Тепловое реле
ТЕПЛОВОЕ РЕЛЕ
Тепловым называют реле, реагирующее на изменение
температуры (термореле). Действие термореле основано на расширении металла при
его нагревании.
Широкое распространение получили биметаллические
тепловые реле. Рабочая часть такого реле представляет собой биметаллическую
пластину, состоящую из двух металлов с разными температурными коэффициентами
линейного расширения. Материалы для пластинок выбирают так, чтобы они имели
возможно большую разность коэффициентов расширения, например медь - сталь, сталь
- никель, инвар - латунь.
Рис. 1.
Для защиты электрических двигателей при токовых
перегрузках применяют тепловое максимальное реле (рис. 1). Электроподогреватель
1 теплового реле является воспринимающей частью. Биметаллическая пластинка 2
используется как промежуточная часть, а исполнительной частью служат контакты
7. Подогреватель включается последовательно в цепь двигателя, а контакты - в
цепь электромагнита пускателя, производящего пуск двигателя.
При нормальной нагрузке биметаллическая
пластинка изогнута. При этом рычаг 3 верхним плечом упирается в пластинку 2, а
нижнее его плечо замыкает контакты 7 реле.
Когда ток в подогревателе превышает допустимую
величину, биметаллическая пластинка 2 изгибается в сторону металла с меньшим
коэффициентом теплового расширения, т. е. вверх. Тогда верхнее плечо рычага 3
под действием пружины 5 поворачивается на оси 4 влево, нижнее плечо - вправо, а
контакты реле размыкают цепь, в которую они включены.
Для приведения реле в рабочее положение нажимают
кнопку при этом отросток 6 рычага 3 идет влево, а его верхнее плечо отходит
вправо и устанавливается так, как показано на рис. 1, а.
На рис. 1 изображено температурно-токовое реле
типа ТТ-1 предназначенное для защиты от перегревов обмоток асинхронных
однофазных короткозамкнутых электродвигателей мощностью до 600 вт, напряжением
127 и 220 в.
Реле имеет биметаллический элемент, который при
нагреве для определенной температуры скачкообразно меняет направление свое-го
выгиба, а при охлаждении также скачкообразно возвращается в исходное положение.
Реле монтируется непосредственно на двигателе.
Его контакты включаются в цепь питания двигателя. В эту же цепь последовательно
включается нихромовый нагреватель.
При перегрузке двигателя, под влиянием нагрева
нихромового нагревателя током, протекающим по обмоткам двигателя,
биметаллический элемент реле срабатывает и отключает цепь двигателя.
Температура срабатывания биметаллического
элемента реле примерно 120°. Температура возврата около 80°. Вес реле не более
12 г.
Такими тепловыми реле снабжаются магнитные
пускатели, масляные манометры, термометры системы охлаждения автомобилей и
многие другие устройств. Наиболее распространенные типы тепловых реле - ТРП,
ТРН, РТЛ и РТТ.
Принцип действия тепловых реле
Долговечность энергетического оборудования в
значительной степени зависит от перегрузок, которым оно подвергается во время
работы. Для любого объекта можно найти зависимость длительности протекания тока
от его величины, при которых обеспечивается надежная и длительная эксплуатация
оборудования. Эта зависимость представлена на рисунке 2 (кривая 1)
Рис. 2
При номинальном токе допустимая длительность его
протекания равна бесконечности. Протекание тока, большего, чем номинальный,
приводит к дополнительному повышению температуры и дополнительному старению
изоляции. Поэтому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима.
Кривая 1 на рисунке устанавливается исходя из требуемой продолжительности жизни
оборудования. Чем короче его жизнь, тем большие перегрузки допустимы.
Время-токовые характеристики теплового реле и защищаемого объекта При идеальной
защите объекта зависимость tср (I) для теплового реле должна идти немного ни-же
кривой для объекта.
Биметаллическая пластина теплового реле состоит
из двух пластин, одна из которых имеет больший температурный коэффициент
расширения, другая - меньший. В месте прилегания друг к другу пластины жестко
скреплены либо за счет проката в горячем состоянии, либо за счет сварки. Если
закрепить неподвижно такую пластину и нагреть, то произойдет изгиб пластины в
сторону материала с меньшим. Именно это явление используется в тепловых реле.
Широкое распространение в тепловых реле получили
материалы инвар (малое значение ) и немагнитная или хромоникелевая сталь
(большое значение a).
Нагрев биметаллического элемента теплового реле
может производиться за счет тепла, выделяемого в пластине током нагрузки. Очень
часто нагрев биметалла производится от специального нагревателя, по которому
протекает ток нагрузки. Лучшие характеристики получаются при комбинированном
нагреве, когда пластина нагревается и за счет тепла, выделяемого током,
проходящим через биметалл, и за счет тепла, выделяемого специальным
нагревателем, также обтекаемым током нагрузки.
Прогибаясь, биметаллическая пластина своим
свободным концом воздействует на контактную систему теплового реле.
Время-токовые характеристики
теплового реле
Основной характеристикой теплового реле является
зависимость времени срабатывания от тока нагрузки (времятоковая
характеристика). В общем случае до начала перегрузки через реле протекает ток
Iо, который нагревает пластину до температуры qо.
При проверке времятоковых характеристик тепловых
реле следует учитывать, из какого состояния (холодного или перегретого)
происходит срабатывание реле.
При проверке тепловых реле надо иметь в виду,
что нагревательные элементы тепловых реле термически неустойчивы при токах
короткого замыкания.
Выбор тепловых реле
Номинальный ток теплового реле выбирают исходя
из номинальной нагрузки электродвигателя. Выбранный ток теплового реле
составляет (1,2 - 1,3) номинального значения тока электродвигателя (тока нагрузки),
т. е.тепловое реле срабатывает при 20- 30% перегрузке в течение 20 минут.
Постоянная времени нагрева электродвигателя
зависит от длительности токовой перегрузки. При кратковременной перегрузке в
нагреве участвует только обмотка электродвигателя и постоянная нагрева 5 - 10
минут. При длительной перегрузке в нагреве участвует вся масса электродвигателя
и постоянна нагрева 40-60 минут. Поэтому применение тепловых реле целесообразно
лишь тогда, когда длительность включения больше 30 минут.
Влияние температуры окружающей среды
на работу теплового реле
Нагрев биметаллической пластинки теплового реле
зависит от температуры окружающей среды, поэтому с ростом температуры
окружающей среды ток срабатывания реле уменьшается.
При температуре, сильно отличающейся от
номинальной, необходимо либо проводить дополнительную (плавную) регулировку
теплового реле, либо подбирать нагревательный элемент с учетом реальной
температуры окружающей среды.
Для того чтобы температура окружающей среды
меньше влияла на ток срабатывания теплового реле, необходимо, чтобы температура
срабатывания выбиралась возможно больше.
Для правильной работы тепловой защиты реле
желательно располагать в том же помещении, что и защищаемый объект. Нельзя
располагать реле вблизи концентрированных источников тепла - нагревательных
печей, систем отопления и т. д. В настоящее время выпускаются реле с
температурной компенсацией (серии ТРН).
Конструкция тепловых реле
Прогиб биметаллической пластины происходит
медленно. Если с пластиной непосредственно связать подвижный контакт, то малая
скорость его движения, не сможет обеспечить гашение дуги, возникающей при
отключении цепи. Поэтому пластина действует на контакт через ускоряющее
устройство. Наиболее совершенным является «прыгающий» контакт.
В обесточенном состоянии пружина 1 создает
момент относительно точки 0, замыкающий контакты 2. Биметаллическая пластина 3
при нагреве изгибается вправо, положение пружины изменяется. Она создает
момент, размыкающий контакты 2 за время, обеспечивающее надежное гашение дуги.
Современные контакторы и пускатели комплектуются с тепловыми реле ТРП
(одно-фазное) и ТРН (двухфазное).
Тепловые реле ТРП
Тепловые реле ТРП на токи до 150 А применяют в
сетях постоянного тока с номинальным напряжением до 440 В.
тепловой реле токовый конструктивный
Устройство теплового реле типа ТРП
Биметаллическая пластина теплового реле ТРП
имеет комбинированную систему нагрева. Пластина 1 нагревается как за счет
нагревателя 5, так и за счет прохождения тока через саму пластину. При прогибе
конец биметаллической пластины воздействует на прыгающий контактный мостик 3.
Тепловое реле ТРП позволяет иметь плавную
регулировку тока срабатывания в пределах (±25% номинального тока уставки). Эта
регулировка осуществляется ручкой 2, меняющей первоначальную деформацию
пластины. Такая регулировка позволяет резко снизить число потребных вариантов
нагревателя.
Возврат реле ТРП в исходное положение после
срабатывания производится кнопкой 4. Возможно исполнение и с самовозвратом
после остывания биметалла.
Рис.4
Высокая температура срабатывания (выше 200°С)
уменьшает зависимость работы реле от температуры окружающей среды.
Уставка теплового реле ТРП меняется на 5% при
изменении температуры окружающей среды на КУС.
Высокая ударо- и вибростойкость теплового реле
ТРП позволяют использовать его в самых тяжелых условиях.
Тепловые реле РТЛ
Реле пригодны для работы в системах управления с
применением микропроцессорной техники. Реле типов РТЛ-1000 и РТЛ-2000 могут
крепиться непосредственно к пускателям серии ПМЛ или устанавливаться
индивидуально с помощью клеммников КРЛ-104 (РТЛ-1000) или КРЛ-204 (РТЛ-2000).
Время срабатывания реле при трехполюсной работе
и нагреве с холодного состояния 6-кратным номинальным током несрабатывания при
любом положении регулятора установки и температуре окружающего воздуха 20°C
находится в пределах 4.5...9 с для реле РТЛ-1000 и 4.5...12 с для реле РТЛ-2000.
Реле имеют: три полюса; температурный
компенсатор; регулятор тока несрабатывания; 1 замыкающий и 1 размыкающий
контакты; ручной возврат; переднее присоединение внешних проводников; несменные
нагревательные элементы; ускоренное срабатывание при обрыве фазы.
Тепловые реле РТЛ могут устанавливаться как
непосредственно на пускатели ПМЛ, так и отдельно от пускателей (в последнем
случае они должны быть снабжены клеммниками КРЛ). Разработаны и выпускаются
реле РТЛ и клеммники КРЛ которые имеют степень защиты ІР20 и могут
устанавливаться на стандартную рейку. Номинальный ток контактов равен 10 А.
Тепловые реле РТТ
Реле РТТ предназначены для применения в качестве
комплектующих изделий в схемах управления электроприводами, а также для встройки
в магнитные пускатели серии ПМА в целях переменного тока напряжением 660В
частотой 50 или 60Гц, в целях постоянного тока напряжением 440В.
Общие сведения
Реле имеют исполнение для установки на
металлических и изоляционных панелях, рейках комплектного устройства и
специальное исполнение для установки с пускателями ПМА, ПМ12. Трехполюсное
исполнение реле, применение несменных нагревательных элементов и ускоренное
срабатывание при обрыве фазы повышают надежность защиты электродвигателей по
сравнению с однополюсным и двухполюсным исполнением реле.
Условия эксплуатации
Высота над уровнем моря до 2000м. Диапазон
рабочих температур от -40 до +55°С. Окружающая среда взрывобезопасная, не
содержащая пыли в количестве, нарушающем работу реле, а также агрессивных газов
и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию. Вибрация мест
крепления реле с частотой от 10 до 100Гц при ускорении не более 1g. Рабочее
положение вертикальное, регулятором тока несрабатывания вперед, крышкой вверх
(допускается отклонение от рабочего положения до 15° в любую сторону).
Времятоковые характеристики
а - реле типов РТТ-1, РТТ-2 повышенной
инерционности, б - реле типа РТТ-3 повышенной инерционности;
- зона времятоковых характеристик при трехполюсной
работе реле;
- зона времятоковых характеристик при
двухполюсной работе реле (верхние значения зоны соответствуют нижнему положению
регулятора уставки, нижние - верхнему положению регулятора уставки).
В настоящее время производится большое
количество типов и марок тепловых реле, которые находят широкое применение во
всех сферах промышленности и в быту.
Список литературы:
1. Чунихин
А.А. Электрические аппараты. Общий курс
(1975) Москва,
Энергия
2. <http://www.rele.ru/m/ru/prod3-13.htm>
. Электрические
аппараты. Справочник. Издательство: РадиоСофт, 2004 г.