Лабораторная Работа № 2 Изучение теплового реле
Цель работы
Целью работы является изучение назначения, технических характеристик, принципа действия и конструкции теплового реле, а также схемы его использования.
Общие сведения
Тепловые реле предназначены для защиты электродвигателей и других токоприемников от незначительных длительных перегрузок, возникающих при возрастании момента сопротивления на рабочем органе машины или за счет витковых замыканий в обмотках, когда протекает ток, превышающий допустимое значение на 20-50%. Такой режим работы приводит к перегреву обмоток и электродвигателя (аппарата) в целом, а следовательно, к преждевременному выходу его из строя. Поэтому тепловые реле включают последовательно (непосредственно или через трансформаторы тока) в контролируемую цепь.
Принцип действия теплового реле основан на использовании нагревательного элемента, выполненного из материала с большим сопротивлением (нихром, фехраль) и биметаллической пластины, т.е. двухслойной нагреваемой пластины, состоящей из металлов с разными температурными коэффициентами линейного расширения. При нагреве слой термоактивного металла расширяется, а слой термоинертного металла почти не деформируется В реле может применяться косвенный метод нагрева пластины, изгибающейся вследствие теплового воздействия на нее нагревательного элемента, по которому проходит рабочий ток. Биметаллическая пластина может нагреваться и прямым способом путем пропускания через нее тока нагрузки.
Если один конец биметаллической пластины жестко закрепить, то другой свободный конец ее будет изгибаться. Он переводит контактную систему (обычно размыкающие контакты, включенные последовательно в цепь управления токоприемником) в отключенное состояние. Возврат реле в исходное положение обычно производится кнопкой возврата через 1,5-3 минут после срабатывания вручную или автоматически.
Тепловые реле изготавливают одно-, двух- и трехфазного исполнения на различные токи от 0,5 до 600 А. Номинальный ток каждого теплового реле является его максимально допустимым током, а сменные тепловые элементы позволяют получить для каждого типоразмера реле от 4 до 12 номинальных токов установки. При этом для каждого теплового элемента его ток установки может изменяться специальным регулятором на панели реле в определенных пределах.
Часто используется двухполюсное реле с двумя биметаллическими пластинами и одним размыкающим блок-контактом (типа ТРН). Также для защиты трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором предназначены трехполюсные тепловые реле (типа РТЛ).
Тепловые реле, как и все аппараты защиты, имеют ампер-секундную характеристику гиперболического вида. Однако, независимо от вида этой характеристики все тепловые реле имеют на 20% больший номинального граничный ток и срабатывают при его повышении за время примерно 20 мин. При этом перегрузка, превышающая в 5-6 раз ток установки, вызывает срабатывание реле за время (5-20) с, что весьма важно для режима прямого пуска электродвигателей без отключения реле.
Рисунок 3 - Принципиальная схема теплового реле
Тепловой расщепитель представляет собой тепловое реле, принципиальная схема которого показана на рисунке 3.
Основным элементом теплового реле является биметаллическая пластинка 1, состоящая из двух различных металлов. При протекании тока по нагревательному элементу 2 биметаллическая пластинка удлиняется. Известно, что разные металлы удлиняются в разной степени. Металлы, из которых изготовлена пластинка 1, подобраны таким образом, что металл b удлиняется больше металла a, вследствие чего пластинка изгибается в сторону металла a и выходит из зацепления, освобождая защелку 3. Защелка 3, поворачиваясь под действием пружины 6 вокруг оси 4, размыкает контакты 5 и отключает автомат.
Поскольку срабатывание теплового реле происходит под действием тепла, выделяемого в его нагревательном элементе, время его срабатывания согласно закону Ленца – Джоуля зависит от величины тока. Чем больше величина тока перегрузки, тем быстрее сработает тепловой расщепитель и отключит автомат.