по токо-временным характеристикам.

В статье рассмотрены все вопросы работы, правила выбора, особенности установки. Также в качестве бонуса в материале содержится подробное техническое описание теплового реле и видеоролик на эту тематику.

Тепловое реле

Назначение и принцип работы

При перегрузке электродвигателей повышается потребляемый ток, соответственно увеличивается его нагрев. Если двигатель перегревается – нарушается целостность изоляции обмоток, быстрее изнашиваются подшипники, они могут заклинить. При этом тепловой расцепитель автомата может и не защитить оборудование. Для этого нужно тепловое реле. Перегрузки могут возникать из-за перекоса фаз, затрудненного движения ротора, вследствие как повышенной механической нагрузки, так и проблем с подшипниками, при полном заклинивании вала двигателя и исполнительных механизмах.

Тепловое реле реагирует на возросший ток, и в зависимости от его величины разорвет цепь питания через какое-то время, тем самым сохранив обмотки двигателя целыми. После последующего устранения неисправности, при условии исправности статора, двигатель может продолжить работу.

Если реле сработало по неизвестным причинам, и осмотр показал, что всё в порядке, вы можете вернуть контакты реле в исходное состояние, для этого на нем есть кнопка. Реле может сработать и в случае затяжного пуска электродвигателя. При этом в обмотках протекают повышенные значения токов. Затяжной пуск – процесс, когда двигатель долго выходит на номинальные обороты. Может произойти из-за перегрузки на валу, либо из-за низкого напряжения в питающей сети.

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Принцип работы

В реле есть пара биметаллических пластин с разным температурным коэффициентом расширения. Пластины жестко соединены друг с другом, если их нагреть, то конструкция изогнется в сторону участка с меньшим температурным коэффициентом расширения. Греются пластины за счет протекания тока нагрузки или от нагревателя, через который проходит ток нагрузки, на схеме изображено в виде нескольких витков вокруг биметалла. Протекающий ток нагревает пластину до определенного предела. Чем выше ток, тем быстрее нагрев.

Устройство теплового реле

Стоит учитывать, что если реле находится в жарком помещении – нужно выставлять ток срабатывания с большим запасом, ведь происходит дополнительный нагрев от окружающей среды. К тому же, если реле только что сработало – контактам нужно некоторое время, чтобы остыть. Иначе может произойти повторное ложное срабатывание. Давайте рассмотрим конкретный пример. Выше вы видите устройство реле ТРН. Оно является двухфазным. Состоит из трёх ячеек, в крайних нагревательные элементы, посередине температурный компенсатор, регулятор тока срабатывания, расцепитель, размыкающий контакт, рычаг возврата.

Поколения тепловых реле

Виды тепловых реле

Тепловые реле могут подключаться на все три фазы или на две из трёх, в зависимости от конструкции. Большинство реле конструктивно разработаны для соответствия определенным магнитным пускателям, это нужно для удобства и аккуратности монтажа. Рассмотрим некоторые из них.

• РТЛ – подходит для использования с пускателями типа ПМЛ. С набором клемм КРЛ используется как самостоятельный прибор защиты.
• РТТ – подходит для монтажа с пускателями ПМЕ и ПМА. Также может использоваться как самостоятельное, если его смонтировать на специальную панель.
• РТИ – тепловые реле для пускателей КМИ и КМТ. На лицевой вы можете видеть пару дополнительных блок-контактов, для реализации схем индикации и прочего.
• ТРН – двухфазное тепловое реле. Устанавливается в трёхфазных двигателях, при этом подключается в разрыв двух фаз. Температура окружающей среды не влияет на его работу. На регуляторе тока есть 10 делений 5 на уменьшение, 5 на увеличение, цена одного деления – 5%.

На самом деле тепловых реле существует великое множество, но все они выполняют одну функцию. Реле очень часто монтируют в специальный железный ящик. На фото пускатель ПМА 4-й величина на 63 Ампера, с трёхфазным тепловым реле. К современным пускателям тепловое реле подключается так как изображено на фото ниже, получается цельная конструкция.

Материал в тему: Что такое кондесатор

Сфера применения

Одним из важнейших условий прибыльной работы предприятия является долговечность используемого электрооборудования. Она зависит от условий, в которых приходится работать электроустановкам. Если оборудование часто подвергается токовым перегрузкам, то на его длительную и надёжную работу лучше не надеяться. Ведь электрооборудование способно работать продолжительное время только при условии протекания по нему номинальных токов. Превышение величины тока (перегрузка) ведёт к увеличению температуры оборудования и к преждевременному старению изоляции.

Виды тепловых реле

Для защиты электрических двигателей от токовой перегрузки на производстве успешно применяются тепловые или термореле. Наибольшее распространение получило реле с биметаллической пластиной, которая состоит из двух пластинок, изготовленных из разных металлов, имеющих неодинаковый коэффициент теплового расширения. Эти пластинки скреплены между собой методом горячей прокатки или сваркой. При нагревании биметаллической пластины она изгибается, так как один металл расширяется больше, другой меньше. На этом принципе и основана работа термореле. Чем больше разность температурных коэффициентов у металлов, тем больше они подходят для использования в биметаллической пластине. Наилучшими вариантами разного линейного расширения сегодня являются: немагнитная сталь – медь, никель – сталь, латунь – инвар.

Обычно, биметаллическая пластина нагревается протекающим через неё током нагрузки. Также существуют модели, в которых пластина разогревается специальным нагревательным элементом, через который течёт ток нагрузки. Но наилучшим считается комбинированный нагрев: и током нагрузки через пластину, и теплом от нагревательного элемента, через который также протекает нагрузочный ток. Изогнувшаяся от тепла пластина воздействует на контакты реле. Однако, учитывая, что изгиб пластины происходит довольно медленно, и как следствие, при размыкании контактов будет образовываться электрическая дуга, в конструкции реле предусматривается ускоряющее устройство. Наилучшим из них является «прыгающий контакт».

Пылебрызгонепроницаемое тепловое реле

Возврат реле в отправное состояние осуществляется специальной кнопкой или (в других моделях) – самопроизвольно после охлаждения биметаллической пластины. Отдельные версии термореле могут защищать электрооборудование от несимметрии токов разных фаз и от пропадания одной из фаз. Исполнительным механизмом теплового реле является, как правило, магнитный пускатель. Реле могут устанавливаться как вовнутрь пускателя, так и на стандартную крепёжную рейку. Диапазон номинальных токов тепловых элементов очень велик и составляет от 1 до 600 ампер.

При выборе теплового реле следует руководствоваться номинальным током нагрузки (как правило, это электродвигатель). Обычно ток термореле на 20-30% больше чем номинальный ток двигателя, так как реле срабатывает в течение 20 минут, если ток выше рабочего значения в 1,2-1,3 раза. Необходимо учитывать и время нагрева, так как при кратковременной перегрузке, нагревается только обмотка двигателя, а при долговременной – весь корпус целиком. Поэтому термореле рационально использовать в тех случаях, когда цикл работы оборудование составляет свыше получаса.

Также необходимо учитывать и температуру окружающей среды, в которой будет работать тепловое реле, так как с ростом окружающей температуры, снижается ток срабатывания термореле. Если в помещении, где установлено защищаемое электрооборудование, летом вентиляция не справляется с поддержанием нормальной температуры, необходимо отрегулировать термореле или подобрать к нему другой нагревательный элемент. Естественно, что устанавливать тепловое реле нужно в том же помещении, где установлен защищаемый объект. Категорически следует избегать соседства с концентрированными источниками тепла (системы отопления, нагревательные печи и т.п.).

Контакты теплового реле

Схема подключения

Как уже было сказано, тепловое реле защищает от долговременной перегрузки электрооборудование. Оно монтируется между источником питания и потребителем. Контроллируемый ток протекает через нагревательные элементы (1), они выгибаясь размыкают контакты (2) теплового реле, в этой схеме использовано 2-хфазное тепловое реле. Его контакты размыкают цепь катушки контактора или магнитного пускателя, также как если бы вы нажали кнопку «СТОП». В собранном виде эта схема выглядит так:

На первом плане видно как от выходящих контактов пускателя подключены две крайние фазы. На заднем плане видно, что к катушке реле подключена клемма от контактов ТРН. Если у вас используется реверсная схема магнитных пускателей, то подключение практически аналогичное, ниже это наглядно изображено. Контакты с маркировкой «10» и «12» подключаются в разрыв катушек пускателей КМ1 и КМ2. Здесь видно что есть нормально-замкнутая пара и нормально-разомкнутый контакт.

Материал в тему: Что такое кондесатор

Это нужно, например, для индикации срабатывания тепловой защиты, т.е. к нему можно подключить лампочку-индикатор или подать сигнал на диспетчерский пульт или АСУ. На реле РТИ эти контакты размещены на передней панели:

• NO – нормально-открытый – на индикацию;
• NC – нормально-закрытый – на пускатель.

Кнопка STOP принудительно переключает контакты. При срабатывании такое реле должно остыть и оно повторно включится. Хотя в конкретном примере возможно и ручное и автоматическое повторное включение. Для этого предназначена синяя кнопка с крестовидной прорезью справа на лицевой панели, при закрытой крышке она заблокирована.

Устройство автоматического выключателя

Выбор для конкретного двигателя

Допустим, у нас есть двигатель АИР71В4У2. Его мощность 0.75 кВт. У нас есть трёхфазная сеть с линейным напряжением 380В. Двигатель рассчитан на 220В, если соединить обмотки треугольником и 380В, если звездой. Номинальный ток такого двигателя с обмотками соединенными по схеме звезды 1.94А. Отсюда следует, что нам нужно подобрать тепловое реле для двигателя с током в 1.94 А. Ток срабатывания теплового реле должен превышать номинальный ток двигателя в 1.2 – 1.3 раза. То есть: Iреле=IН*1.2…1.3

Пусть двигатель работает в составе механизма, в котором допускаются кратковременные, но значительные перегрузки, например для подъёма малых грузов. Тогда ток уставки выбираем в 1.3 раза больше номинального тока асинхронного электродвигателя.

Iреле=1.94*1.3=2.522

Т.е реле должно сработать при токе 2.5-2.6А. Нам подходят такие реле:

• РТЛ-1007, с токовым диапазоном 1.5-2.6 А;
• РТЛ-1008, токовый диапазон 2,4-4 А;
• РТИ-1307, токовый диапазон 1,6…2,5 А;
• РТИ-1308, токовый диапазон 2,5…4 А;
• ТРН-25 3,2А (с помощью регулятора можно понизить или повысить ток на 25%).

Тепловое реле

Методы регулировки реле

Шаг первый – определить уставку теплового реле:

N1 = (Iн – Iнэ)/cIнэ

где Iн – номинальный ток нагрузки электродвигателя, Iнэ – номинальный ток нагревательного элемента теплового реле, с – коэффициент деления шкалы (например, с = 0,05).

Шаг второй – введение поправки на температуру окружающей среды:

N2 = (T – 30)/10

где Т – температура окружающей среды, °С.

Шаг третий:

N = N1 + N2

Шаг четвертый – выставить регулятор на нужное число делений N.

Поправка на температуру вводится, если температура окружающей среды слишком высокая или низкая. Если на температуру в помещении где установлено реле значительно влияет температура на улице, то поправку следует производить зимой и летом.

Проверка

Рассмотрим на примере реле типа ТРН. Чтобы убедиться в исправности реле нужно:

• Проверить состояние корпуса, нет ли на нем трещин или сколов.
• Проверить при подключенной нагрузке с номинальным током.
• Разобрать реле и проверить целостность контактов, остутствие на них нагара,
• Проверить, не согнуты ли нагреватели.
• Проверить расстояние между биметаллом и нагревательными элементами. Оно должно быть одинаковым, если нет, то отрегулировать с помощью крепежных винтов.
• Подать номинальный ток через один из нагревателей, установить в 1.5 раза больше номинального тока. В таком состоянии реле работает 145 с, затем постепенно поворачивают эксцентрик регулировки в положение «-5», до срабатывания реле.

После активного охлаждения в течение 15 минут проверяют второй нагревательный элемент таким же способом.

Заключение

Тепловые реле – важный элемент в защите электрооборудования. С его помощью вы защитите своё устройство от перегрузок, а его характеристики позволят переносить кратковременные скачки тока без ложных срабатываний, чего не может обеспечить автоматический выключатель. Реле могут использоваться как вместе с магнитными пускателями соединяясь с его выходными клеммами напрямую, тем самым образуя единую конструкцию, так и в качестве самостоятельных защитных устройств, размещаться в щитке на дин рейке и в электрошкафах.

В данной статье были привидены все особенности строения теплового реле. Более подробно по этой теме можно узнать из статьи тепловые реле. В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.electrik.info

www.zametkielectrika.ru

www.cxem.net

www.jelektro.ru

 

Назначение и принцип работы теплового реле.

Во время работы электрического двигателя по сети подается большое напряжение. Иногда слишком большой ток или его скачки могут вызвать короткое замыкание. Именно для таких случаев разработано тепловое реле. Оно защищает мотор, быстро отключая питание. Таким образом, это предотвращает возгорание деталей или выход механизма из строя. Нужно упомянуть, что тепловое реле работает в паре с магнитным пускателем.

Особенности конструкции.

Механизм включает в себя:

— биметаллическую полосу;
— нагревательный элемент;
— провода с пружиной и защелкой.

Основа пластины – металлы, сваренные между собой, у которых разный температурный коэффициент линейного расширения. У одной части он малый и поэтому металл относится к группе пассивных. Соответственно, другой имеет большую долю расширения и считается активным. В процессе нагревания активная часть стремится увеличиться больше пассивной и возникает изгибающий момент.

Действие нагревательного элемента понятно, исходя из названия, он отвечает за нагрев и прогиб биметаллической пластины. Деталь пропускает через себя ток, превышающий номинальный, и один конец пластины опускается и задевает защелку. Она связана с пружинами, которые берут на себя самую ответственную часть. Когда защелка открывается, пружины воздействуют на специальный рычаг. Они толкают его вверх, и он размыкает цепь.

Назначение.

Когда ток протекает через электрическое оборудование, он вырабатывает тепло. Чем дольше вырабатывается ток, тем больше увеличивается его мощность и, соответственно, устройство больше нагревается. При этом у каждого механизма есть своя предельная точка, превышение которой приводит к поломке. По разным причинам напряжение может скакнуть выше номинальной характеристики прибора.

Для таких случаев и придумали тепловое реле, которое защищает аппарат от поломок и разрушений. Если индуцированный температурой ток превышает оптимальные характеристики прибора – реле срабатывает. Оно отключает основной источник питания. Либо с помощью электрической блокировки, либо через механическую. Именно биметаллическая пластина выступает той самой «лакмусовой бумажкой», которая определяет норму тока, проходящего по сети.

Подобнее о принципе работы.

Из чего состоит биметаллическая полоса сказано выше, но напомним еще раз: две разного рода пластины, крепко сваренные между собой. Они сделаны из металла противоположных видов, поэтому нагреваются с разной скоростью. Это провоцирует изгиб полосы и затем в работу вступают контактные провода. Они разрывают цепь, не позволяя току проходить по ней.

Если реле электронное, то «считывать» информацию о мощности тока оно будет через зонд или специальный датчик. Затем, в зависимости от введенных данных, микропроцессор будет определять, когда производить отключение. Сама биметаллическая пластина может нагреваться прямым или косвенным способом. При втором полоса «укутывается» в изолированный слой обмотки, через который и проходит ток. А в первом случае нагревается сама пластина.

Время-токовые характеристики.

От мощности тока нагрузки зависит, насколько быстро сработает механизм. И тут нужно ориентироваться на вид реле защиты, который подбирается в зависимости от характеристик электрического двигателя. Но в любом случае перегрузка начинается, когда через реле начинает проходить ток X мощности, нагревая пластину до определенной X температуры. Чтобы проверить точность указанных на корпусе прибора данных, нужно в тестовом режиме пустить большую нагрузку. Но при подсчете результатов не стоит забывать, исходя из какого состояния (перегретого или холодного) произошло срабатывание реле.

В зависимости от времени токовой перегрузки меняется постоянная времени нагрева. Например, при кратковременном токе большой мощности нагревается только обмотка электрического мотора. Поэтому постоянная нагрева составляет около 5-10 минут. Если перегрузка длительная, то нагреваются все элементы прибора и постоянная увеличивается до 40-60 минут. Тепловые реле логичнее использовать, если время работы механизма переваливает за 30 минут.

Влияние температуры.

Биметаллическая пластина может нагреваться не только от прямого воздействия, но и от температуры окружающей среды. Если последняя растет, то уменьшается ток срабатывания реле. Когда в помещении температура намного больше или меньше номинальной, нужно дополнительно отрегулировать тепловой прибор (плавная регулировка). Или воспользоваться другим вариантом: приобрести нагревательный элемент, который будет учитывать реальный (актуальный) температурный режим. Такой механизм стоит дороже, но обеспечивает точность и избавляет от дополнительных хлопот.

При выборе теплового реле учитывайте этот фактор и выбирайте максимально большую номинальную цифру тока. И конечно, желательно расположить прибор в том же месте, где находится объект для защиты. И ни в коем случае не монтируйте реле в местах концентрирования источников тепла.

Принцип работы теплового реле

Тепловое реле (англ. thermal relay) — реле, которое реагирует на изменение тепловых величин (температуры, теплового потока и т.п.).

Существуют тепловые реле основанные на механических, электрических, оптических и акустических принципах действия.

Тепловые реле основанные на механическом принципе, используют либо линейные или объемное расширение, либо переход веществ из твердого в жидкое или из жидкого в газообразное состояние, либо изменение плотности или вязкости газов. Тепловые реле использующие линейное расширение состоят из двух стержней (или трубки и внутреннего стержня), изготовленных из материалов с различным температурным коэффициентом линейного расширения. Разность удлинений стержней (или трубки и стержня) увеличивается с помощью рычага 4, который приводит в действие подвижный контакт группы контактов 2 (см. Рис.)

Широко распространены биметаллические тепловые реле, у которых пластина, состоящая из двух слоев металла, обладающих различными коэффициентами линейного расширения, и закрепленная одним концом, изгибается свободным концом в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. Свободный конец пластины связан с подвижным контактом, который при заданной температуре замыкает электрическую цепь. Используются связка различных металлов: латунь-инвар, сталь-инвар и т.д. Биметаллическая пластина чаще всего выполняется в виде плоской пластинки, а иногда в виде плоской или винтовой спирали.

Тепловые реле использующие объемное расширение, имеют резервуар (ампулу), наполненный жидкостью (например ртутью) или газом. Ртуть, расширяясь, поднимается по трубке, соединенной с ампулой, доходит при заданной температуре до неподвижного контакта, впаянного в трубку и замыкает управляемую цепь. При нагревании газа нагревательным элементом в резервуаре, ртуть вытесняется и размыкает контакты.

В тепловых реле использующих переход веществ (обычно металлов) из твердого состояния в жидкое, конец стержня с лопаткой, находящихся под действием пружины, вставлен в некоторый объем легкоплавкого вещества. При повышении температуры в камере до температуры плавления вещества пружина выдергивает (или поворачивает) стержень и замыкает контакт.

В тепловых реле, у которых используется переход из веществ из жидкого состояния в газообразное, имеется баллон, наполненный легкоиспаряющейся жидкостью (например хлористый этил — для температуры от 40° до 160°С и хлористый метил — от 0° до 150°С) и соединенная капиллярной трубкой (длинной до 10 м) с манометрическим элементом (коробкой с мембраной или сильфоном). Капиллярная трубка заполнена передаточной мало испаряющейся и мало сжимаемой жидкостью — смесью глицерина, этилового спирта и воды или гликоля и винного спирта. При повышении температуры баллона жидкость, заключенная в ней, испаряясь, вызывает повышение давления паров, которое через жидкость, заполняющую капиллярную трубку, передается сильфону. Последний перемещается и воздействует при этом на ртутный контакт.

Тепловые реле, использующие зависимость плотности газа от температуры, состоят из маленького насоса, засасывающего в единицу времени постоянное количество воздуха через сужение, находящееся в месте, где контролируется температура. Изменение перепада давления после сужения пропорционально контролируемой температуре.

Тепловые реле использующие оптические принципы, применяются для измерения температуры движущихся тел или очень высоких температур. Поток энергии, попадающий на тепловой воспринимающий орган, пропорционален ( T x 4 − T 0 4 ) <displaystyle (T_^<4>-T_<0>^<4>)> где T x <displaystyle T_> — температура контролируемого тела, T 0 <displaystyle T_<0>> — температура воспринимающего элемента. В случае оптического воспринимающего органа используется либо весь спектр излучения, падающий на воспринимающий орган, либо только его часть, пропущенная через соответствующий светофильтр.

Тепловые реле основанные на электрических принципах, используют изменение удельного сопротивления проводниковых либо полупроводниковых материалов, изменение диэлектрической постоянной или магнитной проницаемости или термоЭДС в зависимости от изменения температуры.

Тепловые реле работающие на изменении удельного сопротивления, имеют проводниковое или полупроводниковое сопротивление (термосопротивление, термистор), включенное обычно в качестве плеча дифференциальной или мостовой схемы.

Иногда используют нелинейность вольтамперных характеристик полупроводниковых термосопротивлений (термисторов), вызывающую скачкообразное изменение тока (релейный эффект) в цепи, в которую включено полупроводниковое сопротивление.

Тепловые реле основанные на изменении диэлектрической постоянной, имеют конденсатор с диэлектриком, резко меняющую свою диэлектрическую постоянную при изменении температуры в заданных пределах. Конденсатор включается в цепь переменного тока последовательно с нагрузкой или в контур генератора электрических колебаний. При достижении заданной температуры происходит резкое изменение тока в цепи нагрузки либо срыв колебаний генератора.

Тепловые реле работающие на изменении магнитной проницаемости, имеют сердечник из ферромагнитного сплава, точка Кюри которого соответствует (или близка) заданному значению температуры срабатывания. Обмотка сердечника включена в цепь переменного тока последовательно с нагрузкой или в контур генератора электрических колебаний. При достижении заданной температуры в цепи нагрузки резко изменяется либо происходит срыв колебаний генератора.

Тепловые реле, использующие изменение величины термоЭДС в зависимости от температуры горячего спая термопары, состоят из термопары и высокочувствительного электрического реле, срабатывающего при достижении температурой (и, следовательно, термоЭДС) заданного значения. Для усиления ЭДС, подводимой к электрическому реле, используют усилителя постоянного или переменного (с предварительной модуляцией и последующей демодуляцией) тока, термопары из полупроводниковых материалов или помещают горячий спай в магнитное поле.

Тепловые реле , использующие акустические принципы не нашли применения в промышленности.

Защита электродвигателей, магнитных пускателей и прочей аппаратуры от нагрузок, вызывающих перегрев, осуществляется при помощи специальных устройств тепловой защиты. Для того чтобы осуществить правильный выбор модели тепловой защиты, нужно знать ее принцип работы, устройство, а также основные критерии выбора.

Устройство и принцип работы

Термореле (ТР) предназначено для обеспечения защиты электродвигателей от перегрева и преждевременного выхода из строя. При долговременном запуске электродвигатель подвержен токовым перегрузкам, т.к. во время пуска происходит потребление семикратного значения тока, приводящего к нагреву обмоток. Номинальный ток (Iн) – сила тока, потребляемая двигателем при работе. Кроме того, ТР увеличивают срок эксплуатации электрооборудования.

Тепловое реле, устройство которого составляют простейшие элементы:

1. Термочувствительный элемент.
2. Контакт с самовозвратом.
3. Контакты.
4. Пружина.
5. Биметаллический проводник в виде пластины.
6. Кнопка.
7. Регулятор тока уставки.

Термочувствительный элемент является датчиком температуры, служащий для передачи тепла на биметаллическую пластину или другой элемент тепловой защиты. Контакт с самовозвратом позволяет при нагреве мгновенно разомкнуть цепь питания электрического потребителя для избежания его перегрева.

Пластина состоит из двух видов металла (биметалл), причем один из них обладает высоким температурным коэффициентом расширения (Kр). Они скреплены между собой при помощи сварки или проката при высоких значениях температуры. При нагреве изгибается пластина тепловой защиты в сторону материала с меньшим Kр, а после остывания пластина принимает исходное положение. В основном пластины изготавливаются из инвара (меньшее значение Kр) и немагнитной или хромоникелевой стали (больший Kр).

Кнопка включает ТР, регулятор тока уставки необходим для установки оптимального значения I для потребителя, причем его превышение приведет к срабатыванию ТР.

Принцип действия ТР основан на законе Джоуля-Ленца. Ток представляет собой направленное движение заряженных частиц, которые сталкиваются с атомами кристаллической решетки проводника (эта величина является сопротивление и обозначается R). Это взаимодействие вызывает появление тепловой энергии, получаемой из электрической. Зависимость длительности протекания от температуры проводника определяется по закону Джоуля-Ленца.

Формулировка этого закона следующая: при прохождении I по проводнику количество теплоты Q, выделяемой током, при взаимодействии с атомами кристаллической решетки проводника прямо пропорционально квадрату I, величине R проводника и времени воздействия тока на проводник. Математически можно записать следующим образом: Q = a * I * I * R * t, где a – коэффициент преобразования, I – ток, протекающий через искомый проводник, R – величина сопротивления и t – время протекания I.

При коэффициенте a = 1 результат расчета измеряется в джоулях, а при условии, что a = 0.24, результат измеряется в калориях.

Нагрев биметаллического материала происходит двумя способами. При первом случае I проходит через биметалл, а во втором – через обмотку. Изоляция обмотки замедляет поток тепловой энергии. Термореле нагревается сильнее при высоких значениях I, чем при контакте с термочувствительным элементом. Происходит задержка сигнала срабатывания контактов. В современных моделях ТР используются оба принципа.

Нагрев биметаллической пластины теплового устройства защиты производится при подключенной нагрузке. Комбинированный нагрев позволяет получить устройство с оптимальными характеристиками. Пластина нагревается при помощи тепла, выделяемого I при прохождении через нее, и специальным нагревателем при I нагрузки. Во время нагрева биметаллическая пластина деформируется и воздействует на контакт с самовозвратом.

Основные характеристики

Каждое ТР имеет индивидуальные технические характеристики (ТХ). Реле нужно выбирать согласно характеристикам по нагрузке и условиям применения при работе электродвигателя или другого потребителя электроэнергии:

1. Значение Iн.
2. Диапазон регулировки I срабатывания.
3. Напряжение.
4. Дополнительное управление работой ТР.
5. Мощность.
6. Граница срабатывания.
7. Чувствительность к фазному перекосу.
8. Класс отключения.

Номинальное значение тока – значение I, на которое рассчитано ТР. Выбирается по значению Iн потребителя, к которому непосредственно подключается. Кроме того, нужно выбирать с запасом по Iн и руководствоваться следующей формулой: Iнр = 1.5 * Iнд, где Iнр – Iн ТР, который должен быть больше номинального тока двигателя (Iнд) в 1.5 раза.

Граница регулировки I срабатывания является одним из важных параметров устройства термозащиты. Обозначение этого параметра является диапазоном регулировки значения Iн. Напряжение – значение силового напряжения, на которое рассчитаны контакты реле; при превышении допустимой величины произойдет выход из строя устройства.

Некоторые виды реле снабжены отдельными контактами для управления работой устройства и потребителя. Мощность – это один из основных параметров ТР, которое определяет выходную мощность подключенного потребителя или группы потребителей.

Граница срабатывания или порог срабатывания является коэффициентом, зависящим от номинального тока. В основном его значение находится в диапазоне от 1,1 до 1,5.

Чувствительность к фазному перекосу (асимметрии фаз) показывает процентное соотношение фазы с перекосом к фазе, по которой протекает номинальный ток необходимой величины.

Класс отключения – параметр, представляющий среднее время срабатывания ТР в зависимости от кратности тока уставки.

Основной характеристикой, по которой нужно выбирать ТР, является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки.

Схема подключения

Схемы подключения теплового реле в цепь могут существенно отличаться в зависимости от устройства. Однако ТР подключаются последовательным соединением с обмоткой двигателя или катушкой магнитного пускателя к нормально разомкнутому контакту, т.к. подключение такого рода позволяет защитить устройство от перегрузок. При превышении показателей потребления тока ТР отключает устройство от питания электросети.

В большинстве схем при подключении применяется постоянно разомкнутый контакт, который работает при последовательном соединении со стоповой кнопкой на управляющем пульте. В основном этот контакт маркируется буквами NC или Н3.

Нормально замкнутый контакт может применяться при подключении сигнализации о срабатывании защиты. Кроме того, в более сложных схемах этот контакт применяется для осуществления программного управления аварийной остановкой устройства с использованием микропроцессоров и микроконтроллеров.

Термореле подключить достаточно просто. Для этого нужно руководствоваться следующим принципом: ТР размещается после контакторов пускателя, но перед электродвигателем, а постоянно замкнутый контакт включается последовательным соединением со стоповой кнопкой.

Виды тепловых реле

Существует множество видов, на которые делятся тепловые реле:

1. Биметаллические – РТЛ (ksd, lrf, lrd, lr, iek и ptlr).
2. Твердотельные.
3. Реле для осуществления контроля температурного режима устройства. Основные обозначения являются следующими: РТК, NR, TF, ERB и DU.
4. Реле плавления сплава.

Биметаллические ТР обладают примитивной конструкцией и являются простыми устройствами.

Принцип действия теплового реле твердотельного типа существенно отличается от биметаллического типа. Твердотельное реле – электронное устройство, которое еще называется шнайдером и выполнено на радиоэлементах без механических контактов.

К ним относятся РТР и РТИ ИЭК, которые вычисляют средние температуры электродвигателя путем мониторинга его пускового и Iн. Основной особенностью этих реле является способность противостоять искрам, т.е. они могут использоваться во взрывоопасных средах. Этот тип реле быстрее по времени срабатывания и легче регулируется.

РТК предназначены для контроля температурного режима электродвигателя или другого устройства при помощи термистора или теплового сопротивления (зонда). При возрастании температуры до критического режима его сопротивление резко возрастает. Согласно закону Ома, при росте R уменьшается ток и потребитель отключается, т.к. его величины недостаточно для нормальной работы потребителя. Этот тип реле применяется в холодильниках и морозильных камерах.

Конструкция теплового реле плавления сплава существенно отличается от остальных моделей и состоит из следующих элементов:

1. Обмотка нагревателя.
2. Сплав, обладающий низкой температурой плавления (эвтектический).
3. Механизм разрыва цепи.

Эвтектический сплав плавится при низкой температуре и защищает цепь питания потребителя, разрывая контакт. Это реле встраивается в устройство и применяется в стиральных машинах и автомобильной технике.

Подбор теплового реле производится при анализе ТХ и условий эксплуатации устройства, которое необходимо защитить от перегрева.

Как выбрать тепловое реле

Без сложных расчетов можно подобрать подходящий номинал электротеплового реле для двигателя по мощности (таблица технических характеристик устройств тепловой защиты).

Основная формула для расчета номинального тока ТР:

Например, нужно рассчитать Iн ТР для асинхронного электродвигателя мощностью 1,5 кВт, запитанного от трехфазной сети переменного напряжения со значением 380 В.

Это сделать достаточно просто. Для вычисления значения номинального тока двигателя необходимо воспользоваться формулой мощности:

Отсюда, Iнд = P / U = 1500 / 380 ≈ 3.95 А. Значение номинального тока ТР вычисляется следующим образом: Iнтр = 1.5 * 3.95 ≈ 6 А.

Исходя из расчетов, выбирается ТР типа РТЛ-1014-2 с регулируемым диапазоном тока уставки от 7 до 10 А.

При повышенном значении температуры окружающей среды следует устанавливать значение уставки на минимальное. При пониженной температуре окружающей среды следует учитывать о возрастании нагрузки на обмотки статора двигателя и по возможности не включать. Если обстоятельства требуют использования электродвигателя при неблагоприятных условиях, то необходимо начинать настройку с низкого тока уставки, а после этого увеличивать его до необходимого значения.

Техника, которая оснащается двигателями нуждается в защите. Для этих целей в нее устанавливается система принудительного охлаждения, чтобы обмотки не превышали допустимую температуру. Иногда ее бывает недостаточно, поэтому дополнительно может быть смонтировано тепловое реле. В самоделках его приходится монтировать своими руками. Поэтому важно знать схему подключения теплового реле.

Принцип работы теплового реле

В некоторых случаях тепловое реле может быть встроено в обмотки двигателя. Но чаще всего оно применяется в паре с магнитным пускателем. Это дает возможность продлить срок службы теплового реле. Вся нагрузка по запуску ложится на контактор. В таком случае тепловой модуль имеет медные контакты, которые подключаются непосредственно к силовым входам пускателя. Проводники от двигателя подводятся к тепловому реле. Если говорить просто, то оно является промежуточным звеном, которое анализирует проходящий через него ток от пускателя к двигателю.

В основе теплового модуля лежат биметаллические пластины. Это означает, что они изготавливаются из двух различных металлов. Каждый из них имеет свой коэффициент расширения при воздействии температуры. Пластины через переходник воздействуют на подвижный механизм, который подключен к контактам, уходящим к электродвигателю. При этом контакты могут находиться в двух положениях:

• нормально замкнутом;
• нормально разомкнутом.

Первый вид подходит для управления пускателем двигателя, а второй используется для систем сигнализации. Тепловое реле построено на принципе тепловой деформации биметаллических пластин. Как только через них начинает протекать ток, их температура начинает повышаться. Чем с большей силой протекает ток, тем выше поднимается температура пластин теплового модуля. При этом происходит смещение пластин теплового модуля в сторону металла с меньшим коэффициентом теплового расширения. При этом происходит замыкание или размыкание контактов и остановка двигателя.

Важно понимать, что пластины теплового реле рассчитаны на определенный номинальный ток. Это означает, что нагрев до некоторой температуры, не будет вызывать деформации пластин. Если из-за увеличения нагрузки на двигатель произошло срабатывания теплового модуля и отключение, то по истечении определенного промежутка времени, пластины возвращаются в свое естественное положение и контакты снова замыкаются или размыкаются, подавая сигнал на пускатель или другой прибор. В некоторых видах реле доступна регулировка силы тока, которая должна протекать через него. Для этого выносится отдельный рычаг, которым можно выбрать значение по шкале.

Кроме регулятора силы тока, на поверхности может также находиться кнопка с надписью Test . Она позволяет проверить тепловое реле на работоспособность. Ее необходимо нажат при работающем двигателе. Если при этом произошел останов, тогда все подключено и функционирует правильно. Под небольшой пластинкой из оргстекла скрывается индикатор состояния теплового реле. Если это механический вариант, то в нем можно увидеть полоску двух цветов в зависимости от происходящих процессов. На корпусе рядом с регулятором силы тока располагается кнопка Stop . Она в отличие от кнопки Test отключает магнитный пускатель, но контакты 97 и 98 остаются разомкнутыми, а значит сигнализация не срабатывает.

Функционировать тепловое реле может в ручном и автоматическом режиме. С завода установлен второй, что важно учитывать при подключении. Для перевода на ручное управление, необходимо задействовать кнопку Reset . Ее нужно повернуть против часовой стрелки, чтобы она приподнялась над корпусом. Разница между режимами заключается в том, что в автоматическом после срабатывания защиты, реле вернется к нормальному состоянию после полного остывания контактов. В ручном режиме это можно сделать с использованием клавиши Reset . Она практически моментально возвращает контактные площадки в нормальное положение.

Тепловое реле имеет и дополнительный функционал, который оберегает двигатель не только от перегрузок по току, но и при отключении или обрыве питающей сети или фазы. Это особенно актуально для трехфазных двигателей. Бывает, что одна фаза отгорает или с ней происходят другие неполадки. В этом случае металлические пластины реле, к которым поступают другие две фазы начинают пропускать через себя больший ток, что приводит к перегреву и отключению. Это необходимо для защиты двух оставшихся фаз, а также двигателя. При худшем раскладе такой сценарий может привести к выходу из строя двигателя, а также подводящих проводов.

Характеристики реле

При выборе ТР необходимо ориентироваться в его характеристиках. Среди заявленных могут быть:

• номинальный ток;
• разброс регулировки тока срабатывания;
• напряжение сети;
• вид и количество контактов;
• расчетная мощность подключаемого прибора;
• минимальный порог срабатывания;
• класс прибора;
• реакция на перекос фаз.

Номинальный ток ТР должен соответствовать тому, который указан на двигателе, к которому будет происходить подключение. Узнать значение для двигателя можно на шильдике, который находится на крышке или на корпусе. Напряжение сети должно строго соответствовать той, где будет применяться. Это может быть 220 или 380/400 вольт. Количество и тип контактов также имеют значение, т. к. различные контакторы имеют различное подключение. ТР должно выдерживать мощность двигателя, чтобы не происходило ложного срабатывания. Для трехфазных двигателей лучше брать ТР, которые обеспечивают дополнительную защиту при перекосе фаз.

Процесс подключения

Ниже приведена схема подключения ТР с обозначениями. На ней можно найти сокращение КК1.1. Оно обозначает контакт, который в нормальном состоянии является замкнутым. Силовые контакты, через которые ток поступает на двигатель обозначены сокращением KK1. Автоматический выключатель, который находится в ТР обозначен как QF1. При его задействовании происходит подача питания по фазам. Фаза 1 управляется отдельной клавишей, которая обозначена маркировкой SB1. Она выполняет аварийную ручную остановку в случае возникновения непредвиденной ситуации. От нее контакту уходит на клавишу, которая обеспечивает пуск и обозначена сокращением SB2. Дополнительный контакт, который отходит от клавиши пуска, находится в дежурном состоянии. Когда выполняется запуск, тогда ток от фазы через контакт поступает на магнитный пускатель через катушку, которая обозначается KM1. Происходит срабатывание пускателя. При этом те контакты, которые в нормальном положении являются разомкнутыми замыкаются и наоборот.

Когда замыкаются контакты, которые на схеме находятся под сокращением KM1, тогда происходит включение трех фаз, которые пускают ток через тепловое реле на обмотки двигателя, который включается в работу. Если сила тока будет расти, тогда из-за воздействия контактных площадок ТР под сокращением KK1 произойдет размыкание трех фаз и пускатель обесточивается, а соответственно останавливается и двигатель. Обычная остановка потребителя в принудительном режиме происходит посредством воздействия на клавишу SB1. Она разрывает первую фазу, которая прекратит подачу напряжения на пускатель и его контакты разомкнутся. Ниже на фото можно увидеть импровизированную схему подключения.

Есть еще одна возможная схема подключения этого ТР. Разница заключается в том, что контакт реле, который в нормальном состоянии является замкнутым при срабатывании разрывает не фазу, а ноль, который уходит на пускатель. Ее применяют чаще всего в силу экономичности при выполнении монтажных работ. В процессе нулевой контакт подводится к ТР, а с другого контакта монтируется перемычка на катушку, которая запускает контактор. При срабатывании защиты происходит размыкание нулевого провода, что приводит к отключению контактора и двигателя.

Реле может быть смонтировано в схему, где предусмотрено реверсивное движение двигателя. От схемы, которая была приведена выше различие заключается в том, что присутствует НЗ контакт, в реле, которое обозначено KK1.1.

Если реле срабатывает, тогда происходит разрыв нулевого провода контактами под обозначением KK1.1. Пускатель обесточивается и прекращает питания двигателя. В экстренной ситуации кнопка SB1 поможет быстро разорвать цепь питания, чтобы остановить двигатель. Видео о подключении ТР можно посмотреть ниже.

Резюме

Схемы, на которых будет изображаться принцип подключения реле к контактору, могут иметь другие буквенные или цифровые обозначения. Чаще всего их расшифровка приводится внизу, но принцип всегда остается одинаковым. Можно немного попрактиковаться, собрав всю схему с потребителем в виде лампочки или небольшого двигателя. С помощью тестовой клавиши можно будет отработать нестандартную ситуацию. Клавиши запуска и остановки позволят проверить работоспособность всей схемы. При этом стоит обязательно учитывать тип пускателя и то, в каком нормальном состоянии находятся его контакты. Если есть определенные сомнения, тогда лучше посоветоваться с электромонтажником, который имеет опыт в сборке таких схем.

Принцип работы температурного реле. Как подобрать тепловое реле или правильная защита электродвигателя от перегрузки

Тепловое реле — это электронный аппарат, созданный для того, чтобы защищать электродвигатели от токовых перегрузок. Есть несколько наиболее распространенных типов реле термических: ТРН, РТТ, ТРП, РТЛ. Перегрузки очень сильно влияют на долговечность электроэнергетического оборудования. Для любого объекта есть зависимость величины тока от продолжительности его протекания. Эта зависимость характеризует надежность и время эксплуатации того или иного оборудования. Если протекает ток, который больше, чем номинальный, то это создает дополнительное старение изоляции вследствие увеличения температуры.

Тепловое реле с биметаллической пластиной

Пластинка такого термического реле состоит из двух пластов. Один имеет большую температуру нагревания (большой температурный коэффициент), другой — меньшую. Эти две части скреплены друг с другом в местах прилегания за счет сварки или же за счет проката в раскаленном состоянии. Тепловое реле базируется именно на работе этой пластины. Если она разогревается, то происходит ее изгиб в сторону материала с самым маленьким коэффициентом температурного расширения. Наиболее распространена хромоникелевая сталь либо немагнитная. Биметаллическая пластина у такого прибора, как реле тепловое, нагревается за счет того, что под воздействием тока нагрузки выделяется тепло в пластинке. Часто для усиления нагрева изготавливают специальный дополнительный нагреватель. Такой процесс называется комбинированным нагревом. Пластинка греется и с помощью нагревателя, обтекаемого током нагрузки, и за счет тепла от тока, проходящего через биметалл. Прогибаясь под действием тепла, пластинка свободным концом влияет на контакты реле и размыкает его.

Тепловое реле и его основные свойства

Как уже было сказано выше, основная черта реле — зависимость времени его срабатывания от токов нагрузки (времятоковая характеристика). При проверке этих значений следует учитывать то, из какого именно состояния будет срабатывать реле: из прохладного или из перегретого. При выборе всех этих параметров нужно четко представлять то, какие функции будет выполнять то или иное защитное устройство.

Тепловое реле и параметры его выбора

Выбирают этот агрегат, исходя из номинальных значений тока, нагрузки и напряжения. Также необходимо учесть времятоковую характеристику. Нагрев пластины находится в непосредственной зависимости и от температуры окружающей среды, поэтому, если температура сильно отличается от номинальной, необходимо или подбирать другой нагревательный элемент, или проводить плавную дополнительную регулировку реле. Прогиб самой пластины — обычно медленный процесс. Поэтому пластинка воздействует на контактную систему через специальное ускоряющее устройство. Тепловое реле РТЛ, предназначенное для защиты непосредственно электродвигателей и генераторов, может обеспечивать защиту от несимметричных составляющих тока и от выпадения фазы. Электротепловые и термические РТЛ могут быть установлены как вместе с пускателями, так и отдельно.

Тепловые реле — это электрические устройства, основным назначением которых является защита двигателя от избыточной нагрузки и, как следствие, перегрузки системы в целом. На сегодняшний день наиболее распространенными являются следующие типы тепловых реле: ТРН, РТИ, РТТ и РТЛ. Необходимость применения тепловых реле обусловлена тем, что долговечность любого оборудования напрямую зависит от того, как часто оно бывает перегружено. Так, при регулярном превышении номинального напряжения происходит нагрев оборудования, что приводит к старению изоляции и, как следствие снижает эксплуатационный срок установок.

Схемы подключения электродвигателей, в которые включено тепловое реле, могут существенно отличаться между собой, в зависимости от технической необходимости и наличия различных устройств. Тем не менее, в каждой из схем тепловое реле обязательно должно подключаться последовательно с катушкой пускателя. Это обеспечивает надежную защиту от перегрузок оборудования. Так, при превышении определенного уровня потребляемого двигателем тока тепловое реле размыкает цепь, тем самым отключая магнитный пускатель и сам двигатель от источника электропитания.

Принцип работы теплового реле

На сегодняшний день наибольшую популярность приобрели тепловые реле, чье действие основано на использовании свойств биметаллических

Для того, что бы защитить электродвигатель от токов высокой нагрузки в дополнение к защитному автомату необходимо поставить тепловое реле. Принцип работы теплового реле до безобразия прост. В тот момент, когда на электродвигателе возникает нагрузка сверх нормы, тепловое реле отсекает питание от катушки магнитного пускателя. Отсекание фазы на катушку происходит за счёт нагрева биметаллических пластин, которые расходятся при высокой нагрузке. Завод изготовитель рассчитывает расширение пластин, которые нагреваются при прохождении через них тока сверх допустимой нормы. Говоря проще, когда возникла нагрузка, биметаллические пластины расширились, и оборвали питание магнитного пускателя. Тепловое реле необходимо выбирать исходя из мощности электродвигателя. Для более точной настройки, все тепловые реле имеют настраиваемый диапазон, который можно выставить вплоть до одного ампера. Тепловое реле подключается между магнитным пускателем и электродвигателем. В некоторых моделях через тепловое реле проходят все три фазы, но в основном через теплушку пропускается две фазы, а третья идет напрямую от магнитного пускателя. С силовыми концами идущими на электродвигатель, мы разобрались, теперь давайте рассмотрим, как сделать что бы при высокой нагрузке, магнитный пускатель отсекал питание на электродвигатель. Для того чтобы подключить тепловое реле, вам необходимо прочитать статью подключение магнитного пускателя . Если вы это уже знаете, то идем дальше. Как вы помните, фаза идущая на стоповую кнопку берется с верхних контактов пускателя. Фазу идущую на кнопки необходимо пропустить через специальные контакты на тепловом реле. Принцип прост, фаза зашла – фаза вышла. Если на электродвигателе возникла нагрузка пластины между этими контактами разомкнуться и пускатель отключиться. Местоположение контактов на реле вы найдете сами, Всего там идёт пять зажимных контактов, три силовые и два на управление. Как видите всё просто и без лишней болтовни. Для того чтобы правильно выбрать тепловое реле необходимо взглянуть на мощность электродвигателя и на его номинальные характеристики тока, которые указаны на табличке электродвигателя. Бывает такое, что табличка отсутствует, тогда берите клещи и замеряйте токи на каждой фазе желательно при нагрузке. Если электродвигатель не горячий смело ориентируйтесь на показания прибора. Допустим, у вас показало 16 ампер, прибавляйте 20% процентов на пусковые токи и выбирайте тепловое реле, где можно выставить 20 ампер и смело его подключайте. При срабатывании на тепловом реле выскакивает кнопочка, которую потом можно включить. Если срабатывание начинает происходить часто, а нагрузка на ваш взгляд не повышается то вполне возможно, что у вас межвитковое замыкание , о котором вы тоже можете прочитать на нашем сайте про электричество.

Тепловое реле: особенности и характеристики

Тепловое реле – устройство, замыкающее-размыкающее цепь под влиянием сигналов агрегатов, работающих от изменения температуры среды. Нагрев проводников электричеством замечали исследователи, количественное описание дает закон Джоуля-Ленца. Благодаря знанию зависимости, биметаллические конструкции применяют, контролируя ток, температуру.

Тепловое реле

Кратко о тепловых реле

Тепловые реле холодильников совмещают с пускозащитными. Применяются многими двигателями. Отличие защитных в электромагнитной конструкции, где катушка может мгновенно отработать резкое повышение тока. Тепловые работают с интегрированием эффекта некоторым отрезком времени. Медная обмотка иногда перегревается. В мясорубках случается, когда заклинивает вал. Ток повышает лимитирующую величину. Чтобы избежать опасности, изготовитель включает в механическую передачу пластиковые шестерни, ломающиеся, спасающие ситуацию. Конечно, лучше применять тепловые реле.

Принцип действия основан на свойствах биметаллических пластин. Двухслойные материалы, составленные парой металлов с неодинаковым коэффициентом линейного расширения. В результате при изменении температуры биметаллическая пластина гнется. Контакты используются повсеместно, начиная электрическими утюгами, заканчивая чайниками! Измерение тока происходит преимущественно в тепловых реле. В остальных случаях нагрев вызывается изменением температуры прибора: пара, ТЭНа.

В тепловых реле принцип используется, вариантом (см. патент US292586 A), но распространен больше другой – с защитой по току. В последнем случае используется упомянутый закон Джоуля-Ленца. С течением времени тепловой эффект накапливается, при соблюдении условий реле срабатывает. Обрыв цепи блокирует дальнейший рост температуры. Условия срабатывания реле тесно связаны с конструкцией двигателя.

Любому типу компрессора холодильника подобрана пара, работающая безотказно. Не соблюдая целостности тандема компрессор-двигатель, можно вызвать неисправности.

Для трёхфазных цепей используются двух- или трехполюсные тепловые реле. Включаются меж двумя линиями (нейтраль короткозамкнутая), в нормальном режиме ток здесь мал. При большой мощности вместо непосредственного присоединения к цепи используются трансформаторы тока. Эффект получается аналогичный: при обрыве фазы равновесие нарушается, нагрузка теплового реле увеличивается. В результате происходит разогрев биметаллической пластины, цепь обрывается. Двигатель спасается от перегрева, других негативных последствий.

Тепловое реле не защищает против короткого замыкания, само нуждается в охране от подобной ситуации. В противном случае цепь легко сгорает.

История создания тепловых реле

Идея регулировки температуры возникла в XVII веке. Английский изобретатель Корнелиус Дреббель применил в двух изобретениях: печь, инкубатор для цыплят. Конструкции требовали ответственного подхода. Дреббель сумел реализовать концепцию, используя ртуть. Любопытный факт: на момент начала третьего десятилетия термометров, не существовало. Работающих на ртути. Историки склонны изобретение термометра приписывать Корнелиусу Дреббелю. Касательно печей новшество заключалось в следующем:

• Топка снабжалась воздухом через сопло, снабжаемое регулируемой заслонкой.
• В зависимости от конструкции сооружение оборудовалось подобием реторты, дно которой размещалось в пепле, либо углях.
• Изменяющийся уровень ртути позволял осуществлять поддержание температуры на заданном уровне путем регулирования объема подаваемого воздуха.

Патент US1477455 A

Аналогичного рода конструкция предложена инженерами компании Вестингауз Электрик в 1917 году (патент US1477455 A). Уровень ртути позволял замкнуть-размокнуть цепь в зависимости от изменяющейся температуры. Еще раньше для контроля параметров среды стали применять свойства биметаллических пластин. Патент Вестингауз Электрик принят только 11 декабря 1923 года, шведско-швейцарская компания ABB занималась выпуском тепловых реле для защиты работающих двигателей с 1920 года. Термостаты для инкубатора, печи под авторства Дреббеля рассмотрены комиссией организованного в 1660 году Королевского общества (Англии). И примерно через 40 лет после создания нашли признание ученого совета.

Свойства биметаллических пластин известны с 1726 года. Точнее говоря, к этой дате приурочено первое их официальное применение. Джон Харрисон, плотник по профессии, кое-что знал о металлах. Нашел оригинальный способ подарить маятниковым часам независимость от температуры. Подвес изготовил из стержней двух разных металлов, что проиллюстрировано на изображении, взятом из издания Общества Ньюкомена (1946 год). По мере изменения температуры длина маятника остается постоянной. Период колебаний поддерживается с высокой точностью.

Джон Харрисон не останавливается на достигнутом, в палубных часах конструкции 1761 года применяет балансную пружину свернутой биметаллической ленты. По замыслу конструктора новшество скомпенсирует капризы климата. Теперь время позволит определить географические координаты вне зависимости от температуры. Идеи Дреббеля и Харрисона использовал в 1792 году Жан Симон Боннемейн, – сегодня называемый отцом централизованного снабжения горячей водой. Применял идеи терморегуляторов для курятников (1777 год). Историки отмечают любопытный факт: несмотря на знаменитость Жан остается личностью загадочной. Доподлинно неизвестен день рождения.

Маятник и балансная пружина

Инкубатор Боннемейна напоминает печь-буржуйку. Снизу цилиндрическая конструкция подогревается открытым пламенем, продукты сгорания обтекают стенки и уходят наружу. Температура контролируется биметаллической пластиной (из железа и латуни), погруженной в воды, заполняющую пространство меж стенок. Неудивительно, что в скором времени инженер придумал первую котельную. Температура пламени регулируется скоростью подачи воздуха в топку, биметаллический стержень управляет заслонкой. Последовали многие другие изобретения аналогичного толка.

В некоторой степени к тепловым реле можно отнести изобретение Джеймса Кьюли (интернет обошел внимание подробности жизни), датированное 1816 годом. В британском патенте №4086 упоминается некий балансный термометр. Весы, вага которых представлена трубкой с двумя утолщениями на концах. Поделена в центре двумя секциям, одна заполнена спиртом, другая – ртутью. При изменении температуры нарушается баланс, поскольку объёмы в утолщениях неравные. И нужно, подстраивая длины плеч винтом, добиться равновесия. Показания считываются с зубчатого лимба, жестко привязанного к трубке. Изобретатель отмечал возможность использования изобретения для контроля микроклимата зданий.

Эра электричества тепловых реле

Долгое время термостаты не находили применения в сфере электричества. Справедливости ради заметим, применялось преимущественно фабриками, цехами, питая двигатели. До появления электрических лампочек накала было далеко. Устройством, давшим зеленый свет применению тепловых реле, историки считают электромагнитный клапан регулирования тока жидкости трубы. Наработка заявлена патентом US355893 A, опубликованным 11 января 1887 года. Документ говорит: термостат (тип не указан) размещен в жилых помещениях, электромагнитный клапан позволит регулировать под его командованием скорость тока горячей воды системы отопления.

Ряд обстоятельств позволит утверждать: изобретение касалось армии США, по-видимому, должно было применяться казармами. Что касается термостата, подходящий существовал к тому времени (патент US150566 A). В опубликованном 5 мая 1874 года документе Джон Гест говорит о создании настраиваемого реле управления электрической цепью. Внешний круглый корпус по кромке снабжен лимбом с нанесенными значениями температуры, устройство пригодно выполнять самые разные функции. Длинный полый цинковый стержень (другого материала) изменяет длину, отслеживая температуру, управляя движением стрелки, в определенном положении замыкающей контакт.

Конструкция теплового реле

Конструкция напоминает велосипедный звонок, из которого торчит упомянутый стержень. Реле контролирует температуру помещения. Для отслеживания величины тока непригодно. Исследователям осталось сделать один шаг: провести параллель меж законом Джоуля-Ленца и изменениями температуры, превращая термостат в тепловое реле. Собственно, было сделано патентом US292586 A, опубликованном 29 января 1884 года. Наверняка в бюро с интересом смотрели на странного изобретателя, по тем временам изделию тяжело было найти применение. Родс (разработчик) пишет: конструкция помогает в организации освещения газовыми рожками (лампочки накала тогда не существовали).

Патент заявил: авторским правом защищается реле на биметаллической пластине с нагревателем из резистора. Сегодня повсеместно используется. Можно сказать, Родс ткнул пальцем в небо, попав на золотоносную жилу. Дальнейший ход инженерной мысли понятен без дальнейших поисков в реестре патентов.

Характеристики тепловых реле

Характеристики теплового реле указывают, в паре с каким оборудованием применимо изделие. Среди важных параметров фигурируют:

1. Номинальный ток – значение, при котором в режиме длительной работы тепловое реле не срабатывает. Превышение лимита не вызывает немедленного отключения цепи. Например, ток, больший номинального на 20%, заставляет реле сработать через 20-30 минут. Прибор напоминает автоматический выключатель. Принцип действия аналогичный.
2. Номинальное напряжение – бытовое (220 В и 50 Гц) при одной фазе переменного тока. Для промышленных объектов возможны разные варианты.
3. Условия эксплуатации:

• Климат. Температура и влажность. Категория размещения отечественных реле выбирается согласно ГОСТ 15150.
• Прочие факторы. Сюда относят вибрации, ускорения, удары, высота над уровнем моря. Дополнительно может оговариваться присутствие взрывоопасных газов, иных веществ природного и антропогенного происхождения.

Маркировка КЭАЗ

Реле выбирается, исходя из мощности защищаемого электродвигателя. Большинство ключевых характеристик заключено в условном обозначении. На рисунке приведена маркировка рекламных материалов завода КЭАЗ (основан в 1945 году). Особое внимание обратим на следующие моменты:

1. Диапазон токов уставки (в скобках) разнится по производителям на малое значение. Простая небрежность инженеров-конструкторов.
2. Литеры в обозначении типа исполнения могут отличаться, лучше уточнять по каталогам.
3. Климатическое исполнение часто дается в виде диапазона. Например, УХЛ2О4. Что следует читать: УХЛ2 – О4. После аббревиатуры может следовать малая литера, характеризующая группу пониженного давления.

Обозначения могут отсутствовать вовсе. Возможно наличие не оговоренных выше включений. Например, РТЛ 205704 Д. Что означает здесь 04, сказать сложно, разумно уточнить момент на предприятии-изготовителе.

Тепловые и электронные реле перегрузки. Описание

Реле перегрузки рассчитаны на очень высокие нагрузочные токи,при превышении значения максимально разрешенной нагрузки реле отключают оборудование. Это также происходит при затяжном пуске, при низком или высоком моменте сопротивления, высокой величине инерции нагрузки.

Необходимым фактором, влияющим на выбор реле может считаться соответствие характеристик реле и времени включения двигателя.  Существует несколько классов реле перегрузки, характеризуемых строго определенным для них временем отключения.

Номинальный предел срабатывания реле выбирается по номинальному току электродвигателя и рассчитанным временем пуска.

Рис, №1. Основные классы отключения для реле перегрузки в соответствии с международными стандартами.

Реле перегрузки обладают тепловой памятью (исключение составляют типы электронных реле), они подключаются последовательно с нагрузкой к измерительному трансформатору тока, который присоединен к нагрузке последовательно и требует большой величины мощности.

Одной из разновидностей реле перегрузки считается реле, оборудованное биметаллическими пластинами. При подключении к контактору тепловое реле осуществляет защиту линии, электродвигателя и выключателя нагрузки от кратковременной или длящейся большой промежуток времени перегрузки. Совместно с тепловым реле используется автоматический выключатель, контактор и плавкие предохранители, они защищают электрооборудование от короткого замыкания.

Принцип работы реле теплового реле перегрузки

В основе работы теплового реле лежит принцип деформации встроенных в конструкцию биметаллических пластин, их нагревание при повышении значения тока отключает устройство. Биметаллические пластины подвергаются деформации при прохождении по ним электрического тока, изменение пластины происходит в соответствии с заданным значением тока. Возможность повторного запуска и сброс реле возможен только при остывании пластин. Тепловые реле работают как в цепях переменного, так и постоянного тока. Их конструкция имеет:

• Три полюса для подключения 3 фаз.
• Компенсирующий элемент, который не дает окружающей температуре влиять на пороги отключения.
• Кнопку ручного сброса и элемент для автоматического восстановления рабочего состояния оборудования.
• Градуировку в амперах, с ее помощью можно выставить предельно допустимое значение температуры, при котором произойдет срабатывание защиты на отключение (параметры двигателя должны соответствовать предельному значению на табличке «шильдике» на реле).

Рис. №2. Внутренний вид и устройство теплового реле перегрузки с биметаллическим расцепителем.

Одной из функциональных способностей тепловых реле нового поколения является реагирование на обрыв фазного провода. Это так называемая псевдодифференциальная защита, реле с такой способностью нельзя использовать для защиты однофазных двигателей.

Рекомендованы для защиты электрооборудования, где возможна вероятность блокировки ротора.

Рис.№3 График, демонстрирующий зону отключения тепловых реле перегрузки с компенсацией по температуре окружающего воздуха в соответствии с международными стандартами.

Электронные тепловые реле перегрузки

Благодаря электронным технологиям достигается создание точной тепловой модели электродвигателя. За основу работы реле приняты принципы, описанные с помощью тепловых временных констант. Благодаря электронной схеме производится вычисление температуры двигателя в виде функции 2 аргументов – это протекающий ток и продолжительность работы по времени. Рабочие условия будут избраны весьма точно и поэтому можно избежать ошибочного отключения. Использование электронных реле позволяет не реагировать на температуру окружающего воздуха в месте размещения оборудования.

Электронные температурные реле выполняют следующие функции:

1. Контроль температуры с использованием термисторов.
2. Обнаружения неблагоприятных условий работы, например, заклинивание ротора двигателя или превышение момента двигателя.
3. Обнаружения переключения фаз.
4. Ухудшение качества изоляционного покрытия.
5. Обнаружение холостого режима работы, без нагрузки.

Рис. №4. Тепловое реле перегрузки электронного типа, внешний вид.

Реле, оборудованные термосопротивлением ПТК

Это еще одна категория тепловых реле, обладающих способностью отслеживать температуру и защищать электродвигатель от перегруза. Обладая компактными размерами, они обладают низкой тепловой инерцией и малым временем реакции.

В число достоинств этих реле входит:

1. Защита от перегрузки при повышении температуры воздуха.
2. Защита при повреждении вентиляционной системы.
3. Предупреждение неправильной работы двигателя при значительном увеличении частоты запусков электродвигателя.
4. Предупреждение от неправильной работы, связанной с толчковыми режимами.

Основные компоненты, из которых состоит тепловое реле

В комплект устройства тепловых реле входят следующие элементы, без которых невозможна их полноценная работа в качестве прибора управления электродвигателем:

• Термистор ПТК (положительный температурный коэффициент), его месторасположение предопределено в месте, наиболее подвергающемуся нагреву: подшипники разных видов, обмотка статора и прочее. Они обладают статичными свойствами, их сопротивление повышается при достижении номинального температурного порога.
• Электронное устройство, которое получает питание от сети постоянного или переменного тока и производит замеры сопротивления подключенного датчика. При достижении температурных границ номинального значения в устройстве происходит скачок величины сопротивления термистора. Он расположен в цепи порогового элемента в общей конструкции устройства, следствием его функций является срабатывание реле на выходе из цепи.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Поделиться ссылкой: