Токовые тепловые реле

У этих реле чувствительным к теплу элементом является биметаллическая пласти-

на (рис. 9.50).

Рис. 9.50. Биметаллическая пластинка

Биметаллическая пластина состоит из двух слоев металлов с разными коэффициен-

тами линейного расширения αи α. Слои металла соединяются либо сваркой, либо про-

каткой в горячем состоянии. При нагревании пластина изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. Изгиб пластины используется для воз-

действия на контакты реле.

При производстве биметаллических пластин применяют материалы с низким коэф-

фициентом линейного расширения, например, железониеклевый сплав инвар, и с высоким коэффициентом – хромоникелевые, молибденоникелевые и немагнитные стали.

Устройство и принцип действия теплового реле

В упрощенном виде электротепловое реле изображено на рис. 9.51, а, б.

Рис. 9.51. Электротепловое реле:

а – при нормальном токе; б – при токе, превышающем нормальный; в – время-токовая характеристика реле;

1 – биметаллическая пластина; 2 – нагреватель; 3 – защелка; 4 – пружина; 5 – толка

тель; 6 – подвижный контакт; 7 – теплоизоляционная камера

Как следует из рис. 9.51, а биметаллическая пластина 1 заключена вместе с нагре-

вателем 2 в теплоизоляционную камеру 7. Эта камера позволяет свести к минимуму передачутепла от нагревателя к остальным деталям реле.

Верхний конец пластины прикреплен к неподвижной Г-образной скобе из изоляци-

онного материала, нижний же конец упирается в горизонтальное плечо двухплечей защел-

ки 3. Снизу это плечо подпружинено пружиной 4.

На вертикальном плече защелки закреплен подвижный контакт 6, который при нор-

мальном токе (рис. 9.51, а) электрически соединен с неподвижным, и через эти два кон

такта протекает ток I.

При перегрузке количество тепла нагревателе увеличивается, биметаллическая пластина изгибается, ее нижний конец переместится вправо (рис. 9.51, б) и освободит защелку 3. Последняя под действием пружины 4 повернется и разомкнет контакты реле.

На практике это приводит к отключению двигателя. Поскольку при неработающем двигателе ток через нагреватель не протекает, биметаллическая пластина остывает. Но войти в зацепление с защелкой пластина сама не сможет (реле без самовозврата).

Для возврата защелки в исходное положение нужно нажать пальцем на кнопку тол-

кателя 5.

Основной характеристикой теплового реле является время-токовая (рис. 9.51, в).

По горизонтальной оси отложена кратность контролируемого тока (по отношению к номинальному), по вертикальной – время срабатывания теплового реле.

Тепловые реле выбираются по условию: номинальный ток выбранного реле должен равняться номинальному току двигателя или любого иного потребителя.

В этом случае кратность тока нагрузки I/ I= 1, и как следует из рис. 9.51, в, характеристика реле не пересекается с пунктирной вертикальной линией, для которой

I/ I= 1. Это означает, что время срабатывания реле t = ∞, иначе говоря, если через реле протекает его номинальный ток, реле не сработает.

Если ток нагрузки станет больше номинального, реле сработает. При этом время срабатывания реле обратно пропорционально квадрату тока.

Такая зависимость объясняется тем, что тепловое реле срабатывает всегда при одном и том же количестве выделенного в нагревателе тепла:

Q = IR t = const,

где: I – ток нагрузки;

R – cопротивление нагревателя;

t – время протекания тока через нагреватель.

Отсюда следует

t = Q / IR

Приняв Q = const (т.к. реле срабатывает всегда при одном и том же количестве выделенного тепла) и R = const (примем сопротивление нагревателя не зависящим от температуры), получим:

t ≡ 1 / I,

т.е. время срабатывания теплового реле обратно пропорционально квадрату тока (а не току в первой степени).

Как следует из рис. 56, в, если ток нагрузки в 2 раза больше номинального, т.е.

I/ I= 2, время срабатывания реле составит t, если в 4 раза больше, т.е. I/ I=

= 4 – время срабатывания t.

Тепловые реле встраивают в магнитные пускатели, станции управления и др., т.е.

реле находится в одном месте, а потребитель электроэнергии, например, электродвигатель

- в другом.

Это означает, что электротепловые эти реле контролируют нагрев косвенно - через ток приемника электроэнергии, а не непосредственно, через температуру приемника.

Поэтому при работе в северных широтах холодное реле, имеющее температуру окружающей среды, при возникновении перегрузки двигателя может не успеть сработать, и двигатель сгорит.

В то же время в тропиках нагретое воздухом реле будет срабатывать даже тогда, когда перегрузки двигателя нет. Нормальная работа электропривода станет невозможной

из-за постоянных отключений электродвигателя.

Развитие полупроводниковой техники позволило создать температурные реле, кото

рые реагируют непосредственно на нагрев приемника электроэнергии.