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

Конструктивное исполнение тепловых реле

В основе устройства и принципа действия теплового реле (ТР) лежит закон Джоуля-Ленца — выделяемое на участке электроцепи количество тепла пропорционально сопротивлению этого участка и квадрату силы тока. Это физическое явление сегодня активно применяется в тепловых разъединителях. Небольшой участок электрической цепи, выступающий в роли излучателя, наматывается на изолятор спиралью.

Проходящий через электрооборудование ток протекает и в этом участке. Рядом со спиралью расположена пластина, изготовленная из биметаллического сплава. При достижении определенной температуры она изгибается и воздействует на группу контактов.

Конструкция прибора показана на рисунке.

К проводникам подсоединены три фазы питания электромотора. Обмотка нагрева находится над биметаллической пластиной, что позволяет уменьшить число ложных срабатываний прибора. Пластины упираются в подвижный элемент конструкции, который воздействует на механизм разъединителя. В верхней части прибора расположены две группы контактов (закрытые NC и открытые NO), а также регулятор токовой нагрузки пружинного типа.

Но, в отличие от автоматического защитного выключателя, ТР не размыкает силовые цепи питания, а разрывает цепь самоподхвата магнитного пускателя. Нормально замкнутый контакт защитного устройства действует аналогично кнопке «Стоп», и подключается последовательно с ней.

Тандем контактора и теплового реле

Поскольку тепловое реле подключается сразу же после магнитного пускателя, то нет нужды дублировать функции контактора при аварийном размыкании цепей. При таком выборе реализации защиты достигается ощутимая экономия материала для контактных силовых групп – значительно проще коммутировать небольшой ток в одной цепи управления, чем разрывать три контакта под большой токовой нагрузкой.

Как правило, в тепловом реле присутствует два контакта – нормально замкнутый и нормально разомкнутый. При срабатывании устройства данные контакты одновременно меняют свое состояние.

Нормально разомкнутые и нормально замкнутые контакты

Выбор ТР следует производить, сопоставляя типичные характеристики данного защитного устройства соответственно имеющейся нагрузке и условиям эксплуатации электродвигателя:

• Номинальный ток защиты;
• Предел регулировки уставки тока срабатывания;
• Напряжение силовой цепи;
• Количество и тип вспомогательных контактов управления;
• Мощность коммутации контактов управления;
• Порог срабатывания (коэффициент отношения к номинальному току)
• Чувствительность к асимметричности фаз;
• Класс отключения;

Схема подключения

В большинстве схем при подключениях теплового реле к магнитному пускателю используется нормально замкнутый контакт, который подключается последовательно с кнопкой «Стоп» пульта управления. Обозначением данного контакта является сочетание букв NC (normal connected) или НЗ (нормально замкнутый).

Схема подключения ТР к контактору в магнитном пускателе

Нормально разомкнутый контакт (NO) при данной схеме подключения может использоваться для сигнализации о срабатывании тепловой защиты электродвигателя. В более сложных автоматических схемах управления он может использоваться для инициализации аварийного алгоритма останова конвейерной цепи оборудования.

Для самостоятельного подключения теплового реле для защиты электродвигателя, не имея опыта работы с подобным оборудованием, будет правильно сначала ознакомиться с принципом работы и подключением магнитного пускателя на данном сайте.

В независимости от типа подключения электродвигателя и количества контакторов магнитного пускателя (прямой и реверсивный запуск), внедрение теплового реле в схему является достаточно простым. Оно устанавливается после контакторов перед электродвигателем, а размыкающийся (нормально замкнутый) контакт подключается последовательно с кнопкой «Стоп».

Тепловое реле в схеме реверсивного подключения контакторов

Тепловые реле всех видов имеют аналогичное устройство. Наиболее важный элемент любого из них — чувствительная биметаллическая пластина.

Значение тока срабатывания находится под влиянием температурных показателей среды, в которой работает реле. Рост температуры уменьшает время срабатывания.

Чтобы это влияние свести к минимуму, разработчики устройств выбирают как можно большую температуру биметалла. С этой же целью некоторые реле снабжают дополнительной компенсационной пластиной.

Состоит прибор из корпуса (1), пластины биметаллической (2), толкателя (3), пластины исполнительной (4), пружины (5), регулировочного винта (6), пластины компенсатора (7), контактов (8), эксцентрика (9), кнопки возврата (10)

Если в конструкцию реле включены нихромовые нагреватели, подключение их осуществляют по параллельной, последовательной или параллельно-последовательной схеме с пластиной.

Значение тока в биметалле регулируют при помощи шунтов. Все детали вмонтированы в корпус. Биметаллический элемент U-образной формы зафиксирован на оси.

Цилиндрическая пружина упирается в один конец пластины. Другим концом она базируется на уравновешенной изоляционной колодке.Совершает повороты вокруг оси и является опорой для контактного мостика, оснащенного контактами из серебра.

Для координации тока уставки биметаллическая пластина своим левым концом соединена с ее механизмом. Регулировка происходит за счет влияния на первичную деформацию пластины.

Если величина токов перегрузки становится равной или большей чем уставки, изоляционная колодка поворачивается под воздействием пластины. Во время ее опрокидывания происходит отключение размыкающего контакта устройства.

Приспособление ТРТ в разрезе. Здесь основными элементами являются: корпус (1), механизм уставки (2), кнопка (3), ось (4), контакты серебряные (5), контактный мостик (6), изоляционная колодка (7), пружина (8), пластина биметаллическая (9), ось (10)

Автоматически реле делает возврат в первоначальное положение. Процесс самовозврата занимает не более 3 минут с момента включения защиты. Возможен и ручной возврат, для этого предусмотрена специальная клавиша Reset.

При ее использовании прибор занимает исходное положение за 1 минуту. Чтобы задействовать кнопку, ее проворачивают против часовой стрелки до момента, когда она поднимется над корпусом. Ток уставки обычно указан на щитке.

Перейдем непосредственно к теме. КАК ПОДОБРАТЬ ТЕПЛОВОЕ РЕЛЕ электродвигателя ИЛИ ПРАВИЛЬНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

Прибором под названием тепловое реле (ТР) называют ряд устройств, разработанных для защиты электромеханических машин (двигателей) и аккумуляторных батарей от перегрева при токовых перегрузках. Также реле этого типа присутствуют в электрических цепях, осуществляющих контроль температурного режима на стадии выполнения разных технологических операций в производстве и схемах нагревательных элементов.

Базовым компонентом, встроенным в тепловое реле, является группа металлических пластин, части которых имеют разный коэффициент теплового расширения (биметалл). Механическая часть представлена подвижной системой, связанной с электрическими контактами защиты. Электротепловое реле обычно идет вместе с магнитным пускателем и автоматом защиты.

Правильно подобрать тепловое реле — одно из важнейших условий защиты электродвигателя от перегрузки.

Напомню, что «защита электродвигателя от перегрузки должна устанавливаться в тех случаях, когда возможна перегрузка механизма по технологическим причинам, а также при тяжелых условиях пуска и для ограничения длительности пуска при пониженном напряжении.

Чтобы подобрать тепловое реле, сперва определяем номинальный ток двигателя Iн.  Этот ток указан на шильдике двигателя (см. фото ниже). В нашем случае это ток Iн = 14 Ампер

Потом исходя из номинального тока двигателя подбираем тепловое реле и соответствующий ему пускатель нужной величины. Реле имеет шкалу, калиброванную в амперах. Обычно шкала соответствует  значению тока уставки (тока несрабатывания реле).

Срабатывания реле происходит в пределах 5-20% от превышения тока уставки  потребляемым током электродвигателя. Т.е., при перегрузке электродвигателя на 5-20% (1,05*Iн — 1,2*Iн), произойдет срабатывание теплового реле в соответствии с его токовременной характеристикой.

Поэтому выбираем реле таким образом, чтобы ток несрабатывания теплового реле был на 5-10% выше от номинального тока защищаемого электродвигателя (см. таблицу ниже).

Мощность электромоторакВтРеле РТЛ( для ПМЛ)РегулировкатокаАРеле РТ(для ПМК)РегулировкатокаА

0,37	РТЛ-1005	0,6…1	РТ 1305	0,6…1
0,55	РТЛ-1006	0,95…1,6	РТ 1306	1…1,6
0,75	РТЛ-1007	1,5…2,6	РТ 1307	1,6…2,5
1,5	РТЛ-1008	2,4…4	РТ 1308	2,5…4
2,2	РТЛ-1010	3,8…6	РТ 1310	4…6
3	РТЛ-1012	5,5…8	РТ 1312	5,5…8
4	РТЛ-1014	7…10	РТ 1314	7…10
5,5	РТЛ-1016	9,5…14	РТ 1316	9…13
7,5	РТЛ-1021	13…19	РТ 1321	12…18
11	РТЛ-1022	18…25	РТ 1322	17…25
15	РТЛ-2053	23…32	РТ 2353	23…32
18,5	РТЛ-2055	30…41	РТ 2355	28…36
22	РТЛ-2057	38…52	РТ 3357	37…50
25	РТЛ-2059	47…64
30	РТЛ-2061	54…74

Для большинства электродвигателей, произведенных в Китае, мы предлагаем подбирать ток несрабатывания теплового реле равным номинальному. Почему — читайте здесь. Подобрав тепловое реле и соответствующий ему магнитный пускатель, настраиваем тепловое реле на нужный нам ток срабатывания ( см. фото).

Обращайтесь, мы поможем подобрать защитное оборудование для Вашего электродвигателя.

Удачи! Александр Коваль

0671717147

Во время эксплуатации энергетического оборудования на него постоянно воздействуют токовые перегрузки, снижающие долговечность.

Защитой в таких ситуациях служит тепловое реле для электродвигателя, отключающее электроснабжение при возникновении нестандартных обстоятельств.

Читаем какой номинальный ток двигателя при подключении к сети 380 вольт (Iн).  Этот ток, как мы видим  на шильдике двигателя,  Iн = 1,94 Ампера

Выражение «величина» является условным термином, обозначающим то, какой ток может пропустить через главные рабочие контакты выбранный магнитный пускатель. При присвоении величины считается, что пускатель работает при напряжении 380 В, а его рабочий режим АС-3.

Приведу список различий приборов по их величинам (токи в зависимости от величин):

• 0 – 6,3 А;
• 1 – 10 А;
• 2 – 25 А;
• 3 – 40 А;
• 4 – 63 А;
• 5 – 100 А;
• 6 – 160 А;
• 7 – 250 А.

Величины их допустимых токов, протекающих по контактам главной цепи, различаются от тех, что я привел вот по каким принципам:

• категория использования (она может быть АС-1 -, АС3, АС-4 и еще 8 категорий);
• первая подразумевает чисто активную нагрузку (или с малым присутствием индуктивности);
• вторая – для управления моторами, имеющими контактные кольца;
• третья – работу в режиме прямого запуска движков с ротором короткозамкнутого типа и подключение оных;
• четвертая — старт моторов, имеющих короткозамкнутый ротор, обесточивание движков, вертящихся медленно, либо недвижимых, торможение методом противотока.

Если увеличивать номер категории использования, то максимальный контактный ток главной цепи (при идентичности параметров коммутационной износостойкости) будет снижаться.

Вернемся к нашим баранам.

Тепловое Реле имеет шкалу, калиброванную в амперах. Обычно шкала соответствует  значению тока уставки (тока несрабатывания реле). Срабатывания реле происходит в пределах 5-20% от превышения тока уставки  потребляемым током электродвигателя. Т.е.

, при перегрузке электродвигателя на 5-20% (1,05*Iн — 1,2*Iн), произойдет срабатывание теплового реле в соответствии с его токовременной характеристикой.

В электродвигателе, как и в многих других электротехнических устройствах, могут возникать аварийные ситуации. Если вовремя не принять меры, то в худшем случае из-за поломки электродвигателя, могут выйти из строя и другие элементы энергосистемы.

Наибольшее распространение получили асинхронные электродвигатели. Можно выделить 5 основных видов аварий в асинхронных двигателях:

• обрыв фазы ОФ статорной обмотки двигателя (вероятность возникновения 40-50%);
• заторможение ротора ЗР (20-25%);
• технологические перегрузки ТП (8-10%);
• понижение сопротивления изоляции обмотки ПС (10-15%);
• нарушение охлаждения двигателя НО (8-10%).

Любой из этих видов аварий может повлечь выход из строя электродвигателя, а короткое замыкание в двигателе, опасно для питающей сети.

Такие аварийные режимы как ОФ, ЗР, ТП и НО, способны вызвать перегрузку по току в статорной обмотке. В результате этого ток возрастает до 7 Iном и более в течение довольно большого промежутка времени.

Короткое замыкание в электродвигателе  может привести к росту тока более чем в 12 Iном в течение очень короткого отрезка времени (около 10 мс).

Учитывая возможные повреждения, и подбирают требуемую защиту.

Защита двигателя от перегрузки. Основные типы.

Тепловая  защита –  осуществляется путем нагрева током  обмотки нагревательного элемента и воздействия его на биметаллическую пластину, которая в свою очередь размыкает контакт в цепи управления контактора или пускателя. Тепловая защита осуществляется  с  помощь  тепловых реле.

Температурная защита — реагирует на увеличение  температуры  наиболее  нагретых  частей  двигателя  с  помощью  встроенных  температурных датчиков (например, позисторов). Через устройства температурной защиты (УВТЗ) воздействует на цепь управления контактора или пускателя и отключает двигатель.

Максимально токовая защита – реагирует на рост тока в статорной обмотке и при его достижении тока уставки отключат цепь управления контактора или пускателя. Осуществляется с помощью максимально токовых реле.

Минимально токовая защита — реагирует на исчезновение тока в статорной обмотке двигателя, например, при обрыве цепи. После чего, подается сигнал на отключение цепи управления контактора или пускателя. Осуществляется с помощью минимально токовых реле.

Фазочувствительная  защита –  реагирует  на  изменение  угла  сдвига  фаз  между  токами  в трехфазной цепи  статорной  обмотки двигателя.

Осуществляется  с  помощью  фазочувствительных реле типа ФУЗ.

№	Тип защиты от перегрузки	Надежность защиты
надежно	менее надежно	не надежно
1	Тепловая защита	ТП	ОФ; ЗР	НО; ПС
2	Температурная защита	ТП; НО	ОФ; ЗР	ПС
3	Максимально токовая защита	ЗР	ТП	ОФ; НО; ПС
4	Минимально токовая защита	ОФ	—	НО; ПС; ТП; ЗР
5	Фазочувствительная защита	ТП; ОФ; ЗР	—	НО; ПС

Одним из эффективных средств защиты двигателя является автоматический выключатель.

Автоматический  выключатель,  обладая максимально  токовой  защитой, что позволит защитить  двигатель от чрезмерного роста тока в цепи статорной обмотки, например при обрыве фазы, или повреждении изоляции. При этом он защитит питающую цепь от короткого замыкания в двигателе.

Автоматический  выключатель,  имеющий в своем составе  тепловой расцепитель, расцепитель минимального напряжения, способен защитить двигатель и от других нештатных режимов.

В настоящее время, это одно из наиболее эффективных защитных устройств асинхронных двигателей и цепей, в которых они работают.

Общие правила выбора защиты асинхронных двигателей.

Электродвигатели, обмотки которых при запуске переключаются с «треугольника» на «звезду», желательно  защищать трехполюсными тепловыми реле с ускоренным срабатыванием в неполнофазных режимах.

Для электродвигателей, работающих в повторно-кратковременных режимах, рекомендуется предусматривать  встроенную  температурную  защиту. Двигатели,  работающие  в  кратковременном режиме S2 с возможным заторможением ротора без технологического ущерба, следует оснащать тепловой защитой.

В случае, если заторможение ротора влечет за собой технологический ущерб, следует применять температурную защиту.

Тепловые реле предназначены в основном для защиты двигателей в режиме S1. Допустимо  применение  их  и для  режима  S2,  если  исключено  увеличение  длительности  рабочего  периода. Для  режима  S3  применение  тепловых  реле  допускается  в  исключительных  случаях при коэффициенте загрузки двигателя не более 0,7.

Для защиты обмоток электродвигателя, соединенных в «звезду», могут применяться однополюсные  реле (два  реле),  двухполюсные  и  трехполюсные  реле.  Защита  обмоток,  соединенных  в «треугольник», должна осуществляться трехполюсными реле с ускоренным срабатыванием в неполнофазных режимах.

На многоскоростные двигатели нужно предусматривать отдельные реле на каждой ступени скорости при необходимости полного использования мощности на каждой ступени или одно реле с уставкой,  выбранной  по  току  ступени  наибольшей  скорости  для  двигателей  с  вентиляторной нагрузкой.

Принцип действия устройства

Тепловые перегрузки в двигателях и других электрических устройствах происходят тогда, когда величина проходящего через нагрузку тока превышает номинальный рабочий ток аппарата. На свойстве тока разогревать проводник при прохождении и построено ТР. Встроенные в него биметаллические пластины рассчитаны на определенную токовую нагрузку, превышение которой приводит к сильной их деформации (изгибу).

Пластины надавливают на подвижный рычаг, который, в свою очередь, воздействует на защитный контакт, размыкающий цепь. По сути, ток, при котором цепь разомкнулась, и есть током срабатывания. Его величина эквивалентна температуре, превышение которой может привести к физическому разрушению электрических приборов.

Современные ТР имеют стандартную группу контактов, одна пара которых является нормально замкнутой – 95, 96; другая – нормально разомкнутой – 97, 98. Первая предназначена для подключения пускателя, вторая – для схем сигнализации. Тепловое реле для электродвигателя способно работать в двух режимах. Автоматический предусматривает самостоятельное включение контактов пускателя при охлаждении пластин.

Еще одной функцией защитного устройства является отключение двигателя при обрыве фазы. В таком случае двигатель также перегревается, потребляя больший ток, и, соответственно, пластины реле разрывают цепь. Для предотвращения воздействия токов короткого замыкания, от которого ТР не в силах защитить двигатель, в цепь обязательно включают автомат защиты.

Электротепловое реле работает в комплекте с магнитным пускателем. Своими медными штыревыми контактами реле подключается к выходным силовым контактам пускателя. Электродвигатель, соответственно, подключают к выходным контактам электротеплового реле.

1. Нормально-замкнутый NC (95 – 96) используют в схемах управления пускателем;2. Нормально-разомкнутый NO (97 – 98) применяют в схемах сигнализации.

Принцип действия теплового реле основан на деформации биметаллической пластины при ее нагреве проходящим током.

Под действием протекающего тока биметаллическая пластина нагревается и прогибается в сторону металла, имеющего меньший коэффициент теплового расширения. Чем больший ток будет протекать через пластину, тем сильнее она будет греться и прогибаться, тем быстрее сработает защита и отключит нагрузку.

Допустим, что электродвигатель подключен через тепловое реле и работает в нормальном режиме. В первый момент времени работы электродвигателя через пластины течет номинальный ток нагрузки и они нагреваются до рабочей температуры, которая не вызывает их изгиб.

По какой-то причине ток нагрузки электродвигателя стал увеличиваться и через пластины потек ток выше номинального. Пластины начнут сильнее греться и прогибаться, что приведет в движение подвижную систему и она, воздействуя на дополнительные контакты реле (95 – 96), обесточит магнитный пускатель. По мере остывания пластины вернутся в исходное положение и контакты реле (95 – 96) замкнутся. Магнитный пускатель опять будет готов к запуску электродвигателя.

В зависимости от величины протекающего тока в реле предусмотрена уставка срабатывания по току, влияющая на силу изгиба пластины и регулирующаяся поворотным регулятором, расположенным на панели управления реле.

Помимо поворотного регулятора на панели управления расположена кнопка «TEST», предназначенная для имитации срабатывания защиты реле и проверки его работоспособности до включения в схему.

«Индикатор» информирует о текущем состоянии реле.

Кнопкой «STOP» обесточивается магнитный пускатель, но как в случае с кнопкой «TEST», контакты (97 – 98) не замыкаются, а остаются в разомкнутом состоянии. И когда Вы будете задействовать эти контакты в схеме сигнализации, то учитывайте этот момент.

Электротепловое реле может работать в ручном или автоматическом режиме (по умолчанию стоит автоматический режим).

Для перевода в ручной режим необходимо повернуть поворотную кнопку «RESET» против часовой стрелки, при этом кнопка слегка приподнимается.

Предположим, что сработало реле и своими контактами обесточило пускатель.При работе в автоматическом режиме после остывания биметаллических пластин контакты (95 — 96) и (97 — 98) автоматически перейдут в исходное положение, тогда как в ручном режиме перевод контактов в исходное положение осуществляется нажатием кнопки «RESET».

Кроме защиты эл. двигателя от перегрузок по току, реле обеспечивает защиту и в случае обрыва питающей фазы. Например. При обрыве одной из фаз, электродвигатель, работая на оставшихся двух фазах, станет потреблять больше тока, отчего биметаллические пластины нагреются и реле сработает.

Однако электротепловое реле не способно защитить двигатель от токов короткого замыкания и само нуждается в защите от подобных токов. Поэтому при установке тепловых реле необходимо устанавливать в цепь питания электродвигателя автоматические выключатели, защищающие их от токов короткого замыкания.

Например.Реле РТИ-1302 имеет предел регулировки тока уставки от 0,16 до 0,25 Ампер. Значит, нагрузку для реле следует выбирать с номинальным током около 0,2 А или 200 mA.

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.

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.

Удачи!

Познакомившись с конструкцией и типами устройств, необходимо разобраться с принципом работы теплового реле. На каждом электромоторе производитель устанавливает табличку с техническими характеристиками. Одной из наиболее важных среди них является показатель номинального рабочего электротока. Сегодня используется много агрегатов, во время пуска или работы которых это значение может существенно превышаться.

Если перегрузки наблюдаются в течение длительного временного отрезка, то возможен перегрев катушек, разрушение изоляционного слоя и последующий выход мотора из строя. Защитные ТР способны влиять на цепь управления, размыкая контакты либо подавая предупреждающий сигнал обслуживающему персоналу. Приборы монтируются в силовую электроцепь перед двигателем, чтобы иметь возможность контролировать показатель проходящего через агрегат тока.

Во время настройки защитного устройства параметры выставляются в бо́льшую сторону от номинального паспортного значения на величину от 10 до 20%. К вопросу настройки реле нужно подходить ответственно, так как разъединение цепи при перегрузке происходит не мгновенно. В зависимости от различных факторов для этого может потребоваться 5−20 минут.

Технические характеристики

Самая важная характеристика теплового реле для электродвигателя – это зависимость скорости отключения контактов от величины тока. Она показывает быстродействие устройства при перегрузках и называется время-токовым показателем.

К основным характеристикам относят:

• Номинальный ток. Это рабочий ток, на который рассчитано срабатывание устройства.
• Номинальный ток рабочей пластины. Ток, при котором биметалл способен деформироваться в рабочем пределе без необратимых нарушений.
• Пределы регулировки уставки по току. Диапазон тока, в котором реле будет срабатывать, выполняя защитную функцию.

Каждое ТР имеет индивидуальные технические характеристики (ТХ). Реле нужно выбирать согласно характеристикам по нагрузке и условиям применения при работе электродвигателя или другого потребителя электроэнергии:

1. Значение Iн.
2. Диапазон регулировки I срабатывания.
3. Напряжение.
4. Дополнительное управление работой ТР.
5. Мощность.
6. Граница срабатывания.
7. Чувствительность к фазному перекосу.
8. Класс отключения.

Номинальное значение тока – значение I, на которое рассчитано ТР. Выбирается по значению Iн потребителя, к которому непосредственно подключается. Кроме того, нужно выбирать с запасом по Iн и руководствоваться следующей формулой: Iнр = 1.5 * Iнд, где Iнр – Iн ТР, который должен быть больше номинального тока двигателя (Iнд) в 1.5 раза.

Граница регулировки I срабатывания является одним из важных параметров устройства термозащиты. Обозначение этого параметра является диапазоном регулировки значения Iн. Напряжение – значение силового напряжения, на которое рассчитаны контакты реле; при превышении допустимой величины произойдет выход из строя устройства.

Некоторые виды реле снабжены отдельными контактами для управления работой устройства и потребителя. Мощность – это один из основных параметров ТР, которое определяет выходную мощность подключенного потребителя или группы потребителей.

Граница срабатывания или порог срабатывания является коэффициентом, зависящим от номинального тока. В основном его значение находится в диапазоне от 1,1 до 1,5.

Чувствительность к фазному перекосу (асимметрии фаз) показывает процентное соотношение фазы с перекосом к фазе, по которой протекает номинальный ток необходимой величины.

Класс отключения – параметр, представляющий среднее время срабатывания ТР в зависимости от кратности тока уставки.

Основной характеристикой, по которой нужно выбирать ТР, является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки.

Подключение и установка ТР

Важно помнить, что биметаллическая пластина может нагреваться не только от проходящего тока, но и от температуры окружения. Это в первую очередь влияет на скорость срабатывания, хотя перегрузок по току может и не быть. Другой вариант, когда реле защиты двигателя попадает в зону принудительного охлаждения. В этом случае, наоборот, двигатель может испытывать тепловую перегрузку, а устройство защиты не срабатывать.

Чтобы избежать подобных ситуаций, следует придерживаться таких правил установки:

• Выбирать реле с допустимо большей температурой срабатывания без ущерба для нагрузки.
• Устанавливать защитное устройство в помещении, где расположен сам двигатель.
• Избегать мест повышенного теплового излучения или близость кондиционеров.
• Применять модели, имеющие функцию встроенной термокомпенсации.
• Пользоваться регулировкой срабатывания пластины, настраивать в соответствии с фактической температурой в месте установки.

Продолжительное функционирование электроприборов и механизмов на максимуме своих возможностей может привести к порче изоляции и перегреву обмоток двигателей. Такие неисправности грозят продолжительным и зачастую дорогостоящим ремонтом.

На скорость срабатывания теплового модуля могут повлиять не только токовые перегрузки, но и показатели внешней температуры. Защита сработает даже в условиях отсутствия перегрузок.

Бывает и так, что под воздействием принудительной вентиляции двигатель подвержен тепловой перегрузке, но защита не срабатывает.

Чтобы избежать таких явлений, нужно следовать рекомендациям специалистов:

1. При выборе реле ориентироваться на максимально допустимую температуру срабатывания.
2. Защиту монтировать в одном помещении с защищаемым объектом.
3. Для установки выбирать места, где нет источников тепла или вентиляционных устройств.
4. Нужно настраивать тепловой модуль, ориентируясь на реальную температуру окружения.
5. Лучший вариант — наличие в конструкции реле встроенной термокомпенсации.

Дополнительной опцией термореле является защита при обрыве фазы или полностью питающей сети. Для трехфазных моторов этот момент особо актуален.

Ток в тепловом реле движется последовательно через его нагревательный модуль и дальше к двигателю. С обмоткой пускателя прибор соединяют дополнительные контакты

При неполадках в одной фазе две остальные принимают на себя ток большей величины. В результате быстро происходит перегрев, а далее — отключение. При неэффективной работе реле может выйти из строя и двигатель, и проводка.

Как правило, современные тепловые реле имеют защиту по всем трем фазам, в отличие от распространенных в советское время тепловых реле, имеющих обозначения ТРН, где контроль тока производился только в двух проводах, идущих к электродвигателю.

Тепловое реле ТРН с контролем тока только в двух фазах

По типу подключения тепловые реле можно разделить на две разновидности:

• Устанавливаемые рядом с магнитным пускателем, и подключаемые при помощи перемычек (ТРН, РТТ).Реле РТТ, подключенное при помощи жестких пластинчатых перемычек
• Монтируемые непосредственно на контактор магнитного пускателя (современные модели).Реле устанавливается непосредственно на контакторе

Входные токопроводящие выводы в современных моделях одновременно служат частью крепежа теплового реле к контактору магнитного пускателя. Они вставляются в выходные клеммы контактора.

Подключение теплового реле к контактору

Как видно из фото внизу, в некоторых пределах можно изменять расстояние между выводами, чтобы подстраиваться под различные виды контакторов.

Подстройка выводов под клеммы контактора

Для дополнительной фиксации ТР предусмотрены соответствующие выступы на самом устройстве и на контакторе.

Элемент крепежа на корпусе теплового релеСпециальный паз крепления на контакторе

Существует много разновидностей ТР, но принцип действия у них одинаков – при протекании увеличенного тока через биметаллические пластины они искривляются и воздействуют через систему рычагов на спусковой механизм контактных групп.

Рассмотрим для примера устройство теплового реле LR2 D1314 фирмы «Schneider Electric».

ТР в разобранном виде

Условно данное устройство можно разделить на две части: блок биметаллических пластин и система рычагов с контактными группами. Биметаллические пластины состоят из двух полос различных сплавов, соединенных в одну конструкцию, имеющих разный тепловой коэффициент расширения.

Изгибающаяся биметаллическая пластина

Благодаря неравномерному расширению при больших значениях тока данная конструкция расширяется неравномерно, что заставляет ее изгибаться. При этом один конец пластины зафиксирован неподвижно, а подвижная часть воздействует на систему рычагов.

Система рычагов

Если убрать рычаги, то будут видны контактные группы теплового реле.

Коммутационный узел ТР

Не рекомендуется сразу же включать тепловое реле после срабатывания и заново запускать электродвигатель – пластинам нужно время, чтобы остыть и вернуться в первоначальное состояние. К тому же, будет благоразумней сначала найти причину срабатывания защиты.

Ниже приведена схема подключения ТР с обозначениями. На ней можно найти сокращение КК1.1. Оно обозначает контакт, который в нормальном состоянии является замкнутым. Силовые контакты, через которые ток поступает на двигатель обозначены сокращением KK1. Автоматический выключатель, который находится в ТР обозначен как QF1.

При его задействовании происходит подача питания по фазам. Фаза 1 управляется отдельной клавишей, которая обозначена маркировкой SB1. Она выполняет аварийную ручную остановку в случае возникновения непредвиденной ситуации. От нее контакту уходит на клавишу, которая обеспечивает пуск и обозначена сокращением SB2.

Дополнительный контакт, который отходит от клавиши пуска, находится в дежурном состоянии. Когда выполняется запуск, тогда ток от фазы через контакт поступает на магнитный пускатель через катушку, которая обозначается KM1. Происходит срабатывание пускателя. При этом те контакты, которые в нормальном положении являются разомкнутыми замыкаются и наоборот.

Когда замыкаются контакты, которые на схеме находятся под сокращением KM1, тогда происходит включение трех фаз, которые пускают ток через тепловое реле на обмотки двигателя, который включается в работу. Если сила тока будет расти, тогда из-за воздействия контактных площадок ТР под сокращением KK1 произойдет размыкание трех фаз и пускатель обесточивается, а соответственно останавливается и двигатель.

Есть еще одна возможная схема подключения этого ТР. Разница заключается в том, что контакт реле, который в нормальном состоянии является замкнутым при срабатывании разрывает не фазу, а ноль, который уходит на пускатель. Ее применяют чаще всего в силу экономичности при выполнении монтажных работ. В процессе нулевой контакт подводится к ТР, а с другого контакта монтируется перемычка на катушку, которая запускает контактор. При срабатывании защиты происходит размыкание нулевого провода, что приводит к отключению контактора и двигателя.

Реле может быть смонтировано в схему, где предусмотрено реверсивное движение двигателя. От схемы, которая была приведена выше различие заключается в том, что присутствует НЗ контакт, в реле, которое обозначено KK1.1.

Если реле срабатывает, тогда происходит разрыв нулевого провода контактами под обозначением KK1.1. Пускатель обесточивается и прекращает питания двигателя. В экстренной ситуации кнопка SB1 поможет быстро разорвать цепь питания, чтобы остановить двигатель.

Подключение теплового реле (схемы)

Чаще всего ТР подключают к нагрузке (двигателю) не напрямую, а через пускатель. В классической схеме подключения в качестве управляющего контакта используют КК1.1, который в исходном состоянии замкнут. Силовая группа (через нее идет электричество на двигатель) представлена КК1-контактом.

В момент, когда автомат защиты подает фазу, питающую цепь через стоп-кнопку, она проходит на кнопку «пуск» (3 контакт). При нажатии последней питание получает обмотка пускателя, а он, в свою очередь, подключает нагрузку. Фазы, поступающие на двигатель, также проходят через биметаллические пластины реле. Как только величина проходящего тока начинает превышать номинальный, защита срабатывает и обесточивает пускатель.

Следующая схема очень похожа на выше описанную с тем лишь отличием, что КК1.1-контакт (95-96 на корпусе) включен в ноль обмотки пускателя. Это более упрощенный вариант, который широко применяют. При реверсивной схеме подключения двигателя в цепи присутствуют два пускателя. Управление ними при помощи теплового реле возможно только, когда последнее включено в разрыв нулевого провода, являющегося общим для обоих пускателей.

Удачи!

Назначение

Сразу же хотелось бы сказать о том, что существуют различные виды и типы тепловых реле и соответственно область применения каждой классификации своя собственная. Вкратце поговорим о назначении основных разновидностей устройств.

РТЛ — трехфазное, предназначено для защиты электродвигателя от перегрузок, перекоса фаз, затянутого пуска или заклинивания ротора. Крепятся на контакты пускатели ПМЛ или как самостоятельное устройство с клеммами КРЛ.

РТТ — на три фазы, предназначены для защиты короткозамкнутых двигателей от токов перегрузки, перекоса фаз, заклинивания ротора двигателя, затянутого запуска механизма. Может крепиться на ПМА и ПМЕ пускатели, а также самостоятельно устанавливаться на панели.

РТИ — защищают электромотор от перегрузки, асимметрии фаз, длинного пуска и заклинивания машины. Трехфазное тепловое реле, крепится на пускатели серии КМТ и КМИ.

ТРН — двухфазное реле, контролирует режим работы и пуска, имеет только ручной возврат контактов, работа устройства мало зависит от температуры окружающей среды.

Твердотельные трехфазное реле, не имеют подвижных деталей, не зависят от состояния окружающей среды, применяют во взрывоопасных местах. Следит за током нагрузки, разгоном, обрывом фаз, заклиниванием механизма.

РТК — контроль температуры происходит щупом, расположенным в корпусе электроустановки. Представляет собой термо реле, и контролирует только один параметр.

РТЭ — реле плавления сплава, электропроводящий проводник выполнен из сплава металла, при определенной температуре плавится и механически разрывает цепь. Данное тепловое реле встраивается непосредственно в контролируемое устройство.

Как видно из нашей статьи, существует большое разнообразие контроля за состоянием электроустановок, отличающихся типом и внешним видом, но одинаково выполняющих защиту электрооборудования.

Выбор реле

При выборе прибора необходимо ориентироваться на область его использования, а также имеющийся функционал. Проблем с поиском нужного защитного устройства практически никогда не возникает. Особое внимание в это время нужно уделить следующим моментам:

• Однофазные ТР с автоматическим сбросом возвращаются в исходное состояние по истечении определенного отрезка времени. Если электродвигатель в этот момент еще перегружен, прибор сработает повторно.
• Реле, имеющие систему компенсации температуры окружающей среды, способны работать в широком температурном диапазоне.
• Некоторые модели приборов обладают способностью контролировать состояние фаз. Они сработают не только при перегреве мотора, но также, если был обнаружен обрыв фаз, их разворот либо дисбаланс.
• Существуют ТР, способные срабатывать при недогрузке электрооборудования. Такая ситуация возможна, например, когда насос начал функционировать всухую.

Стоимость реле находится в широком ценовом диапазоне. Во время выбора прибора нужно внимательно изучить его технические характеристики. В паспорте можно также найти и рекомендации по подключению ТР. Впрочем, этот процесс не является сложным, и проблемы возникают крайне редко.

Чтобы правильно выбрать номинал теплового реле нам необходимо узнать его In (рабочий, номинальный ток) и уже опираясь на эти данные можно подобрать правильный диапазон уставки аппарата.

Правилами технической эксплуатации ПУЭ оговорен этот момент и допускается устанавливать до 125% от номинального тока во взрывобезопасных помещениях, и 100%, т.е. не выше номинала двигателя во взрывоопасных.

Как узнать In? Эту величину можно посмотреть в паспорте электродвигателя, табличке на корпусе.

Как видно на табличке (для увеличения нажмите на картинку) указаны два номинала 4.9А/2.8А для 220В и 380В. Согласно нашей схеме включения нужно выбрать ампераж, ориентируясь на напряжение, и по таблице подобрать реле для защиты электродвигателя с нужным диапазоном.

Для примера рассмотрим, как выбрать тепловую защиту для асинхронного двигателя АИР 80 мощностью 1.1 кВт, подключенного к трехфазной сети 380 вольт. В этом случае наш In будет 2.8А, а допустимый максимальный ток «теплушки» 3.5А (125% от In). Согласно каталогу нам подходит РТЛ 1008-2 с регулируемым диапазоном 2.5 до 4 А.

Главный параметр, по которому выбирают тепловое реле для электродвигателя, – это номинальный ток. Этот показатель высчитывают, опираясь на величину рабочего (номинального) тока электродвигателя. Идеально, когда ток срабатывания устройства выше рабочего в 0,2-0,3 раза при продолжительности перегрузки в треть часа.

Следует различать кратковременную перегрузку, где греется лишь провод обмотки электромашины, от перегрузки длительной, которую сопровождает разогрев всего корпуса. В последнем варианте нагрев продолжается до часа, и, следовательно, лишь в этом случае целесообразно применение ТР. На выбор теплового реле также влияют внешние факторы эксплуатации, а именно температура окружающей среды и ее стабильность. При постоянных скачках температуры необходимо, чтобы схема реле имела встроенную температурную компенсацию типа ТРН.

Резюме

Схемы, на которых будет изображаться принцип подключения реле к контактору, могут иметь другие буквенные или цифровые обозначения. Чаще всего их расшифровка приводится внизу, но принцип всегда остается одинаковым. Можно немного попрактиковаться, собрав всю схему с потребителем в виде лампочки или небольшого двигателя.

С помощью тестовой клавиши можно будет отработать нестандартную ситуацию. Клавиши запуска и остановки позволят проверить работоспособность всей схемы. При этом стоит обязательно учитывать тип пускателя и то, в каком нормальном состоянии находятся его контакты. Если есть определенные сомнения, тогда лучше посоветоваться с электромонтажником, который имеет опыт в сборке таких схем.