Funktionsprinzip und Schaltplan des Thermorelais

Der Schutz von Elektromotoren, Magnetstartern und anderen Geräten vor überhitzten Lasten erfolgt durch spezielle thermische Schutzvorrichtungen. Um das richtige Wärmeschutzmodell auszuwählen, müssen Sie wissen, wie es funktioniert, wie es aufgebaut ist und welche grundlegenden Auswahlkriterien gelten.

Aufbau und Funktionsweise

Das Thermorelais (TR) dient dem Schutz von Elektromotoren vor Überhitzung und vorzeitigem Ausfall. Beim Langzeitstart ist der Elektromotor einer Stromüberlastung ausgesetzt, da er während des Starts den siebenfachen Strom verbraucht, was zu einer Erwärmung der Wicklungen führt. Der Nennstrom (Inn) ist der Strom, den der Motor während des Betriebs aufnimmt. Darüber hinaus verlängern TRs die Lebensdauer von elektrischen Geräten.

Ein Thermorelais, dessen Struktur aus den einfachsten Elementen besteht:

1. Das wärmeempfindliche Element.
2. Ein selbstrückstellender Kontakt.
3. Kontakte.
4. Frühling.
5. Bimetallische Leiterplatte.
6. Schaltfläche.
7. Sollwertstromregler.

Das Temperatursensorelement ist ein Temperatursensor, der dazu dient, Wärme auf eine Bimetallplatte oder ein anderes Wärmeschutzelement zu übertragen. Der selbstrückstellende Kontakt ermöglicht das sofortige Öffnen der Stromzufuhr zum elektrischen Verbraucher, um eine Überhitzung bei Erwärmung zu verhindern.

Die Platte besteht aus zwei Metallarten (Bimetall), von denen eine einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Kp) aufweist. Sie werden durch Schweißen oder Walzen bei hohen Temperaturen miteinander verbunden. Bei Erwärmung biegt sich die Hitzeschildplatte in Richtung des Materials mit einem niedrigeren Kp, und bei Abkühlung kehrt die Platte in ihre ursprüngliche Position zurück. Die Platten werden hauptsächlich aus Invar (niedriger Kp-Wert) und nichtmagnetischem oder Chrom-Nickel-Stahl (höherer Kp-Wert) hergestellt.

Die Taste schaltet den TR ein, der Sollstromregler muss den optimalen I-Wert für den Verbraucher einstellen, bei Überschreitung dieses Wertes löst der TR aus.

Das Funktionsprinzip des TR beruht auf dem Joule-Lenz-Gesetz. Strom ist die gerichtete Bewegung von geladenen Teilchen, die mit den Atomen im Kristallgitter eines Leiters zusammenstoßen (dieser Wert ist der Widerstand und wird mit R bezeichnet). Durch diese Wechselwirkung entsteht thermische Energie, die aus elektrischer Energie abgeleitet wird. Die Abhängigkeit der Durchflussdauer von der Temperatur des Leiters wird durch das Joule-Lenz-Gesetz bestimmt.

Dieses Gesetz lässt sich wie folgt formulieren: Wenn I durch einen Leiter fließt, ist die Wärmemenge Q, die durch den Strom in Wechselwirkung mit den Atomen im Gitter des Leiters freigesetzt wird, direkt proportional zum Quadrat von I, dem Wert von R des Leiters und der Einwirkungszeit des Stroms auf den Leiter. Mathematisch lässt sich dies wie folgt ausdrücken: Q = a * I * I * R * t, wobei a der Umrechnungsfaktor, I der durch den gewünschten Leiter fließende Strom, R der Widerstandswert und t die Zeit des Durchflusses von I ist.

Wenn a = 1 ist, wird das Berechnungsergebnis in Joule gemessen, und wenn a = 0,24 ist, wird das Ergebnis in Kalorien gemessen.

Die Erwärmung von Bimetallmaterial erfolgt auf zwei Arten. Im ersten Fall fließt I durch das Bimetall und im zweiten Fall durch die Wicklung. Die Isolierung der Wicklung verlangsamt den Fluss der Wärmeenergie. Das Thermorelais erwärmt sich stärker, wenn der I-Wert hoch ist, als wenn es mit dem thermosensitiven Element in Kontakt ist. Dadurch wird das Aktivierungssignal der Kontakte verzögert. Moderne TR-Modelle nutzen beide Prinzipien.

Das Bimetall der thermischen Schutzvorrichtung erwärmt sich, wenn die Last angeschlossen wird. Die kombinierte Beheizung ermöglicht es, ein Gerät mit optimaler Leistung zu erhalten. Die Platte wird durch die Wärme erwärmt, die I beim Durchlaufen erzeugt, und durch eine spezielle Heizung, wenn I geladen wird. Beim Erhitzen verformt sich das Bimetall und wirkt auf den Selbsterhitzungskontakt.

Wesentliche Merkmale

Jedes RTD hat individuelle technische Daten (TS). Das Relais muss entsprechend der Lastcharakteristik und den Bedingungen der Anwendung für den Elektromotor oder andere Stromverbraucher ausgewählt werden:

1. Im Wert.
2. Einstellbereich des I-Betriebs.
3. Spannung.
4. Hilfskontrolle des TP-Betriebs.
5. Macht.
6. Die Betriebsgrenze.
7. Empfindlichkeit gegenüber Phasenunsymmetrie.
8. Reiseklasse.

Bemessungswert des Stroms - Wert von I, für den der TR ausgelegt ist. Er wird nach dem Wert von In des Verbrauchers ausgewählt, an den er direkt angeschlossen ist. Darüber hinaus ist es notwendig, mit einer Reserve von In zu wählen und sich an der folgenden Formel zu orientieren: Inr = 1,5 * Ind, wobei Inr der In-Wert des TP ist, der das 1,5-fache des Motornennstroms (Ind) betragen muss.

Die Einstellgrenze für die Auslösung von I ist einer der wichtigsten Parameter für eine thermische Schutzeinrichtung. Die Bezeichnung dieses Parameters ist der Einstellbereich des In-Wertes. Die Spannung ist der Wert der Netzspannung, für den die Relaiskontakte ausgelegt sind; ein Überschreiten des zulässigen Wertes führt zum Ausfall des Gerätes.

Einige Relaistypen sind mit getrennten Kontakten für die Steuerung des Betriebs des Geräts und des Verbrauchers ausgestattet. Die Leistung ist einer der wichtigsten Parameter des TR, der die Ausgangsleistung des angeschlossenen Verbrauchers oder der Gruppe von Verbrauchern bestimmt.

Die Auslösegrenze oder Schwelle ist ein Koeffizient, der vom Nennstrom abhängt. Sein Wert liegt meist im Bereich von 1,1 bis 1,5.

Die Empfindlichkeit gegenüber Phasenunsymmetrie (Phasenasymmetrie) gibt an, wie viel Prozent der unsymmetrischen Phase im Verhältnis zu der Phase, durch die der Nennstrom mit dem geforderten Wert fließt, ausmacht.

Die Auslöseklasse ist ein Parameter, der die durchschnittliche Reaktionszeit eines TR in Bezug auf die Vielfachheit des Sollstroms darstellt.

Das wichtigste Merkmal, nach dem ein TR ausgewählt werden muss, ist die Abhängigkeit der Betriebszeit vom Laststrom.

Schaltplan

Die Schaltpläne der Thermorelais in einem Stromkreis können von Gerät zu Gerät sehr unterschiedlich sein. Die Widerstandsthermometer werden jedoch in Reihe mit der Motorwicklung oder der Spule des Magnetschützes an den Schließer angeschlossen, da diese Art der Verbindung das Gerät vor Überlastung schützt. Wird die Stromaufnahme überschritten, trennt der TR das Gerät vom Netz.

In den meisten Schaltplänen wird ein dauerhaft geöffneter Kontakt verwendet, der in Reihe mit der Stopptaste auf dem Bedienfeld geschaltet wird. Dieser Kontakt ist normalerweise mit den Buchstaben NC oder H3 gekennzeichnet.

Der normalerweise geschlossene Kontakt kann für den Anschluss eines Sicherheitsalarms verwendet werden. In komplexeren Schaltungen wird dieser Kontakt auch zur Ausführung einer programmierten Not-Aus-Steuerung des Geräts mit Hilfe von Mikroprozessoren und Mikrocontrollern verwendet.

Der Thermostat kann ganz einfach angeschlossen werden. Dabei ist folgendes Prinzip zu beachten: Der TP wird nach den Schützen des Anlassers, aber vor dem Elektromotor platziert und der dauerhaft geschlossene Kontakt wird in Reihe mit dem Stopptaster geschaltet.

Arten von Thermorelais

Es gibt viele Arten von Thermorelais, in die sie eingeteilt werden:

1. Bimetall - PTL (ksd, lrf, lrd, lr, iek und ptlr).
2. Festkörper.
3. Relais für die Temperaturregelung des Geräts. Die grundlegenden Bezeichnungen lauten wie folgt: RTK, NR, TF, ERB und DU.
4. Legierungsschmelzrelais.

Bimetallische TRs sind primitiv aufgebaut und einfache Geräte.

Das Funktionsprinzip eines thermischen Halbleiterrelais unterscheidet sich erheblich von dem eines Bimetallrelais. Das Halbleiterrelais ist ein elektronisches Gerät, auch Schnapper genannt, das auf Funkelementen ohne mechanische Kontakte aufgebaut ist.

Dazu gehören RTR- und IEK-RTDs, die die durchschnittliche Motortemperatur durch Überwachung des Einschaltstroms und des Einschaltstroms berechnen. Das Hauptmerkmal dieser Relais ist ihre Fähigkeit, Funken zu widerstehen, d.h. sie können in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Dieser Relaistyp hat eine schnellere Reaktionszeit und lässt sich leichter einstellen.

RTCs sind dafür ausgelegt, das Temperaturverhalten eines Elektromotors oder eines anderen Geräts mit Hilfe eines Thermistors oder eines thermischen Widerstands (Fühlers) zu überwachen. Wenn die Temperatur auf einen kritischen Wert ansteigt, steigt der Widerstand stark an. Nach dem Ohm'schen Gesetz sinkt der Strom, wenn R zunimmt, und der Verbraucher wird abgeschaltet, weil sein Wert für den normalen Betrieb des Verbrauchers nicht ausreicht. Diese Art von Relais wird in Kühl- und Gefrierschränken verwendet.

Der Aufbau des Schmelzheizungsrelais unterscheidet sich deutlich von den anderen Modellen und besteht aus den folgenden Elementen:

1. Die Heizungswicklung.
2. Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt (Eutektikum).
3. Der Mechanismus des Schutzschalters.

Die eutektische Legierung schmilzt bei einer niedrigen Temperatur und schützt den Stromkreis des Verbrauchers durch Unterbrechung des Kontakts. Dieses Relais ist in das Gerät eingebaut und wird in Waschmaschinen und Kfz-Geräten verwendet.

Die Auswahl des Thermorelais erfolgt durch Analyse des Thermistors und der Betriebsbedingungen des vor Überhitzung zu schützenden Geräts.

Wie wählt man das Thermorelais aus?

Ohne komplizierte Berechnungen ist es möglich, die geeignete Leistung des Thermorelais für den Motor entsprechend seiner Kapazität zu wählen (Tabelle für thermische Schutzeinrichtungen).

Die Grundformel für die Berechnung des Nennstroms des Thermorelais:

Intr = 1,5 * Ind.

Zum Beispiel muss ein Asynchron-Elektromotor mit einer Leistung von 1,5 kW, der von einem Drehstromnetz mit einer Spannung von 380 V gespeist wird, berechnet werden.

Dies kann ganz einfach geschehen. Um den Motornennstrom zu berechnen, muss die Leistungsformel verwendet werden:

P = I * U.

Daraus ergibt sich: Ind = P / U = 1500 / 380 ≈ 3,95 A. Der Wert des TP-Nennstroms wird wie folgt berechnet: Intr = 1,5 * 3,95 ≈ 6 A.

Auf der Grundlage der Berechnungen wird ein RTL vom Typ PTL-1014-2 mit einem einstellbaren Sollstrombereich von 7 bis 10 A ausgewählt.

Bei höheren Umgebungstemperaturen sollte der Sollwert auf den Mindestwert eingestellt werden. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen ist die Belastung der Statorwicklungen des Motors zu berücksichtigen und nach Möglichkeit nicht einzuschalten. Wenn die Umstände den Einsatz des Motors unter ungünstigen Bedingungen erfordern, sollte die Einstellung mit einem niedrigen Sollstrom begonnen und dann auf den gewünschten Wert erhöht werden.

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