Тепловое реле для электродвигателя: принцип работы, устройство, как выбрать

Виды тепловых реле

Существует множество видов, на которые делятся тепловые реле:

  1. Биметаллические — РТЛ (ksd, lrf, lrd, lr, iek и ptlr).
  2. Твердотельные.
  3. Реле для осуществления контроля температурного режима устройства. Основные обозначения являются следующими: РТК, NR, TF, ERB и DU.
  4. Реле плавления сплава.

Биметаллические ТР обладают примитивной конструкцией и являются простыми устройствами.

Принцип действия теплового реле твердотельного типа существенно отличается от биметаллического типа. Твердотельное реле — электронное устройство, которое еще называется шнайдером и выполнено на радиоэлементах без механических контактов.

К ним относятся РТР и РТИ ИЭК, которые вычисляют средние температуры электродвигателя путем мониторинга его пускового и Iн. Основной особенностью этих реле является способность противостоять искрам, т.е. они могут использоваться во взрывоопасных средах. Этот тип реле быстрее по времени срабатывания и легче регулируется.

РТК предназначены для контроля температурного режима электродвигателя или другого устройства при помощи термистора или теплового сопротивления (зонда). При возрастании температуры до критического режима его сопротивление резко возрастает. Согласно закону Ома, при росте R уменьшается ток и потребитель отключается, т.к. его величины недостаточно для нормальной работы потребителя. Этот тип реле применяется в холодильниках и морозильных камерах.

Конструкция теплового реле плавления сплава существенно отличается от остальных моделей и состоит из следующих элементов:

  1. Обмотка нагревателя.
  2. Сплав, обладающий низкой температурой плавления (эвтектический).
  3. Механизм разрыва цепи.

Эвтектический сплав плавится при низкой температуре и защищает цепь питания потребителя, разрывая контакт. Это реле встраивается в устройство и применяется в стиральных машинах и автомобильной технике.

Подбор теплового реле производится при анализе ТХ и условий эксплуатации устройства, которое необходимо защитить от перегрева.

Виды термореле защиты

Следует отметить, что на современном рынке электротехнических изделий представлены разные типы модулей тепловой защиты электрических силовых агрегатов. Каждый из этих типов устройств используется в конкретной ситуации и для определенного вида электрического оборудования. К основным разновидностям тепловых реле защиты можно отнести следующие конструкции.

  1. РТЛ — электромеханический прибор, обеспечивающий качественную тепловую защиту трехфазных электродвигателей и других силовых установок от критических перегрузок по току потребления. Кроме этого, термореле этого вида защищает электроустановку при дисбалансе питающих фаз, затянутого во времени пуска устройства, а также при механических проблемах с ротором: заклинивания вала и так далее.  Монтируется прибор на контактах ПМЛ (пускатель магнитный) или как самостоятельный элемент с клемником КРЛ.
  2. РТТ — трехфазное устройство, предназначенное для обеспечения защиты электрических двигателей с короткозамкнутым ротором от токовых перегрузок, перекосу между питающими фазами и при механических повреждениях ротора, а также от затянутого по времени пускового момента. Имеет два варианта установки: как самостоятельный прибор на панели или совмещенный с магнитными пускателями ПМЕ и ПМА.
  3. РТИ — трехфазный вариант электротеплового расцепителя, защищающего электрический двигатель от тепловых повреждений обмоток при критическом превышении значений тока потребления, от длинного пускового момента, асимметрии питающих фаз и при механических повреждениях движущихся частей ротора. Устанавливается устройство на магнитных контакторах КМТ или КМИ.
  4. ТРН — двухфазное устройство электротепловой защиты электрических двигателей, обеспечивающее контроль длительности пуска и тока в нормальном рабочем режиме. Возврат контактов в исходное состояние после аварийного срабатывания осуществляется только вручную. Работа данного расцепителя совершенно не зависит от температуры окружающего воздуха, что актуально для жаркого климата и горячих производств.
  5. РТК — электротепловой расцепитель, при помощи которого можно контролировать один-единственный параметр — температуру металлического корпуса электрической установки. Контроль осуществляется с использованием специального щупа. При превышении критического значения температуры устройство отключает электроустановку от линии питания.
  6. Твердотельное — тепловое реле, не имеющее в своей конструкции каких-либо подвижных элементов. Работа расцепителя не зависит от температурного режима в окружающей среде и других характеристик атмосферного воздуха, что актуально для взрывоопасных производств. Обеспечивает контроль над длительностью разгона электрических моторов, оптимальным током нагрузки, обрывом фазных проводов и заклиниванием ротора.
  7. РТЭ — защитное термореле, по своей сути являющееся плавким предохранителем. Прибор изготовлен из металлического сплава с низкой температурой плавления, который плавится при критических значениях температуры и разрывает цепь, питающую электроустановку. Это электротехническое изделие монтируется непосредственно в корпус электросиловой установки на штатное место.

Из вышеприведенной информации видно, что в настоящее время существует несколько различных типов электротепловых реле. Все они используются для решения одной-единственной задачи — защиты электрических двигателей и других силовых электроустановок от токовых перегрузок с повышением температур рабочих частей агрегатов до критических значений.

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».

Схема подключения магнитного пускателя

Устройства тепловой защиты, встраиваемые в клеммную коробку

В устройствах тепловой защиты, или термостатах, используется биметаллический автоматический выключатель дискового типа мгновенного действия для размыкания и замыкания цепи при достижении определённой температуры. Устройства тепловой защиты называют также «кликсонами» (по названию торговой марки от Texas Instruments). Как только биметаллический диск достигает заданной температуры, он размыкает или замыкает группу контактов в подключённой схеме управления. Термостаты оснащены контактами для нормально разомкнутого или нормально замкнутого режима работы, но одно и то же устройство не может использоваться для двух режимов. Термостаты предварительно откалиброваны производителем, и их установки менять нельзя. Диски герметично изолированы и располагаются на контактной колодке.

Через термостат может подаваться напряжение в цепи аварийной сигнализации — если он нормально разомкнут, или термостат может обесточивать электродвигатель — если он нормально замкнут и последовательно соединён с контактором. Так как термостаты находятся на наружной поверхности концов катушки, то они реагируют на температуру в месте расположения. Применительно к трёхфазным электродвигателям термостаты считаются нестабильной защитой в условиях торможения или в других условиях быстрого изменения температуры. В однофазных электродвигателях термостаты служат для защиты при блокировке ротора.

Расчет теплового реле по мощности двигателя

Тепловые реле предназначены для защиты электродвигателей от токов перегрузки.

Тепловые реле нельзя применять для защиты от токов короткого замыкания, потому что эти реле срабатывают с выдержкой времени, необходимой для нагрева биметаллической пластины.

Для защиты от токов короткого замыкания применяют защитные устройства мгновенного действия

– автоматические выключатели, предохранители и электромагнитные реле максимального тока.

8.6.2. Условия выбора тепловых реле. Требования Правил Регистра

Тепловые реле выбирают на основании условия:

номинальный ток теплового реле должен равняться номинальному току электродвигателя. Это условие можно записать так:

Таким образом, чтобы выбрать тепловое реле, надо сначала рассчитать номинальный ток электродвигателя.

Нередко рассчитанный номинальный ток электродвигателя не совпадает с номинальным током теплового реле. В этом случае применяют регулировку номи-

нального тока теплового реле.

Тепловые реле серии ТРТ отечественного производства имеют регулировку в пределах ± 15% номинального тока нагревательного элемента реле, в три ступе-

ни по ± 5% каждая.

Это означает, что, например, тепловое реле с номинальным током 90 А можно отрегулировать на такие токи :

при настройке + 15% — на ток 103,5 А ( 15% от 90 составляют 13,5 А, в итоге получается: 90 + 13,5 = 103,5 );

при настройке + 10% — на ток 99 А;

при настройке + 5% — на ток 94,5 А;

при настройке 0% — на 90 А;

при настройке – 5% — на 85,5 А;

при настройке – 10% — на 81 А;

при настройке – 15% — на 76,5 А.

Таким образом, тепловое реле с номинальным током 90 А можно применить

для защиты электродвигателей с номинальными токами от 76,5 до 103,5 А.

В соответствии с требованиями Правил Регистра, защитные устройства от токов перегрузки 3-фазных асинхронных двигателей должны устанавливаться не менее чем в двух фазах.

В данном курсовом проекте исполнительный двигатель лебёдки имеет три об-

мотки статора. Для защиты каждой обмотки от токов перегрузки надо выбрать по 2 тепловых реле.

8.6.3. Выбор тепловых реле обмотки 1-й скорости

1. Номинальный ток обмотки статора 1-й скорости Iн.дв

= 51 А;

2. в соответствии с условием выбора Iн.тр =Iн.дв,

выбираю тепловое реле типа

Читать также: Фрезерный стол работа видео

ТРТ 136 с номинальным токомIн.тр =

50 А;

3. поскольку номинальные токи реле и двигателя не совпадают, изменяю уставку реле на +5%, что составит 52,5 А. Если не изменить ( завысить ) уставку, тепло-

вое реле при номинальном токе двигателя отключит его;

4. теперь новое значение номинального тока реле практически совпадает с номи-

нальным током двигателя Iн.дв

= 51 А;

5. число тепловых реле – 2 шт.

8.6.4. Выбор тепловых реле обмотки 2-й скорости

1. Номинальный ток обмотки статора 2-й скорости Iн.дв

= 59 А;

2. в соответствии с условием выбора Iн.тр =Iн.дв,

выбираю тепловое реле типа ТРТ 137 с номинальным токомIн.тр = 56 А;

3. поскольку номинальные токи реле и двигателя не совпадают, изменяю уставку реле на +5 %, что составит 58,8 А;

4. теперь новое значение номинального тока реле практически совпадает с номи-

нальным током двигателя Iн.дв

= 59 А;

В течение длительного рабочего процесса у любых электродвигателей перегреваются обмотки, портится изоляционное покрытие. Подобные ситуации нередко приводят к межвитковым замыканиям, выгоранию полюсов и другим негативным последствиям, требующим срочного дорогостоящего ремонта.

Тепловое реле надежно защищает агрегат от механических перегрузок, заклинивания ротора, перекоса фаз и других аварийных ситуаций.

Что делать, если паспортные данные не известны?

Для этого случая рекомендуем использовать токовые клещи или мультиметр С266, конструкция которого также включает токоизмерительные клещи. С помощью данных приборов нужно определить ток мотора в работе, измерив его на фазах.

В том случае, когда на таблице частично читаются данные, размещаем таблицу с паспортными данными асинхронных двигателей широко распространенных в народном хозяйстве (тип АИР). С помощью нее возможно определить In.

Кстати, недавно мы рассмотрели принцип действия и устройство тепловых реле, с чем настоятельно рекомендуем вам ознакомиться!

В зависимости от токовой нагрузки будет различаться и время срабатывания защиты, при 125% должно быть порядка 20 минут. В диаграмме ниже указана векторная кривая зависимости кратности тока от In и времени срабатывания.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Надеемся, прочитав нашу статью, вам стало понятно, как выбрать тепловое реле для двигателя по номинальному току, а также мощности самого электродвигателя. Как вы видите, условия выбора аппарата не сложные, т.к. можно без формул и сложных вычислений подобрать подходящий номинал, используя таблицу!

В схеме с тепловым реле используют нормально-замкнутый контакт реле КК1.1 в цепи управления пускателем, и три силовых контакта КК1, через которые подается питание на электродвигатель.

При включении автоматического выключателя QF1 фаза «А», питающая цепи управления, через кнопку SB1 «Стоп» поступает на контакт №3 кнопки SB2 «Пуск», вспомогательный контакт 13НО пускателя КМ1, и остается дежурить на этих контактах. Схема готова к работе.

При нажатии на кнопку SB2 фаза через нормально-замкнутый контакт КК1.1 поступает на катушку магнитного пускателя КМ1, пускатель срабатывает и его все нормально-разомкнутые контакты замыкаются, а нормально-замкнутые размыкаются.

При замыкании контакта КМ1.1 пускатель встает на самоподхват. При замыкании силовых контактов КМ1 фазы «А», «В», «С» через контакты теплового реле КК1 поступают на обмотки электродвигателя и двигатель начинает вращение.

При увеличении тока нагрузки через силовые контакты термореле КК1, реле сработает, контакт КК1.1 разомкнется и пускатель КМ1 обесточится.

Если возникнет необходимость в простой остановке двигателя, то достаточно будет нажать на кнопку «Стоп». Контакты кнопки разорвутся, фаза прервется и пускатель обесточится.

На фотографиях ниже показана часть монтажной схемы цепей управления:

Следующая принципиальная схема аналогична первой и отличается лишь тем, что нормально-замкнутый контакт термореле (95 – 96) разрывает ноль пускателя. Именно эта схема получила наибольшее распространение из-за удобства и экономичности монтажа: ноль сразу заводят на контакт термореле, а со второго контакта реле бросают перемычку на катушку пускателя.

При срабатывании термореле контакт КК1.1 размыкается, «ноль» разрывается и пускатель обесточивается.

И в заключении рассмотрим подключение электротеплового реле в реверсивной схеме управления пускателем.

От типовой схемы она, как и схема с одним пускателем, отличается лишь наличием нормально-замкнутого контакта реле КК1.1 в цепи управления, и тремя силовыми контактами КК1, через которые запитывается электродвигатель.

При срабатывании защиты контакты КК1.1 разрываются и отключают «ноль». Работающий пускатель обесточивается и двигатель останавливается. При возникновении необходимости в простой остановке двигателя достаточно нажать на кнопку «Стоп».

Вот и подошел к логическому завершению рассказ о магнитном пускателе.
Понятно, что только одних теоретических знаний мало. Но если Вы будете практиковаться, то сможете собрать любую схему с применением магнитного пускателя.

И уже по сложившейся традиции небольшой видеоролик о применении электротеплового реле.

История создания тепловых реле

Идея регулировки температуры возникла в XVII веке. Английский изобретатель Корнелиус Дреббель применил в двух изобретениях: печь, инкубатор для цыплят. Конструкции требовали ответственного подхода. Дреббель сумел реализовать концепцию, используя ртуть. Любопытный факт: на момент начала третьего десятилетия термометров, не существовало. Работающих на ртути. Историки склонны изобретение термометра приписывать Корнелиусу Дреббелю. Касательно печей новшество заключалось в следующем:

  • Топка снабжалась воздухом через сопло, снабжаемое регулируемой заслонкой.
  • В зависимости от конструкции сооружение оборудовалось подобием реторты, дно которой размещалось в пепле, либо углях.
  • Изменяющийся уровень ртути позволял осуществлять поддержание температуры на заданном уровне путем регулирования объема подаваемого воздуха.

Патент US1477455 A

Аналогичного рода конструкция предложена инженерами компании Вестингауз Электрик в 1917 году (патент US1477455 A). Уровень ртути позволял замкнуть-размокнуть цепь в зависимости от изменяющейся температуры. Еще раньше для контроля параметров среды стали применять свойства биметаллических пластин. Патент Вестингауз Электрик принят только 11 декабря 1923 года, шведско-швейцарская компания ABB занималась выпуском тепловых реле для защиты работающих двигателей с 1920 года. Термостаты для инкубатора, печи под авторства Дреббеля рассмотрены комиссией организованного в 1660 году Королевского общества (Англии). И примерно через 40 лет после создания нашли признание ученого совета.

Свойства биметаллических пластин известны с 1726 года. Точнее говоря, к этой дате приурочено первое их официальное применение. Джон Харрисон, плотник по профессии, кое-что знал о металлах. Нашел оригинальный способ подарить маятниковым часам независимость от температуры. Подвес изготовил из стержней двух разных металлов, что проиллюстрировано на изображении, взятом из издания Общества Ньюкомена (1946 год). По мере изменения температуры длина маятника остается постоянной. Период колебаний поддерживается с высокой точностью.

Джон Харрисон не останавливается на достигнутом, в палубных часах конструкции 1761 года применяет балансную пружину свернутой биметаллической ленты. По замыслу конструктора новшество скомпенсирует капризы климата. Теперь время позволит определить географические координаты вне зависимости от температуры. Идеи Дреббеля и Харрисона использовал в 1792 году Жан Симон Боннемейн, – сегодня называемый отцом централизованного снабжения горячей водой. Применял идеи терморегуляторов для курятников (1777 год). Историки отмечают любопытный факт: несмотря на знаменитость Жан остается личностью загадочной. Доподлинно неизвестен день рождения.

Маятник и балансная пружина

Инкубатор Боннемейна напоминает печь-буржуйку. Снизу цилиндрическая конструкция подогревается открытым пламенем, продукты сгорания обтекают стенки и уходят наружу. Температура контролируется биметаллической пластиной (из железа и латуни), погруженной в воды, заполняющую пространство меж стенок. Неудивительно, что в скором времени инженер придумал первую котельную. Температура пламени регулируется скоростью подачи воздуха в топку, биметаллический стержень управляет заслонкой. Последовали многие другие изобретения аналогичного толка.

В некоторой степени к тепловым реле можно отнести изобретение Джеймса Кьюли (интернет обошел внимание подробности жизни), датированное 1816 годом. В британском патенте №4086 упоминается некий балансный термометр

Весы, вага которых представлена трубкой с двумя утолщениями на концах. Поделена в центре двумя секциям, одна заполнена спиртом, другая – ртутью. При изменении температуры нарушается баланс, поскольку объёмы в утолщениях неравные. И нужно, подстраивая длины плеч винтом, добиться равновесия. Показания считываются с зубчатого лимба, жестко привязанного к трубке. Изобретатель отмечал возможность использования изобретения для контроля микроклимата зданий.

Защита от перегрева

Источник перегрева может находиться в обмотке статора, в роторе, подшипниках, в месте электрического подключения. Во всех перечисленных случаях тепловая энергия выделяется на корпусе электродвигателя. Как правило, источником нагрева является обмотка, поэтому температурные датчики обычно устанавливают около нее, в лобовой части двигателя, которая меньше всего охлаждается вентилятором обдува.

В качестве датчиков используют полупроводниковые PTC терморезисторы (термисторы или позисторы). Термисторная защита наиболее эффективна, поскольку реагирует на все возможные причины возникновения перегрева — заклинивание подшипников или нагрузки (быстрое нагревание), перегрузка, обрыв фазы или плохое охлаждение (медленное нагревание).

Стандартное сопротивление позистора при температуре +25°С должно быть не более 300 Ом. При повышении температуры до пороговой сопротивление резко возрастает до значений более 2 кОм.

Если электродвигатель расположен в ответственном месте, целесообразно установить несколько датчиков внутри него и на корпусе с целью постоянного мониторинга и быстрого реагирования на внештатные ситуации.

Для защиты от перегрева корпуса очень важно обеспечить правильную работу воздушного охлаждения. В системе охлаждения используется вентилятор обдува, крыльчатка которого насажена на вал электродвигателя

Эффективность обдува снижается с повышением температуры окружающей среды. Рабочая мощность двигателя может быть равна номинальной при температуре среды не выше 40°С.

При повышении температуры воздуха мощность на валу должна быть снижена, иначе двигатель начнет перегреваться. Так, при температуре окружающей среды +60°С мощность не должна превышать 82% от номинала.

На перегрев двигателя также влияет высота его установки над уровнем моря. Это связано с меньшей эффективностью отбора тепла воздушным потоком на больших высотах. Например, если на высотах до 1000 м рабочая мощность может быть равна номинальной, то на высоте 4000 м мощность необходимо снизить до 80%.

На большой высоте и при высокой температуре окружающей среды можно не понижать механическую мощность , если обеспечить принудительное интенсивное охлаждение. Более того, при интенсивном охлаждении и нормальных условиях работы можно добиться мощности выше номинала

В таких случаях нужно уделить особое внимание мониторингу температуры двигателя

Особенности монтажа

Как правило, установку теплового реле производят совместно с магнитным пускателем, который и осуществляет коммутацию и запуск электропривода. Однако существуют также и приборы с возможностью установки как отдельное устройство рядом на монтажной панели или DIN рейке, такие как ТРН и РТТ. Все зависит от наличия нужного номинала в ближайшем магазине, складе или в гараже в «стратегических запасах».

Наличие у теплового реле ТРН только двух входящих подключений не должно вас пугать, поскольку фазы три. Неподключенный провод фазы уходит с пускателя на двигатель, минуя реле. Ток в электродвигателе меняется пропорционально во всех трех фазах, поэтому контролировать достаточно любые две из них. Собранная конструкция, пускатель с теплушкой ТРН будет выгладить так: Или так с РТТ:

Рассмотрим схему из статьи в которой трехфазный двигатель вращается в одну сторону и управление включением осуществляется с одного места двумя кнопками СТОП И ПУСК.

Автомат включен и на верхние клеммы пускателя поступает напряжение. После нажатия на кнопку ПУСК, катушка пускателя А1 и А2 оказывается подключена к сети L2 и L3. В данной схеме используется пускатель с катушкой на 380 вольт, вариант подключения с однофазной катушкой 220 вольт ищите в нашей отдельной статье (ссылка выше).

Катушка включает пускатель и замыкаются дополнительные контакты No(13) и No(14), теперь можно отпустить ПУСК, контактор останется включенным. Данная схема называется «пуск с самоподхватом». Теперь для того чтобы отключить двигатель от сети необходимо обесточить катушку. Проследив по схеме путь тока, видим что это может произойти при нажатии СТОП или размыкании контактов теплового реле (выделен красным прямоугольником).

То есть, при возникновении внештатной ситуации, когда теплушка сработает, она разорвет цепь схемы и снимет пускатель с самоподхвата, обесточив двигатель от сети. При срабатывании данного устройства контроля тока, перед повторным запуском необходимо осмотреть механизм, для выяснения причины возникновения отключения, и не включать до ее устранения. Часто причиной срабатывания является высокая внешняя температура окружающего воздуха, данный момент необходимо учитывать при эксплуатации механизмов и их настройке.

Сфера применения в домашнем хозяйстве тепловых реле не ограничивается только самодельными станками и прочими механизмами. Правильно было бы использовать их в системе контроля тока насоса системы отопления. Специфика работы циркуляционного насоса в том, что на лопастях и улитке образуется известковый налет, который может стать причиной заклинивания мотора и выхода его из строя. Используя приведенные схемы подключения, можно собрать блок контроля и защиты насоса. Достаточно установить в цепи питания нужный номинал теплушки и подключить контакты.

Кроме того будет интересна схема подключения теплового реле через трансформаторы тока, для мощных двигателей, таких как насос системы водополива для дачных поселков или фермерских хозяйств. При установке трансформаторов в цепи питания, учитывается коэффициент трансформации, к примеру 60/5 это при токе через первичную обмотку в 60 ампер, на вторичной обмотке он будет равен 5А. Применение такой схемы позволяет сэкономить на комплектующих, при этом не потеряв в эксплуатационных характеристиках.

Как видно, красным цветом выделены трансформаторы тока, который подключены к реле контроля и амперметру для визуальной наглядности происходящих процессов. Трансформаторы подключены схемой звезда, с одной общей точкой. Такая схема не представляет из себя больших трудностей в реализации, поэтому вы можете самостоятельно ее собрать и подключить к сети.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, в котором наглядно показывается процесс подключения теплового реле к магнитному пускателю для защиты электродвигателя:

Вот и все, что вы должны знать о подключении теплового реле своими руками. Как вы видите, монтаж не представляет особой сложности, главное правильно составить схему подсоединения всех элементов в цепи!

Будет интересно прочитать:

  • В чем отличия между контактором и магнитным пускателем
  • Что такое релейная защита
  • Как собрать трехфазный щит