Тепловое реле для электродвигателя: как оно работает, конструкция и рекомендации по выбору
В процессе работы электромеханических устройств они подвергаются воздействию токовых перегрузок, что негативно сказывается на их сроке эксплуатации. Для предотвращения таких ситуаций применяются тепловые реле для электродвигателей, которые отключают электропитание в случае возникновения аномалий.
Давайте рассмотрим устройство, принцип действия, разновидности и аспекты подключения этого защитного устройства. Также мы разберем, на какие параметры и характеристики стоит ориентироваться при выборе теплового реле.
Структура тепловых реле
Все типы тепловых реле имеют схожую конструкцию. Главным элементом любого реле является чувствительная биметаллическая пластина.
Ток, при котором происходит срабатывание реле, зависит от температурных параметров окружающей среды. Увеличение температуры сокращает время, необходимое для срабатывания.
Чтобы минимизировать это воздействие, производители выбирают биметалл с максимально возможным температурным значением. В некоторых случаях реле также оснащают дополнительной компенсационной пластиной для улучшения характеристики.
Устройство состоит из корпуса, нихромового нагревателя, биметаллической пластины, защелки, винта, рычага, подвижного контакта и кнопки возврата (+).
Если в реле установлены нихромовые нагреватели, их подключение осуществляется по параллельной, последовательной или смешанной схеме с пластиной.
Настройка тока в биметаллическом элементе производится с помощью шунтов. Все компоненты размещены внутри корпуса, а сама биметаллическая пластина имеет U-образную форму и зафиксирована на оси.
Цилиндрическая пружина контактирует с одним концом пластины, тогда как другой ее конец опирается на уравновешенную изоляционную колодку. Пластины совершают вращательные движения вокруг оси и служат опорой для мостика с серебряными контактами.
Для установки тока уставки биметаллическая пластина соединена своим левым концом с механизмом. Регулировка осуществляется за счет изменения начальной деформации пластины.
Когда токи перегрузки достигают или превышают установленное значение, происходит поворот изоляционной колодки под воздействием биметалла, что приводит к отключению размыкающего контакта.
На схеме теплового реле ТРТ представлены основные элементы: корпус (1), механизм уставки (2), кнопка (3), ось (4), серебряные контакты (5), контактный мостик (6), изоляционная колодка (7), пружина (8), биметаллическая пластина (9), ось (10).
Устройство автоматически возвращается в исходное состояние. Процесс самовозврата занимает не более 3 минут после включения защиты. Также возможен ручной возврат, для чего предусмотрена специальная кнопка Reset.
При использовании кнопки устройство возвращается в исходное положение за 1 минуту. Чтобы активировать кнопку, ее необходимо повернуть против часовой стрелки до тех пор, пока она не поднимется над корпусом. Ток уставки обычно обозначен на передней панели.
Механизм работы устройства
Выполняя защитные функции, автоматический выключатель размыкает силовые цепи питания. В отличие от него, тепловое реле просто отправляет управляющий сигнал при повышении нагрузки. Благодаря такой защите, токи меньшей силы переключаются в одной управляющей цепи.
Перед термореле устанавливается магнитный пускатель. При возникновении аварийной ситуации отпадает необходимость в дублировании работы контактора, что экономит материалы на изготовление силовых контактных групп.
Наиболее распространённые устройства оборудованы биметаллическими пластинами. Сама пластина состоит из двух элементов.
Один из них обладает высоким температурным коэффициентом, а другой — ниже. Эти два слоя хорошо спаяны между собой.
Так как составные части биметаллической пластины изготовлены из различных металлов, у которых разные коэффициенты расширения, при нагреве она начинает изгибаться и контактировать с контактами.
Такое жесткое соединение достигается сваркой или прокаткой в горячем состоянии. Поскольку пластина фиксирована, при нагревании она прогибается в сторону материала с меньшим коэффициентом температурного расширения. Этот принцип и лег в основу конструкций тепловых реле.
Для их производства используются хромоникелевые стали и немагнитные сплавы с высоким коэффициентом термического расширения, а материал с более низким значением этого параметра — инвар (сплав никеля и железа).
Так работает тепловое реле. Неприкрепленный конец биметаллической пластины воздействует на контакты термореле при ее изгибе (+).
Биметаллическая пластина нагревается токами нагрузки, которые, как правило, проходят по специальному нагревателю. Существует и комбинированный нагрев, при котором теплотворность обеспечивается как нагревателем, так и током, протекающим через пластину.
Подключение теплового реле
Закрытый контакт (normal connected), используемый для подключения теплового реле к магнитному пускателю, обозначается как NC или НЗ (нормально замкнутый). Нормально разомкнутый контакт обозначается как NO.
В простой схеме он используется для передачи сигнала о срабатывании защиты двигателя в случае превышения установленной температуры.
При использовании в сложных системах управления он может вызывать сигнал, указывающий на необходимость остановки конвейера в аварийной ситуации.
Тепловое реле располагается за контактами, но перед электродвигателем. Подключение контакта нормального замыкания к кнопке «Стоп» в панели управления осуществляется по последовательной схеме (+).
Обозначения клемм контактных устройств регулируются стандартами: нормально замкнутый — 95-96, нормально разомкнутый — 97-98. Первую пару подключают к пускателю, вторую предназначают для сигнализации. Чтобы защитить двигатель и тепловое реле от короткого замыкания, цепь должна содержать автоматическое устройство защиты.
Схема прибора включает кнопки «Тест» и «Стоп» или «Сброс». Первая используется для проверки функциональности, вторая — для ручного отключения защиты.
С помощью переключателя после активации защиты можно снова запустить электродвигатель. На стеклянной крышке устройства наносится маркировка и пломба.
В зависимости от способа подключения можно выделить две основные категории термореле:
- первая категория — устройства, установленные за магнитным пускателем и соединенные перемычками;
- вторая категория — приборы, подключаемые непосредственно на контактор пускателя.
Во втором варианте при запуске основная нагрузка ложится на контактор. Тепловой модуль в этом случае имеет медные контакты, которые подключаются к входам пускателя напрямую.
На схеме теплового реле указаны обозначения управляющих элементов и выводов. Также стоит учесть, что у разных моделей могут быть различия в обозначениях (+).
К ТР подсоединяются провода от двигателя. В этой схеме реле выполняет функцию промежуточного узла, анализируя ток, проходящий к двигателю от магнитного пускателя.
Особенности установки устройства
На быстроту срабатывания теплового модуля могут оказывать влияние не только токовые перегрузки, но и температура окружающей среды. Защита может сработать даже при отсутствии перегрузок.
Бывает, что двигатель, подверженный принудительной вентиляции, сталкивается с тепловой перегрузкой, но защита не активируется.
Чтобы избежать таких ситуаций, необходимо соблюдать рекомендации специалистов:
- При выборе реле следует ориентироваться на максимально допустимую температуру срабатывания.
- Защиту нужно размещать в одном помещении с объектом, который она охраняет.
- Для установки выбирайте места, вдали от источников тепла и вентиляторов.
- Настройка теплового модуля должна основываться на реальных температурных показателях окружающей среды.
- Оптимальным вариантом будет конструкция реле с встроенной термокомпенсацией.
Дополнительно, термореле может выполнять защиту от обрыва фазы или прекращения подачи электроэнергии. Это особенно важно для трехфазных моторов.
Ток в тепловом реле проходит последовательно через нагревательный элемент и далее к двигателю. Связь с обмоткой пускателя осуществляется через дополнительные контакты (+).
При проблемах с одним из фаз, две остальные могут принимать на себя ток большей силы, что приводит к быстрому нагреву и отключению. При неэффективной работе реле может выйти из строя как и электродвигатель, так и проводка.
Виды устройств
Класс тепловых реле включает несколько типов: ТРН, РТЛ, ТРП, РТИ, РТТ. Выбор каждого типа обусловлен особенностями конструкции.
Двухфазное токовое реле (ТРН) используется в основном для защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Эти реле работают от сетей с напряжением до 500 В и частотой 50 Гц.
Реле ТРН оснащено ручным механизмом регулирования контактирования. Его размеры позволяют инсталировать в комплектные устройства открытого или закрытого типа, которые координируют работу приводов. Однако оно не обеспечивает защиту от коротких замыканий и также требует защиты.
Реле ТРП имеют устойчивый к вибрациям механизм и прочный корпус. Предназначены для защиты асинхронных трехфазных двигателей, работающих в тяжелых механических условиях.
Эти устройства рассчитаны на максимальный ток 600 А и напряжение до 500 В. Для цепей постоянного тока их предельное напряжение составляет 440 В. Автоматика не реагирует на изменения внешней температуры и срабатывает при превышении 200°C.
Приборы РТЛ — трехфазные устройства, которые не только защищают мотор от перегрузки, но и оберегают ротор от заклинивания. Они предотвращают его повреждение в случае перепадов фаз и длительного старта.
Работа этих устройств осуществляется автономно с использованием клеммников КРЛ, а также в актуальной модификации с магнитным пускателем ПМЛ. Текущий рабочий диапазон — от 0,10 до 86 А.
Контактор работает совместно с тепловым реле. В момент срабатывания устройства нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты меняют свои позиции синхронно.
Прибор РТТ служит для защиты асинхронных двигателей от токовых перепадов, перекоса фаз и блокировок, а также от других непредвиденных ситуаций. Его можно использовать как отдельное устройство или интегрировать в пускатели ПМА и ПМЕ.
Трехфазный прибор РТИ обладает аналогичными функциями, как и РТТ, но применяется в сочетании с пускателями КТМ и КМИ.
Как выбрать тепловое реле
Двигателям требуется реле для защиты в случае, когда по технологическим причинам существует риск перегрузки. Другой случай — необходимость ограничить время запуска в условиях низкого напряжения.
Эти условия подробно описаны в соответствующей инструкции, где указано требование о наличии временной выдержки в защитном устройстве. Это становится возможным через использование тепловых реле.
Основные характеристики устройств
К основным характеристикам защитного устройства для моторов относятся:
- Скорость реакции контактов в зависимости от токовых параметров — временные-токовые характеристики.
- Рабочий ток, при котором тепловое реле срабатывает.
- Границы токовых настроек уставки. Этот параметр, при производстве устройств разными компаниями, варьируется минимально. Превышение номинального тока на 20% приводит к срабатыванию реле ориентировочно через 25 минут.
- Номинальный ток для рабочей биметаллической пластины, при данном значении реле не отключается мгновенно.
- Токовый диапазон, в пределах которого срабатывает реле.
Информацию о тепловом реле можно узнать, расшифровав его маркировку. Символ, обозначающий тип исполнения, может варьироваться.
Контактор в тандеме с тепловым реле. При срабатывании устройства нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакт синхронно изменяют свои позиции (+).
Регулирование размещения отечественных тепловых реле задается ГОСТом 15150. На их функционирование влияют такие факторы, как высота над уровнем моря, вибрация, удары и ускорения.
Производители учитывают все эти нюансы в маркировке своих изделий. Некоторые из них дополнительно информируют о возможности эксплуатации в среде с вредными веществами и взрывоопасными газами.
Правила выбора устройства
Общие требования к тепловым реле изложены в инструкции. В ней же отмечается, что защитное устройство должно иметь временную выдержку. Все эти требования реализуются с помощью специализированных приборов.
Характеристики временных токов теплового реле и защищаемого двигателя. При токах короткого замыкания нагревательные элементы реле становятся термически нестабильными (+).
Анализируя временные и токовые характеристики реле, необходимо учитывать, что срабатывание может происходить из перегретого или холодного состояния.
Наилучшая защита подразумевает, что кривая, иллюстрирующая оптимальную зависимость времени работы устройства от тока, должна располагаться ниже, чем кривая двигателя, что позволяет обеспечить надежную работу оборудования.
В таблице представлены технические характеристики теплового реле типа РТЛ, что позволяет выбрать защитное устройство с нужными показателями для мощности мотора (+).
Правильный выбор защитного устройства осуществляется на основании таких параметров, как рабочий номинальный ток, который связан с номинальным током нагрузки электродвигателя.
Согласно международным и российским стандартам, номинальный ток двигателя соответствует уставке тока срабатывания теплового реле.
Это означает, что включение прибора происходит при перегрузке от 20 до 30% или при Iср.х1,2 или 1,3 не позднее 20 минут.
Учитывая это, выбор следует осуществлять так, чтобы ток несрабатывания TР превышал номинальный ток защищаемого объекта примерно на 12%. Параметр In представлен в документации устройства и на табличке, прикрепленной к корпусу.
Исходя из этого, подбираются как ТР, так и соответствующий пускатель. Шкала реле откалибрована в амперах и обычно соответствует значению тока уставки.
В качестве примера можно рассмотреть выбор теплового реле для асинхронного двигателя с подключением к сети 380 В и мощностью 1,5 кВт.
Рабочий номинальный ток составляет 2,8 А, следовательно, пороговое значение для теплового реле будет: 1,2*2,8 = 3,36 А. На основании таблицы выбираем РТЛ-1008, который имеет диапазон регулировки от 2,4 до 4 А.
При срабатывании защиты сначала устраняется причина остановки, а затем с помощью клавиши возврата восстанавливается исходное состояние теплового реле.
Если паспортные данные двигателя неизвестны, ток можно определить при помощи специализированных приборов — токоизмерительных клещей или мультиметра с нужной функцией. Измерения следует проводить на каждой фазе.
Важно при выборе обращать внимание на напряжение, указанное на устройстве. Если планируется использование сочетания ТР с пускателем, следует учесть количество контактов.
При подключении устройства к трехфазной сети необходим защитный модуль для случаев обжигания проводников или перекоса фаз.
Заключение и полезное видео по теме
Схема надежной защиты двигателя:
Компоненты теплового реле:
Принцип взаимодействия различных устройств при различных вариантах подключения теплового реле остается неизменным. Для лучшей ориентировки в схемах важно уметь «читать» маркировку приборов. Лучше всего выполнять все работы по подключению специалисту, имеющему соответствующую квалификацию для работы с высоким напряжением.
Есть добавить что-то или возникли вопросы по выбору и применению теплового реле? Оставляйте свои комментарии к статье, участвуйте в обсуждениях и делитесь личным опытом использования устройств. Форма для связи расположена в нижнем блоке.
