Как правильно подключить тепловое реле к электродвигателю

Мы подробно разберем процесс подключения теплового реле, используя современные подходы. Наиболее распространенная схема подключения включает последовательное соединение устройства с мотором. Для обеспечения питания мотора потребуется контактор, который также необходим для работы реле. В нормальных условиях, когда прямо через катушку проходит ток, клеммы устройства находятся в закрытом состоянии.

Тепловые реле: виды и назначение

Продолжаем исследовать различные типы реле, и в этой статье основное внимание будет уделено тепловым реле. Их назначение можно понять из самого названия: они реагируют на колебания температуры и активируются при достижении заданных пределов. На сегодняшний день существует несколько категорий тепловых реле, каждая из которых имеет свои особенности как в построении, так и в эксплуатации. Тем не менее, несмотря на тип устройства, его основная задача заключается в том, чтобы сработать при достижении определенного температурного порога.

Как правило, тепловые реле наиболее часто используются для сигнализации о перегреве. Эти устройства являются защитными компонентами, призванными оберегать как электроприборы, так и саму электрическую сеть от потенциального перегрева. Это ключевая сфера их применения, так как известно, что перегрев может нанести серьезный ущерб любым электроприборам. Речь идет не просто о перегреве, а о том, что температура достигает критических значений, после которых устройство может выйти из строя. Тепловое реле выполняет функцию защиты от этого, применяясь, например, в электродвигателях и других устройствах. Они не могут действовать в одиночку, а работают в связке с другими вспомогательными устройствами, которые отключают подачу электроэнергии или останавливают работу электроприбора (или двигателя). Таким образом, реле всего лишь подает сигналы. В нашей статье мы обсудим, какие существуют виды тепловых реле, как они различаются и на что обращать внимание при выборе.

Виды тепловых реле

Существует несколько категорий тепловых реле, каждая из которых обладает своими характеристиками как в плане конструкции, так и в условиях эксплуатации. При выборе теплового реле первым делом нужно определиться с типом устройства, поэтому начнем именно с этого аспекта. Здесь не будем углубляться в подробные сведения о конструктивных особенностях, схемах подключения и функциональных характеристиках разных типов тепловых реле, чтобы не перегружать статью большим количеством информации. Ограничимся основными сведениями и кратким описанием.

Тепловые реле РТЛ

РТЛ — это трехфазные реле, чаще всего предназначенные для защиты электродвигателей. Данные устройства защищают электродвигатели от многих неблагоприятных факторов, таких как перегрев, заклинивание, длительное время запуска, когда имеется повышенная нагрузка (пусковые токи), перекос фаз, перегрузка и так далее. Эти реле доступны в достаточно широком диапазоне токов, от 0,1 до 80 А и выше. Устанавливаются они либо на пускателях ПМЛ, либо по отдельности, при этом в последнем случае необходимо наличие клеммников КРЛ. В данном случае реле будет функционировать как самостоятельное защитное устройство. Большинство моделей тепловых реле РТЛ монтируются на стандартную рейку, но этот тип представлен в различных вариантах и даже может быть выполнен по индивидуальному заказу.

Тепловые реле ТРП

Тепловые реле ТРП являются однополюсными реле, которые в основном применяются для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей. Номинальный ток таких реле варьируется от 1 до 600 А, а напряжение зависит от конкретной модели. Основным элементом конструкции является биметаллическая пластина, которая нагревается как за счет тока, проходящего через нее, так и благодаря встроенному нагревателю, что делает ее действие комбинированным. Регулировка температуры осуществляется в ограниченных пределах с помощью специальной ручки, которая деформирует пластину. Возврат в первоначальное состояние выполняется либо с помощью кнопки, либо автоматически, когда биметаллическая пластина остывает. Температура срабатывания реле данного типа, как правило, превышает 200 градусов, а его надежность является одним из значительных преимуществ.

Тепловые реле РТТ

Тепловые реле РТТ также являются трехфазными и используются для защиты электрических двигателей короткозамкнутого типа. Устройства этого типа защищают от длительных запусков, заклинивания или перегрузки двигателей, а также от различных других нестандартных ситуаций. Обычно они крепятся на корпус магнитного пускателя.

Другие типы реле

Хотя описывать все типы тепловых реле слишком подробно может не иметь смысла, стоит упомянуть несколько из них с кратким описанием.

• РТИ — это трехфазные реле, используемые для защиты электродвигателей от различных нежелательных воздействий и обычно устанавливаются на корпуса пускателей, считаясь достаточно надежными.
• РТЭ — в этом типе реле имеется проводник, который плавится при достижении определенной температуры. После расплавления он размыкает электрическую цепь, надежно защищая от перегрева. Тепловые реле данного типа встраиваются на этапе производства в различные устройства, не ограничиваясь только электродвигателями.
• РТК — здесь используется щуп, который изготавливается для контроля температуры и непосредственно помещается в корпус устройства.
• ТРН — это двухфазное тепловое реле, работающее независимо от температуры окружающей среды и с механизмом, позволяющим вручную вернуть контакты в исходное состояние.

Зачем защищать электромотор от перегрева

Постоянная повышенная нагрузка при эксплуатации электродвигателя сопровождается ростом потребления тока. Это ведет к выделению значительного количества тепла, которое может повредить изоляцию в обмотках устройства. Высокая температура увеличивает износ подшипников, и существует реальная угроза их заклинивания.

В такой ситуации полагаться исключительно на автоматический выключатель нецелесообразно. Он часто срабатывает лишь после того, как уже произошли необратимые повреждения. Чтобы обеспечить безопасность оборудования, в цепь подключения электродвигателя устанавливают тепловое реле.

Скачки нагрузки могут возникать по следующим причинам:

• перекос фаз;
• повышение механической нагрузки, из-за чего ротору становится сложно вращаться;
• выход подшипников из строя;
• заклинивание вала двигателя.

Все эти проблемы ведут к увеличению силы тока. При достижении критического уровня тепловое реле размыкает электрическую цепь. Подача электроэнергии прекращается, и обмотки двигателя остаются целыми. После устранения причин перегрузки двигатель можно повторно запустить, при условии, что он исправен.

Работа реле может быть активирована и в случаях длительного запуска электромотора. Например, когда он не может быстро достичь своих номинальных оборотов, это чаще всего происходит по двум причинам. Либо напряжение на линиях упало до недопустимого уровня, либо движение вала заблокировано.

Бывают ситуации и с ложным срабатыванием без видимых причин. Если при осмотре устройства не выявляются неисправности, то узел может быть быстро перезапущен. На устройстве имеется специальная кнопка, позволяющая вернуть контакты в изначальное состояние.

Устройство реагирует мгновенно, если сила тока в цепи повышается, но сигнал на отключение подается с некоторой задержкой. Эта особенность исключает остановку двигателя в случае кратковременного увеличения нагрузки, что неизбежно в производственном процессе.

Поэтому устройство настраивают таким образом, чтобы под нормальными условиями работы оно могло функционировать без остановки. Если же нагрузка возрастает в 1,2 раза от установленной нормы, остановка двигателя произойдёт через 5000 секунд. При условии, что нагрузка не вернется к допустимым параметрам.

Если сила тока увеличится в два раза, электрическая цепь разорвется через 500 секунд. При увеличении нагрузки в пять раз и выше реле сработает уже через 10 секунд. Таким образом, основное назначение устройства — спасти оборудование от длительных перегрузок.

Как работает тепловая защита

Принцип действенности теплового реле основывается на способности металлов расширяться при высоких температурах. В конструкции этого устройства предусмотрены две пластины, выполненные из различных металлов, которые имеют разные коэффициенты температурного расширения и жестко соединены между собой.

Когда в системе происходят перегрузки, для продолжения работы необходимо повышать силу тока. Этот процесс вызывает интенсивное выделение тепла, в результате чего контактные пластины нагреваются, и у них появляется искривление в сторону того элемента, который имеет меньший коэффициент расширения.

Все происходит последовательно: трудности в работе мотора приводят к повышению токовых нагрузок. Чем сильнее ток, тем быстрее происходит нагрев. Когда пластина достигает критического уровня накаливания, она изогнется и разомкнет контакт в цепи.

Устанавливая тепловые реле для защиты электродвигателей, необходимо учитывать климатические условия в помещении. Если работа мотора происходит при высоких температурах, то при настройке реле следует выставлять максимальные значения с запасом, чтобы компенсировать температурные колебания.

Так как контактный элемент сильно нагревается перед срабатыванием, необходимо дать ему время на охлаждение. В противном случае устройство может снова отключить систему через короткое время. Однако обычно в течение времени устранения недостатков биметаллические пластины успевают прийти в норму.

Тепловое реле состоит из следующих компонентов:

• нагревательного элемента;
• биметаллических пластин;
• толкателя;
• компенсатора температуры;
• защелки;
• штанги расцепителя;
• контактной группы;
• пружины.

Давайте разберемся, как осуществляется тепловая защита электродвигателя. Ток непрерывно протекает через нагревательный элемент. Если температура последнего возрастает, это указывает на то, что система функционирует под нагрузкой. При достижении установленного параметра перегрузки происходит деформация биметаллической пластины.

Деформация минирует толкатель, который активирует температурный компенсатор. Последний смещает защелку, что позволяет штанге расцепителя подняться вверх и разомкнуть контактную группу. Чтобы вернуть все в исходное состояние, активируется пружина, которая срабатывает посредством специальной кнопки.

Применение тепловых реле перегрузки

Тепловые реле перегрузки находят широкое применение в различных областях для защиты электрических систем и оборудования. Среди основных областей применения выделяются следующие:

1. Защита электродвигателей: они обычно используются для предотвращения перегрузки двигателей, возникающих из-за чрезмерного потребления тока, например, при механических неисправностях или высоких требованиях к нагрузочному состоянию.

2. Промышленное оборудование: реле перегрузки обеспечивают защиту электрических компонентов машин и оборудования, используемых на производстве.

3. Системы HVAC: они служат для защиты компрессоров и электродвигателей в системах отопления, вентиляции и кондиционирования от перегрева.

4. Насосы и вентиляторы: тепловые реле перегрузки защищают насосы и вентиляторы от повреждений, вызванных перегрузками тока в различных применениях.

Типы тепловых реле перегрузки

Реле тепловой перегрузки разделяются на несколько типов в зависимости от требований к напряжению и току. Среди распространенных типов можно выделить:

1. Класс 10: эти реле имеют высокую скорость срабатывания, как правило, предназначены для приложений, где требуется быстрая защита электродвигателя.

2. Класс 20: предлагают более медленную реакцию на срабатывание по сравнению с реле класса 10, что делает их подходящими для аппаратов, требующих более продолжительного времени на запуск.

3. Ручной сброс: в этих реле состояние сработки должно быть сброшено вручную оператором после того, как реле остынет и неисправность будет устранена.

Пример применения теплового реле с нормально-разомкнутыми контактами

Конструкция была продумана до мелочей: использовался кулер от процессора AMD Barton для охлаждения усилителя на базе двух микросхем TDA7294 класса AB (обзор).

Для того чтобы вентилятор не создавал лишних шумов при малом уровне громкости, к радиатору было прикреплено тепловое реле, которое включает вентилятор только при значительном нагреве радиатора.

Исследования показали, что термореле активируется лишь тогда, когда микросхема усилителя нагревается практически до 120 градусов, хотя тесты реле в идеальных условиях показали срабатывание уже при 55 градусах.

Наглядный тепловой снимок устройства вблизи момента срабатывания термореле (нагружен один канал):

Что стало причиной такой разницы между срабатыванием термореле в идеальных условиях и реальных?!

Тщательный анализ показал, что биметаллическая пластина, на которой основано срабатывание термореле, изолирована от основания корпуса. Это означает, что температура этой биметаллической пластины отличается от температуры основания, и приблизительно равна средней температуре окружающей среды со всех сторон (с небольшим приоритетом подложки). С внешней стороны термореле окружена прохладным воздухом!

Таким образом, в этом заключается проблема применения таких тепловых реле: температура их срабатывание действительно соответствует номиналу только в том случае, если тепло поступает одинаково со всех сторон.

Если же тепло будет поступать лишь с одной стороны (например, от основания), то температура срабатывания может значительно отличаться от предполагаемой.

Итоги и выводы

Проверенные биметаллические термореле доказали свою пригодность для использования, но стоит учитывать их особенности.

Эти особенности включают три основных: низкую точность срабатывания температуры, высокий гистерезис (разницу между температурой срабатывания и возвращения в исходное состояние) и зависимость срабатывания не от температуры подложки, а от усредненной температуры окружения.

По указанным причинам они не подходят для ситуаций, когда требуется поддержание температуры контролируемого объекта на заданном уровне: температура может смещаться относительно nomin; и, к тому же, будет достаточно сильно колебаться вокруг среднего значения стабилизации (из-за гистерезиса).

Наилучшим образом подобные термореле подходят для случаев, когда необходимо лишь предотвратить перегрев или переохлаждение контролируемого объекта. В таких ситуациях, как правило, высокая точность срабатывания термореле не является критичной; наоборот, гистерезис может даже улучшить защиту объекта от перегрева или переохлаждения.

В таких случаях не существует ничего проще и дешевле, чем биметаллические термореле.

Следует добавить, что существуют биметаллические термореле и с гораздо более высокими мощностями. К примеру, можно упомянуть KSD302 (ток до 16 А при напряжении до 250 В). Их можно найти у того же продавца, что и протестированные KSD-01F. Однако они имеют совсем другие размеры и под конкретную задачу могут не подойти.

Купить протестированные тепловые реле KSD-01F можно, к примеру, у этого продавца на Алиэкспресс.

Реклама. ООО АЛИБАБА.КОМ (РУ) ИНН 7703380158

Тепловой снимок в данной статье был выполнен при помощи тепловизора InfiRay T2S Plus (обзор).

Об авторе

По всем вопросам обращаться на hans-kristian@bk.ru (г. Москва)

Не пропустите интересные новости! Подпишитесь на нас в ВК и Telegram.

Схема подключения теплового реле

Схемы подключения электродвигателей, в которые включено тепловое реле, могут варьироваться, в зависимости от технических требований и наличия различных устройств. Тем не менее, в любой из этих схем тепловое реле должно подключаться последовательно с катушкой пускателя. Это обеспечивает надежную защиту от перегрузок оборудования. При превышении определенного уровня потребляемого двигателем тока тепловое реле разрывает цепь, тем самым отключая магнитный пускатель и сам двигатель от источника электроэнергии.

Сегодня наиболее популярными являются тепловые реле серии РТЭ, производимые компанией EKF, предназначенные для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от недопустимых токовых перегрузок, в том числе возникающих при отключении одной из фаз.

Принцип действия этих изделий основан на использовании свойств биметаллических пластин, для создания которых обычно используются инвар и хромоникелевые стали. Эти пластины скрепляются между собой с помощью сварки или проката. В силу различий коэффициентов расширения, одна из пластин будет иметь более высокие значения при нагреве, в то время как другая имеет меньшие значения. При воздействии высокой температуры (например, при протекании тока через металл) происходит искривление пластины в сторону материала с меньшим коэффициентом расширения.

При определенном уровне нагрева биметаллическая пластина изгибается и воздействует на систему контактов реле, что приводит к его срабатыванию и размыканию цепи. Однако стоит отметить, что в связи с низкой скоростью процесса прогиба пластины, она не может эффективно гасить дугу, которая возникает в случае размыкания электрической цепи. Для решения этой проблемы необходимо ускорить воздействие пластины на контакт. Именно поэтому на большинстве современных реле предусмотрены дополнительные ускоряющие устройства, которые обеспечивают эффективное размыкание цепи за минимально возможный срок.

Виды тепловых реле (РТТ, РТЛ, ТРН, РТИ, РТЭ)

Реле тепловое РТЭ-1304 0,4-0,63А EKF и другие модели данной серии применяются в качестве комплектующих для схем управления электроприводами в цепях переменного тока с напряжением 660 В, частотой 50-60 Гц, а также в цепях постоянного тока с напряжением 440 В.

Тепловые реле РТТ используются для эффективной защиты трехфазных асинхронных электродвигателей от перегрузок, превышающих допустимую величину (что может произойти, например, при отключении одной из фаз). Обычно они являются частью управляющих схем электроприводов и магнитных пускателей.

Тепловые реле РТЛ используются в ситуациях, когда необходима защита от длительных перегрузок, а также от несимметрии тока, например, при отключении одной из фаз. Этот тип реле может устанавливаться как на пускателях, так и отдельно (при наличии клеммников).

Двухфазное тепловое реле ТРН обычно используется на магнитных пускателях асинхронных двигателей и обладает возможностью работы в системах постоянного тока.

Тепловое реле РТИ выполняет те же функции, что и вышеописанные реле, а также обеспечивает защиту от затянутого запуска. Этот тип реле имеет собственное потребление энергии, поэтому рекомендуется устанавливать предохранители при его использовании.