Принцип работы и схема подключения теплового реле

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.

teplovoe-rele

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.

vidi-teplovogo-rele

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:

Iнтр = 1.5 * Iнд.

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:

P = I * U.

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.

Похожие статьи

Ссылка на основную публикацию