Η προστασία των ηλεκτροκινητήρων, των μαγνητικών εκκινητών και του λοιπού εξοπλισμού από φορτία υπερθέρμανσης πραγματοποιείται μέσω ειδικών διατάξεων θερμικής προστασίας. Για να επιλέξετε το κατάλληλο μοντέλο θερμικής προστασίας, πρέπει να γνωρίζετε τον τρόπο λειτουργίας του, τον σχεδιασμό του και τα βασικά κριτήρια επιλογής.
Περιεχόμενα
Σχεδιασμός και αρχή λειτουργίας
Το θερμικό ρελέ (TR) έχει σχεδιαστεί για να προστατεύει τους ηλεκτροκινητήρες από υπερθέρμανση και πρόωρη βλάβη. Κατά τη μακροχρόνια εκκίνηση, ο ηλεκτροκινητήρας υπόκειται σε υπερφόρτωση ρεύματος, επειδή κατά την εκκίνηση απορροφά επτά φορές μεγαλύτερο ρεύμα, το οποίο προκαλεί θέρμανση των περιελίξεων. Το ονομαστικό ρεύμα (Inn) είναι το ρεύμα που απορροφάται από τον κινητήρα κατά τη λειτουργία. Επιπλέον, οι TR αυξάνουν τη διάρκεια ζωής του ηλεκτρικού εξοπλισμού.
Ένα θερμικό ρελέ του οποίου η δομή αποτελείται από τα απλούστερα στοιχεία:
- Το θερμοευαίσθητο στοιχείο.
- Επαφή αυτοεπαναφοράς.
- Επαφές.
- Άνοιξη.
- Διμεταλλική πλάκα αγωγού.
- Κουμπί.
- Ρυθμιστής ρεύματος σημείου ρύθμισης.
Το στοιχείο ανίχνευσης θερμοκρασίας είναι ένας αισθητήρας θερμοκρασίας που χρησιμεύει για τη μεταφορά θερμότητας σε μια διμεταλλική πλάκα ή άλλο στοιχείο θερμικής προστασίας. Η επαφή αυτοεπαναφοράς επιτρέπει το άμεσο άνοιγμα της παροχής ρεύματος προς τον ηλεκτρικό καταναλωτή, ώστε να αποφευχθεί η υπερθέρμανσή του όταν θερμαίνεται.
Η πλάκα αποτελείται από δύο είδη μετάλλων (διμεταλλικά), εκ των οποίων το ένα έχει υψηλό συντελεστή θερμικής διαστολής (Kp). Συνδέονται μεταξύ τους με συγκόλληση ή έλαση σε υψηλές θερμοκρασίες. Όταν θερμαίνεται, η πλάκα θερμικής ασπίδας κάμπτεται προς το υλικό με χαμηλότερο Kp και όταν ψύχεται, η πλάκα επιστρέφει στην αρχική της θέση. Οι πλάκες κατασκευάζονται κυρίως από invar (χαμηλότερη τιμή Kp) και μη μαγνητικό χάλυβα ή χάλυβα χρωμίου-νικελίου (υψηλότερη τιμή Kp).
Το κουμπί ενεργοποιεί το TR, ο ρυθμιστής ρεύματος ρύθμισης απαιτείται για να ρυθμίσει τη βέλτιστη τιμή I για τον καταναλωτή, η υπέρβαση αυτής της τιμής θα προκαλέσει την ενεργοποίηση του TR.
Η αρχή λειτουργίας του TR βασίζεται στο νόμο Joule-Lenz. Το ρεύμα είναι η κατευθυνόμενη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων που συγκρούονται με τα άτομα στο κρυσταλλικό πλέγμα ενός αγωγού (η τιμή αυτή είναι η αντίσταση και συμβολίζεται με R). Αυτή η αλληλεπίδραση προκαλεί την εμφάνιση θερμικής ενέργειας, η οποία προέρχεται από την ηλεκτρική ενέργεια. Η εξάρτηση της διάρκειας της ροής από τη θερμοκρασία του αγωγού καθορίζεται από το νόμο Joule-Lenz.
Η διατύπωση αυτού του νόμου έχει ως εξής: όταν Ι διαρρέει έναν αγωγό, το ποσό θερμότητας Q που απελευθερώνεται από το ρεύμα κατά την αλληλεπίδραση με τα άτομα στο πλέγμα του αγωγού είναι ευθέως ανάλογο του τετραγώνου του Ι, της τιμής R του αγωγού και του χρόνου έκθεσης του ρεύματος στον αγωγό. Μαθηματικά μπορεί να γραφτεί ως εξής: Q = a * I * I * R * t, όπου a είναι ο συντελεστής μετατροπής, I είναι το ρεύμα που διαρρέει τον επιθυμητό αγωγό, R είναι η τιμή της αντίστασης και t είναι ο χρόνος ροής του I.
Εάν α = 1, το αποτέλεσμα του υπολογισμού μετριέται σε τζάουλ, ενώ εάν α = 0,24, το αποτέλεσμα μετριέται σε θερμίδες.
Η θέρμανση του διμεταλλικού υλικού πραγματοποιείται με δύο τρόπους. Στην πρώτη περίπτωση, το I ρέει μέσω του διμετάλλου και στη δεύτερη μέσω του τυλίγματος. Η μόνωση της περιέλιξης επιβραδύνει τη ροή της θερμικής ενέργειας. Το θερμικό ρελέ θερμαίνεται περισσότερο όταν η τιμή I είναι υψηλή από ό,τι όταν βρίσκεται σε επαφή με το θερμοευαίσθητο στοιχείο. Αυτό καθυστερεί το σήμα ενεργοποίησης των επαφών. Τα σύγχρονα μοντέλα TR χρησιμοποιούν και τις δύο αρχές.
Η διμεταλλική πλάκα της διάταξης θερμικής προστασίας θερμαίνεται όταν το φορτίο είναι συνδεδεμένο. Η συνδυασμένη θέρμανση καθιστά δυνατή τη δημιουργία μιας συσκευής με βέλτιστες επιδόσεις. Η πλάκα θερμαίνεται από τη θερμότητα που παράγεται από το I όταν περνάει από μέσα της και από έναν ειδικό θερμαντήρα όταν το I φορτίζεται. Κατά τη θέρμανση, η διμεταλλική πλάκα παραμορφώνεται και δρα στην αυτοθερμαινόμενη επαφή.
Βασικά χαρακτηριστικά
Κάθε RTD έχει ξεχωριστά τεχνικά στοιχεία (TS). Το ρελέ πρέπει να επιλέγεται ανάλογα με το χαρακτηριστικό φορτίου και την κατάσταση της εφαρμογής για τον ηλεκτροκινητήρα ή άλλο καταναλωτή ισχύος:
- Σε αξία.
- Εύρος ρύθμισης της λειτουργίας I.
- Τάση.
- Βοηθητικός έλεγχος της λειτουργίας TP.
- Ισχύς.
- Το όριο λειτουργίας.
- Ευαισθησία στην ανισορροπία φάσης.
- Κατηγορία ταξιδιού.
Ονομαστική τιμή ρεύματος - τιμή του I, για την οποία έχει σχεδιαστεί το TR. Επιλέγεται ανάλογα με την τιμή In του καταναλωτή με τον οποίο συνδέεται άμεσα. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να επιλέξετε με ένα απόθεμα In και να καθοδηγηθείτε από τον ακόλουθο τύπο: Inr = 1,5 * Ind, όπου Inr είναι το In του TP, το οποίο πρέπει να είναι 1,5 φορές το ονομαστικό ρεύμα του κινητήρα (Ind).
Το όριο ρύθμισης ενεργοποίησης I είναι μία από τις σημαντικές παραμέτρους για μια συσκευή θερμικής προστασίας. Η ονομασία αυτής της παραμέτρου είναι το εύρος ρύθμισης της τιμής In. Η τάση είναι η τιμή της τάσης τροφοδοσίας για την οποία έχουν σχεδιαστεί οι επαφές του ρελέ- η υπέρβαση αυτής της τιμής θα οδηγήσει σε βλάβη της συσκευής.
Ορισμένοι τύποι ρελέ είναι εξοπλισμένοι με ξεχωριστές επαφές για τον έλεγχο της λειτουργίας της συσκευής και του καταναλωτή. Η ισχύς είναι μία από τις κύριες παραμέτρους του TR, η οποία καθορίζει την ισχύ εξόδου του συνδεδεμένου καταναλωτή ή της ομάδας καταναλωτών.
Το όριο ή κατώφλι ενεργοποίησης είναι ένας συντελεστής που εξαρτάται από το ονομαστικό ρεύμα. Η τιμή του κυμαίνεται κυρίως μεταξύ 1,1 και 1,5.
Η ευαισθησία στην ανισορροπία φάσης (ασυμμετρία φάσης) υποδεικνύει τον ποσοστιαίο λόγο της ανισορροπημένης φάσης προς τη φάση μέσω της οποίας ρέει το ονομαστικό ρεύμα της απαιτούμενης τιμής.
Η κλάση ενεργοποίησης είναι μια παράμετρος που αντιπροσωπεύει το μέσο χρόνο απόκρισης ενός TR σε σχέση με την πολλαπλότητα του ρεύματος ρύθμισης.
Το κύριο χαρακτηριστικό, σύμφωνα με το οποίο πρέπει να επιλεγεί ένας TR, είναι η εξάρτηση του χρόνου λειτουργίας από το ρεύμα φορτίου.
Διάγραμμα καλωδίωσης
Τα διαγράμματα συνδεσμολογίας των θερμικών ρελέ σε ένα κύκλωμα μπορεί να διαφέρουν σημαντικά από συσκευή σε συσκευή. Ωστόσο, τα RTD συνδέονται σε σειρά με την περιέλιξη του κινητήρα ή το πηνίο του μαγνητικού επαφέα στην κανονικά ανοικτή επαφή, καθώς αυτός ο τύπος σύνδεσης συμβάλλει στην προστασία της συσκευής από υπερφόρτωση. Εάν η κατανάλωση ρεύματος ξεπεραστεί, το TR αποσυνδέει τη μονάδα από την παροχή ρεύματος.
Τα περισσότερα διαγράμματα συνδεσμολογίας χρησιμοποιούν μια μόνιμα ανοικτή επαφή, η οποία λειτουργεί όταν συνδεθεί σε σειρά με το κουμπί διακοπής στον πίνακα ελέγχου. Αυτή η επαφή συνήθως επισημαίνεται με τα γράμματα NC ή H3.
Η κανονικά κλειστή επαφή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σύνδεση ενός συναγερμού ασφαλείας. Σε πιο σύνθετα κυκλώματα, η επαφή αυτή χρησιμοποιείται επίσης για την εκτέλεση προγραμματισμένου ελέγχου διακοπής έκτακτης ανάγκης της συσκευής με τη χρήση μικροεπεξεργαστών και μικροελεγκτών.
Ο θερμοστάτης μπορεί να συνδεθεί πολύ απλά. Για να γίνει αυτό, θα πρέπει να ακολουθηθεί η ακόλουθη αρχή: το TP τοποθετείται μετά τους επαφείς του εκκινητή, αλλά πριν από τον ηλεκτροκινητήρα και η μόνιμα κλειστή επαφή συνδέεται σε σειρά με το κουμπί διακοπής.
Τύποι θερμικών ρελέ
Υπάρχουν πολλοί τύποι στους οποίους διακρίνονται οι θερμικοί ηλεκτρονόμοι:
- Διμεταλλικά - PTL (ksd, lrf, lrd, lr, iek και ptlr).
- Στερεά κατάσταση.
- Ρελέ για τον έλεγχο της θερμοκρασίας της μονάδας. Οι βασικές ονομασίες έχουν ως εξής: RTK, NR, TF, ERB και DU.
- Ρελέ τήξης κραμάτων.
Τα διμεταλλικά TR έχουν πρωτόγονο σχεδιασμό και είναι απλές συσκευές.
Η αρχή λειτουργίας ενός θερμικού ρελέ στερεάς κατάστασης διαφέρει σημαντικά από ένα διμεταλλικό ρελέ. Ο ηλεκτρονόμος στερεάς κατάστασης είναι μια ηλεκτρονική συσκευή, που ονομάζεται επίσης snapper, η οποία είναι κατασκευασμένη με ραδιοστοιχεία χωρίς μηχανικές επαφές.
Σε αυτά περιλαμβάνονται τα RTDs RTR και IEK, τα οποία υπολογίζουν τη μέση θερμοκρασία του κινητήρα παρακολουθώντας την εισροή και το In. Το κύριο χαρακτηριστικό αυτών των ρελέ είναι η ικανότητά τους να αντιστέκονται σε σπινθήρες, δηλαδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε δυνητικά εκρηκτικές ατμόσφαιρες. Αυτός ο τύπος ρελέ είναι ταχύτερος σε χρόνο απόκρισης και ευκολότερος στη ρύθμιση.
Οι RTC έχουν σχεδιαστεί για την παρακολούθηση της συμπεριφοράς της θερμοκρασίας ενός ηλεκτροκινητήρα ή μιας άλλης συσκευής με τη χρήση ενός θερμίστορ ή μιας θερμικής αντίστασης (probe). Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται σε κρίσιμη κατάσταση, η αντίστασή του αυξάνεται απότομα. Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, όταν το R αυξάνεται, το ρεύμα μειώνεται και ο καταναλωτής απενεργοποιείται επειδή η τιμή του δεν επαρκεί για την κανονική λειτουργία του καταναλωτή. Αυτός ο τύπος ρελέ χρησιμοποιείται σε ψυγεία και καταψύκτες.
Ο σχεδιασμός του ρελέ θερμαντήρα σύντηξης διαφέρει σημαντικά από τα άλλα μοντέλα και αποτελείται από τα ακόλουθα στοιχεία:
- Η περιέλιξη του θερμαντήρα.
- Κράμα με χαμηλό σημείο τήξης (ευτηκτικό).
- Ο μηχανισμός του διακόπτη κυκλώματος.
Το ευτηκτικό κράμα λιώνει σε χαμηλή θερμοκρασία και προστατεύει το κύκλωμα ρεύματος του καταναλωτή διακόπτοντας την επαφή. Αυτό το ρελέ είναι ενσωματωμένο στη συσκευή και χρησιμοποιείται σε πλυντήρια ρούχων και συσκευές αυτοκινήτων.
Η επιλογή του θερμικού ρελέ γίνεται με την ανάλυση του θερμίστορ και των συνθηκών λειτουργίας της συσκευής που πρέπει να προστατευθεί από την υπερθέρμανση.
Πώς να επιλέξετε το θερμικό ρελέ
Χωρίς πολύπλοκους υπολογισμούς, είναι δυνατή η επιλογή της κατάλληλης ονομαστικής τιμής του θερμικού ρελέ για τον κινητήρα ανάλογα με την ισχύ του (πίνακας για τις συσκευές θερμικής προστασίας).
Ο βασικός τύπος για τον υπολογισμό του ονομαστικού ρεύματος του θερμικού ρελέ:
Intr = 1,5 * Ind.
Για παράδειγμα, πρέπει να υπολογιστεί ένας ασύγχρονος ηλεκτροκινητήρας ισχύος 1,5 kW που τροφοδοτείται από τριφασική παροχή εναλλασσόμενου ρεύματος με τάση 380 V.
Αυτό μπορεί να γίνει πολύ απλά. Για τον υπολογισμό του ονομαστικού ρεύματος του κινητήρα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ο τύπος ισχύος:
P = I * U.
Επομένως, Ind = P / U = 1500 / 380 ≈ 3,95 A. Η τιμή του ονομαστικού ρεύματος TP υπολογίζεται ως εξής: Intr = 1,5 * 3,95 ≈ 6 A.
Με βάση τους υπολογισμούς, επιλέγεται ένα RTL τύπου PTL-1014-2 με ρυθμιζόμενο εύρος ρεύματος ρύθμισης από 7 έως 10 A.
Σε υψηλότερες θερμοκρασίες περιβάλλοντος, η τιμή του σημείου ρύθμισης πρέπει να ρυθμιστεί στην ελάχιστη τιμή. Εάν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι χαμηλή, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη το φορτίο στα τυλίγματα του στάτη του κινητήρα και, εάν είναι δυνατόν, να μην ενεργοποιείται. Εάν οι περιστάσεις απαιτούν τη χρήση του κινητήρα υπό δυσμενείς συνθήκες, η ρύθμιση πρέπει να ξεκινήσει με χαμηλό ρεύμα ρύθμισης και στη συνέχεια να αυξηθεί στην απαιτούμενη τιμή.
Σχετικά άρθρα:
