Werkingsprincipe en bedradingsschema van het thermisch relais

Bescherming van elektromotoren, magnetische starters en andere apparatuur tegen oververhitting van de belasting geschiedt door middel van speciale thermische beveiligingsinrichtingen. Om het juiste model thermische beveiliging te kiezen, moet u weten hoe het werkt, hoe het is ontworpen en wat de belangrijkste selectiecriteria zijn.

Ontwerp en werkingsprincipe

Het thermische relais (TR) is ontworpen om elektrische motoren te beschermen tegen oververhitting en voortijdige uitval. Tijdens het langdurig starten is de elektromotor onderhevig aan stroomoverbelasting, omdat hij tijdens het starten zeven maal zoveel stroom trekt, wat verhitting van de wikkelingen veroorzaakt. De nominale stroom (Inn) is de stroom die door de motor tijdens bedrijf wordt opgenomen. Bovendien verlengen TR's de levensduur van elektrische apparatuur.

Een thermisch relais waarvan de constructie uit de eenvoudigste elementen bestaat:

1. Het hittegevoelige element.
2. Een zelfresettend contact.
3. Contactpersonen.
4. Lente.
5. Bimetalen geleiderplaat.
6. Knop.
7. Setpoint stroomregelaar.

Het temperatuurvoelelement is een temperatuursensor die dient om warmte over te brengen op een bimetalen plaat of een ander thermisch beschermingselement. Het zelfterugstellende contact maakt het mogelijk de stroomtoevoer naar de elektrische verbruiker onmiddellijk te openen om te voorkomen dat deze oververhit raakt wanneer hij opwarmt.

De plaat bestaat uit twee soorten metaal (bimetaal), waarvan één een hoge thermische uitzettingscoëfficiënt (Kp) heeft. Zij worden aan elkaar gehecht door lassen of walsen bij hoge temperaturen. Bij verhitting buigt de hitteschildplaat naar het materiaal met een lagere Kp, en bij afkoeling keert de plaat terug naar zijn oorspronkelijke positie. De platen zijn hoofdzakelijk gemaakt van invar (lagere Kp-waarde) en niet-magnetisch of chroom-nikkelstaal (hogere Kp-waarde).

De toets schakelt de TR in, de setpointstroomregelaar is nodig om de optimale I-waarde voor de verbruiker in te stellen, overschrijding van deze waarde leidt tot uitschakeling van de TR.

Het werkingsprincipe van de TR is gebaseerd op de wet van Joule-Lenz. Stroom is de gerichte beweging van geladen deeltjes die botsen met de atomen in het kristalrooster van een geleider (deze waarde is de weerstand en wordt aangeduid met R). Deze wisselwerking veroorzaakt het ontstaan van thermische energie, die is afgeleid van elektrische energie. De afhankelijkheid van de duur van de stroom van de temperatuur van de geleider wordt bepaald door de wet van Joule-Lenz.

De formulering van deze wet is als volgt: wanneer I door een geleider stroomt, is de hoeveelheid warmte Q die door de stroom in wisselwerking met de atomen in het rooster van de geleider vrijkomt, recht evenredig met het kwadraat van I, de waarde van R van de geleider en de inwerkingstijd van de stroom op de geleider. Wiskundig kan het als volgt worden geschreven: Q = a * I * R * t, waarin a de omrekeningsfactor is, I de stroom door de gewenste geleider, R de weerstandswaarde en t de tijd van de stroom van I.

Als a = 1, wordt het resultaat van de berekening gemeten in joules, en als a = 0,24, wordt het resultaat gemeten in calorieën.

Het verwarmen van bimetaalmateriaal gebeurt op twee manieren. In het eerste geval stroomt I door het bimetaal en in het tweede geval door de wikkeling. De isolatie van de wikkeling vertraagt de stroom van warmte-energie. Het thermische relais warmt meer op wanneer de I-waarde hoog is dan wanneer het in contact staat met het thermogevoelige element. Dit resulteert in een vertraging van het activeringssignaal van de contacten. Moderne TR-modellen maken gebruik van beide beginselen.

De bimetalen plaat van de thermische beveiliging warmt op wanneer de belasting wordt aangesloten. Gecombineerde verwarming maakt het mogelijk een toestel met optimale prestaties te verkrijgen. De plaat wordt verwarmd door de warmte die I afgeeft wanneer hij erdoorheen gaat en door een speciaal verwarmingselement bij I-belasting. Tijdens verhitting vervormt de bimetalen plaat en werkt in op het zelfverhittend contact.

Belangrijkste kenmerken

Elke RTD heeft zijn eigen technische gegevens (TS). Het relais moet worden gekozen op grond van de belastingskarakteristiek en de toestand van de toepassing voor de elektromotor of andere stroomverbruiker:

1. In waarde.
2. Instelbereik van I-bedrijf.
3. Spanning.
4. Hulpbediening van TP-operatie.
5. Macht.
6. De operatie limiet.
7. Gevoeligheid voor fase onbalans.
8. Trip klasse.

Nominale waarde van de stroom - waarde van I, waarvoor de TR is ontworpen. Hij wordt geselecteerd op basis van de waarde van In van de verbruiker waarop hij rechtstreeks is aangesloten. Bovendien is het noodzakelijk te selecteren met een reserve van In en zich te laten leiden door de volgende formule: Inr = 1,5 * Ind, waarbij Inr de In van de TP is, die 1,5 maal de nominale motorstroom (Ind) moet bedragen.

De I-afstelgrens is een van de belangrijke parameters voor een thermische beveiligingsinrichting. De aanduiding van deze parameter is het instelbereik van de In-waarde. De spanning is de waarde van de voedingsspanning waarvoor de relaiscontacten zijn ontworpen; overschrijding van de toelaatbare waarde leidt tot uitval van het toestel.

Sommige typen relais zijn uitgerust met afzonderlijke contacten voor het regelen van de werking van het apparaat en de verbruiker. Vermogen is een van de belangrijkste parameters van TR, die bepalend is voor het uitgangsvermogen van de aangesloten verbruiker of groep verbruikers.

De uitschakelgrens of drempel is een coëfficiënt die afhangt van de nominale stroom. De waarde ervan ligt hoofdzakelijk tussen 1,1 en 1,5.

De gevoeligheid voor fase-onbalans (fase-asymmetrie) geeft het percentage aan van de fase met onbalans ten opzichte van de fase waar de nominale stroom van de vereiste waarde doorheen vloeit.

De uitschakelklasse is een parameter die de gemiddelde reactietijd van een TR weergeeft in verhouding tot de multipliciteit van de setpointstroom.

Het belangrijkste kenmerk op grond waarvan een TR moet worden gekozen, is de afhankelijkheid van de bedrijfstijd van de belastingsstroom.

Bedradingsschema

De bedradingsschema's van thermische relais in een stroomkring kunnen van toestel tot toestel aanzienlijk verschillen. RTD's worden echter in serie geschakeld met de motorwikkeling of de spoel van de magneetschakelaar op het normaal open contact, omdat dit type aansluiting helpt het apparaat te beschermen tegen overbelasting. Als het stroomverbruik wordt overschreden, koppelt de TR het toestel los van de netvoeding.

De meeste bedradingsschema's maken gebruik van een permanent open contact, dat in werking treedt wanneer het in serie wordt aangesloten met de stopknop op het bedieningspaneel. Dit contact wordt gewoonlijk aangeduid met de letters NC of H3.

Het normaal gesloten contact kan worden gebruikt voor de aansluiting van een veiligheidsalarm. In complexere schakelingen wordt dit contact ook gebruikt voor het uitvoeren van geprogrammeerde noodstopbesturing van het apparaat met behulp van microprocessoren en microcontrollers.

De thermostaat kan vrij eenvoudig worden aangesloten. Daartoe moet het volgende principe worden gevolgd: TP wordt geplaatst na de schakelaars van de starter, maar vóór de elektromotor en het permanent gesloten contact wordt in serie geschakeld met de stopknop.

Soorten thermische relais

Er zijn vele types waarin thermische relais worden onderverdeeld:

1. Bimetaal - PTL (ksd, lrf, lrd, lr, iek en ptlr).
2. In vaste toestand.
3. Relais voor temperatuurregeling van de unit. De basisbenamingen zijn als volgt: RTK, NR, TF, ERB en DU.
4. Legerings smelt relais.

Bimetalen TR's hebben een primitief ontwerp en zijn eenvoudige toestellen.

Het werkingsprincipe van een solid-state thermisch relais verschilt aanzienlijk van dat van een bimetaalrelais. Het solid-state relais is een elektronisch apparaat, ook wel snapper genoemd, dat is gemaakt op radio-elementen zonder mechanische contacten.

Daartoe behoren RTR- en IEK-RTD's, die de gemiddelde motortemperatuur berekenen door de inschakel- en inschakelstroom te bewaken. Het belangrijkste kenmerk van deze relais is hun vonkbestendigheid, d.w.z. dat zij kunnen worden gebruikt in omgevingen met explosiegevaar. Dit type relais heeft een snellere reactietijd en is gemakkelijker af te stellen.

RTC's zijn ontworpen om het temperatuurgedrag van een elektromotor of een ander apparaat te controleren met behulp van een thermistor of een thermische weerstand (sonde). Wanneer de temperatuur stijgt tot een kritieke toestand, stijgt de weerstand sterk. Volgens de wet van Ohm neemt de stroom af wanneer R toeneemt, en wordt de verbruiker uitgeschakeld omdat de waarde ervan onvoldoende is voor een normale werking van de verbruiker. Dit type relais wordt gebruikt in koelkasten en diepvriezers.

Het ontwerp van het fusion-verwarmingsrelais verschilt aanzienlijk van dat van de andere modellen en bestaat uit de volgende elementen:

1. De verwarmingswikkeling.
2. Legering met een laag smeltpunt (eutectisch).
3. Het mechanisme van de stroomonderbreker.

De eutectische legering smelt bij een lage temperatuur en beschermt het stroomcircuit van de consument door het contact te verbreken. Dit relais is in het toestel ingebouwd en wordt gebruikt in wasmachines en automobieltoestellen.

De keuze van het thermische relais geschiedt door analyse van de thermistor en de bedrijfsomstandigheden van het toestel dat tegen oververhitting moet worden beschermd.

Hoe kiest u een thermisch relais?

Zonder ingewikkelde berekeningen is het mogelijk de geschikte nominale waarde van het thermische relais voor de motor te kiezen op basis van zijn capaciteit (tabel voor thermische beveiligingsinrichtingen).

De basisformule voor de berekening van de nominale stroom van het thermische relais:

Intr = 1.5 * Ind.

Bijvoorbeeld, een asynchrone elektromotor van 1,5 kW gevoed door een driefasige wisselstroombron met een spanning van 380 V moet worden berekend.

Dit kan heel eenvoudig worden gedaan. Om de nominale motorstroom te berekenen, moet de vermogensformule worden gebruikt:

P = I * U.

Ind = P / U = 1500 / 380 ≈ 3,95 A. De waarde van de nominale TP-stroom wordt als volgt berekend: Intr = 1.5 * 3.95 ≈ 6 A.

Op basis van de berekeningen wordt een RTL van het type PTL-1014-2 met een instelbaar setpointstroombereik van 7 tot 10 A geselecteerd.

Bij hogere omgevingstemperaturen moet de instelwaarde op de minimumwaarde worden ingesteld. Als de omgevingstemperatuur laag is, moet rekening worden gehouden met de belasting van de statorwikkelingen van de motor en moeten deze zo mogelijk niet worden ingeschakeld. Als de omstandigheden het gebruik van de motor onder ongunstige omstandigheden vereisen, moet de instelling worden gestart met een lage setpointstroom en vervolgens worden verhoogd tot de vereiste waarde.

Verwante artikelen: