Топлинно реле за електродвигател: принцип на работа, устройство, как да изберете

По време на експлоатация на енергийното оборудване върху него постоянно действат токови претоварвания, които намаляват дълготрайността. Защита в такива ситуации представлява топлинното реле за електродвигател, което изключва електрозахранването при възникване на нестандартни обстоятелства.

Предлагаме да се запознаете с конструкцията, принципа на работа, видовете и нюансите на свързване на защитното устройство. Освен това ще разкажем кои параметри и характеристики трябва да се вземат предвид при избора на топлинно реле.

Конструктивно изпълнение на топлинни релета

Топлинните релета от всички видове имат аналогично устройство. Най-важният елемент на всяко от тях е чувствителна биметална пластина.

Стойността на тока на задействане се намира под влияние на температурните показатели на средата, в която работи релето. Повишаването на температурата намалява времето за задействане.

За да се сведе това влияние до минимум, разработчиците на устройства избират възможно най-висока температура на биметала. Със същата цел някои релета се снабдяват с допълнителна компенсационна пластина.

Уредът се състои от корпус, нихромов нагревател, биметална пластина, защалка, винт, лост, подвижен контакт и бутон за връщане (+)

Ако в конструкцията на релето са включени нихромови нагреватели, тяхното свързване се осъществява по паралелна, последователна или паралелно-последователна схема с пластината.

Стойността на тока в биметала се регулира с помощта на шунтове. Всички части са монтирани в корпуса. Биметалният елемент с U-образна форма е фиксиран на ос.

Цилиндрична пружина опира в единия край на пластината. С другия край тя се базира на уравновесена изолационна колодка. Извършва завъртания около оста и е опора за контактен мостик, оборудван с контакти от сребро.

За координиране на тока на настройка биметалната пластина с левия си край е свързана с нейния механизъм. Регулирането става за сметка на влияние върху първичната деформация на пластината.

Ако големината на токовете на претоварване стане равна или по-голяма от настройката, изолационната колодка се завърта под въздействието на пластината. По време на нейното преобръщане става изключване на прекъсващия контакт на устройството.

Топлинно реле ТРТ в разрез. Тук основните елементи са: корпус (1), механизъм за настройка (2), бутон (3), ос (4), сребърни контакти (5), контактен мост (6), изолационна колодка (7), пружина (8), биметална пластина (9), ос (10)

Релето автоматично се връща в първоначалното си положение. Процесът на самовъзстановяване отнема не повече от 3 минути от момента на задействане на защитата. Възможно е и ръчно връщане, за което е предвиден специален бутон Reset.

При неговото използване уредът заема изходно положение за 1 минута. За да се задейства бутонът, той се завърта обратно на часовниковата стрелка до момента, в който се издигне над корпуса. Номиналният ток обикновено е посочен на таблото.

Принцип на работа на устройството

Изпълнявайки защитна функция, автоматичният прекъсвач разделя захранващите силови вериги. Топлинното реле се различава от него по това, че при превишаване на натоварването просто издава управляващ сигнал. При такава защита токове с малка величина се комутират в една управляваща верига.

В схемата преди терморелето се намира магнитен пускател. Когато веригите се разкъсат при аварийна ситуация, отпада необходимостта от дублиране на работата на контактора. Следователно не се разходва материал за изработване на силови контактни групи.

Най-популярни са уредите, оборудвани с биметални пластини. Самата пластина се състои от два аналогични елемента.

Единият от тях притежава значителен температурен коефициент, а другият – малко по-малък. Тези две съставни части плътно прилепват една към друга.

Тъй като съставните части на биметалната пластина са изработени от чифт разнородни метали, които имат нееднакви коефициенти на разширение, нагряването я кара да се огъва и да взаимодейства с контактите

Такова твърдо закрепване се осигурява чрез заваряване или горещо валцуване. Поради това, че пластината е закрепена неподвижно, при нагряване се наблюдава нейното огъване към елемента с по-малък температурен коефициент. Този принцип е взет за основа при създаването на топлинни релета.

При тяхното производство се използва хромникелова стомана и немагнитна такава, притежаващи голяма стойност на температурния коефициент. Като материал с малка стойност на този параметър се използва инвар – съединение на никел с желязо.

По такава схема функционира топлинното реле. Незакрепеният край на биметалната пластина при нейното огъване въздейства върху контактите на терморелето (+)

Пластината от биметал се нагрява от товарните токове. Те протичат най-често по специален нагревател. Съществува и комбинирано нагряване, при което освен топлината, отдавана от нагревателя, биметалът се нагрява допълнително и от тока, преминаващ през него.

Как да свържете топлинно реле

Затворен контакт (normal connected), с помощта на който се осъществява свързването на топлинния модул с магнитния пускател, се обозначава като NC или НЗ, което означава нормално затворен. Буквеното съчетание NO обозначава нормално отворен контакт.

В несложна схема той се използва за подаване на сигнал, който свидетелства за задействане на защитата на двигателя поради превишаване на праговата температура.

При внедряване в сложни схеми на управление той е способен да формира в авариен ред сигнал за извеждане от работно състояние на конвейера.

Топлинното реле се поставя зад контакторите, но пред електродвигателя. Свързването на контакта normal connectde към бутона «Стоп» на управляващото табло се осъществява по последователна схема (+)

Означението на клемите на контакторите се диктува от ГОСТ: нормално затворен — 95-96, нормално отворен — 97-98. Към първата двойка се свързва пускателят, втората се използва за схеми на сигнализация. Тъй като двигателят и топлинното реле трябва да бъдат защитени от КЗ, веригата трябва да съдържа автоматичен предпазител.

Схемата на устройството включва бутоните «Тест» и «Стоп» или «Нулиране». С помощта на първия се проверява работоспособността, а с втория се изключва защитата ръчно.

С помощта на превключвател с ротационен взвод след включване на защитата отново се стартира електродвигателят. Върху стъкления капак на изделието се нанася маркировка и се пломбира.

Ако се изхожда от типа на свързване, могат да се отделят две големи групи терморелета:

• първа група – устройства, монтирани зад магнитния пускател, и тези, които се свързват с помощта на преходни мостове;
• втора група – уреди, монтирани директно върху контактора на пускателя.

В последния случай при стартиране основното натоварване пада върху контактора. Тук топлинният модул е оборудван с медни контакти, свързани директно към входовете на пускателя.

Схема на топлинното реле. Върху нея са нанесени обозначения на управляващите елементи и изводите. При различните модели тези обозначения могат да се различават (+)

Към ТР се свързват проводници от двигателя. Самото реле в такава схема представлява междинен възел, който анализира тока, протичащ транзит към двигателя от магнитния пускател.

Нюанси при инсталиране на уреда

Върху скоростта на задействане на топлинния модул могат да повлияят не само токовите претоварвания, но и показателите на външната температура. Защитата ще се задейства дори при условия на липса на претоварвания.

Случва се и така, че под въздействието на принудителна вентилация двигателят е податлив на топлинно претоварване, но защитата не се задейства.

За да се избегнат такива явления, е необходимо да се следват препоръките на специалистите:

1. При избор на реле да се ориентирате спрямо максимално допустимата температура на задействане.
2. Защитата да се монтира в едно помещение със защитавания обект.
3. За монтаж избирайте места, където няма източници на топлина или вентилационни устройства.
4. Трябва да настройвате топлинния модул, като се ориентирате по реалната температура на околната среда.
5. Най-добрият вариант е наличието на вградена термокомпенсация в конструкцията на релето.

Допълнителна опция на терморелето е защитата при прекъсване на фаза или на цялата захранваща мрежа. За трифазните двигатели този момент е особено актуален.

Токът в топлинното реле преминава последователно през неговия нагревателен модул и след това към двигателя. С намотката на пускателя уредът се свързва чрез допълнителни контакти (+).

При неизправности в една фаза, другите две поемат ток с по-голяма величина. В резултат на това бързо настъпва прегряване, а след това — изключване. При неефективна работа на релето могат да се повредят както двигателят, така и окабеляването.

Съществуващи типове устройства

Класът на топлинните релета включва няколко вида: ТРН, РТЛ, ТРП, РТИ, РТТ. Приложението на всеки се определя от особеностите на конструкцията.

Токово реле двуфазно (ТРН), използва се основно за електрозащита на асинхронни двигатели с късо-затворен ротор. По правило те работят от мрежа с номинал до 500 V, честота 50 Hz.

Релето е оборудвано с ръчен механизъм за управление на контактите. Габаритите на ТРН дават възможност да се вграждат в комплектни устройства както от затворен, така и от отворен тип станции, координиращи работата на задвижванията. Функцията за защита от КЗ те не изпълняват и сами се нуждаят от нея.

Реле ТРП има механизъм, устойчив на вибрации, ударозащитен корпус. Разработени са за защита на асинхронни трифазни двигатели, функциониращи при големи механични натоварвания.

Те са изчислени за максимален ток 600 A и напрежение максимум 500 V, а във вериги с постоянен ток — 440 V. Автоматиката е нечувствителна към външна температура и задейства, когато показателят надвиши 200°C.

Устройства РТЛ са трифазни, освен защита на двигателя от претоварвания, предпазват и от заклинване на ротора. Те го предпазват от повреди в случай на изкривяване на фазите, при продължителен пуск.

Работят автономно с клемници КРЛ и в модификация с магнитен пускател ПМЛ. Токовият работен интервал е от 0,10 до 86 A.

Контактор в двойка с топлинно реле. Когато устройството задейства, нормално затвореният и нормално отвореният контакт синхронно променят положението си.

РТТ – приспособление, което защитава асинхронните двигатели от токови удари, изкривяване на фази, заклинване и други извънредни ситуации. Използва се и като самостоятелен уред, и под формата на вграждане в пускатели ПМА, ПМЕ.

Изделието трифазно РТИ е снабдено със същите функции като предходното, но се използва в модификация с пускатели КТМ и КМИ.

Как да изберете топлинно реле

На двигателя е необходимо реле за защита, когато по технологични причини съществува потенциална заплаха от неговото претоварване. Вторият случай е необходимостта от ограничаване на времето за пускане при понижено напрежение.

Тези изисквания се съдържат в съответната инструкция. В нея е изложено желанието за оборудване на защитното изделие с времезакъснение. Всичко това се реализира с помощта на топлинни релета.

Базови характеристики на устройствата

Основните данни на устройството, което защитава двигателя, са:

1. Бързодействие на контактите в зависимост от параметрите на тока — време-токов показател.
2. Работен ток, при който топлинното реле се задейства.
3. Гранични токови настройки на уставката. Във всички уреди, произвеждани от различни производители, този параметър се различава незначително. Превишаването на номиналната стойност с 20% води до задействане на уреда след около 25 минути.
4. Номинална стойност на тока на работната биметална пластина. Има се предвид стойността, при превишаване на която релето не се изключва незабавно.
5. Токов диапазон, в който релето се задейства.

Информация за топлинното реле може да се получи, като се дешифрира маркировката му. Символът, обозначаващ типа на изпълнение, може да се различава.

Контактор в двойка с топлинно реле. Когато устройството задейства, нормално затвореният и нормално отвореният контакт синхронно променят положението си (+).

Местата на разполагане на местните ТР са регламентирани от ГОСТ 15150. На тяхната работа оказват влияние такива моменти като надморска височина, вибрации, удари, ускорения.

Всички тези нюанси производителите отразяват в маркировката на своите изделия. Някои от тях допълнително включват информация за възможността за работа при наличие на вредни вещества и взривоопасни газове.

Избор на устройство според правилата

Изискванията към терморелето са изложени в инструкцията. Тук също е уговорено, че защитата трябва да притежава времезакъснение. Всички изисквания се реализират с помощта на специални уреди.

Време-токови характеристики на ТР и защитавания двигател. При токове на късо съединение (КЗ) нагревателните елементи на релето стават термично нестабилни (+).

Анализирайки време-токовите характеристики на ТР, трябва да се има предвид, че задействането може да става от прегрято или студено състояние.

Безупречната защита предполага, че кривата, изобразяваща оптималната за безпроблемното функциониране на оборудването зависимост между продължителността на протичане на тока и големината на тока, за релето и двигателя са различни. Първата трябва да се намира под втората.

В таблицата са приведени техническите характеристики на термореле тип РТЛ. По нея може да се подбере защитно устройство с необходимите параметри по мощност на двигателя (+).

Правилният подбор на защитното изделие се осъществява на базата на такъв параметър като работния номинален ток. Неговата стойност е свързана с номиналния ток на товара на електродвигателя.

Както от международните, така и от националните стандарти е предвидено, че номиналният ток на двигателя е аналогичен на настройката на тока на задействане на терморелето.

Това означава, че включването в работа на уреда става при претоварване от 20 до 30% или при иср.x1,2 или 1,3 не по-късно от 20 минути.

Изхождайки от това, изборът трябва да се осъществи така, че токът на незадействане на ТР да надвишава номиналния ток на защитавания обект средно с 12%. Стойността In е показана в паспорта на уреда и на табелката, закрепена на корпуса.

Основавайки се на нея, се подбират както ТР, така и пускателят, съответстващ на него. Скалата на релето е калибрирана в ампери и като правило отговаря на стойността на тока на настройка.

Като пример може да се даде подбор на топлинно реле за асинхронен двигател, свързан към мрежа 380 V, с мощност 1,5 kW.

Работният номинален ток за него е 2,8 A, следователно за топлинното реле праговият ток ще бъде равен: 1,2*2,8 = 3,36 A. По таблицата изборът трябва да се спре на РТЛ-1008, чийто диапазон на регулиране се намира в границите от 2,4 до 4 A.

При задействане на защитата първо се отстранява първопричината за спиране, а след това се връща топлинното реле в изходно състояние с помощта на клавиша за връщане

Когато паспортните данни на двигателя са неизвестни, токът се определя чрез използване на специални уреди — токоизмерителни клещи или мултиметър със съответната опция. Измерванията се извършват на всяка от фазите.

Важно е при избора да се обърне внимание на напрежението, посочено на уреда. Ако е планирано да се използва тандем ТР-пускател, трябва да се вземе предвид броят на контактите.

При включване на устройството в трифазна мрежа е необходим модул, който има функция за защита при случаи на прегаряне на проводници или дисбаланс на фазите.

Изводи и полезно видео по темата

Схема за ефективна защита на двигателя:

Съставни части на топлинното реле:

Принципът на взаимодействие на различните уреди в различните варианти на свързване на топлинното реле е еднакъв. За по-добра ориентация в схемите трябва да се умее да се “чете” маркировката на устройствата. В идеален случай всички работи по свързването трябва да се извършват от майстор, който има допуск до работа в условия на високо напрежение.

Имате какво да добавите или възникнаха въпроси относно избора и приложението на топлинното реле? Можете да оставяте коментари към публикацията, да участвате в дискусиите и да споделяте собствен опит от използването на устройствата. Формата за връзка се намира в долния блок.