Zasada działania i schemat połączeń przekaźnika termicznego

Ochrona silników elektrycznych, rozruszników magnetycznych i innych urządzeń przed obciążeniami powodującymi przegrzanie jest realizowana za pomocą specjalnych termicznych urządzeń zabezpieczających. Aby wybrać odpowiedni model osłony termicznej, należy poznać sposób jej działania, konstrukcję i podstawowe kryteria wyboru.

Budowa i zasada działania

Przekaźnik termiczny (TR) jest przeznaczony do ochrony silników elektrycznych przed przegrzaniem i przedwczesną awarią. Podczas długotrwałego rozruchu silnik elektryczny jest narażony na przeciążenia prądowe, ponieważ podczas rozruchu pobiera siedmiokrotnie większy prąd, co powoduje nagrzewanie się uzwojeń. Prąd znamionowy (Inn) to prąd pobierany przez silnik podczas pracy. Ponadto TR wydłużają okres eksploatacji urządzeń elektrycznych.

Przekaźnik termiczny składa się z najprostszych elementów:

1. Element wrażliwy na ciepło.
2. Zestyk samoczynnie resetujący się.
3. Kontakty.
4. Wiosna.
5. Bimetaliczna płytka przewodząca.
6. Przycisk.
7. Regulator prądu zadanego.

Elementem wyczuwającym temperaturę jest czujnik temperatury, który służy do przekazywania ciepła do płytki bimetalicznej lub innego elementu ochrony termicznej. Samoczynnie resetujący się styk umożliwia natychmiastowe odłączenie zasilania odbiornika elektrycznego, aby zapobiec jego przegrzaniu.

Płyta składa się z dwóch rodzajów metalu (bimetalu), z których jeden ma wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej (Kp). Są one łączone ze sobą poprzez spawanie lub walcowanie w wysokich temperaturach. Po podgrzaniu płyta osłony cieplnej wygina się w kierunku materiału o niższym współczynniku Kp, a po ochłodzeniu wraca do pierwotnego położenia. Płyty są wykonywane głównie z invaru (niższa wartość Kp) i stali niemagnetycznej lub chromowo-niklowej (wyższa wartość Kp).

Przycisk włącza TR, regulator prądu zadanego ma za zadanie ustawić optymalną wartość I dla odbiornika, przekroczenie tej wartości spowoduje zadziałanie TR.

Zasada działania TR opiera się na prawie Joule'a-Lenza. Prąd to kierunkowy ruch naładowanych cząstek, które zderzają się z atomami w siatce krystalicznej przewodnika (wartość ta jest oporem i oznacza się ją symbolem R). Ta interakcja powoduje powstawanie energii cieplnej, która jest pochodną energii elektrycznej. Zależność czasu trwania przepływu od temperatury przewodnika jest określona przez prawo Joule'a-Lenza.

Sformułowanie tego prawa jest następujące: gdy przez przewodnik przepływa prąd I, ilość ciepła Q wydzielonego przez prąd w wyniku oddziaływania z atomami w siatce przewodnika jest wprost proporcjonalna do kwadratu I, wartości R przewodnika i czasu oddziaływania prądu na przewodnik. Matematycznie można to zapisać w następujący sposób: Q = a * I * I * R * t, gdzie a jest współczynnikiem przeliczeniowym, I - natężeniem prądu płynącego przez dany przewodnik, R - wartością oporu, a t - czasem przepływu prądu I.

Jeśli a = 1, wynik obliczeń jest mierzony w dżulach, a jeśli a = 0,24, wynik obliczeń jest mierzony w kaloriach.

Nagrzewanie materiału bimetalicznego odbywa się na dwa sposoby. W pierwszym przypadku prąd przepływa przez bimetal, a w drugim przez uzwojenie. Izolacja uzwojenia spowalnia przepływ energii cieplnej. Przekaźnik termiczny nagrzewa się bardziej, gdy wartość I jest wysoka, niż gdy jest w kontakcie z elementem termoczułym. Opóźnia to sygnał aktywacji styków. Nowoczesne modele TR wykorzystują obie te zasady.

Płytka bimetaliczna zabezpieczenia termicznego nagrzewa się po podłączeniu obciążenia. Ogrzewanie kombinowane umożliwia uzyskanie urządzenia o optymalnej wydajności. Płyta jest ogrzewana ciepłem wytwarzanym przez I podczas przechodzenia przez nią oraz przez specjalną grzałkę przy obciążeniu I. Podczas ogrzewania płytka bimetaliczna odkształca się i oddziałuje na styk samonagrzewający się.

Główne cechy

Każdy RTD ma indywidualne dane techniczne (TS). Przekaźnik musi być dobrany odpowiednio do charakterystyki obciążenia i warunków zastosowania silnika elektrycznego lub innego odbiornika energii:

1. W wartości.
2. Zakres regulacji operacji I.
3. Napięcie.
4. Pomocnicze sterowanie pracą TP.
5. Moc.
6. Granica działania.
7. Wrażliwość na asymetrię faz.
8. Klasa wycieczkowa.

Wartość znamionowa prądu - wartość I, dla której TR jest zaprojektowany. Jest on wybierany w zależności od wartości In odbiornika, do którego jest bezpośrednio podłączony. Ponadto należy wybierać z rezerwą In i kierować się następującym wzorem: Inr = 1,5 * Ind, gdzie Inr jest In TP, które musi być 1,5 razy większe od prądu znamionowego silnika (Ind).

Granica regulacji zadziałania I jest jednym z ważnych parametrów zabezpieczenia termicznego. Oznaczenie tego parametru to zakres regulacji wartości In. Napięcie jest wartością napięcia zasilania, do którego styki przekaźnika są przystosowane; przekroczenie dopuszczalnej wartości spowoduje awarię urządzenia.

Niektóre typy przekaźników są wyposażone w oddzielne styki do sterowania pracą urządzenia i odbiornika. Moc jest jednym z głównych parametrów TR, który określa moc wyjściową podłączonego odbiornika lub grupy odbiorników.

Granica lub próg zadziałania jest współczynnikiem zależnym od prądu znamionowego. Jego wartość mieści się głównie w przedziale od 1,1 do 1,5.

Wrażliwość na niezrównoważenie faz (asymetrię faz) określa procentowy stosunek fazy niezrównoważonej do fazy, przez którą płynie prąd znamionowy o wymaganej wartości.

Klasa zadziałania jest parametrem, który przedstawia średni czas reakcji TR w odniesieniu do krotności prądu zadanego.

Główną cechą, według której należy dobierać TR, jest zależność czasu działania od prądu obciążenia.

Schemat połączeń

Schematy połączeń przekaźników termicznych w obwodzie mogą się znacznie różnić w zależności od urządzenia. Jednak czujniki RTD są podłączane szeregowo z uzwojeniem silnika lub cewką stycznika magnetycznego do styku normalnie otwartego, ponieważ ten rodzaj połączenia pomaga chronić urządzenie przed przeciążeniem. Jeśli pobór prądu zostanie przekroczony, TR odłącza urządzenie od sieci zasilającej.

W większości schematów elektrycznych stosuje się styk stale otwarty, który działa po połączeniu szeregowym z przyciskiem zatrzymania na panelu sterowania. Styk ten jest zwykle oznaczany literami NC lub H3.

Styku normalnie zamkniętego można użyć do podłączenia alarmu bezpieczeństwa. W bardziej złożonych układach styk ten jest również wykorzystywany do realizacji zaprogramowanego sterowania zatrzymaniem awaryjnym urządzenia za pomocą mikroprocesorów i mikrokontrolerów.

Termostat można podłączyć w bardzo prosty sposób. W tym celu należy zastosować następującą zasadę: TP umieszcza się za stycznikami rozrusznika, ale przed silnikiem elektrycznym, a styk zamknięty na stałe łączy się szeregowo z przyciskiem stop.

Rodzaje przekaźników termicznych

Istnieje wiele typów, na które dzielą się przekaźniki termiczne:

1. Bimetaliczny - PTL (ksd, lrf, lrd, lr, iek i ptlr).
2. Stan stały.
3. Przekaźnik do sterowania temperaturą w urządzeniu. Podstawowe oznaczenia są następujące: RTK, NR, TF, ERB i DU.
4. Przekaźniki do topienia stopów.

Bimetaliczne czujniki TR mają prymitywną konstrukcję i są prostymi urządzeniami.

Zasada działania półprzewodnikowego przekaźnika termicznego różni się znacznie od przekaźnika bimetalicznego. Przekaźnik półprzewodnikowy jest urządzeniem elektronicznym, zwanym też migomatem, wykonanym na elementach radiowych bez styków mechanicznych.

Należą do nich czujniki RTR i IEK RTD, które obliczają średnią temperaturę silnika elektrycznego poprzez monitorowanie jego rozruchu i zapłonu. Główną cechą tych przekaźników jest ich odporność na iskrzenie, tzn. mogą być stosowane w strefach zagrożonych wybuchem. Ten typ przekaźnika ma krótszy czas reakcji i jest łatwiejszy w regulacji.

Regulatory RTC są przeznaczone do monitorowania temperatury silnika elektrycznego lub innego urządzenia za pomocą termistora lub rezystora termicznego (sondy). Gdy temperatura wzrasta do stanu krytycznego, rezystancja gwałtownie wzrasta. Zgodnie z prawem Ohma, gdy wartość R wzrasta, prąd maleje i odbiornik jest wyłączany, ponieważ jego wartość jest niewystarczająca do normalnego działania odbiornika. Ten typ przekaźnika jest stosowany w chłodziarkach i zamrażarkach.

Konstrukcja przekaźnika grzałki termoelektrycznej różni się znacznie od pozostałych modeli i składa się z następujących elementów:

1. Uzwojenie grzałki.
2. Stop o niskiej temperaturze topnienia (eutektyka).
3. Mechanizm wyłącznika automatycznego.

Stop eutektyczny topi się w niskiej temperaturze i chroni obwód zasilający odbiornika poprzez przerwanie styku. Przekaźnik ten jest wbudowany w urządzenie i jest stosowany w pralkach i urządzeniach samochodowych.

Wybór przekaźnika termicznego jest dokonywany na podstawie analizy termistora i warunków pracy urządzenia, które ma być chronione przed przegrzaniem.

Jak wybrać przekaźnik termiczny

Bez skomplikowanych obliczeń można dobrać odpowiednią wartość znamionową przekaźnika termicznego do silnika w zależności od jego mocy (tabela dla urządzeń ochrony termicznej).

Podstawowy wzór do obliczania prądu znamionowego przekaźnika termicznego:

Intr = 1,5 * Ind.

Na przykład należy obliczyć moc asynchronicznego silnika elektrycznego o mocy 1,5 kW zasilanego prądem przemiennym trójfazowym o napięciu 380 V.

Można to zrobić w bardzo prosty sposób. Aby obliczyć prąd znamionowy silnika, należy skorzystać ze wzoru na moc:

P = I * U.

Stąd, Ind = P / U = 1500 / 380 ≈ 3,95 A. Wartość prądu znamionowego TP jest obliczana w następujący sposób: Intr = 1,5 * 3,95 ≈ 6 A.

Na podstawie tych obliczeń wybiera się moduł RTL typu PTL-1014-2 o regulowanym zakresie prądu zadanego od 7 do 10 A.

Przy wyższych temperaturach otoczenia wartość zadana powinna być ustawiona na wartość minimalną. Jeżeli temperatura otoczenia jest niska, należy zwiększyć obciążenie uzwojenia stojana silnika, a jeśli to możliwe, nie włączać go. Jeżeli okoliczności wymagają użytkowania silnika w niekorzystnych warunkach, należy rozpocząć ustawianie od niskiego prądu zadanego, a następnie zwiększyć go do wymaganej wartości.

Powiązane artykuły: