В большинстве схем подключения теплового реле к магнитному пускателю применяется нормально замкнутый контакт, который соединяется последовательно с кнопкой «Стоп» на пульте управления. Это состояние контактной группы обозначается сочетанием букв NC (normal connected) или НЗ (нормально замкнутый).
Тепловое реле: принцип работы, виды, схема подключения + регулировка и маркировка
Срок службы и стабильность в эксплуатации любой системы, использующей электрический двигатель, зависят от множества факторов. Особенно важно учитывать, что токовые перегрузки играют ключевую роль в износе двигателя. Для их предотвращения внедряют тепловое реле, которое защищает основные рабочие элементы электромашин.
В нашей статье мы объясним, как выбрать устройство, которое может предвосхитить потенциальные аварийные ситуации, вызванные превышением максимально допустимых токов. Мы подробно рассмотрим принцип работы данного реле, его виды и характеристики, а также дадим рекомендации по подключению и корректной настройке оборудования.
Зачем нужны защитные аппараты?
Даже при правильном проектировании и эксплуатации электрического привода всегда существует риск возникновения неисправностей.
Аварийные режимы могут возникнуть из-за однофазных и многофазных коротких замыканий, тепловых перегрузок, механического заклинивания ротора или разрушения подшипникового узла, а также из-за обрыва фазы.
В условиях перегрузки электрический двигатель использует большое количество энергии, что приводит к значительному нагреву. Если показатели напряжения превышают норму, оборудование будет интенсивно нагреваться.
Это, в свою очередь, может привести к быстрому износу изоляции, что значительно сокращает срок службы электромеханических установок. Чтобы предотвратить подобные ситуации, в электрическую цепь подключаются реле тепловой защиты. Основная задача этих устройств — обеспечить нормальную работу потребителей.
Реле отключает двигатель с определенной задержкой, а в некоторых случаях — немедленно, что позволяет избежать повреждения изоляции или отдельных частей электрооборудования.
Токовые реле защищают электрический двигатель не только от обрыва фазы и перегрузок, но и от торможения ротора, что является основными причинами возникновения аварийных ситуаций.
Для того чтобы не допустить снижения сопротивления изоляции, применяются устройства защитного отключения. А для предотвращения неэффективного охлаждения подключаются специальные аппараты встроенной тепловой защиты.
Зачем защищать электромотор от перегрева?
Длительная работа электрического двигателя под повышенной нагрузкой сопровождается увеличением потребления тока и выделением значительного количества тепла, что может вызвать повреждение изоляции обмоток. Высокая температура также ускоряет износ подшипников, увеличивая вероятность их заклинивания.
В таких случаях нельзя полагаться только на автоматическое отключение, которое может произойти слишком поздно, когда уже будут нанесены необратимые повреждения. Поэтому в цепь подключается тепловое реле для защиты электродвигателя.
Причины, по которым могут возникнуть скачки нагрузки, включают:
- перекос фаз;
- возрастание механических нагрузок, что затрудняет движение ротора;
- выход из строя подшипников;
- заклинивание вала двигателя.
Все перечисленные проблемы приводят к увеличению силы тока. Когда значение тока достигает аварийного предела, тепловое реле прерывает электрическую цепь, прекращая подачу питания и сохраняя целостность обмоток двигателя. После устранения причины перегрузки двигатель можно вновь запустить, если, разумеется, статор будет исправен.
Срабатывание реле может также произойти при длительном запуске электродвигателя. Это чаще происходит по двум причинам: либо напряжение в сети упало до недопустимого уровня, либо что-то мешает валу двигаться.
Случаи ложного срабатывания могут возникнуть без видимых причин. Если визуальный осмотр не выявляет неисправностей, работу устройства можно быстро восстановить. На устройстве предусмотрена специальная кнопка, позволяющая вернуть контакты в исходное состояние.
Устройство реагирует мгновенно на повышение силы тока, но сигнал об отключении подается с небольшой задержкой. Эта особенность позволяет избежать остановок двигателя при кратковременных увеличениях нагрузки, что вполне может произойти в процессе производственной работы.
Поэтому устройство настраивается таким образом, чтобы при нормальных условиях работа продолжалась до бесконечности. Например, при увеличении нагрузки до 1,2 от заданного значения отключение двигателя произойдет через 5000 секунд, если нагрузка не вернется к нормальным параметрам.
Если же сила тока возрастет в два раза, разрыв электрической цепи произойдет уже через 500 секунд. Повышение нагрузки в 5 раз и более приведет к срабатыванию реле после десяти секунд ожидания. Таким образом, основная задача устройства — защитить оборудование от длительных перегрузок.
Как работает тепловая защита
Принцип работы теплового реле основан на свойствах металлов расширяться при нагревании. В реле используется два металлических элемента, которые связаны жестко друг с другом, но имеют разные коэффициенты температурного расширения.
При перегрузке системы требуется увеличение силы тока, что сопровождается выделением тепла. Нагреваясь, контактные пластины искривляются в сторону металла с меньшим температурным коэффициентом.
Этот процесс протекает последовательно. Затруднения в работе двигателя увеличивают силу тока; чем больше ток, тем быстрее нагреваются пластины. При достижении предела температуры биметаллическая пластина изогнется и разомкнет цепь.
При установке тепловых реле для защиты электродвигателей необходимо учитывать климатические условия, в которых работает оборудование. Если температура в зоне работы двигателя высокая, то необходимо установить максимальные параметры реле с запасом для компенсации разницы температур.
Поскольку контактный материал перед срабатыванием сильно нагревается, стоит дать ему время для охлаждения, иначе устройство может повторно отключить систему через короткий промежуток времени. Но, как правило, за время устранения неполадок биметаллические пластины успевают остыть.
Структура теплового реле включает:
- нагревательный элемент;
- пластины из биметаллов;
- толкатель;
- компенсатор температуры;
- защелка;
- штанга расцепителя;
- контактная группа;
- пружина.
Разберемся, как функционирует тепловая защита электродвигателя. Ток проходит через нагревательный элемент. Если температура элемента увеличивается, то это сигнализирует о работе системы под нагрузкой. При достижении предельного параметра перегрузки деформируется биметаллическая пластина.
Эта деформация перемещает толкатель, который активирует температурный компенсатор. Он перемещает защелку, позволяя подняться штанге расцепителя и разомкнуть контактную группу. Чтобы вернуть все в исходное состояние, активируется пружина, действие которой инициируется специальной кнопкой.
Тепловые реле по принципу действия
Также стоит рассмотреть тепловые реле, основываясь на принципе их работы. Различают несколько видов таких устройств, большинство которых применяют механические принципы, в частности, биметаллические пластины, что делает их наиболее распространенными благодаря надежности и простоте конструкции. Тем не менее, у этого типа имеются свои недостатки. В этом устройстве используется пластина, состоящая из двух слоев различных металлов, каждый из которых имеет свои коэффициенты расширения, что также было ранее упомянуто. Однако это могут быть не только пластины, но и другие устройства, работающие по аналогичному принципу.
Существуют и реле, в которых используется объемное расширение. В таких устройствах присутствует ампула с газом или жидкостью, где чаще всего применяют ртуть, которая при нагревании расширяется и поднимается по трубке. Этот процесс аналогичен действию обычного термометра, когда, нагреваясь, реагент перемещается, замыкая электрическую цепь, что вызывает срабатывание реле. Имеются также реле, работающие по принципу изменения удельного сопротивления, в которых используются проводниковые или полупроводниковые материалы.
Некоторые тепловые реле действуют на основе изменения диэлектрической постоянной. В таких устройствах в конструкции присутствует диэлектрик и конденсатор, где диэлектрик, меняющий свою постоянную при изменении температуры, влияет на общий процесс работы реле. Есть также реле, которые функционируют за счет перехода вещества из жидкой фазы в газообразную с изменением плотности в зависимости от температуры и другие виды. Имеются также оптические реле, использующиеся в условиях очень высоких температур или для измерения температуры движущихся объектов. Это далеко не исчерпывающий список типов тепловых реле по принципу их работы, существуют и другие, такие как акустические, которые разрабатывались, но не нашли применения по различным причинам.
Такое множество типов реле объясняется разными задачами, условиями эксплуатации и другими факторами. Некоторые из этих реле используются намного чаще, чем другие, особенно в бытовых условиях, где специализированные типы могут вообще отсутствовать. Это связано с высокой стоимостью и отсутствием практической необходимости их применения. Также различия могут быть в точности работы; некоторые реле имеют крайне высокую степень точности, что в быту не всегда требуется, а допускается определенная погрешность. Поэтому реле с биметаллическими пластинами являются наиболее распространенными, так как они универсальны и имеют приемлемую цену.
В современном рынке можно найти тепловое реле для любых задач. Их характеристики в общем имеют типовой набор: границы срабатывания, номинальный ток, силовое напряжение, пределы регулировки, тип и количество управляющих контактов, чувствительность к перекосу фаз и прочее. Данный тип реле довольно специфичен, поэтому нет необходимости углубляться в подробный разбор всех характеристик. Обычно при выборе конкретного реле для определенной задачи (например, для электродвигателя определенного типа) большинство необходимых характеристик известны заранее, а никаких принципиальных сложностей возникнуть не должно. Если же вникать в детали, то статья может оказаться слишком объемной, и лишь немногие специалисты смогут найти в этом реальную пользу. Мы лишь предоставили общее представление о тепловых реле, их назначении и вариантах.
Процесс подключения
Ниже вы найдете схему подключения теплового реле с обозначениями. На ней указано сокращение КК1.1, обозначающее нормально замкнутый контакт. Силовые контакты, через которые проходит ток к двигателю, обозначены сокращением KK1. Автоматический выключатель, который находится в схеме теплового реле, обозначен как QF1. Активация этого выключателя приводит к подаче питания по фазам. Фаза 1 управляется отдельной клавишей, обозначенной как SB1, которая предназначена для аварийной остановки в случае непредвиденных обстоятельств. От этой клавиши ток уходит на клавишу пуска, обозначенную как SB2. Дополнительный контакт, идущий от кнопки пуска, остается в дежурном состоянии. При запуске ток от фазы проходит через этот контакт к магнитному пускателю через катушку, обозначенную KM1. Это приводит к срабатыванию пускателя. При этом замыкаются разомкнутые контакты и наоборот.
Когда контакты, обозначенные KM1, замыкаются, происходит подача трех фаз тока для запуска двигателя, который начинает работу. Если сила тока возрастает, действие контактных площадок ТР, обозначенных KK1, приводит к размыканию трех фаз, и пускатель отключается, таким образом останавливая и двигатель. Принудительная остановка потребителя осуществляется путем нажатия на клавишу SB1, что разрывает первую фазу и прекращает подачу напряжения на пускатель, который размыкает свои контакты. Ниже представлена упрощенная схема подключения.
Еще одной вариацией схемы подключения данного ТР является использование нормально замкнутого контакта реле, который при срабатывании разрывает не фазу, а ноль, идущий на пускатель. Эта схема часто используется за счет своей экономичности при выполнении монтажных работ. В процессе работы нулевой контакт подводится к ТР, а с другого контакта монтируется перемычка на катушку, управляющую контактором. При срабатывании защиты происходит разрыв нулевого провода, что приводит к отключению контактора и двигателя.
Реле может быть интегрировано в схему, где предусмотрено реверсивное движение двигателя. В этой схеме, в отличие от предыдущей, предусмотрен нормально замкнутый контакт, обозначенный KK1.1.
При срабатывании реле происходит разрыв нулевого провода контактами KK1.1, что приводит к обесточиванию пускателя и отключению питания двигателя. В экстренных ситуациях кнопка SB1 позволяет быстро прервать цепь питания для остановки двигателя.
Резюме
Схемы, демонстрирующие принцип подключения реле к контактору, могут включать другие буквенные или цифровые обозначения. Чаще всего расшифровка этих обозначений представлена внизу схемы, но основной принцип всегда остается неизменным. Стоит немного попрактиковаться, смоделировав схему с потребителем в виде лампочки или небольшого двигателя. С помощью тестового включателя можно будет опробовать нестандартные ситуации, а клавиши пуска и остановки помогут проверить функциональность всей схемы. При этом важно учитывать тип пускателя и состояние его контактов. Если возникают сомнения, лучше проконсультироваться с опытным электромонтажником, который сможет помочь в сборке таких схем.
При выборе устройства необходимо учитывать его область применения и имеющиеся функциональные возможности. Обычно не возникает проблем при поиске нужного защитного устройства. Однако, важно уделить внимание следующим аспектам:
- Однофазные ТР с автоматическим сбросом возвращаются в исходное состояние спустя определенный период времени. Если в это время электродвигатель остается перегруженным, прибор сработает повторно.
- Реле, обладающие температурной компенсацией, могут функционировать в широком диапазоне температур.
- Некоторые модели способны контролировать состояние фаз, что позволяет им срабатывать не только при перегреве мотора, но и при обрыве фас или их дисбалансе.
- Существуют ТР, реагирующие на недогрузку электротехнического оборудования. Этот сценарий может возникнуть, например, когда насос работает без воды.
Цены на реле варьируются в широком диапазоне. При выборе устройства важно внимательно изучить его технические характеристики. В паспорте также можно найти рекомендации по подключению ТР. Тем не менее, процесс подключения не так сложен, и проблемы возникают крайне редко.
