Принцип работы теплового реле электродвигателя. Тепловое реле - устройство и принцип работы

Электрическое устройство защиты, разработанное для отключения машины, механизма или какой-либо установки или от питания для предохранения его от повреждений, называется электротепловое реле. Рассмотрим принцип действия, характеристики и устройство, которыми обладает тепловое реле тртп, и как подобрать и где купить нужную модель.

Во время перегрузки реле тепловое типа РТТ 211, 111, 5, 321, и РТТ 141 включает защиту при помощи тепловых чувствительных элементов или магнитного пускателя пмл (пм-1-12). Эти датчики способны реагировать на состояние текущего защищенного компонента в процессе его эксплуатации.

Схема: тепловое реле ТРТ

Протекание тока через электрическое устройство генерирует тепло. Увеличение тока приводит к пропорциональному увеличению количества тепла. Протекание тока через электрический прибор является продуктом нагрузки, которой подвергается определенный аппарат. Если нагрузка возрастает до точки, которая превышает расчетные характеристики прибора, он будет перегреваться и, в конечном счете, поломается.

Тепловые реле предназначены для предотвращения повреждения или разрушения электрических машин, и срабатывает, реагируя на увеличение тока, индуцированного температурами. При повышении температуры выше нормы, реле отключит основной источник питания и предотвратит повреждение оборудования. Это отклонение достигается либо через механическую блокировку между реле и основным источником питания, либо через электрическую. Чувствительным элементом в обоих случаях выступает би-металлическая полоса.

Видео: тепловое реле

Би-металлическая полоса в тепловом реле состоит из двух разнородных металлов слитых вместе. Различные характеристики металла означают, что они нагреваются с разной скоростью, в результате чего полоса сгибается. Этот изгиб активирует отключение при перегреве. Электронное тепловое реле перегрузки использует датчик или зонд, чтобы «прочитать» ток, генерируемый температуры. Затем микропроцессор предписывает, когда схема будет открывать и перерезать основные поставки в зависимости от заданных параметров.

Биметаллические полосы могут быть нагреты непосредственно или косвенно. В первом случае ток проходит непосредственно через биметалл, во втором через изолированный слой обмотки вокруг полосы. Изоляция вызывает некоторое замедление потока тепла, инерция косвенно нагревает термореле сильнее при более высоких токах, чем при их непосредственном контакте, и пускатель пма задерживает сигнал. Часто оба этих принципа объединены.

Реле тепловое (РТ) электродвигателя и компрессора работает на принципе изменения температур. Из-за этого нужно очень внимательно следить за тем, чтобы температура в помещении, где находится прибор, не поднималась выше 30 градусов.

Конструкция реле

Реле цепи управления состоит из термочувствительного элемента, и множества контактных точек. Цепь управления для защищенного компьютера проходит через контакты реле. Если машина перегружена на текущих уровнях, тепловой датчик реле переключается к тепловым реле перегрузки, от которых, в свою очередь, поступает сигнал к основному источнику питания машины.

Термин «чувствительный элемент» описывает количество отдельных контуров, управляемых переключателем. Количество проводов определяет количество контактов испарителя. Переключатели реле тепла обычно имеют от одного до четырех полюсов – стинол (stinol), .

Спусковой механизм приводит в действие вспомогательный переключатель реле тепловое авв (abb), который разрывает цепи катушки, ведущие на контактор двигателя кми. В этот момент индикаторный автомат показывает: «Сработало».

Виды тепловых реле

1. Тепловое биметаллические реле – ртл (ksd, lrf, lrd, lr, iek и ptlr). Их принцип работы и конструкция описывается выше, данные устройства являются наиболее распространенными.
2. Твердотельное реле представляет собой электронное тепловое устройство (шнайдер – schneider electric, siemens), которое не имеет движущихся или механических частей. Вместо этого, тепловое РТР и РТИ ИЭК реле вычисляет средние температуры двигателя путем мониторинга его пускового и рабочего тока. Поскольку они способны противостоять искрам, они могут быть использованы во взрывоопасных средах. Тепловые твердотельные реле, как правило, быстрее по времени реакции, чем электромеханические, а также легче регулируются.
3. Реле контроля температуры – РТК, nr, tf, erb, и du, предназначено непосредственно чтобы контролировать температуру двигателя с использованием термистора или тепловое устройство сопротивления (RTD и ртлу), зонд, который встроен в обмотку холодильника (атлант, таdu,). Когда номинальная температура зонда будет достигнута, его сопротивление резко возрастает.
4. Реле плавления сплава состоит из нагревательной обмотки, эвтектического сплава, и механического механизма разрыва цепи. Использование: нагреватель катушки и тепловое реле (РТЭ, в частности, трн 10 и ухл), измеряет температуру двигателя путем мониторинга количества тока, схема применяется в стиральной машине, автомобилях (УАЗ – до 3 кВт).

Как выбрать реле

Покупатели могут выбрать и установить реле, учитывая его область применения и наличие определенных механизмов (функций):

1. Тепловое однофазное токовое реле с автоматическим сбросом вернется в исходное положение «закрыто» по истечении определенного периода времени. Если двигатель все еще перегружен после сброса, реле сработает снова.
2. Реле с компенсацией температуры окружающей среды трв эффективно работает в широком диапазоне температур окружающей среды.
3. Некоторые реле имеют различные степени контроля фаз. Эти механизмы могут проверить двигатель на обрыв фаз с контактора, разворот, или дисбаланс. При любом этапе обнаружения проблем, реле обеспечивает прекращения подачи электроэнергии к двигателю. Дисбаланс фаз, в частности, может вызвать опасные колебания напряжения или тока двигателя, что приведет к его повреждению.
4. Недогрузки относится к способности реле обнаружить уменьшение тока в результате разгрузки. Это может произойти, если, например, насос начинает работать всухую. Эти реле предназначены для обнаружения этих различий и поездки, как если бы обнаружение перегрузки.
5. Реле с визуальными индикаторами – это технические продукты, которые имеют светоизлучающие диоды (СИД) или сигнализирующие датчики состоянии и подключения.

Средний прай-лист (цена) на реле тепловое – от 500 рублей до нескольких тысяч. Все зависит от того, кто производитель, пропускной уровень и максимальные показатели ампер. Поэтому очень внимательно читайте описание, его предоставляют в любом каталоге и магазине, чтобы не купить устройство слишком слабое для Ваших потребностей. Особенно важен ГОСТ и паспорт, там можно найти всю интересующую информацию. В некоторых городах (Екатеринбург, Москва, Минск и практически по всей Украине), можно купить ТР прямо с завода по сниженной цене.

Перед тем, как подключить реле, обязательно просмотрите подробную инструкцию, по возможности воспользуйтесь услугами профессионала (если подобного опыта у Вас не имеется). Ремонт осуществляется только при наличии специального оборудования и необходимых знаний, в противном случае настоятельно рекомендуем обратиться в сервисный центр.

Согласно закону Джоуля-Ленца, количество тепла, выделяемое участком электрической цепи, пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению этого участка. Это дает возможность создавать устройства, выполняющие небольшую механическую работу (например, по замыканию/размыканию контактной пары) при достижении силы тока на исследуемом участке цепи определенного значения. Подобные устройства получили название тепловых (электротепловых) реле или реле тепловой защиты.

Тепловое реле, как правило, служит для защиты (аварийного отключения и/или сигнализации об аварийной ситуации) электрических цепей и электрооборудования от повышения тока потребления сверх некого номинального (нормального) значения. Повышение тока потребления может свидетельствовать, например, о чрезмерной нагрузке на вал двигателя, межвитковом замыкании и т.д.

Биметаллическая пластина.

Факт того, что проводник с током греется, не дает возможность напрямую совершить какую-либо существенную механическую работу, так как степень нагрева нуждается в оценке, например, термодатчиком. Оказывается, есть возможность поступить проще, а именно «научить» проводник закономерно изменять свою геометрическую форму пропорционально изменению температуры.
Как известно, линейные размеры металлов при нагреве меняются. Известно также, что у разных металлов коэффициенты теплового расширения различные. Например, при нагреве на одно и то же значение температуры, полоска из металла, обладающего большим коэффициентом теплового расширения, удлиниться на большее значение, чем полоска из другого металла, коэффициент теплового расширения которого ниже. Если соединить вместе две одинаковые по форме полоски разнородных металлов, то, при изменении температуры, геометрическая форма этой конструкции тоже будет изменяться - изгибаясь и распрямляясь, в зависимости от температуры. Скрепленные воедино две пластины разнородных металлов получили название биметаллической пластины. Биметаллическая пластина, как своеобразный прибор для оценки силы тока по его нагреву и последующего воздействия на какой-либо исполнительный механизм, широко применяется в различных бытовых и промышленных устройствах автоматики.

Принцип работы биметаллической пластины.

Устройство теплового реле на примере ИЭК РТИ-1308.

Теория принципа действия теплового реле была вкратце рассмотрена выше, обратимся к практике. Вскроем корпус и разберемся с внутренним устройством низковольтного трехфазного теплового (тепломеханического) реле ИЭК РТИ-1308. Его основные технические характеристики представлены в таблице ниже.

Таблица. Основные технические характеристики теплового реле ИЭК РТИ-1308.

Принцип работы теплового реле РТИ можно описать следующим образом. При протекании электрического тока по биметаллическим пластинам (каждой из трех фаз предназначается своя пластина), происходит их нагрев. Чем выше ток, тем сильнее нагрев биметаллических пластин и, следовательно, больше их изгиб в определенную (конструктивно заданную) сторону. Изгибаясь, пластины давят на систему рычагов. При достижении хотя бы одной из трех пластин критического значения по углу изгиба, вследствие превышения на одной или нескольких фазах номинального установленного рабочего тока, происходит срабатывание исполнительного (контактного) механизма цепи управления, и контактные пары переводятся во взаимно противоположные состояния. В таком, нагретом до момента срабатывания реле, состоянии биметаллические пластины будут удерживать реле до тех пор, пока на все фазах тепловой ток не придет в норму. Ток снижается - биметаллические пластины охлаждаются, переводя систему рычагов в первоначальное состояние. Если у теплового реле активирован режим автоматического пуска, то контактные группы тоже автоматически переключаться в первоначальное состояние, если нет - нужно вручную включать реле после каждого его срабатывания. На фотографиях ниже можно увидеть процесс вскрытия РТИ-1308 и пояснения к нему.

Упаковка.

Вид сбоку (фото слева).
Вид на силовые контакты. Расстояния между контактами можно менять благодаря овальным отверстиям корпуса (фото справа).

Органы управления и настройки РТИ-1308.

Под шильдиком прячется подстроечный винт. Благодаря ему, происходит актуализация значений шкалы диска настройки тока.
Количество заводсткой краски, нанесенной на резьбу подстроечного винта, оказалось недостаточным (винт легко вращался на пару оборотов). Дополнительно закрашиваем резьбу цапонлаком (фото снизу).

Вскрываем корпус, подцепляя тонкой плоской отверткой пластмассовые защелки по периметру корпуса.
Вскрыть корпус, не отломив ни одной защелки, очень сложно - пластмасса хрупкая (фото справа внизу).

Корпус вскрыт.

Биметаллические пластины смешанного нагрева (ток идет через обмотку нагрева и через саму пластину).

Изгиб пинцетом любой биметаллической платины инициирует срабатывание реле. Чем выше установленный ток, тем сильнее нужно изгибать пластины.

Реле без биметаллических пластин.
Нажимаем пинцетом на рычаг - происходит срабатывание реле (фото справа).

Система рычагов для объединения изгибающих усилий пластин воедино по логическому закону "ИЛИ". То есть, изгиб хотя бы одной (любой) пластины вызывает пропорциональное смещение верхнего рычага системы.
Система находится в своём крайнем левом положении, соответствующем минимальному изгибу биметаллических пластин (фото слева).
Система находится в своём крайнем правом положении, соответствующем максимальному изгибу биметаллических пластин (фото справа).

Реле сработало (желтый Г-образный флажок в крайнем правом положении) и ждёт ручного пуска, так как синий переключатель в положении ручного управления (фото слева).
Нажимаем непосредственно на рычажок, идущий к контактным группам (фото справа).

Съём исполнительного механизма происходит путём откручиванием единственного винта.

Исполнительный механизм со стороны контактных групп.
При нажатии на кнопку "Стоп", происходит размыкание замкнутой пары контактов.

Время срабатывания теплового реле зависит от кратности превышения тока, то есть от того, во сколько раз реальный ток превысил установленный (см. график ниже).

График (кривые) срабатывания РТИ-1308 (фото сверху).
Схематичное обозначение РТИ-1308 (фото снизу).

Кнопкой «тест» можно сымитировать срабатывание реле, то есть принудительно перевести контактные пары исполнительного механизма в противоположные состояния. Таким образом, можно проверить лишь правильность работы каких-либо электронных устройств (например, ), коммутируемых тепловым реле. Всецело же корректность работы теплового реле проверяется только на специальном испытательном стенде с моделированием прохождения через реле различных токов, как ниже, так и выше установленного тока срабатывания реле.

В заключение, нужно сказать о трех важных вещах, касаемо тепловых (тепломеханических) реле. Во-первых, любое тепломеханическое реле имеет собственное (небольшое, но постоянное) потребление энергии, расходуемое на подогрев биметаллических пластин. Во-вторых, тепловое реле не предназначено для защиты от токов короткого замыкания, которому характерен сверхбыстрый рост тока. Это обусловлено относительно высокой инертностью биметаллических пластин, которые не способны нагреться так быстро. Для защиты от короткого замыкания, в паре с тепловыми реле, необходимо применять автоматические выключатели электромагнитного расцепления. В-третьих, ток срабатывания теплового реле зависит от температуры окружающей среды, условий охлаждения корпуса реле и прочих факторов. Таким образом, в качестве прецизионного устройства защиты, где требуется очень точная оценка электрического тока, тепловое реле тепломеханического типа использовать нельзя, погрешности весьма значительны.

Магнитный пускатель это, по сути, мощное реле специального назначения. Оно сконструировано для коммутации в электрических цепях с обмотками асинхронных двигателей. Это устройство не требует особых знаний для того, чтобы самостоятельно подключить его и пользоваться им. Тепловое реле это ещё одна специальная конструкция электромеханического устройства. Оно в паре с магнитным пускателем выполняет коммутации в электрических цепях, которые содержат обмотки асинхронных двигателей.

Особенности монтажа

Но при этом тепловое реле срабатывает в отличие от магнитного пускателя не по воле человека, а от перегрузки по току асинхронного двигателя. Его также можно без особых проблем задействовать своими руками в схеме управления асинхронным движком. В связи с этим не будет лишним напомнить умельцам о том, что любые работы по присоединению электрических цепей к сети должны начинаться с гарантированного отключения напряжения в месте подключения с последующим контролем этого индикаторной отвёрткой или тестером.

• Чтобы правильно выполнить подключение магнитного пускателя с тепловым реле надо вначале определить величину напряжения, на которое они рассчитаны. Его значение указывается как в техническом паспорте, так и на шильдике, расположенном на корпусе устройства.
• Если указано напряжение 220 В устройство необходимо подключать к фазному напряжению, то есть к фазному и нулевому проводам. Если указано напряжение 380 В для подключения используется линейное напряжение, то есть к фазным проводам двух любых фаз.
• Если напряжение не будет соответствовать паспортным данным устройства, возможна, либо его порча от перегрева, либо неправильная работа по причине недостаточно сильного магнитного поля в катушке управления.

Особенностью работы магнитного пускателя является его контакт, который, замыкаясь, шунтирует кнопку включения его управляющей катушки. Это позволяет выполнять коммутацию электрических цепей кратковременным нажатием кнопки «пуск», что удобно и легко для пользователя. При подключении пускателя надо будет присоединять нормально разомкнутый контакт и нормально замкнутый контакт. Их вид в самом устройстве и на электрической схеме показан на изображении. Они используются для управления катушкой пускателя и располагаются в управляющем блоке пускателя. Он называется «кнопочный пост». В нём установлены две кнопки. Каждая из них приводит в действие: одна нормально замкнутый контакт и одна нормально разомкнутый контакт. Кнопки окрашены обычно в чёрный цвет (используется для пуска или реверса), и в красный цвет (используется для остановки двигателя отключением катушки пускателя).

Схема с фазным напряжением (220 В)

Напряжение для питания цепи управления катушки КМ1 магнитного пускателя поступает от фазы L3 и нейтрали N. Контакты кнопок для управления работой катушки соединяются последовательно. Это даёт возможность контакту SB2 приводимому в действие кнопкой «пуск» замкнуть электрическую цепь. Катушка приведёт в действие контакты КМ1 и они замкнут цепи с обмотками двигателя. На обмотках двигателя появится напряжение, и его вал начнёт вращение. Остановка двигателя возможна либо при срабатывании теплового реле, либо при нажатии на кнопку «стоп», которая разомкнёт цепь катушки КМ1.

Контакт Р теплового реле размыкается из-за нагрева специального элемента, расположенного в нём. При увеличении тока усиливается и нагрев этого элемента. Тепловое реле пропускает через каждую пару своих клемм ток одной из фаз движка. При этом с каждой парой клемм связан соответствующий нагревающийся элемент. При достижении заданной температуры, которая соответствует заданной электрической мощности, от механического воздействия нагретого элемента срабатыванием контакта Р катушка КМ1 обесточивается. Температурная деформация элементов достигается применением биметаллических материалов.

Контакты КМ1 размыкают электрические цепи с обмотками асинхронного двигателя который после этого останавливается. Конструктивно разные модели тепловых реле могут отличаться друг от друга конструкцией основных шести клемм, устройством нагревающихся элементов, контактов и дополнительных регуляторов. Поэтому при инсталляции тепловых реле необходимо подключать и настраивать их в соответствии с техническим паспортом и сопроводительной документацией.

Как видно из схемы напряжение для электрической цепи катушки КМ1 получается от двух фазных проводов L2 и L3. Напряжение между ними для трёхфазной электрической сети составляет 380 В. Других отличий, как в соединениях элементов схемы, так и в её работе в сравнении со схемой с фазным напряжением, нет.

Основное предназначение тепловых - защита электрических потребителей от возможных перегрузок в сети. В некоторых моделях предусмотрена также возможность автоматического отключения при появлении асимметрии в разных фазах, а также при пропадании одной из них.

Превышение выше номинального значения приводит к перегреву проводников и, как следствие, разрушению изоляции. Грамотно подобранные тепловые способны также защитить, например, электродвигатель в случае заклинивания якоря. Их можно также использоваться для регулировки (поддержания) необходимой температуры, например, в холодильном оборудовании или бытовых приборах.

Принцип работы

Наиболее широко применяются конструкции, в которых главным элементом является специальная биметаллическая пластина. Последняя выполнена из двух слов металла с различными температурными линейными коэффициентами расширения. Благодаря этому при нагревании она деформируется (изгибается) и посредством специального рычага замыкает . Как правило, для изготовления таких пластин используют инвар в паре с хромоникелевой или немагнитной сталью.

Так как эта процедура выполняется плавно, неизбежно возникновение электрической дуги между сближающимися контактами. Чтобы предотвратить их выгорание и образование раковин, применяется "прыгающий" , который резко срабатывает после достижения критических параметров.

Сама пластина нагревается за счет проходящего через нее или расположенного рядом нагревателя в виде спирали. Часто применяется и комбинированная схема. В любом случае температура нагрева находится в прямо пропорциональной зависимости от потребляемого электрооборудованием тока.

После срабатывания реле, в зависимости от конструктивного исполнения, возвращается в исходное состояние либо автоматически, по мере остывания, либо с помощью соответствующего переключателя (кнопки).

Правильный выбор тепловых реле

Основной характеристикой теплового реле является время срабатывания в зависимости от нагрузочного тока (так называемая времятоковая характеристика).

Главный критерий – номинальный потребления электрооборудования. Тепловое реле должно иметь соответствующие характеристики на 20-30 % выше, что обеспечивает ее срабатывание в течение соответствующей процентной перегрузки в течение 20 минут.

Влияние внешних климатических факторов

Так как деформация биметаллической пластины зависит от ее фактического нагревания, время срабатывания реле находится в прямой зависимости также от температуры окружающей среды.

И при больших контрастах следует предусматривать в качестве дополнительной функции плавную регулировку. Также для снижения такого влияния следует подбирать реле с максимально возможной температурой срабатывания, а также располагать их в тех же помещениях, где находятся объекты, предназначенные для защиты.

Напоследок необходимо отметить, что тепловые реле не предназначены для предохранения оборудования от таких внештатных ситуаций, как

Тепловое реле являет собой электрическое устройство, предохраняющее электродвигатель любого электроприбора от критических значений температуры. При режимах повышенной нагрузки двигатель, который приводит в движение любые механизмы или электроприбора, потребляет повышенное количество электроэнергии. Эта энергия может во много раз превышать положенную норму для двигателя. В результате процесса перегрузки внутри электрической цепи начинает стремительно повышаться температура. Это, несомненно, вполне может привести к поломке данного электроприбора. Для предотвращения подобного в включают дополнительно специальные устройства, рассчитанные на прекращение подачи электроэнергии при любом возникновении аварийных режимов (переходных процессов в электрических сетях, перегрузок и пр.). Такой предохраняющий прибор получил название тепловое реле (иногда можно встретить в литературе название «термореле»). Основной задачей теплового реле является сохранение рабочего режима электроприбора и его общей эксплуатационной способности.

Тепловое реле имеет в своей внутренней конструкции специальную биметаллическую пластинку. Под действием перегрузок и повышенного напряжения в электрической сети такая пластина изгибается (деформируется), а в своем нормальном состоянии она имеет достаточно ровную поверхность. Эта плотно замывает электрические контакты, и поэтому ток может беспрепятственно течь по электрической цепи.

При перенапряжении и повышении значения в цепи начинает стремительно возрастать температура. Это способствует нагреванию основного элемента теплового реле - двухслойной металлической пластинки. Последняя начинает выгибаться и разрывает поток электроэнергии, так как тепловое реле предназначено для отсечения нагрузки и напряжения при перегрузе электрической сети.

Однако биметаллическая пластина прогибается достаточно медленно. Если контакт подвижен и непосредственно связан с ней, то низкая скорость прогиба не обеспечит гашение возникающей при разрыве цепи дуги. Поэтому в конструкции теплового реле предусмотрено ускоряющее устройство, так называемый «прыгающий контакт». Отсюда следует, что выбор теплового реле основан на такой его характеристике как зависимость времени срабатывания от величины электрического тока.

Ввиду такого разрыва работа машины будет прекращена. Через некоторое время (обычно полчаса - час) пластинка остывает и возвращается в свое прежнее состояние, чем восстанавливает работу контура электрической цепи. Устройство снова приходит в работоспособное состояние.

Тепловое реле бывает нескольких типов. Широкое распространение получили реле ТРП (для однофазной нагрузки), ТРН (для двухфазной нагрузки), реле тепловое РТТ (для длительной перегрузки в и тепловое реле РТЛ (защита электродвигателей от продолжительных перегрузок).