Princip činnosti a schéma zapojení tepelného relé

Ochrana elektromotorů, magnetických spouštěčů a dalších zařízení před přehřátím zátěže se provádí pomocí speciálních tepelných ochranných zařízení. Abyste si mohli vybrat správný model tepelné ochrany, musíte vědět, jak funguje, jaká je jeho konstrukce a jaká jsou základní kritéria výběru.

Konstrukce a princip činnosti

Tepelné relé (TR) je určeno k ochraně elektromotorů před přehřátím a předčasným selháním. Při dlouhodobém rozběhu je elektromotor vystaven proudovému přetížení, protože při rozběhu odebírá sedminásobný proud, který způsobuje zahřívání vinutí. Jmenovitý proud (Inn) je proud, který motor absorbuje během provozu. Kromě toho TR zvyšují životnost elektrických zařízení.

Tepelné relé, jehož struktura se skládá z nejjednodušších prvků:

1. Prvek citlivý na teplo.
2. Samočinný resetovací kontakt.
3. Kontakty.
4. Jaro.
5. Bimetalová deska s vodičem.
6. Tlačítko.
7. Regulátor nastaveného proudu.

Snímač teploty je teplotní čidlo, které slouží k přenosu tepla na bimetalovou destičku nebo jiný prvek tepelné ochrany. Samočinný resetovací kontakt umožňuje okamžité rozepnutí přívodu proudu do elektrického spotřebiče, aby se zabránilo jeho přehřátí při zahřátí.

Deska se skládá ze dvou druhů kovů (bimetal), z nichž jeden má vysoký koeficient tepelné roztažnosti (Kp). Spojují se svařováním nebo válcováním za vysokých teplot. Při zahřívání se deska tepelného štítu ohýbá směrem k materiálu s nižší hodnotou Kp a při ochlazení se deska vrací do původní polohy. Desky se vyrábějí převážně z invaru (nižší hodnota Kp) a nemagnetické nebo chromniklové oceli (vyšší hodnota Kp).

Tlačítko zapne TR, regulátor požadovaného proudu musí nastavit optimální hodnotu I pro spotřebič, překročení této hodnoty způsobí vypnutí TR.

Princip činnosti TR je založen na Jouleově-Lenzově zákonu. Proud je směrový pohyb nabitých částic, které narážejí na atomy v krystalové mřížce vodiče (tato hodnota je odpor a značí se R). Tato interakce způsobuje vznik tepelné energie, která je odvozena od energie elektrické. Závislost trvání proudu na teplotě vodiče je určena Jouleovým-Lenzovým zákonem.

Formulace tohoto zákona je následující: protéká-li vodičem proud I, je množství tepla Q uvolněné proudem při jeho interakci s atomy v mřížce vodiče přímo úměrné kvadrátu I, hodnotě R vodiče a době působení proudu na vodič. Matematicky to lze zapsat takto: Q = a * I * I * R * t, kde a je převodní součinitel, I je proud protékající požadovaným vodičem, R je hodnota odporu a t je doba průtoku I.

Je-li a = 1, výsledek výpočtu se měří v joulech, je-li a = 0,24, výsledek se měří v kaloriích.

Zahřívání bimetalického materiálu probíhá dvěma způsoby. V prvním případě proudí I bimetalem a ve druhém vinutím. Izolace vinutí zpomaluje tok tepelné energie. Tepelné relé se zahřívá více, když je hodnota I vysoká, než když je v kontaktu s termosenzitivním prvkem. Tím se aktivační signál kontaktů zpozdí. Moderní modely TR využívají oba principy.

Bimetalová destička tepelné ochrany se při připojení zátěže zahřívá. Kombinovaný ohřev umožňuje získat zařízení s optimálním výkonem. Deska je zahřívána teplem, které vzniká při průchodu I, a speciálním ohřívačem při zatížení I. Při zahřívání se bimetalová destička deformuje a působí na samozahřívací kontakt.

Klíčové vlastnosti

Každý RTD má individuální technické údaje (TS). Relé musí být vybráno podle zátěžové charakteristiky a podmínek aplikace pro elektromotor nebo jiný spotřebič energie:

1. V hodnotě.
2. Rozsah nastavení operace I.
3. Napětí.
4. Pomocné řízení provozu TP.
5. Výkon.
6. Operační limit.
7. Citlivost na fázovou nerovnováhu.
8. Třída výletu.

Jmenovitá hodnota proudu - hodnota I, pro kterou je TR navržen. Vybírá se podle hodnoty In spotřebiče, ke kterému je přímo připojen. Kromě toho je třeba vybírat s rezervou In a řídit se následujícím vzorcem: Inr = 1,5 * Ind, kde Inr je In TP, který musí být 1,5násobkem jmenovitého proudu motoru (Ind).

Mez nastavení vypnutí I je jedním z důležitých parametrů tepelné ochrany. Označení tohoto parametru je rozsah nastavení hodnoty In. Napětí je hodnota napájecího napětí, pro kterou jsou kontakty relé konstruovány; překročení přípustné hodnoty způsobí poruchu zařízení.

Některé typy relé jsou vybaveny samostatnými kontakty pro ovládání provozu zařízení a spotřebiče. Výkon je jedním z hlavních parametrů TR, který určuje výstupní výkon připojeného spotřebiče nebo skupiny spotřebičů.

Vypínací mez nebo práh je koeficient, který závisí na jmenovitém proudu. Obecně se pohybuje v rozmezí 1,1 až 1,5.

Citlivost na fázovou nesymetrii (fázová asymetrie) udává procento nesymetrické fáze ve vztahu k fázi, kterou protéká jmenovitý proud požadované hodnoty.

Třída vypnutí je parametr, který představuje průměrnou dobu odezvy TR ve vztahu k násobnosti žádaného proudu.

Hlavní charakteristikou, podle které je nutné zvolit TR, je závislost doby provozu na zatěžovacím proudu.

Schéma zapojení

Schémata zapojení tepelných relé v obvodu se mohou u jednotlivých zařízení značně lišit. Odporové teploměry se však připojují do série s vinutím motoru nebo cívkou magnetického stykače k normálně rozepnutému kontaktu, protože tento typ připojení pomáhá chránit zařízení před přetížením. Pokud je překročena hodnota odběru proudu, TR odpojí jednotku od elektrické sítě.

Většina schémat zapojení používá trvale rozepnutý kontakt, který funguje při sériovém zapojení s tlačítkem stop na ovládacím panelu. Tento kontakt je obvykle označen písmeny NC nebo H3.

Normálně sepnutý kontakt lze použít pro připojení bezpečnostního alarmu. Ve složitějších obvodech se tento kontakt používá také k provedení naprogramovaného řízení nouzového zastavení zařízení pomocí mikroprocesorů a mikrokontrolérů.

Termostat lze připojit zcela jednoduše. K tomu je třeba dodržet následující zásadu: TP se umístí za stykače spouštěče, ale před elektromotor, a trvale sepnutý kontakt se zapojí do série s tlačítkem stop.

Typy tepelných relé

Tepelná relé se dělí na mnoho typů:

1. Bimetal - PTL (ksd, lrf, lrd, lr, iek a ptlr).
2. Pevné skupenství.
3. Relé pro regulaci teploty jednotky. Základní označení jsou následující: RTK, NR, TF, ERB a DU.
4. Relé pro tavení slitin.

Bimetalové TR mají primitivní konstrukci a jsou to jednoduché přístroje.

Princip funkce polovodičového tepelného relé se výrazně liší od bimetalového typu. Polovodičové relé je elektronické zařízení, nazývané také snapper, které je vyrobeno na rádiových prvcích bez mechanických kontaktů.

Patří mezi ně odporové snímače RTR a IEK, které vypočítávají průměrnou teplotu motoru sledováním jeho rozběhu a In. Hlavní vlastností těchto relé je jejich schopnost odolávat jiskrám, tj. lze je používat v prostředí s nebezpečím výbuchu. Tento typ relé má rychlejší odezvu a snadněji se nastavuje.

RTC jsou určeny ke sledování teplotního chování elektromotoru nebo jiného zařízení pomocí termistoru nebo tepelného odporu (sondy). Když teplota stoupne na kritickou hodnotu, její odpor prudce vzroste. Podle Ohmova zákona se při zvětšení R proud zmenší a spotřebič se vypne, protože jeho hodnota nestačí pro normální provoz spotřebiče. Tento typ relé se používá v chladničkách a mrazničkách.

Konstrukce relé fúzního ohřívače se výrazně liší od ostatních modelů a skládá se z následujících prvků:

1. Vinutí ohřívače.
2. Slitina s nízkým bodem tání (eutektikum).
3. Mechanismus jističe.

Eutektická slitina se taví při nízké teplotě a chrání napájecí obvod spotřebiče přerušením kontaktu. Toto relé je zabudované ve spotřebiči a používá se v pračkách a automobilových spotřebičích.

Výběr tepelného relé se provádí na základě analýzy termistoru a provozních podmínek spotřebiče, který má být chráněn proti přehřátí.

Jak vybrat tepelné relé

Bez složitých výpočtů je možné zvolit vhodné jmenovité tepelné relé pro motor podle jeho výkonu (tabulka pro tepelná ochranná zařízení).

Základní vzorec pro výpočet jmenovitého proudu tepelného relé:

Intr = 1,5 * Ind.

Například je třeba vypočítat asynchronní elektromotor o výkonu 1,5 kW napájený z třífázového střídavého zdroje o napětí 380 V.

To lze provést zcela jednoduše. Pro výpočet jmenovitého proudu motoru je třeba použít vzorec pro výpočet výkonu:

P = I * U.

Z toho vyplývá, že Ind = P / U = 1500 / 380 ≈ 3,95 A. Hodnota jmenovitého proudu TP se vypočítá takto: Intr = 1,5 * 3,95 ≈ 6 A.

Na základě výpočtů je vybrán typ PTL-1014-2 RTL s nastavitelným rozsahem žádaného proudu 7 až 10 A.

Při vyšších okolních teplotách by měla být požadovaná hodnota nastavena na minimální hodnotu. Pokud je okolní teplota nízká, je třeba zvýšit zatížení statorového vinutí motoru a pokud možno jej nezapínat. Pokud okolnosti vyžadují použití motoru za nepříznivých podmínek, je třeba začít nastavovat nízký požadovaný proud a poté jej zvýšit na požadovanou hodnotu.

Související články: