Тепловые реле — устройство, принцип действия, технические характеристики
Тепловые реле — это электрические аппараты, предназначенные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки. 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 (кривая 1).
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.
Для защиты от перегрузок, наиболее широкое распространение получили тепловые реле с биметаллической пластиной.
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 a) 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.
Устройство теплового реле: а — чувствительный элемент, б — прыгающий контакт, 1 — контакты, 2 — пружина, 3 — биметаллическая пластина, 4 — кнопка, 5 — мостик
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 течении 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 токовые однополюсные реле серии ТРП с номинальными токами тепловых элементов от 1 до 600 А предназначены главным образом для защиты от недопустимых перегрузок трехфазных асинхронных электродвигателей, работающих от сети с номинальным напряжением до 500 В при частоте 50 и 60 Гц. Тепловые реле ТРП на токи до 150 А применяют в сетях постоянного тока с номинальным напряжением до 440 В.
Устройство теплового реле типа ТРП
Биметаллическая пластина теплового реле ТРП имеет комбинированную систему нагрева. Пластина нагревается как за счет нагревателя, так и за счет прохождения тока через саму пластину. При прогибе конец биметаллической пластины воздействует на прыгающий контактный мостик.
Тепловое реле ТРП позволяет иметь плавную регулировку тока срабатывания в пределах (±25% номинального тока уставки). Эта регулировка осуществляется ручкой, меняющей первоначальную деформацию пластины. Такая регулировка позволяет резко снизить число потребных вариантов нагревателя.
Возврат реле ТРП в исходное положение после срабатывания производится кнопкой. Возможно исполнение и с самовозвратом после остывания биметалла.
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 тепловое РТЛ предназначено для обеспечения защиты электродвигателей от токовых перегрузок недопустимой продолжительности. Они также обеспечивают защиту от не симметрии токов в фазах и от выпадения одной из фаз. Выпускаются электротепловые реле РТЛ с диапазоном тока от 0.1 до 86 А.
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 топловые РТТ предназначены для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузок недопустимой продолжительности, в том числе возникающих при выпадении одной из фаз, а также от несимметрии в фазах.
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.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
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.
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
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.
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
Максимальное значение Iн нагрузки (А)
Iн сменных нагревательных элементов, А
0,31; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8; 1,1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2
0,5; 0,63; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4,5; 6,3; 8; 10
5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25
12,5; 16; 20; 25; 32; 40
1; 1,2; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 15; 20
20; 25; 30; 40; 50; 60
В сельском хозяйстве находят применение более совершенные трехполюсные тепловые реле типов РТЛ (табл. 1.3) и РТТ (табл. 1.4).
Максимальное значение Iн при t окр.среды +40 оС, А
Диапазон регулировок Iн, А
Максимальное значение Iн при t окр.среды +40 оС, А
Диапазон регулировок Iн, А
Тепловые реле и термисторная зашита. Принцип действия, выбор 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 рис. 22 (кривая 1).
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 рис. 22 устанавливается исходя из требуемой продолжительности жизни оборудования. Чем короче его жизнь, тем большие перегрузки допустимы.
При идеальной защите объекта зависимость tср (I) для теплового реле должна идти немного ниже кривой для объекта.
Для защиты от перегрузок, наиболее широкое распространение получили тепловые реле с биметаллической пластиной.
Биметаллическая пластина теплового реле состоит из двух пластин, одна из которых имеет больший температурный коэффициент линейного (объемного) расширения, другая — меньший. В месте прилегания друг к другу пластины жестко скреплены либо за счет проката в горячем состоянии, либо за счет сварки.
Примечание. Если закрепить неподвижно такую пластину и нагреть, то произойдет изгиб пластины в сторону материала с меньшим коэффициентом расширения. Именно это явление используется в тепловых реле.
Рис. 22. Времятоковые характеристики теплового реле и защищаемого объекта
Широкое распространение в тепловых реле получили материалы: инвар (малое значение a); 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.
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, переключая его контакты и разрывая цепь питания.
Времятоковые характеристики теплового реле
Основной характеристикой теплового реле является времятоковая характеристика, представляющая собой зависимость времени срабатывания от тока нагрузки. 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.
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.
Примечание. 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. Наиболее распространенные серии тепловых реле: ТРП, ТРН, РТЛ, РТТ.
Тепловые реле токовые однополюсные реле серии ТРП с номинальными токами тепловых элементов от 1 до 600 А предназначены, главным образом, для защиты от недопустимых перегрузок трехфазных асинхронных электродвигателей, работающих от сети с номинальным напряжением до 500 В при частоте 50 и 60 Гц. Тепловые реле ТРП на токи до 150 А применяют в сетях постоянного тока с номинальным напряжением до 440 В.
Двухфазное тепловые реле ТРН (рис. 23) реле встраивается в магнитные пускатели. Реле ТРН состоит из пластмассового корпуса, разделенного на три ячейки. В крайних ячейках размещены нагревательные элементы, в средней — температурный компенсатор, регулятор тока срабатывания, механизм расцепителя, размыкающий контакт мостикового типа и рычаг ручного возврата.
Рис. 23. Тепловое реле ТРН
Шкала регулятора разбита на 10 делений: пять в сторону увеличения и пять в сторону уменьшения. Цена одного деления 5%. Вследствие этого ток уставки можно регулировать в пределах ±25% от номинального тока.
При протекании тока перегрузки через нагревательный элемент основная биметаллическая пластинка, деформируясь (показано пунктиром), перемещает вправо толкатель, связанный жестко с биметаллической пластинкой температурного компенсатора.
Направление деформации пластинки температурного компенсатора противоположно направлению деформации основной пластинки. Деформация незначительна по абсолютной величине.
Вследствие этого, несмотря на противодействие, пластинка температурного компенсатора начинает перемещаться тоже вправо. Защелка освобождается, и штанга расцепителя под действием пружины отходит вверх, а контакты реле размыкаются.
Тепловые реле РТЛ предназначены для обеспечения защиты электродвигателей от токовых перегрузок недопустимой продолжительности. Они также обеспечивают защиту от несимметрии токов в фазах и от выпадения одной из фаз. Выпускаются электротепловые реле РТЛ с диапазоном тока от 0,1 до 86 А.
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 предназначены для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузок недопустимой продолжительности, в том числе возникающих при выпадении одной из фаз, а также от несимметрии в фазах.
Реле РТТ применяют в качестве комплектующих изделий в схемах управления электроприводами, а также для встройки в магнитные пускатели серии ПМА в целях переменного тока напряжением 660 В частотой 50 или 60 Гц, в целях постоянного тока напряжением 440 В.
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:
Iном.т.р ≥ (1,2–1,3) Iном.дв..
Примечание. При выборе теплового реле с регулируемым током срабатывания необходимо стремиться к тому, чтобы ток уставки находился в центре диапазона регулирования.
При выборе тепловых реле предпочтительнее выбирать трехполюсное реле серии РТЛ, а при больших токах — 3 однополюсных реле серии РТТ.
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 превышает 30 минут.
2. Термисторная (позисторная) защита электродвигателей
Назначение термочувствительных защитных устройств
Сложность конструкции тепловых реле, недостаточно высокая надежность систем защиты на их основе, привели к созданию тепловой защиты, реагирующей непосредственно на температуру защищаемого объекта. При этом датчики температуры устанавливаются на обмотке двигателя.
В качестве датчиков температуры используют термисторы и позисторы.
Определение. Термисторы и позисторы — полупроводниковые резисторы, изменяющие свое сопротивление от температуры.
Термисторы представляют собой полупроводниковые резисторы с большим отрицательным ТСК (температурным коэффициентом сопротивления). При увеличении температуры сопротивление термистора уменьшается, что используется для схемы отключения двигателя. Для увеличения крутизны зависимости сопротивления от температуры, термисторы на три фазы включаются параллельно (рис. 24, б).
Позисторы являются нелинейными резисторами с положительным ТСК. При достижении определенной температуры сопротивление позистора скачкообразно увеличивается на несколько порядков.
Для усиления этого эффекта позисторы разных фаз соединяются последовательно. Зависимость сопротивления позисторов от температуры показана на рис. 24, а.
Рис. 24. Зависимость сопротивления позисторов и термисторов от температуры: а — последовательное соединение позисторов; б — параллельное соединение термисторов
Защита с помощью позистоpoв является более совершенной. В зависимости от класса изоляции обмоток двигателя берутся позисторы на температуру срабатывания 105, 115, 130, 145 и 160 °С. Эта температура называется классификационной.
Гарантийный срок службы позисторов 20000 ч. Конструктивно позистор представляет собой диск диаметром 3,5 мм и толщиной 1 мм, покрытый кремнеорганической эмалью, обеспечивающей влагостойкость и электрическую прочность изоляции.
Работа схем позисторной защиты
Рассмотрим схему позисторной защиты, показанную на рис. 25.
К контактам 1, 2 схемы (рис. 25, а) подключаются позисторы, установленные на всех трех фазах двигателя (рис. 25, б). Транзисторы VТ1, VT2 включены по схеме триггера Шмидта. В цепь коллектора транзистора VT3 оконечного каскада включено реле К, которое воздействует на обмотку пускателя.
При нормальной температуре обмотки двигателя и связанных с ним позисторов сопротивление последних мало. Сопротивление между точками 1-2 схемы также мало. Транзистор VT1 закрыт (на базе малый отрицательный потенциал), транзистор VТ2 открыт. Отрицательный потенциал на коллекторе транзисторе VT3 мал, и он закрыт. Ток в обмотке реле К недостаточен для его срабатывания.
б
Рис. 25. Аппарат позисторной защиты с ручным возвратом: а — принципиальная схема; б— схема подключения к двигателю
При нагреве обмотки двигателя сопротивление позисторов увеличивается. При определенном значении этого сопротивления отрицательный потенциал точки 3 достигает напряжения срабатывания триггера. Релейный режим триггера обеспечивается эммитерной обратной связью (сопротивление в цепи эммитера VТ1) и коллекторной обратной связью между коллектором VT2 и базой VT1.
При срабатывании триггера VТ2 закрывается, а VT3 — открывается. Срабатывает реле К, замыкая цепи сигнализации и размыкая цепь электромагнита пускателя, после чего обмотка статора отключается от сети.
После охлаждения двигателя его пуск возможен после нажатия кнопки
«Возврат», при котором триггер возвращается в начальное положение.
Применение термозащиты
В современных электродвигателях позисторы защиты устанавливаются на лобовой части обмоток двигателя. В двигателях прежних разработок позисторы можно приклеивать к лобовой части обмоток.
Термочувствительная защита электродвигателей предпочтительней в тех случаях, когда по току невозможно определить с достаточной точностью температуру электродвигателя. Это касается, прежде всего, электродвигателей с продолжительным периодом запуска, частыми операциями включения и отключения (повторно-кратковременный режим работы) или двигателей с регулируемым числом оборотов (при помощи преобразователей частоты).
Примечание. Термисторная защита эффективна также при сильном загрязнении электродвигателей или выходе из строя системы принудительного охлаждения.
Недостатками термисторной защиты является то, что с термисторами или позисторами выпускаются далеко не все типы электродвигателей. Это особенно касается электродвигателей отечественного производства.
Термисторы и позисторы могут устанавливаться в электродвигатели только в условиях стационарных мастерских. Температурная характеристика термистора достаточно инерционна и сильно зависит от температуры окружающей среды и от условий эксплуатации электродвигателя.
Термисторная защита требует наличия специального электронного блока: термисторного устройства защиты электродвигателей, теплового или электронного реле перегрузки, в которых находятся блоки настройки и регулировки, а также выходные электромагнитные реле, служащие для отключения катушки пускателя или электромагнитного расцепителя.
Устройство теплового реле
Устройство теплового реле зависит от его принципа действия, в свою очередь зависящего от назначения. По назначению тепловые реле можно разделить на два принципиально отличающихся типа: прямого и косвенного действия. При прямом действии срабатывание происходит при превышении температурой среды заданной величины. При косвенном – задачей устройства является контроль величины тока, протекающей через реле, который, в свою очередь, оказывает тепловое воздействие на элементы конструкции устройства, тем самым реализовывая функцию. Последний тип чаще всего используются для защиты электродвигателей. Большей степени защиты ЭД можно добиться используя электронные тепловые реле (например, F&F CR-810), контролирующее сигнал, поступающий с термисторов или позисторов, устанавливаемых непосредственно на обмотки. Рассмотрим, из чего состоит тепловое реле.
Конструкция теплового реле
Помимо назначения конструкция теплового реле также зависит от величины контролируемой температуры – например, для сверхвысоких температур используют оптические тепловые реле. Существует довольного много типов конструкций.
Тепловые реле могут работать на основании следующих принципов:
— изменения геометрии биметаллов;
— изменения объема вещества (газовые, ртутные);
— изменения плотности вещества;
— изменении магнитной проницаемости;
— изменения удельного сопротивления;
— изменении диэлектрической постоянной;
— электронные;
— оптические;
— акустические.
В электротехнике чаще всего используются биметаллические устройства, поэтому именно на их примере будет разъясняться, как устроено тепловое реле. Основные элементы теплового реле – это нагревательный элемент и биметаллическая пластина. Под последним термином понимается деталь, состоящая из двух склёпанных или сваренных пластин, изготовленных из разных металлов. Чаще всего это инвар в паре с латунью или немагнитной сталью. Указанные материалы имеют разные температурные коэффициенты расширения, поэтому при нагревании одна из пластин удлиняется интенсивнее, что в условиях жесткой сцепки вызывает изгибание всей детали. Нагрев биметаллической пластины происходит при прохождении рабочего тока электродвигателя через расположенную рядом нагревательную спираль, через саму пластину, либо через оба элемента. При этом детали подбираются так, что при нормальном режиме работы двигателя величины нагрева недостаточно для изгиба пластины. Но как только появляется аварийный режим, (например, заклинивает рабочая машина или кинематическая передача, пропадает одна из фаз) ток увеличивается и выходит за допустимые границы. При этом ток такой величины уже заставляет пластину изогнуться. Изгибаясь, пластина оказывает механическое воздействие на другие элементы теплового реле, что приводит к изменению состояния контактов устройства, к которым подключаются цепи управления двигателя, тем самым вызывая остановку агрегата. Тепловые реле не выполняют коммутацию самостоятельно, они вводятся в цепь управления последовательно со стоповой кнопкой, посредством чего реализуется нулевая защита.
Тепловые реле выпускаются на токи до 800 А. Модели изготавливаются на ток в определенном диапазоне, а точное значение срабатывания регулируются подстроечным колесом. Размер самой «теплушки» зависит от величины пускателя, на который она устанавливается – чем выше токи, тем больше размеры.