В процессе эксплуатации энергетического оборудования оно постоянно подвергается воздействию токовых перегрузок, что в свою очередь негативно сказывается на его долговечности. Для защиты от таких ситуаций используется тепловое реле, которое отключает электроснабжение в случаях возникновения нестандартных условий.
Тепловые реле: виды и назначение Статья
В данной статье продолжается рассказ о реле различного назначения, и теперь мы подробнее рассмотрим тепловые реле. Их функция становится очевидной из названия: они реагируют на изменения температуры и срабатывают при достижении определённых значений. На современном рынке существует несколько видов тепловых реле, между которыми имеются значительные различия, и об этом мы поговорим ниже. Однако вне зависимости от типа, каждой модели присуща одна общая задача: сработать при достижении заданного температурного значения.
Тепловые реле в основном используются для срабатывания при перегреве. Они классифицируются как защитные устройства, обеспечивающие защиту электроприборов или всей электрической сети от перегрева. Это их основная область применения, так как известно, что перегрев может быть разрушительным для всех электроприборов. Под перегревом подразумевается не просто повышение температуры, а достижение критических значений, после которых устройство может выйти из строя. Тепловое реле предотвращает подобные ситуации. Устройство используется в электродвигателях и других приборах. Однако важно отметить, что тепловые реле действуют не самостоятельно: они работают в сочетании с вспомогательными устройствами, которые отключают подачу электроэнергии или останавливают сам электроприбор (или двигатель). Таким образом, реле лишь подает сигнал о необходимости отключения. В этой статье мы подробнее рассмотрим различные типы тепловых реле, их отличия и их критерии выбора.
Виды тепловых реле
Существует несколько типов (серий) тепловых реле, каждое из которых имеет свои уникальные особенности как в конструкции, так и в эксплуатации. Выбор конкретного вида реле — это первый и, пожалуй, самый важный шаг при покупке, поэтому стоит начать именно с этого. В данной статье не будут углубляться в подробности устройства, схемы подключения или специальные характеристики различных типов тепловых реле, чтобы не усложнять информацию. Здесь будет представлена лишь основная информация в краткой форме.
Тепловые реле РТЛ
Тепловые реле РТЛ представляют собой трехфазные устройства, которые чаще всего применяются для защиты электродвигателей. Эти реле защищают электродвигатели от перегрева, заклинивания, слишком длительного запуска, когда на протяжении длительного времени происходит высокая нагрузка (пусковые токи), а также от перекоса фаз и других перегрузок. Тепловые реле РТЛ выпускаются в довольно широком диапазоне токов, от 0,1 до 80 А и выше. Они могут устанавливаться как на пускателях ПМЛ, так и отдельно. В случае отдельной установки необходимо наличие клеммников КРЛ, чтобы реле могло функционировать как автономное защитное устройство. Большинство моделей РТЛ монтируются на стандартные крепежные рейки, хотя данный тип реле очень распространен, и могут быть доступны различные варианты, в том числе изготовленные по индивидуальному заказу.
Тепловые реле ТРП
Тепловые реле ТРП относятся к однополюсным устройствам и в первую очередь предназначены для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей. Их номинальный ток варьируется от 1 до 600 А, а значения напряжения также могут различаться в зависимости от специфики конкретной модели. Основной элемент конструкции — биметаллическая пластина, которая нагревается как за счет тока, проходящего через неё, так и за счёт специального нагревателя. Таким образом, работа устройства обеспечивает комбинированное действие. Допускается регулировка в определённых пределах, которую можно осуществлять с помощью специальной ручки, позволяющей деформировать пластину. Возврат в первоначальное положение происходит либо с помощью специальной кнопки, либо автоматически, в процессе остывания биметаллической пластины. Температура срабатывания у реле данного типа обычно превышает 200 градусов, при этом этот тип отличается высокой надежностью, что также является его несомненным преимуществом.
Тепловые реле РТТ
РТТ является еще одним типом трехфазных тепловых реле, используемым для защиты электрических двигателей короткозамкнутого типа. Реле данного типа защищает двигатели от длительного запуска, заклинивания и перегрузок, а также реагирует на ряд других нештатных ситуаций. Они обычно закрепляются на корпусе магнитного пускателя.
Другие типы реле
Хотя описывать все типы тепловых реле в устройстве нецелесообразно и занимает слишком много времени, всё же стоит упомянуть их с кратким описанием.
- РТИ – это также трехфазные устройства, которые применяются для защиты электродвигателей от различных ненормативных воздействий. Крепятся они на корпусе пускателей и считаются достаточно надежными.
- РТЭ – в этом реле имеется проводник, который плавится при достижении определенной температурной отметки. После плавления проводник размыкает сеть, таким образом надежно защищая от любых неполадок, создающих опасность перегрева. Тепловые реле этого типа обычно встраиваются на этапе производства в различные устройства, не ограничиваясь лишь электродвигателями.
- РТК – в этом типе реле используется щуп, помещаемый в корпус устройства, который отвечает за контроль температуры.
- ТРН – это двухфазное тепловое реле, которое функционирует независимо от температуры окружающей среды. У него предусмотрен механизм возврата контактов в первоначальное состояние в ручном режиме.
Конструктивное исполнение тепловых реле
Все виды тепловых реле имеют схожую конструкцию. Наиболее важной частью любого из них является чувствительная биметаллическая пластина.
Значение тока срабатывания зависит от температурных показателей окружающей среды, в которой работает реле. С увеличением температуры время срабатывания сокращается.
Чтобы минимизировать это влияние, инженеры проектируют устройства с учетом максимально допустимой температуры биметаллического элемента. В некоторых реле также предусмотрены дополнительные компенсационные пластины для повышения эффективности работы.
Устройство состоит из корпуса, нихромового нагревателя, биметаллической пластины, защелки, винта, рычага, подвижного контакта и кнопки возврата (+)
В том случае, если реле включает нихромовые нагреватели, их подключение может осуществляться по параллельной, последовательной или комбинированной схеме с пластиной.
Значение тока в биметаллическом элементе регулируется с помощью шунтов.Все элементы монтируются внутри корпуса. Биметаллический элемент в форме буквы U фиксируется на оси.
Цилиндрическая пружина воздействует на один конец пластины, в то время как второй конец опирается на уравновешенную изоляционную колодку. Пластина совершает повороты вокруг оси и служит опорой для контактного мостика, который оснащён серебряными контактами.
Для согласования тока установки, биметаллическая пластина соединена с её механизмом посредством своего левого конца. Регулировка происходит за счёт изменения первоначальной деформации пластины.
Если значения токов перегрузки равны или превышают заданную установку, изоляционная колодка поворачивается под воздействием пластины. В результате её перемещения происходит отключение размыкающего контакта устройства.
На изображении показано тепловое реле ТРТ в разрезе. К основным элементам относятся: корпус (1), механизм уставки (2), кнопка (3), ось (4), серебряные контакты (5), контактный мостик (6), изоляционная колодка (7), пружина (8), биметаллическая пластина (9), ось (10)
Автоматический возврат реле в первоначальное состояние происходит самопроизвольно. Процесс самовозврата занимает не более 3 минут с момента активации защиты. Ручной возврат возможен с помощью специальной клавиши Reset.
Во время её использования прибор возвращается в исходное положение за 1 минуту. Для активации кнопки необходимо повернуть её против часовой стрелки до тех пор, пока она не поднимется над корпусом. Упомянутая установка тока обычно указана на лицевой панели.
Принцип работы устройства
Выполняя защитную функцию, автоматический выключатель разъединяет силовые питающие цепи, однако тепловое реле действует несколько иначе: в случае превышения нагрузки оно просто выдает управляющий сигнал. При таком подходе менее мощные токи подключаются в одной цепи управления.
В схеме перед термореле располагается магнитный пускатель. Когда цепи отключаются в аварийном режиме, отпадает необходимость в дополнительной дублирующей работе контактора. Это в свою очередь экономит материалы для производства силовых контактных групп.
Наиболее распространены устройства, оборудованные биметаллическими пластинами. Собственно, сама пластина состоит из двух идентичных элементов.
Один элемент обладает значительным температурным коэффициентом, в то время как второй имеет несколько меньший коэффициент. Эти две составляющие жестко соединены друг с другом.
Так как составные части биметаллической пластины выполнены из различных металлов с различными коэффициентами теплового расширения, нагрев вызывает изгиб пластины, что в свою очередь взаимодействует с контактами.
Обеспечивается такое надежное соединение путем сваривания или горячей прокатки. Из-за того, что пластина фиксируется неподвижно, при нагреве наблюдается её изгиб в сторону элемента с меньшим температурным коэффициентом. Этот принцип лежит в основе работы тепловых реле.
При производстве таких реле применяются хромоникелевые стали и немагнитные материалы, обладающие высоким значением температурного коэффициента. В качестве материалов с меньшим значением этого параметра используется инвар — сплав никеля с железом.
На приведенной схеме изображено функционирование теплового реле. Несоедененный конец биметаллической пластины при её изгибе воздействует на контакты термореле (+)
Пластина из биметалла подогревается токами нагрузки. Обычно высоковольтные токи проходят через специальный нагреватель. Кроме того, существует комбинированный нагрев, при котором биметалл прогревается как за счет тепла нагревателя, так и за счет тока, проходящего через него.
Виды тепловых реле (РТТ, РТЛ, ТРН, РТИ, РТЭ)
Реле тепловое РТЭ-1304 0,4-0,63А EKF и другие модели этой серии предназначены в качестве комплектующих средств в схемах управления электроприводами переменного тока напряжением 660 В, частотой 50-60 Гц и постоянного тока напряжением 440 В.
Тепловые реле РТТ используются, когда требуется обеспечить надежную защиту трехфазных асинхронных двигателей от перегрузок, превышающих допустимое время (например, в ситуации выпадения одной из фаз). Чаще всего эти устройства являются компонентами управляющих схем электроприводов и магнитных пускателей.
Тепловые реле РТЛ применяются когда необходима защита от продолжительных перегрузок, а также несимметрии тока (что также может произойти в случае, если выпадает одна из фаз). Их можно устанавливать как на пускателях, так и отдельно в случае использования клеммников.
Двухфазные тепловые реле ТРН преимущественно используются на магнитных пускателях в асинхронных двигателях, их отличает возможность применения в сетях постоянного тока.
Тепловое реле РТИ выполняет аналогичные функции, как и вышеупомянутые типы, а также защищает от затянутого пуска. Данный тип реле имеет собственное потребление энергии, так что при его использовании рекомендуется дополнительно устанавливать предохранители.
Типы тепловых реле перегрузки
Существуют различные типы реле тепловой перегрузки, которые отвечают разнообразным требованиям по напряжению и току. Вот некоторые из распространенных типов:
Класс 10: эти реле отличаются быстрой реакцией на срабатывание и предназначены для приложений, где требуется быстрая защита двигателя.
Класс 20: такие реле обеспечивают более замедленную реакцию на срабатывание по сравнению с реле класса 10 и подходят для приложений, где необходимо более длительное время пуска.
Ручной сброс: такие реле требуют, чтобы оператор вручную сбрасывал сработанное состояние после того, как реле остынет и неисправность будет устранена.
Ключевые особенности тепловых реле перегрузки
Выбирая и устанавливая тепловые реле перегрузки, важно учесть следующие факторы:
- Правильный выбор размера устройства;
- Температура окружающей среды;
- Пусковой ток двигателя;
- Настройки регулировки;
- Тестирование и обслуживание.
Стремление компании Tosunlux к высокому качеству и искусству проявляется в каждом тщательно разработанном продукте, который демонстрирует идеальное сочетание эстетики и долговечности.
Итоги и выводы
Проверенные биметаллические термореле продемонстрировали свою пригодность для применения, но с разумным учетом их особенностей.
Эти особенности заключаются в трех основных аспектах: невысокой точности температуры срабатывания, высоком гистерезисе (разница между температурой срабатывания и возврата в исходное состояние) и привязке температуры срабатывания не непосредственно к температуре оснований, а примерно к средней температуре окружения.
Поэтому такие реле могут плохо подойти для случаев, когда требуется поддержание температуры контролируемого объекта на заданном уровне: температура может выйти за границы номинала (из-за разброса характеристик), а также довольно сильно колебаться вокруг установленных значений (по причине гистерезиса).
Однако такие термореле могут быть более эффективными в ситуациях, когда необходимость состоит только в предотвращении перегрева или переохлаждения контролируемого объекта. Для таких случаев, как правило, не требуется высокая точность срабатывания термореле, а гистерезис добавляет дополнительную защиту от перегрева или переохлаждения.
Несомненно, в большинстве случаев проще и более экономично, чем биметаллические термореле, просто ничего не существует.
Следует также отметить, что биметаллические термореле могут работать и на значительно больших мощностях. Например, KSD302 может выдерживать ток до 16 А при напряжении до 250 В. Их можно найти у того же продавца, что и протестированные модели KSD-01F. Тем не менее, в их конструкции могут быть значительно больше габариты, и они могут не подходить под специфические задачи.
Купить протестированные тепловые реле KSD-01F, можно, например, у этого продавца на Алиэкспресс.
Реклама. ООО АЛИБАБА.КОМ (РУ) ИНН 7703380158
Тепловой снимок, представленный в статье, был выполнен с использованием тепловизора InfiRay T2S Plus (обзор).
Об авторе
По всем вопросам можно обращаться по адресу hans-kristian@bk.ru (географическое положение — Москва).
Не упускай интересное! Подпишись на нас в ВК и Telegram.
Пожаловаться на комментарий
Относительно причин несрабатывания термореле с усилителем и рекомендаций по его применению — это выглядит как шутка. Я ценю чувство юмора автора; или всё же это всерьез? По фото с тепловизора видно, что температура медной пластины, к которой реле прикручено, составляет около 30 градусов. При таких условиях какое включение может произойти? Термореле (как и любой термодатчик) должен устанавливаться на неизолированный радиатор рядом с нагреваемыми элементами через изолирующую термопрокладку (по крайней мере, я так делал за последние 40 лет — и, возможно, делал это неправильно). О мелком приоритете подложки и обволакивающего тепла лучше умолчу.
Попробуйте выяснить, почему тепловизоры могут показывать неверные температуры блестящих металлических поверхностей. Ключевое понятие тут — коэффициент эмиссии.
Кстати, данный вопрос подробно обсуждается в обзоре тепловизора (ссылка в самом низу статьи).
Нет, не буду. На фото, мне достаточно видеть, как реле фиксируется.
Если же тепло поступает исключительно с одной стороны (от подложки), то температура срабатывания может значительно отличаться от необходимой. — как я понимаю в области электроники, если в датчике имеется специальная площадка (основание) для теплообмена и крепления, именно её температура и должна контролироваться по данными паспортом. Если имеется несоответствие реальных температур и паспортных данных на данном термореле, это лишь указывает на качество его сборки. Впрочем, допускаю, что даже на уровне сборки они могут быть не с достаточным качеством, по старой китайской традиции. Тем не менее, в интернете можно найти аналогичное тестирование, проведенное автором, где получены такие данные:
KSD-01F H 40°C 44.4
KSD-01F H 50°C 55.2
KSD-01F H 60°C 56.9
Таким образом, наблюдается большой разброс. Я не удивлюсь, если со временем эти показатели упадут, скажем, от эксплуатации/износа/старения. Поскольку механика всегда оставляет след.
—
Все термо датчики необходимо как можно ближе устанавливать к точке, где происходит максимальная контролируемая температура. Высокий температурный порог может существенно замедлить реакцию на её рост, что может являться критичным в случаях с быстрыми процессами. Также, потери тепла при его передаче к датчику могут значительно сместить критическую рабочую точку: усилитель уже может начать перегреваться, в то время как датчик все ещё не достигает заданного значения температуры.
Судя по фото, медный элемент в данном случае практически бесполезен, а датчику он даже и вреден. Рекомендуется убрать его и установить датчик прямо на фланец крепления усилителя, используя общий болт.
— Бурчание на скорую руку 🙂
То, что у микросхемы усилителя температура достигает 120 градусов — это ненормально. Перегрузки по нагрузке нет?
Либо это может быть следствием неэффективного теплового контакта корпуса микросхемы и радиатора (например, выступ на радиаторе вокруг винта или искривленный фланец микросхемы), возможно, даже без термопасты. Кроме того:
Радиатор установлен каким придется, точка максимального тепла на микросхеме приходится на край радиатора, при этом нет полной задействованности фланца для эффективной передачи тепла. Это не очень хорошо. Кроме того, стоит учитывать, что на фланце у TDA7294 располагается не земля, а -Vs, это надо принимать во внимание при монтаже и закреплении радиатора в корпус (в данном случае электромагнитные термопрокладки туда не нужны).
Кроме того, согласно паспортным данным, TDA7294 требует два крупных конденсатора для питания, на + и -, по 1000 мкФ на каждую микросхему. На плате, судя по размеру, видно только пару по 680 мкФ, хотя они должны быть похожими на 2200 мкФ, по крайней мере. 🙂
Возможно, это не влияет на нагрев, но…
То, что у микросхемы усилителя температура достигает 120 градусов — это ненормально. Перегрузки по нагрузке нет?
Я признаюсь, что виноват. У TDA7294 заявленная долговременная мощность на нагрузке составляет 70 Вт, а я из него вынудил 77 Вт. Но это было сделано лишь ради тестов. 🙂
