Принцип работы и схема подключения теплового реле

Тепловое реле

2016-07-01 Статьи 3 комментария

Тепловое реле, или как его еще называют реле перегрузки — это коммутационное устройство, предназначенное для защиты электродвигателей от токовой перегрузки и в случае обрыва фазы. При превышении потребляемого двигателем тока нагрузки тепловое реле разомкнет цепь, отключит магнитный пускатель, тем самым защитив двигатель.

Тепловое реле не предназначено для защиты от короткого замыкания, поэтому в цепь питания перед магнитным пускателем устанавливают автоматический выключатель.

Принцип работы теплового реле

Принцип действия тепловых реле основан на тепловом действии тока, нагревающего биметаллическую пластину, состоящую из двух пластин, которые сварены из металлов с разными коэффициентами теплового расширения. При воздействии высокой температуры биметаллическая пластина изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом расширения. Достигнув определённой температуры, пластина давит на защёлку расцепителя и под действием пружины происходит размыкание подвижных контактов реле и следовательно размыкание всей электрической цепи.

Если реле находится в режиме автоматического включения, то после остывания биметаллического элемента исполнительный механизм и подвижные контакты реле вернутся в исходное положение. При этом электрическая цепь восстановится и контактор будет готов к работе. Если же реле находится в ручном режиме, то после каждого срабатывания перевод реле в исходное положение должен осуществляться ручным воздействием.

Выбирая тепловое реле, надо исходить из номинального тока нагрузки плюс небольшой запас. Рекомендуемое превышение тока срабатывания защиты составляет 5% — 20% от номинального тока. Например, если на шильде электродвигателя указан ток 16А, то выбираем тепловое реле с запасом примерно на 18-20А.

Таблица по выбору тепловых реле РТИ

Таблица по выбору тепловых реле РТИ

Устройство и подключение теплового реле

На примере РТИ 1312 покажу устройство теплового реле.

РТИ1312 подключается к контактору непосредственно своими штыревыми контактами.

Тепловое реле РТИ

В зависимости от величины и типа пускателей первый и второй контакты теплового реле могут регулироваться вправо-влево. Сбоку на наклейке указано, какой тип контакторов подходит для данного реле.

РТИ 1312

В зависимости от величины протекающего тока в реле предусмотрена регулировка уставки срабатывания по току с помощью поворотного регулятора, расположенного на передней панели реле. Необходимый ток уставки выставляется вращением регулятора до совмещения нужного значения тока на шкале с риской на корпусе.

Передняя панель РТИ 1312

Также на панели управления расположена кнопка «TEST»,имитирующая срабатывание защиты реле и проверки его работоспособности. Выступающая красная кнопка «STOP»предназначена для принудительного размыкания нормально-замкнутого контакта NC. При этом питание на катушке контактора пропадает и нагрузка отключается.

Электротепловое реле может работать в ручном или автоматическом режиме. Режим работы реле задается поворотным переключателем «RESET». При автоматическом режиме переключатель утоплен и при срабатывании теплового реле оно автоматически включится после остывания биметаллической пластины. Для перевода реле в ручной режим необходимо повернуть переключатель против часовой стрелки.

После того, как тепловое реле настроено, его можно закрыть прозрачной защитной крышкой и при необходимости опломбировать. Для этого на передней панели и крышке имеются специальные проушины.

Электрическая схема реле РТИ

Электрическая схема реле РТИ 1312

Входное напряжение подходит на контакты 1,3,5, а выходное напряжение на нагрузку поступает с контактов 2, 4, 6. Кнопки «TEST» и «RESET» меняют положение подвижных контактов реле, а кнопкой «STOP» меняется положение только нормально-замкнутого контакта (95 — 96).

Нормально-замкнутые контакты применяются в схемах управления электродвигателями через магнитный пускатель, а нормально-разомкнутые контакты — в основном в цепях сигнализации, например для вывода световой индикации на панель оператора.

Схема подключения нереверсивного магнитного пускателя с тепловым реле

Типичная схема подключения нереверсивного пускателя с тепловым реле выглядит так:

Подробнее о работе данной схемы вы можете прочитать в статье Магнитный пускатель, здесь же я хочу остановиться только на подключении теплового реле. Как видно из схемы на силовые контакты теплового реле подключаются только две фазы, а третья идет напрямую на двигатель. В современных тепловых реле задействованы все три фазы. Также используется дополнительный нормально-замкнутый контакт реле. При перегрузки двигателя он разомкнется и разорвет цепь питания катушки контактора.

Читайте также:
Панели МДФ для дверей: как организовано их производство, установка своими руками

При срабатывании теплового реле не стоит сразу же пытаться включать его снова, необходимо выждать время пока биметаллические пластины не остынут. Кроме того стоит определить причину срабатывания — проверить всю схему подключения, подтянуть контакты, проверить температуру двигателя, потребление тока по каждой фазе двигателя.

Как работает и для чего предназначено тепловое реле?

В виду высокой стоимости электродвигателей вопрос их защиты от повреждения при нарушении нормального режима работы стоит достаточно остро. Среди наиболее популярных нарушений перегрузка, обрыв одной из фаз, снижение рабочего напряжения. И все они характеризуются большими рабочими токами, протекающими в обмотках электрической машины, что приводит к перегреву, ухудшению диэлектрических свойств изоляции и перегоранию жил, если ситуацию пустить на самотек. Для защиты электрических двигателей от перегревания в схему питания электропривода вводят тепловое реле.

Конструкция

Современный рынок электрооборудования предлагает огромный выбор тепловых реле различного принципа действия, как следствие, будет отличаться и их конструктивное исполнение. Однако, в соответствии с п.3.2. ГОСТ 16308-84 все технические параметры конкретной модели должны соответствовать данному типу по габаритам, исполнению и принципиальной схеме этого типа. Наиболее распространенным вариантом за счет простоты исполнения и относительной дешевизны является электротепловое реле на биметаллической пластине. Конструкция которого приведена на рисунке 1.

Конструкция теплового реле

Рис. 1. Конструкция теплового реле

Как видите, в состав механизма входят:

  • нагревательный элемент – токоведущая часть, пропускающая через себя рабочий ток электрической машины;
  • биметаллическая пластина – выступает в роли действующего индикатора, реагирующего на превышение температуры;
  • толкатель – выполняет функции жесткого рычага, передающего усилие от биметаллической пластины;
  • температурный компенсатор – позволяет внести поправку на температуру окружающей среды для стабилизации величины тока срабатывания;
  • защелка – предназначена для фиксации положения температурного реле;
  • штанга расцепителя – подвижная часть механизма, предназначенного для перемещения контактов;
  • контакты реле – передают питание в блок управления;
  • пружина – создает усилие для перемещения реле в устойчивое положение.

На практике существуют и другие типы реле, конструкция которых будет принципиально отличаться. Данный вариант приведен в качестве примера для наглядности протекания процессов и пояснения принципа работы.

Принцип работы

В основу работы положен принцип разности температурного расширения различных металлов, описанных законом Джоуля-Ленца. При нагревании биметаллической пластины, состоящей из двух металлов с различным коэффициентом теплового расширения, произойдет ее геометрическая деформация. Именно такая пластина и устанавливается в термореле, она реагирует на превышение температуры более установленного предела.

Для рассмотрения принципа работы температурного реле воспользуемся трехмерной моделью реального устройства, приведенной на рисунке 2 ниже:

Принцип действия температурного реле

Рис. 2. Принцип действия температурного реле

Как видите, подключенное в цепь электродвигателя тепловое реле пропускает основную нагрузку электрической машины через токоведущие шины. Если смоделировать ситуацию перегрузки, когда через них потечет ток в несколько раз превышающий номинальный, то шины начнут нагреваться и избыток тепла перейдет на биметаллическую пластину, подключенную к каждой из фаз электродвигателя. При достижении температуры уставки биметаллическая пластина изогнется и приведет в движение один из толкателей. Толкатель, в свою очередь, сместит рычаг защелки на несколько миллиметров, что отпустит пружинный механизм и даст ход штанге расцепителя.

После этого контакты теплового реле отключат питание цепи управления и перекроют контакты цепи сигнализации, которая оповестит об отключении защитного приспособления. После устранения причины перегрева реле возвращается в рабочее положение посредством нажатия механической кнопки. Следует отметить, что сразу после отключения теплового реле включить его не получиться, так как биметаллическая пластина еще не остыла и возможны ложные срабатывания. Поэтому процесс требует определенной выдержки времени, после которой электродвигатель можно запускать в работу.

Читайте также:
Проекты домов и коттеджей из профилированного бруса

Обозначение на схеме

При чтении схем важно ориентироваться в обозначении всех устройств, изображенных на них. Это позволяет обеспечивать точное подключение с соблюдением основных параметров работы электроустановки, селективности срабатывания защит и поддерживать нормальный режим электроснабжения. Изображение теплового реле на схемах определяется положениями двух нормативных документов. В соответствии с таблицей 3 ГОСТ 2.755-87 контакты данного вида оборудования изображаются следующим образом (рисунок 3):

Изображение контакта термореле

Рис. 3. Изображение контакта термореле

В тоже время, само температурное реле имеет обозначение в соответствии с п.21 таблицы 1 ГОСТ 2.756-76, которое отображается на схеме следующим образом (см. рисунок 4):

Воспринимающая часть электротеплового реле

Рис. 4. Воспринимающая часть электротеплового реле

Знание схематических изображений электротеплового реле позволит вам ориентироваться в принципиальных схемах уже действующих агрегатов. Или самостоятельно составлять и подключать оборудование через защитное приспособление.

Современное разнообразие тепловых реле охватывает довольно широкий ассортимент. Поэтому деление на виды производиться в соответствии с установленными критериями на основании п. 1.1. ГОСТ 16308-84. Так, по роду тока рабочей цепи все устройства подразделяются на две большие группы: реле переменного и постоянного тока. В зависимости от количества рабочих полюсов встречаются:

  • однополюсные – применяются для двигателей постоянного тока и других однофазных моделей;
  • двухполюсные – устанавливаются в трехфазную цепь, где контроль может осуществляться только по двум фазам;
  • трехполюсные – актуальны для мощных асинхронных агрегатов с короткозамкнутым ротором.

В зависимости от типа контактов вторичных цепей все тепловые приборы подразделяются на модели:

  • только с замыкающим контактом;
  • только с размыкающим контактом;
  • и с замыкающим, и с размыкающим контактом;
  • с переключающими;

В зависимости от способа возврата теплового реле в исходное положение существуют варианты с включением вручную или с самостоятельным возвратом. Также в моделях может реализовываться функция перевода с одного вида работы на другой.

Также существует разделение по наличию или отсутствию приспособления для компенсации температуры окружающего пространства. И модели с возможностью регулировки тока несрабатывания или с отсутствием таковой функции.

Назначение

Основным назначением теплового реле является защита электродвигателя от перекоса фаз, перегрева на затяжных пусках, заклинивании вала или подачи чрезмерной нагрузки. Для решения всех этих задач на практике выпускаются различные типы реле, имеющие узкую специализацию по конкретному направлению, рассмотрим далее более детально каждый из них.

  • РТЛ используется для защиты трехфазных асинхронных электрических машин от воздействия токов перегрузки, перегрева при обрыве или перекосе фаз, проблем с вращением вала. Может применяться как самостоятельно, так и с установкой на пускатель ПМЛ.
  • РТТ предназначено для работы с трехфазными агрегатами с короткозамкнутым ротором, обеспечивает полный охват аварийных режимов, приводящих к перегреванию обмоток. Также может устанавливаться на магнитный пускатель ПМА, ПМЕ или самостоятельно на монтажную панель.
  • РТИ – трехфазное тепловое реле с возможностью монтажа на пускатели серии КМТ, КМИ. Отличаются стабильным низким расходом электроэнергии, включаются в работу совместно с предохранителями.
  • ТРН – применяется для контроля пуска и режима работы электродвигателя, мало зависит от внешних температурных факторов. Является двухполюсной моделью, которую можно использовать для пуска двигателей постоянного тока.
  • Твердотельные — в отличии от предыдущих, не имеет контактных групп и перемещающихся элементов внутри. Применяется в трехфазных цепях, где устанавливаются повышенные требования к пожарной безопасности.
  • РТК – контролирует температурные показатели не через рабочие токи, а путем размещения датчика в корпусе мотора. Поэтому весь процесс взаимодействия осуществляется только по величине температуры.
  • РТЭ – представляет собой подобие предохранителя, так как отключение происходит за счет плавления проводника. Само тепловое устройство монтируется непосредственно с электродвигателем.

Технические характеристики

Корректная работа релейной защиты обеспечивается за счет соответствия параметров теплового устройства заданным условиям работы электрической машины. Поэтому важно изучить основные рабочие параметры реле еще до его приобретения. К основным техническим данным теплового реле относятся:

  • величина номинального напряжения и частота на которые оно рассчитано;
  • время-токовая характеристика – определяет время срабатывания при установленной кратности превышения;
  • время возврата теплового элемента в исходное положение;
  • диапазон изменения тока уставки;
  • тепловая устойчивость к превышению рабочей величины;
  • климатическое исполнение и степень пыле- влагозащищенности.
Читайте также:
Отделка дома кирпичом: снаружи

Схемы подключения

Подключение вышеперечисленных моделей тепловых реле может производиться по нескольким схемам, отличающихся в зависимости от конкретного типа оборудования. Рассмотрим наиболее актуальные из них.

Схема включения теплового реле

Рис. 5. Схема включения теплового реле

Как видите на рисунке 5, трехфазное реле RT1 подключается последовательно к двигателю M. Питание к ним подается через контактор KM. В нормальном режиме работы контакты RT1 нормально замкнуты и через катушку КМ протекает ток. Как только возникнет аварийный режим, тепловая защита разомкнет контакты и катушка контактора обесточится, питание двигателя прекратиться.

Аналогичным образом происходит включение двухполюсного реле, с той разницей, что контакты защитного устройства включаются последовательно только в две фазы из трех, как показано на рисунке ниже:

Схема включения двухполюсного реле

Рис. 6. Схема включения двухполюсного реле

Помимо этого существует схема включения теплового реле для мощных электродвигателей, рабочий ток которых в разы превышает допустимый предел для защитного приспособления. В таких ситуациях используется трансформаторное преобразование, а схема включения выглядит следующим образом:

Схема трансформаторного включения

Рис. 7. Схема трансформаторного включения

Критерии выбора

Основным критерием при выборе конкретной модели является соответствие номинальной нагрузки допустимому интервалу самого теплового реле. Для нормальной работы электрической машины вам понадобиться срабатывание при 20 – 30% перегрузке не более, чем в 5 минутный интервал. Величина тока вычисляется по формуле:

Это означает, что допустимый предел регулирования должен включать в себя полученную величину тока срабатывания. Затем, проверьте на время-токовой характеристике (см. рисунок 8), за какой промежуток времени будет срабатывать защита при такой кратности:

Время-токовая характеристика

Рис. 8. Время-токовая характеристика

В данном случае время будет равно 4 минутам при 20% теплового превышения, что вполне удовлетворяет критериям поставленной задачи.

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.

Читайте также:
Реечный потолок Бард: видео-инструкция по монтажу своими руками, фото процесса

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.

Как правильно подключить тепловое реле к электродвигателю

Стоимость электродвигателя достаточно высока. Поэтому при его эксплуатации необходимо тщательно продумать защиту от повреждений, которые могут случиться из-за сбоев в работе. А большинство из них протекают с повышением тока в обмотке. При этом происходит нежелательный перегрев оборудования. Рассмотрим, как сможет защитить электромеханизм простое тепловое реле.

Зачем защищать электромотор от перегрева

Затяжная повышенная нагрузка при эксплуатации электродвигателя сопровождается повышенным потреблением тока. При этом выделяется немалое количество тепла, которое может нарушить изоляцию в обмотках. Высокая температура увеличивает износ у подшипников и существует большая вероятность их заклинивания.

В такой ситуации нельзя полагаться только на автоматику специального выключателя. Он может сработать лишь тогда, когда уже произошли необратимые последствия. И, чтобы обезопасить оборудование, в цепь подключают тепловое реле для электродвигателя.

Скачки в нагрузке могут возникнуть по вине:

  • перекоса фаз;
  • повышения механической нагрузки, при которой затрудняется движение ротора;
  • выхода из строя подшипников;
  • заклинивания вала двигателя.

Все проблемы сопровождаются возрастанием силы тока. Когда его величина достигнет аварийного предела, тепловое реле разорвет электрическую цепь. Подача питания прекратится и обмотки двигателя останутся целыми. А после устранения причины перегрузки мотор можно снова запустить в работу. Естественно, при условии, что статор будет полностью исправен.

Срабатывание реле может произойти при затяжном запуске электромотора. В случае, когда он не может долго набрать номинальные обороты. Это чаще всего происходит по двум причинам. Либо напряжение на линии упало до нерабочего, либо движению вала что-то мешает.

Бывает и ложное срабатывание, без причин. Когда осмотр не выявляет неисправностей, то работу узла можно быстро возобновить. На устройстве предусмотрена специальная кнопка, которая возвращает контакты в первоначальное положение.

Устройство мгновенно реагирует, когда сила тока в цепи повышается. Но сигнал на выключение подается с некоторой задержкой. Такая особенность исключает остановки двигателя, когда нагрузка увеличилась кратковременно. А этого в производственном процессе не избежать.

Поэтому устройство настраивается следующим образом, чтобы при нормальных условиях работа продолжалась до бесконечности. При увеличении нагрузки в 1,2 от заданной границы, выключение двигателя произойдет через 5 000 секунд. Это при условии, что нагрузка так и не вернется к нормальным параметрам.

Если сила тока возрастет в два раза, то разрыв электрической цепи произойдет через 500 секунд. Повышение нагрузки в 5 раз и выше заставит сработать реле уже после десяти секунд ожидания. Поэтому основное назначение устройства – спасти оборудование только при затяжных пиковых нагрузках.

Читайте также:
Покраска стен в детской

Как работает тепловая защита

Принцип работы теплового реле связан со способностью металлов расширяться при сильном нагревании. В устройство монтируются две пластины из разных металлов. Но коэффициенты температурного расширения у них разные. Элементы жестко соединены между собой.

Когда происходит перегрузка системы, то для продолжения работы требуется повышение силы токов. Процесс сопровождается интенсивным выделением тепла. Контактные пластины нагреваются и у них возникает искривление в сторону участка, с меньшим температурным коэффициентом.

Причем все протекает последовательно. Затруднения в работе мотора повышают силу тока. Чем сильнее последний, тем скорее проходит нагрев. Пластина, доведенная до аварийного предела накаливания, изогнется и разомкнет контракт на участке цепи.

Устанавливая тепловые реле для защиты электродвигателей, следует учитывать климатические условия в здании. Если в районе работы мотора очень жарко, то при настройке реле необходимо выставлять максимальные параметры с запасом. Чтобы компенсировать разницу температур.

Поскольку контактный материал перед срабатыванием очень сильно нагревается, нужно дать ему время для остывания. Иначе устройство снова отключит систему через короткое время. Но, как правило, за время исправления неполадок биметаллические пластины успевают прийти в норму.

Тепловое реле состоит из:

  • нагревательного элемента;
  • пластин из биметалла;
  • толкателя;
  • компенсатора температуры;
  • защелки;
  • штанги расцепителя;
  • контактной группы;
  • пружины.

Разберемся, как происходит тепловая защита электродвигателя. Ток постоянно проходит по нагревательному элементу. Если температура последнего растет, значит система начала работать под нагрузкой. При достижении заданного параметра перегрузки у биметаллической пластины происходит деформация.

Она перемещает толкатель, который приводит в действие температурный компенсатор. Последний смещает в сторону защелку, чтобы штанга расцепителя смогла подняться вверх и разомкнуть контактную группу. А чтобы вернуть все в исходное положение, нужна пружина, которая активируется специальной кнопкой.

Виды устройств

Ассортимент тепловой защиты достаточно широк. А поскольку устройства могут использовать, как переменный ток, так и постоянный, то все реле делят на две большие группы. Также приборы разделяются по фазности. Есть реле, которые устанавливаются в однофазной сети. Существует тепловое реле для трехфазного электродвигателя. Но также есть возможность монтажа в сеть с тремя фазами, но с контролем лишь двух из них.

Защита может быть:

  • Только с контактом, замыкающимся при срабатывании.
  • Лишь с размыкающими клеммами.
  • С контактами, использующими оба способа.
  • Способными переключаться.

Приборы могут отличаться кнопкой возврата в первоначальное положение. Кроме ручного сброса, эта функция может выполняться в автоматическом режиме. У устройства могут быть настраиваемые крайние параметры перегрузки. А некоторые модели самостоятельно компенсируют температурные перепады в помещении.

Если брать узконаправленность тепловых реле, то их делят на типы:

  • Для трехфазных асинхронных машин – РТЛ.
  • Трехфазный агрегат с короткозамкнутым ротором – РТТ. По сути это магнитный пускатель с тепловым реле.
  • Для работы вместе с предохранителями – РТИ.
  • Чтобы запустить двигатель на постоянном токе – ТРН.
  • Контролирующие температуру без замера рабочих токов – РТК.
  • Расположенные внутри электродвигателя в виде плавкого предохранителя – РТЭ.

Грамотный поиск

Выбор теплового реле должен происходить по правилам. За основу берется номинал рабочего тока. Причем стандарты, как отечественный, так и международный, подразумевают, что минимум будет аналогичен установленному для срабатывания защиты.

Это предусматривает активацию прибора только при перегрузке линии на 20-30 %. Но не позже чем, через 20 минут. То есть, чтобы избежать ложного включения, предельные параметры на запуск должны быть выше номинальных на 12 %.

И если присутствует асинхронный мотор мощностью 1,5 кВт, подключенный к сети 380 В, то для него подойдет реле с пороговым током в 3,36 Ампер. Потому что рабочий номинал такого мотора составляет 2,8 А. И если посмотреть таблицы в специальных справочниках, то в пределах от 2,4 до 4,0 Ампер работает тепловое реле РТЛ-1008.

Читайте также:
Простой дизайн ванной комнаты. Рекомендации по выбору материалов и сантехники

При неизвестных данных мотора, необходимо произвести замеры тока на каждой фазе линии. Для этого применяют либо токоизмерительные клещи, либо мультиметр. Важно обращать внимание на напряжение, на котором работает реле. А монтаж в сеть с тремя фазами нужно делать через дополнительный модуль, защищающий от перекоса фаз.

Видео описание

Видео покажет, от чего зависит выбор теплового реле для электродвигателя:

Схема подключения

Разберем, как подключить тепловое реле, применяя актуальные способы. Самая распространенная схема подразумевает последовательное соединение с мотором. Для питания последнего нужен контактор. Он понадобится и для реле. А когда через катушку течет ток, то нормальное положения для клемм – закрытое.

При достижении аварийных температурных параметров контакты размыкаются. Катушка в контакторе обесточивается и двигатель без питания останавливается. Аналогично можно подключить двухполюсное реле. Необходимо лишь монтировать устройство только в две фазы.

Как вариант, можно подключить реле так, чтобы при сработке прерывалась не фаза, а ноль. Последний должен подключаться к пускателю. Поскольку ноль подводится к реле, то с другого контакта необходимо выполнить перемыкание на катушку. При разрыве нуля отключится контактор вместе с двигателем.

Видео описание

О том, как происходит подключение теплового реле к магнитному пускателю 380 В, расскажет следующее видео:

Коротко о главном

Тепловое реле является важнейшим элементом для защиты электродвигателя при работе в пиковых продолжительных перегрузках. При работе мотор постоянно подвергается воздействиям, которые затрудняют его работу. Чаще всего такие влияния носят кратковременный характер.

Но поскольку любая лишняя нагрузка провоцирует повышение температуры различных узлов, то это может привести к серьезным поломкам. Если увеличение силы тока действует в сети слишком долгое время, то это легко приводит либо к сгоранию обмотки, либо к заклиниванию вала двигателя.

Тепловое реле является самой надежной защитой. Игнорируя кратковременные сбои, прибор срабатывает только на продолжительные проблемы. Полностью исключая нежелательный перегрев оборудования.

Тепловое реле. Устройство, принцип действия, схема включения теплового реле.

Чтобы правильно защитить электродвигатели от аварийных режимов, необходимо знать основные причины их отказов. Основные аварийные режимы возникают из-за:

• обрыва фазы (ОФ) – 40-50 %;

• заторможения ротора (ЗР) – 20-25 %;

• технологических перегрузок (ТП) – 8-10 %;

• понижения сопротивления изоляции (ПСИ) – 10-15 %;

• нарушения охлаждения (НО) – 8-10 %.

Вероятность срабатывания некоторых устройств защиты, применяемых в сельском хозяйстве, от основных аварийных режимов электродвигателей приведена в таблице 1.1.

Как видно из таблицы 1.1, для защиты электродвигателей от технологических перегрузок, а также от обрыва фазы и заторможения ротора с успехом могут быть использованы тепловые реле, которые работают в сочетании с магнитным пускателем.

Для защиты электрооборудования от перегрузки по току широкое применение нашли тепловые реле типов РТ, ТРН, ТРП, РТЭ, РТТ, РТЛ, РТЛ.У.

Тепловые реле типа ТРН сняты с производства, одно еще достаточное количество их эксплуатируется в сельском хозяйстве.

Тепловое реле состоит из биметаллической пластинки, нагревательного элемента, контактов с пружиной и защелкой (рис. 1.1).

Автоматические выключатели АП-50

Устройства встроенной тепловой защиты (УВТЗ-5)

Устройства защитного отключения по току утечки (УЗО)

Биметаллическая пластина состоит из двух металлов, прочно сваренных между собой по всей поверхности и имеющих различные температурные коэффициенты линейного расширения а. Один металл (инвар) имеет малый коэффициент линейного расширения и называется пассивным. Другой (хромоникелевая сталь) имеет большой коэффициент а и называется активным. При нагревании активный слой стремится удлиниться на большую величину, чем пассивный и, как следствие этого, возникает изгибающий момент.

Читайте также:
Сколько пеноблоков в кубе, количество пеноблоков в кубе, на поддоне

Конструктивная схема теплового реле типа ТРП

Рис. 1.1. Конструктивная схема теплового реле типа ТРП: 1 – биметаллическая пластина; 2 – нагревательный элемент; ограничивающие выступы; 4 – пружина; 5 – неподвижный контакт; 6 – прыгающий контакт

Тепловое реле ТРП

Рис. 1.2. Тепловое реле ТРП: 1 – биметаллическая пластинка; 2 – упор самовозврата; 3 – держатель подвижного контакта; 4 – пружина; 5 – подвижный контакт; 6 – неподвижный контакт; 7 – сменный нагреватель; 8 – регулятор тока уставки; 9 – кнопка ручного возврата

Реле серии ТРП на токи 1-600 А в основном используется в магнитных пускателях серии ПА и имеет комбинированную систему нагрева. Исключение – реле ТРП-600 (рис. 1.2).

Биметаллическая пластина 1 нагревается как за счет прохождения через нее тока, так и за счет нагревателя 7. При прогибе конец биметаллической пластины воздействует на прыгающий подвижный контакт 5. Реле допускает плавную ручную регулировку тока срабатывания в пределах ± 25 % номинального тока уставки. Эта регулировка осуществляется ручкой 8, меняющей первоначальную деформацию биметаллической пластины. Возврат реле в исходное положение после срабатывания производится кнопкой 9. Возможно исполнение и с самовозвратом после остывания биметалла. Высокая температура срабатывания (выше 200 °С) уменьшает зависимость работы реле от температуры окружающей среды.

Реле серии РТ являются аппаратами открытого исполнения с косвенной системой нагрева. Регулирование тока срабатывания реле РТ в небольших пределах осуществляется с помощью рычага, перемещение которого изменяет ход конца биметаллической пластины при нагревании до освобождения защелки. Более широкое регулирование тока срабатывания осуществляется заменой нагревательных элементов. Имеется 56 номеров нагревательных элементов на 0,64-40 А.

Реле ТРВ служит для защиты двигателей с легкими условиями пуска, выпускается 20-ти исполнений на токи до 200 А.

Реле серии ТРН выпускаются на токи 0,5-40 А с термокомпенсацией. Используются в основном в магнитных пускателях серии ПМЕ и ПА, имеют косвенный нагрев с помощью пластинчатых ни- хромовых нагревателей.

На рисунке 1.3 приведена конструктивная схема теплового реле ТРН, предназначенного для магнитных пускателей типов ПМЕ и ПМА (табл. 1.2). Биметаллическая пластина 2 при прохождении тока, превышающего заданный, изгибается и перемещает вправо пластмассовый толкатель 11, связанный жестко с биметаллической пластиной 3, выполняющей роль температурного компенсатора. Отклоняясь вправо, пластина 3 нажимает на защелку 8 и выводит ее из зацепления с пластмассовым движком 5 уставок, в результате чего под действием пружины 10 пластмассовая штанга 7 расцепителя отходит кверху (показана пунктиром) и размыкает контакты 9 в цепи управления магнитным пускателем. Движок уставок можно перемещать, поворачивая эксцентрик 4 и изменяя расстояние между концами пластины 3 и защелкой 8, а значит, и ток срабатывания реле.

Температурная компенсация заключается в том, что изгибанию биметаллической пластины 2 при изменении окружающей среды соответствует противоположное по направлению изгибание пластины компенсатора 3. Таким образом достигается независимость тока уставки от окружающей температуры. Ток уставки можно менять в пределах от 0,75 до 1,3 номинального тока нагревательного элемента.

Конструктивная схема теплового реле типа ТРН

Рис. 1.3. Конструктивная схема теплового реле типа ТРН: 1 – нагревательный элемент; 2 – биметаллическая пластина; 3 – биметаллическая пластина температурного компенсатора; 4 – эксцентрик; 5 – движок уставки; 6 – кнопка «Возврат»; 7 – штанга расцепителя (тяга); 8 – защелка; 9 – контакты; 10 – пружина; 11 – толкатель

Что такое тепловое реле

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.

Читайте также:
Нормы кратности воздухообмена в различных помещениях + примеры измерения и расчетов

Что такое тепловое реле

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.

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.

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.

Читайте также:
Простая идея декора – пустые рамы на стенах

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.

Читайте также:
Покраска стен в детской

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.

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:

где Т – температура окружающей среды, °С.

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.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: