Funktionsprincip og tilslutningsdiagram for det termiske relæ

Beskyttelse af elektriske motorer, magnetiske startere og andet udstyr mod overophedning sker ved hjælp af særlige termiske beskyttelsesanordninger. For at kunne vælge den rigtige termisk beskyttelsesmodel skal du vide, hvordan den fungerer, hvordan den er udformet og hvilke grundlæggende udvælgelseskriterier der gælder.

Design og funktionsprincip

Det termiske relæ (TR) er designet til at beskytte elektriske motorer mod overophedning og for tidlig svigt. Ved langtidsstart er elmotoren udsat for overbelastning, fordi den under opstarten bruger syv gange så meget strøm, hvilket medfører opvarmning af viklingerne. Den nominelle strøm (Inn) er den strøm, som motoren optager under drift. Desuden forlænger TR'er levetiden for elektrisk udstyr.

Et termisk relæ, hvis struktur består af de enkleste elementer:

1. Det varmefølsomme element.
2. En kontakt med selvindstilling.
3. Kontaktpersoner.
4. Forår.
5. Bimetallisk lederplade.
6. Knap.
7. Regulering af sætpunktsstrøm.

Temperaturføleelementet er en temperaturføler, som overfører varme til en bimetallisk plade eller et andet termisk beskyttelseselement. Den selvtilbagevendende kontakt gør det muligt at afbryde strømforsyningen til den elektriske forbruger øjeblikkeligt i tilfælde af opvarmning for at forhindre overophedning.

Pladen består af to typer metal (bimetal), hvoraf den ene har en høj varmeudvidelseskoefficient (Kp). De bindes sammen ved svejsning eller valsning ved høje temperaturer. Ved opvarmning bøjer varmeafskærmningspladen sig mod materialet med et lavere Kp, og når den afkøles, vender pladen tilbage til sin oprindelige position. Pladerne er hovedsagelig fremstillet af invar (lavere Kp-værdi) og umagnetisk stål eller krom-nikkelstål (højere Kp-værdi).

Knappen tænder TR, og den indstillede strømregulator skal indstille den optimale I-værdi for forbrugeren, og hvis denne værdi overskrides, udløses TR'en.

TR's funktionsprincip er baseret på Joule-Lenz-loven. Strøm er den retningsbestemte bevægelse af ladede partikler, som støder sammen med atomerne i en leders krystalgitter (denne værdi er modstanden og betegnes R). Denne vekselvirkning medfører, at der opstår termisk energi, som er afledt af elektrisk energi. Afhængigheden af flowets varighed af lederens temperatur bestemmes af Joule-Lenz-loven.

Formuleringen af denne lov er som følger: Når I strømmer gennem en leder, er den varmemængde Q, der frigives af strømmen i samspil med atomerne i lederens gitter, direkte proportional med kvadratet på I, værdien af R i lederen og strømmenes eksponeringstid i lederen. Matematisk set kan det skrives som følger: Q = a * I * I * I * R * t, hvor a er omregningsfaktoren, I er den strøm, der løber gennem den ønskede leder, R er modstandsværdien og t er tiden for strømmen af I.

Hvis a = 1, måles resultatet af beregningen i joule, og hvis a = 0,24, måles resultatet i kalorier.

Opvarmning af bimetallisk materiale sker på to måder. I det første tilfælde strømmer I gennem bimetallet og i det andet tilfælde gennem viklingen. Isoleringen af viklingen bremser strømmen af varmeenergi. Det termiske relæ varmes mere op, når I-værdien er høj, end når det er i kontakt med det termisk følsomme element. Dette forsinker aktiveringssignalet for kontakterne. Moderne TR-modeller anvender begge principper.

Den termiske beskyttelsesanordnings bimetalplade opvarmes, når belastningen er tilsluttet. Kombineret opvarmning gør det muligt at opnå en enhed med optimal ydeevne. Pladen opvarmes af den varme, der genereres af I, når den passerer igennem den, og af et særligt varmeapparat, når I belastes. Under opvarmning deformeres bimetallpladen og virker på den selvopvarmende kontakt.

Nøglefunktioner

Hver RTD har individuelle tekniske data (TS). Relæet skal vælges i overensstemmelse med belastningskarakteristikken og anvendelsesbetingelserne for elmotoren eller andre strømforbrugere:

1. I værdi.
2. Indstillingsområde for I-drift.
3. Spænding.
4. Hjælpekontrol af TP-drift.
5. Strøm.
6. Grænse for operationen.
7. Følsomhed over for faseubalance.
8. Rejseklasse.

Nominel værdi af strøm - den værdi af I, som TR er konstrueret til. Den vælges i henhold til værdien af In hos den forbruger, som den er direkte tilsluttet. Derudover er det nødvendigt at vælge med en reserve af In og lade sig styre af følgende formel: Inr = 1,5 * Ind, hvor Inr er TP'ens In, som skal være 1,5 gange den nominelle motorstrøm (Ind).

I-udløsningsjusteringsgrænsen er en af de vigtige parametre for en termisk beskyttelsesanordning. Betegnelsen for denne parameter er justeringsområdet for In-værdien. Spændingen er værdien af den forsyningsspænding, som relækontakterne er konstrueret til; overskridelse af den tilladte værdi vil medføre fejl på enheden.

Nogle typer af relæer er udstyret med separate kontakter til styring af apparatets og forbrugerens drift. Effekt er en af de vigtigste parametre i TR, som bestemmer udgangseffekten for den tilsluttede forbruger eller gruppe af forbrugere.

Udløsningsgrænsen eller tærsklen er en koefficient, som afhænger af den nominelle strøm. Dens værdi ligger hovedsagelig i intervallet 1,1-1,5.

Følsomheden over for faseubalance (faseasymmetri) angiver den procentdel af den ubalancerede fase i forhold til den fase, hvorigennem den nominelle strøm af den krævede værdi strømmer.

Udløsningsklassen er en parameter, der repræsenterer den gennemsnitlige responstid for en TR i forhold til multipliciteten af sætpunktsstrømmen.

Den vigtigste egenskab, i henhold til hvilken det er nødvendigt at vælge en TR, er afhængigheden af driftstiden af belastningsstrømmen.

Ledningsdiagram

Ledningsdiagrammerne for termiske relæer i et kredsløb kan variere betydeligt fra den ene enhed til den anden. RTD'er forbindes imidlertid i serie med motorviklingen eller magnetkontaktorens spole til den normalt åbne kontakt, da denne type forbindelse er med til at beskytte enheden mod overbelastning. Hvis strømforbruget overskrides, afbryder TR enheden fra strømforsyningen.

De fleste ledningsdiagrammer anvender en permanent åben kontakt, som fungerer, når den er forbundet i serie med stopknappen på kontrolpanelet. Denne kontakt er normalt mærket med bogstaverne NC eller H3.

Den normalt lukkede kontakt kan bruges til tilslutning af en sikkerhedsalarm. I mere komplekse kredsløb bruges denne kontakt også til at udføre programmeret nødstopstyring af enheden ved hjælp af mikroprocessorer og mikrocontrollere.

Termostaten kan tilsluttes ganske enkelt. For at gøre dette skal følgende princip følges: TP placeres efter startmotorens kontaktorer, men før elmotoren, og den permanent lukkede kontakt er forbundet i serie med stopknappen.

Typer af termiske relæer

Der er mange typer, som termiske relæer kan opdeles i:

1. Bimetallisk - PTL (ksd, lrf, lrd, lr, lr, iek og ptlr).
2. Fast tilstand.
3. Relæ til temperaturstyring af enheden. De grundlæggende betegnelser er som følger: RTK, NR, TF, ERB og DU.
4. Relæer til legeringssmeltning.

Bimetalliske TR'er har en primitiv konstruktion og er enkle apparater.

Funktionsprincippet for et termisk faststof-relæ adskiller sig væsentligt fra et bimetalt relæ. Faststofrelæet er en elektronisk enhed, også kaldet en snapper, som er fremstillet på radioelementer uden mekaniske kontakter.

Disse omfatter RTR- og IEK RTD'er, som beregner den gennemsnitlige motortemperatur ved at overvåge dens indstrømning og In. Det vigtigste kendetegn ved disse relæer er deres evne til at modstå gnister, dvs. at de kan anvendes i eksplosionsfarlige atmosfærer. Denne type relæ er hurtigere i responstid og lettere at justere.

RTC'er er designet til at overvåge temperaturadfærden i en elektrisk motor eller anden enhed ved hjælp af en termistor eller en termisk modstand (probe). Når temperaturen stiger til en kritisk tilstand, stiger dens modstand kraftigt. I henhold til Ohm's lov falder strømmen, når R øges, og forbrugeren slukkes, fordi værdien af R ikke er tilstrækkelig til normal drift af forbrugeren. Denne type relæ anvendes i køleskabe og frysere.

Konstruktionen af fusionsvarmerelæet adskiller sig væsentligt fra de andre modeller og består af følgende elementer:

1. Varmelegemet vikler.
2. Legering med et lavt smeltepunkt (eutektisk).
3. Afbrydermekanismen.

Den eutektiske legering smelter ved en lav temperatur og beskytter forbrugerens strømkredsløb ved at bryde kontakten. Dette relæ er indbygget i apparatet og anvendes i vaskemaskiner og bilapparater.

Valget af det termiske relæ foretages ved at analysere termistoren og driftsbetingelserne for det apparat, der skal beskyttes mod overophedning.

Hvordan man vælger det termiske relæ

Uden komplicerede beregninger er det muligt at vælge den passende rating af det termiske relæ til motoren i henhold til dens kapacitet (tabel for termiske beskyttelsesanordninger).

Den grundlæggende formel til beregning af den nominelle strøm for det termiske relæ:

Intr = 1,5 * Ind.

Der skal f.eks. beregnes en asynkron elmotor på 1,5 kW, der forsynes fra en trefaset vekselstrøm med en spænding på 380 V.

Dette kan gøres ganske enkelt. For at beregne den nominelle motorstrøm skal effektformlen anvendes:

P = I * U.

Derfor er Ind = P / U = 1500 / 380 ≈ 3,95 A. Værdien af den nominelle TP-strøm beregnes på følgende måde: Intr = 1,5 * 3,95 ≈ 6 A.

På baggrund af beregningerne vælges en RTL af typen PTL-1014-2 med et justerbart strømområde for indstillingsstrømmen på 7 til 10 A.

Ved højere omgivelsestemperaturer skal indstillingsværdien indstilles til den mindste værdi. Hvis omgivelsestemperaturen er lav, skal der tages hensyn til belastningen af motorens statorviklinger, og der skal om muligt ikke tændes for den. Hvis omstændighederne kræver, at motoren anvendes under ugunstige forhold, skal indstillingen startes med en lav setpointstrøm og derefter øges til den ønskede værdi.

Relaterede artikler: