Тепловое реле для электродвигателей: принципы работы, конструкция и рекомендации по выбору

Во время эксплуатации электротехнического оборудования на него регулярно воздействуют токовые перегрузки, что сокращает срок службы. В таких ситуациях защиту обеспечивает тепловое реле, которое отключает электропитание при возникновении аномальных условий.

В данной статье мы подробнее рассмотрим устройство, принципы функционирования, разновидности и особенности подключения данного защитного устройства. Также будут освещены ключевые характеристики и параметры, которые следует принимать во внимание при выборе теплового реле.

Конструкция тепловых реле

Все типы тепловых реле имеют схожую структуру. Ключевым элементом любого устройства является чувствительная биметаллическая пластина.

Ток, при котором срабатывает реле, зависит от температуры окружающей среды, в которой оно используется. Повышение температуры сокращает время, необходимое для срабатывания реле.

Чтобы минимизировать это влияние, разработчики стремятся использовать биметаллы с высокой температурой срабатывания. Дополнительно некоторые устройства могут быть оснащены компенсационными пластинами.

Прибор включает в себя корпус, нихромовый нагреватель, биметаллическую пластину, защелку, винты, рычаги, подвижные контакты и кнопку возврата (+).

При наличии нихромовых нагревателей их подключение осуществляется согласно параллельной, последовательной или комбинированной схеме с пластиной.

Ток в биметалле регулируется с помощью шунтов, все компоненты размещены внутри корпуса. Биметаллический элемент U-образной формы установлен на оси.

Цилиндрическая пружина поддерживает один конец пластины, в то время как другой конец опирается на уравновешенную изоляционную колодку. Пластина вращается вокруг оси и служит опорой для контактного мостика, который оборудован серебряными контактами.

Для установки тока срабатывания левый конец биметаллической пластины соединяется с механизмом. Регулирование происходит за счет воздействия на начальную деформацию пластины.

Когда ток перегрузки достигает или превышает установленное значение, изоляционная колодка поворачивается под действием пластины, и в результате ее опрокидывания происходит размыкание контакта.

В разрезе устройства ТРТ основные компоненты обозначены как: корпус (1), механизм настройки (2), кнопка (3), ось (4), серебряные контакты (5), контактный мостик (6), изоляционная колодка (7), пружина (8), биметаллическая пластина (9), ось (10).

Реле автоматически возвращается в исходное состояние. Этот процесс занимает не более трех минут с момента отключения защиты. Также возможен ручной возврат, для этого предусмотрена кнопка Reset.

При нажатии на эту кнопку прибор восстанавливает исходное положение за одну минуту. Чтобы активировать кнопку, ее нужно повернуть против часовой стрелки до тех пор, пока она не приподнимется над корпусом. Обычно ток срабатывания указывается на щитке.

Работа устройства

Основная функция защиты автоматического выключателя — разъединение силовых цепей. В отличие от него, тепловое реле при превышении нагрузки лишь выдает управляющий сигнал. Таким образом, токи малой величины переключаются в одной цепи управления.

Перед термореле в схеме находится магнитный пускатель. Когда схемы размыкаются в аварийной ситуации, отпадает необходимость дублировать работу контактора, что ведет к экономии на материалах для силовых контактных групп.

Наиболее распространены реле, оборудованные биметаллическими пластинами. Сама пластина состоит из двух различных элементов.

Один элемент обладает высоким температурным коэффициентом, а другой — несколько меньшим. Эти элементы прочно соединены друг с другом.

Поскольку биметаллическая пластина составляется из двух несходных металлов с разными коэффициентами расширения, нагрев заставляет ее изгибаться и взаимодействовать с контактами.

Такое крепление осуществляется с помощью сваривания или горячей прокатки. Из-за неподвижной установки пластины при нагреве она изгибается в сторону элемента с низким температурным коэффициентом. Этот принцип положен в основу работы тепловых реле.

Производят их из хромоникелевой стали и немагнитных материалов с высоким температурным коэффициентом. В качестве материала с низким значением этого параметра используется инвар — сплав никеля с железом.

Таким образом, тепловое реле функционирует на основе описанных принципов. Не прикрепленный конец биметаллической пластины при прогибе будет действовать на контакты термореле (+).

Биметаллическая пластина нагревается токами нагрузки, которые, как правило, проходят через специальный нагреватель. В некоторых случаях возможно комбинированное нагревание, когда тепло от нагревателя совмещается с теплом, создаваемым током, проходящим через биметалл.

Как подключить тепловое реле

Замкнутый контакт (normal connected), используемый для подключения теплового реле к магнитному пускателю, обозначается как NC или НЗ, что переводится как нормально замкнутый. Нормально разомкнутый контакт обозначается как NO.

В простых схемах этот контакт служит для подачи сигнала о срабатывании защиты двигателя, связанного с превышением критической температуры.

При включении в более сложные схемы управления он может сформировать сигнал об отключении конвейера в аварийной ситуации.

Тепловое реле устанавливается после контакторов, но перед электродвигателем. Подключение нормально замкнутого контакта к кнопке «Стоп» в панели управления происходит по последовательной схеме (+).

Обозначения клемм контактора следуют стандартизированным ГОСТ: нормально замкнутый — 95-96, нормально разомкнутый — 97-98. Первую пару подключають к пускателю, а вторую используют для сигнализации. Для защиты двигателя и теплового реле от короткого замыкания необходимо также установить автомат защиты.

Схема устройства включает кнопки «Тест» и «Стоп» или «Сброс». Первая служит для проверки работоспособности, а вторая — для отключения защиты вручную.

С помощью поворотного переключателя после активации защиты можно вновь запустить электродвигатель. На стеклянной крышке устройства располагаются маркировка и пломба.

В зависимости от типа подключения, можно выделить две основные группы тепловых реле:

• первая группа — устройства, которые устанавливаются за магнитным пускателем и подключаются с использованием перемычек;
• вторая группа — реле, которые монтируются непосредственно на контактор пускателя.

В последнем варианте при запуске основная нагрузка испытывается на контакторе. Здесь тепловое реле имеет медные контакты, непосредственно присоединённые к входам пускателя.

Схема теплового реле содержит обозначения управляющих элементов и выводов. В разных моделях эти обозначения могут варьироваться (+).

К устройству подключают провода от двигателя, при этом реле в схеме выступает в роли промежуточного узла, анализируя ток, идущий к двигателю от магнитного пускателя.

Особенности установки устройства

На скорость срабатывания теплового реле могут влиять не только токовые перегрузки, но и условия внешней температуры. Иногда защита срабатывает даже при отсутствии перегрузок.

В некоторых случаях под воздействием принудительной вентиляции двигатель может подвергаться тепловым перегрузкам, однако защита не активируется.

Чтобы избежать подобных проблем, рекомендуется следовать указаниям специалистов:

1. При выборе реле обращать внимание на максимально допустимую температуру срабатывания.
2. Устанавливать защиту в том же помещении, где находится защищаемый объект.
3. Выбирать места установки без источников тепла или вентиляционного оборудования.
4. Настраивать тепловое реле на реальную температуру окружающей среды.
5. Оптимальный вариант — наличие в устройстве встроенной термокомпенсации.

Дополнительной функцией термореле является защита от отключения фазы или всей питающей сети. Этот аспект особенно важен для трехфазных электрических моторов.

Ток в тепловом реле движется последовательно через нагревательный узел и далее к двигателю. Для подключения к обмотке пускателя используют дополнительные контакты (+).

При неисправностях в одной из фаз оставшиеся две могут принять на себя ток большего значения, что приводит к быстрому перегреву и отключению. Если реле работает неправильно, это может стать причиной выхода из строя как двигателя, так и проводки.

Различные типы тепловых реле

Класс тепловых реле включает несколько категорий: ТРН, РТЛ, ТРП, РТИ, РТТ. Применение каждого типа обусловлено его конструктивными особенностями.

Токовое реле двухфазное (ТРН) чаще всего используется для защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Обычно они работают от сети с напряжением до 500 В и частотой 50 Гц.

Реле оснащены ручным механизмом управления контактами. Размеры ТРН позволяют интегрировать их в комплектные устройства как закрытого, так и открытого типа, управляющие работой приводов. Однако они не выполняют функции защиты от короткого замыкания и сами нуждаются в такой защите.

Реле ТРП имеют механизмы, устойчивые к вибрациям, и ударопрочные корпуса. Они предназначены для защиты асинхронных трехфазных двигателей, работающих в условиях высоких механических нагрузок.

Эти реле рассчитаны на максимально допустимый ток в 600 А и напряжение до 500 В, а в цепях постоянного тока — до 440 В. Автоматика этого типа нечувствительна к внешним температурным условиям и срабатывает, когда температура превышает 200°C.

Аппараты РТЛ — это трехфазные устройства, которые не только защищают электродвигатель от перегрузок, но и предотвращают ротор от заклинивания. Они также защищают от возможных повреждений, возникающих из-за перекоса фаз или длительного пуска.

Эти устройства функционируют автономно с клеммниками КРЛ, а также в версиях с магнитными пускателями ПМЛ. Рабочий ток может варьироваться в пределах 0,10 до 86 А.

Контактор работает совместно с тепловым реле. При активации устройства нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты одновременно меняют свои положения.

РТТ — это устройство, обеспечивающее защиту асинхронных двигателей от скачков тока, проблемы перекоса фаз, заклинивания и других аварийных ситуаций. Оно может использоваться как самостоятельный компонент, так и в виде встроенной части в пускатели ПМА и ПМЕ.

Устройство трехфазного типа РТИ обладает теми же функциями, что и предыдущее, но предназначено для работы в модификациях с пускателями КТМ и КМИ.

Критерии выбора теплового реле

Тепловое реле необходимо для защиты двигателя в случаях, когда технологические моменты могут привести к его перегрузке. Еще одна причина — ограничение времени пуска при низком напряжении.

Эти требования изложены в соответствующих инструкциях, где также указано на важность наличия времени срабатывания защиты. Эти функции реализуются при помощи тепловых реле.

Основные характеристики устройств

Ключевыми параметрами защитного устройства являются:

1. Скорость работы контактов, зависящая от токовых характеристик — временные зависимости.
2. Рабочий ток, при котором тепловое реле срабатывает.
3. Границы токовых установок. Этот показатель у различных моделей может незначительно различаться. Превышение номинального значения на 20% приводит к срабатыванию устройства примерно через 25 минут.
4. Номинальное значение тока рабочей биметаллической пластины, которое определяет момент, когда реле не отключится мгновенно.
5. Токовый диапазон, в котором срабатывает реле.

Информацию о тепловом реле можно узнать, расшифровав его маркировку. Символы, обозначающие тип исполнения, могут варьироваться.

Контактор работает вместе с тепловым реле. При срабатывании устройства нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты изменяют свое положение синхронно (+)

Условия установки отечественных тепловых реле стандартизированы ГОСТ 15150. На их работу влияют такие факторы, как высота над уровнем моря, вибрации, удары и ускорения.

Эти моменты производители учитывают в маркировке своих моделей. Некоторые из них могут дополнительно указывать возможность применения в условиях присутствия вредных веществ и взрывоопасных газов.

Выбор устройства по установленным правилам

Требования к термореле указаны в инструкции, где также отмечается, что устройство должно иметь определенную выдержку по времени. Все параметры реализуются с помощью специальных приборов.

Временные и токовые характеристики термореле и защищаемого двигателя. При аварийных токах нагревательные элементы реле могут стать термически неустойчивыми (+)

При анализе временных и токовых характеристик следует учитывать возможное срабатывание как из перегретого, так и из холодного состояния.

Идеальная защита подразумевает, что кривая, показывающая оптимальную зависимость времени токопроводимости от величины тока для реле и двигателя, должна быть разной. Первая кривая должна находиться ниже второй.

В таблице представлены технические характеристики термореле типа РТЛ. Она поможет выбрать защитное устройство с необходимыми параметрами для электрического двигателя (+)

Правильный выбор защитного устройства осуществляется на основе такого показателя, как рабочий номинальный ток. Этот параметр связан с номинальным током нагрузки электродвигателя.

Согласно как международным, так и отечественным стандартам, номинальный ток двигателя должен совпадать с установкой срабатывания термореле.

Это означает, что прибор должен включаться при перегрузке от 20 до 30% или при Iср.х1,2 или 1,3 не позднее 20 минут.

Исходя из этого, необходимо выбирать так, чтобы ток несрабатывания ТР превышал номинальный ток защищаемого устройства в среднем на 12%. Значение In указано в паспорте изделия и на табличке, прикрепленной к корпусу.

На основе этого показателя подбираются как ТР, так и соответствующий ему пускатель. Шкала реле калибруется в амперах и, как правило, соответствует значению тока уставки.

Например, тепловое реле, предназначенное для асинхронного двигателя с мощностью 1,5 кВт, подключенного к сети 380 В, будет иметь рабочий номинальный ток 2,8 А. Соответственно, пороговый ток для термореле составит: 1,2*2,8 = 3,36 А. Исходя из таблицы, стоит выбрать РТЛ-1008, который имеет диапазон регулировки от 2,4 до 4 А.

После срабатывания защиты сначала следует устранить первопричину неисправности, а затем вернуть устройство в исходное состояние с помощью кнопки возврата.

Если данные о паспорте двигателя отсутствуют, ток можно определить с помощью специальных приборов — токоизмерительных клещей или мультиметра с соответствующей функцией. Измерения проводятся по каждой фазе.

При выборе необходимо обращать внимание на напряжение, указанное на устройстве. Если планируется использование тандема ТР-пускатель, следует учитывать количество контактов.

При подключении в трехфазную сеть необходим модуль, имеющий функцию защиты от перегорания проводников или перекоса фаз.

Итоги и полезное видео по теме

Схема эффективной защиты для двигателя:

Компоненты теплового реле:

Принцип взаимодействия различных устройств остается неизменным при разных вариантах подключения теплового реле. Для понимания схем необходимо уметь «читать» маркировку оборудования. В идеале все работы по подключению должны выполнять квалифицированные специалисты с разрешением на работы в условиях высокого напряжения.

Есть что добавить, или возникли вопросы по выбору и использованию теплового реле? Оставляйте комментарии к статье, участвуйте в обсуждениях и делитесь опытом применения устройств. Форма для обратной связи расположена в нижнем блоке.

Видео:

Тепловое Реле для Электродвигателя. Устройство и схема теплового реле перегрузки.