Тепловое реле выполняет ключевую функцию в системе защиты электродвигателя от перегрузок, возникающих при длительной работе с превышением номинального тока. Оно реагирует не на мгновенные скачки тока, а на его продолжительное повышение, которое вызывает нагрев обмоток двигателя выше допустимого предела.
Работа реле основана на тепловом эффекте тока: через биметаллическую пластину, встроенную в устройство, протекает ток нагрузки. При увеличении тока выше номинального, пластина нагревается и изгибается, воздействуя на размыкающий механизм. Это приводит к отключению питающей цепи двигателя, предотвращая повреждение изоляции обмоток и сокращение срока службы машины.
Реле устанавливаются в цепь питания двигателя после магнитного пускателя и подбираются с учетом номинального тока электродвигателя, класса тепловой защиты, времени срабатывания. При выборе необходимо учитывать климатические условия эксплуатации и возможное понижение тока при низком напряжении – тепловое реле может не сработать вовремя, если не предусмотрен соответствующий коэффициент чувствительности.
Для обеспечения надежной защиты реле должно быть правильно отрегулировано: значение уставки задается вручную, как правило, с запасом в пределах 1,05–1,15 от номинального тока двигателя. Дополнительные элементы – кнопка ручного сброса и переключатель режима работы (авто/ручной) – позволяют адаптировать устройство к условиям эксплуатации и требованиям безопасности.
Как тепловое реле определяет перегрузку по току
Тепловое реле определяет перегрузку по току за счёт прямого воздействия тока на биметаллический элемент. В его основе лежит принцип теплового расширения разнородных металлов. Ток, проходящий через реле, вызывает нагрев биметаллической пластины, степень которого зависит от величины тока и времени воздействия.
- При нормальной нагрузке пластина остаётся в стабильном положении и не активирует отключающий механизм.
- Если ток превышает номинальное значение, увеличивается тепловая энергия, что приводит к изгибу пластины. При достижении критической деформации она механически воздействует на размыкающий контакт.
- Реле реагирует на ток в диапазоне 105–125% от номинала. Порог срабатывания зависит от точности настройки и времени термической инерции.
- Скорость срабатывания нелинейна: чем выше перегрузка, тем быстрее изгибается пластина. Например, при 150% перегрузке реле срабатывает за 20–30 секунд, при 200% – за 5–10 секунд.
- Наличие тепловой памяти: при кратковременной остановке двигателя реле может не дать повторный пуск, если биметалл не успел остыть до безопасной температуры.
Для точной защиты реле подбирается в соответствии с током полной нагрузки двигателя. Ошибки в выборе номинала или настройке могут привести к ложным отключениям или, наоборот, к отсутствию срабатывания при перегрузке.
Что происходит внутри реле при повышении температуры
При превышении номинальной температуры внутри теплового реле начинается деформация биметаллической пластины, состоящей из двух металлов с различными коэффициентами теплового расширения. Один слой расширяется быстрее, что вызывает изгиб пластины в заданную сторону.
Изгиб приводит к размыканию контактной группы, разрывающей цепь управления пускателем двигателя. Этот процесс занимает от 5 до 20 секунд в зависимости от степени перегрева и типа реле. Важно учитывать, что отключение не происходит мгновенно: задержка заложена конструктивно для исключения ложных срабатываний при кратковременных перегрузках.
Параллельно с деформацией биметалла происходит изменение сопротивления нагревательного элемента, расположенного рядом. Он подключён последовательно с нагрузкой и преобразует протекающий ток в тепло. При постоянной перегрузке температура не успевает стабилизироваться, что ускоряет срабатывание.
После остывания биметаллический элемент возвращается в исходное положение. При наличии ручного сброса требуется вмешательство оператора для восстановления рабочего состояния. В автоматическом варианте контакты замыкаются самостоятельно, но только при полном охлаждении.
Рекомендуется проверять исправность теплового реле не реже одного раза в полгода с использованием токовой нагрузки, превышающей номинальную на 20–30%. Также важно соблюдать калибровку, так как износ биметаллических пластин влияет на точность срабатывания.
Роль биметаллической пластины в механизме срабатывания
Биметаллическая пластина – ключевой элемент теплового реле, преобразующий тепловую энергию в механическое движение. Она состоит из двух металлов с различным коэффициентом линейного расширения, плотно соединённых между собой. При нагреве от протекающего через реле тока один металл расширяется сильнее, вызывая изгиб всей конструкции.
Чаще всего применяются сплавы на основе латуни и инвара: латунь обеспечивает высокую чувствительность, а инвар стабилизирует деформацию. Пластина изгибается строго пропорционально времени и силе тока, что позволяет реле учитывать тепловую инерцию двигателя. Это критически важно для защиты от перегрузок с длительным характером, не влияющих мгновенно, но способных вызвать перегрев обмоток.
Когда пластина достигает заданного уровня деформации, она воздействует на механизм отключения – через рычажную систему или напрямую на подвижные контакты. Настройка чувствительности осуществляется регулировкой длины пластины или силы прижима. При выборе реле необходимо учитывать тип запуска двигателя: для тяжёлых пусков предпочтительны реле с замедленной тепловой характеристикой.
Важно: длительная работа при токе, близком к номинальному пределу, вызывает постепенное старение биметаллической пластины. Рекомендуется проводить регулярную проверку термочувствительности, особенно в условиях нестабильного напряжения или при частых пусках двигателя.
Как тепловое реле отключает питание двигателя
Тепловое реле срабатывает при превышении допустимого тока, вызывающего нагрев биметаллической пластины. При достижении заданной температуры пластина изгибается, воздействуя на размыкающий контакт, разрывая цепь управления пускателем двигателя. Это отключает силовые контакты и обесточивает обмотки электродвигателя.
Реакция реле зависит от величины перегрузки: при превышении тока на 20–30 % отключение происходит в течение 10–20 секунд, при увеличении в два раза – менее чем за 5 секунд. Такая временная характеристика исключает ложные срабатывания при кратковременных пусковых токах.
Контакты теплового реле обычно включаются в цепь катушки пускателя. При срабатывании реле катушка теряет питание, контактор размыкается, и питание двигателя отключается. После устранения перегрузки необходимо вручную сбросить реле, иначе включение невозможно.
Для надежной защиты важно правильно выбрать уставку по току: она должна соответствовать номинальному току двигателя с учетом условий охлаждения и режима работы. Неверно выбранное значение приведет либо к преждевременным отключениям, либо к повреждению двигателя.
Особенности настройки уставок теплового реле
Уставка теплового реле подбирается строго в соответствии с номинальным током двигателя, указанным на заводской табличке. Значение тока реле должно быть на 5–10% выше номинального, чтобы исключить ложные срабатывания при кратковременных пусках.
Настройку уставки следует проводить при полностью отключённом питании цепи управления. Реле с биметаллическими элементами требует времени на охлаждение перед повторной регулировкой.
Если двигатель работает в тяжелом тепловом режиме (частые пуски, высокая температура окружающей среды), уставку выбирают ближе к номиналу или даже немного ниже, учитывая рост температуры обмоток. При этом критично оценить допустимую кратность пускового тока: если она превышает настройку реле, может потребоваться задержка срабатывания или установка реле с расширенной характеристикой.
Для многодвигательных установок реле настраивается индивидуально для каждого агрегата. Запрещено использовать однотипные настройки «по умолчанию» без учета конкретной мощности и режима эксплуатации.
После настройки необходимо провести контрольный пуск и мониторинг времени срабатывания при перегрузке. Допустимое время отключения – не более 20 секунд при перегрузке в 120% от номинального тока. Если значение превышено – требуется корректировка.
Типичные ошибки при подключении и эксплуатации теплового реле
Некорректное размещение реле в цепи также вызывает сбои. Установка устройства в обход основной линии питания двигателя лишает систему защиты смысла – реле не фиксирует реальный ток нагрузки. Оно должно быть подключено непосредственно к выходу контактора, перед двигателем.
Ошибка монтажа – отсутствие надёжного контакта в клеммах. Ослабленные соединения вызывают локальный перегрев, что искажает показания реле и может спровоцировать его ложное срабатывание. Необходимо регулярно проверять клеммные зажимы на затяжку, особенно после первого запуска.
Игнорирование температурной компенсации реле в неотапливаемых помещениях – критическая недоработка. При понижении температуры внешняя среда влияет на тепловые элементы, снижая точность защиты. Следует использовать реле с автоматической температурной компенсацией или корректировать уставки вручную.
Неверная установка времени возврата реле после срабатывания может повлечь повторные пуски до полного охлаждения двигателя. Это создаёт дополнительную тепловую нагрузку. Убедитесь, что возврат настроен на значение, соответствующее техническим условиям двигателя.
Некоторые пользователи забывают о регулярной проверке механизма срабатывания. Пыле- и влагозащита не делает реле необслуживаемым. Необходимо проводить профилактическое тестирование минимум раз в полгода, особенно в условиях повышенной вибрации или запылённости.
Загрузка...
