Промышленные типы реле на магнитоуправляемых контактах

В качестве примера приведем технические характеристики маломощных реле се-

рии РЭС, выполненные на герконах.

Таблица 3.7.8

Технические хаактеристики реле серии РЭС на герконах

Тип реле	Количество и тип контактов	Напряжение катушки реле, В	Допустимое напряжение на контактах, В
РЭС 43	2 з.к.	12, 27	30
РЭС 44	3 з.к.	12, 27	180
РЭС 45	1 з.к.	6, 12, 27	220
РЭС 46	2 з.к.	6, 12, 24, 27	30
РЭС 55	1 з.к., 1 р.к.	6, 12, 27	6…127 6…36

Примечание: коммутируемый ток контактов реле - от 5*10^-6 до 0,5 А;

Герсиконы

Разновидностью герконов являются герсиконы ( герметизированные силовые кон-

такты ). Для управления ними применяют катушку, расположенную вне герсикона.

Например, герсикон типа КМГ-12 рассчитан на номинальный ток 6,3 А при напря

жении 380 – 440 в и частоте 50 – 60 Гц. Он способен включать ток 180 А и отключать ток 60 А. Контакты выдерживают до 10 млн. циклов В-О ( включено - отключено ) при часто

те включений 1200 в час ( т.е. 20 включений в мин.)

10. Электротепловые реле Основные сведения

Электротепловыми называют реле, работа которых основана на тепловом дейст-

вии электрического тока.

В соответствии с законом Джоуля-Ленца: количество тепла ( Дж ) , выделяемого в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока I ( А ), сопротивлению провод-

ника R ( Ом ) и времени t ( с ) протекания тока через проводник:

Q = I Rt .

Поэтому срабатывание тепловых реле происходит не мгновенно, а через время, составляющее 4…20 мин от момента начала перегрузки.

Иначе говоря, тепловые реле имеют тепловую инерцию, поэтому их нельзя приме-

нять для защиты цепей от токов короткого замыкания.

Защита при коротком замыкании защита должна срабатывать мгновенно ( предо-

хранители, автоматические выключатели, реле максимального тока мгновенного дейст-

вия ).

Различают два типа электротепловых реле;

1. токовые;

2. температурные.

Токовые тепловые реле

У этих реле чувствительным к теплу элементом является биметаллическая пласти-

на ( рис. 54 ).

Рис. 54. Биметаллическая пластинка

Биметаллическая пластина состоит из двух слоев металлов с разными коэффициен-

тами линейного расширения α и α . Слои металла соединяются либо сваркой, либо про-

каткой в горячем состоянии. При нагревании пластина изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. Изгиб пластины используется для воз-

действия на контакты реле.

При производстве биметаллических пластин применяют материалы с низким коэф-

фициентом линейного расширения, например, железониеклевый сплав инвар, и с высоким коэффициентом – хромоникелевые, молибденоникелевые и немагнитные стали.

В зависимости от способа нагрева биметаллической пластины, тепловые реле делят на три вида:

1. реле с непосредственным нагревом;

2. реле с косвенным нагревом;

3. реле с комбинированным нагревом.

Рис. 55. Cхемы нагрева биметаллической пластины: а – непосредственный; б – ко-

свенный; в, г - комбинированный; 1- биметаллическая пластина; 2 – нагреватель

В реле с непосредственным нагревом контролируемый ток протекает непосредст-

венно через биметаллическую пластину ( рис. 55, а ). Этот вид реле применяется при небольших токах, в основном, в бытовых электроприборах ( утюгах и т.п. ).

В реле с косвенным нагревом контролируемый ток протекает через нагреватель – электрическую спираль из нихромовой или константановой проволоки ( рис. 55, б ).

В реле с комбинированным нагревом контролируемый ток протекает через пласти-

ну и нагреватель, причем пластина и нагреватель могут быть соединены последовательно ( рис. 55, в ) или параллельно ( рис. 55, г ).

Устройство и принцип действия токового теплового реле

В упрощенном виде токовое электротепловое реле изображено на рис. 56, а, б.

Рис. 56. Электротепловое реле: а – при нормальном токе; б – при токе, превышаю-

щем нормальный; в – время-токовая характеристика реле;

1 – биметаллическая пластина; 2 – нагреватель; 3 – защелка; 4 – пружина; 5 – толка

тель; 6 – подвижный контакт; 7 – теплоизоляционная камера

Как следует из рис. 56, биметаллическая пластина 1 заключена вместе с нагревате-

лем 2 в теплоизоляционную камеру 7. Эта камера позволяет свести к минимуму передачу

тепла от нагревателя к остальным деталям реле.

Верхний конец пластины прикреплен к неподвижной Г-образной скобе из изоляци-

онного материала, нижний же конец упирается в горизонтальное плечо двухплечей защел-

ки 3. Снизу это плечо подпружинено пружиной 4.

На вертикальном плече защелки закреплен подвижный контакт 6, который при нор-

мальном токе ( рис. 56, а ) электрически соединен с неподвижным, и через эти два контак-

та протекает ток I.

При перегрузке количество тепла нагревателе увеличивается, биметаллическая пластина изгибается, ее нижний конец переместится вправо ( рис. 56, б ) и освободит защелку 3. Последняя под действием пружины 4 повернется и разомкнет контакты реле.

На практике это приводит к отключению двигателя. Поскольку при неработающем двигателе ток через нагреватель не протекает, биметаллическая пластина остывает. Но войти в зацепление с защелкой пластина сама не сможет ( реле без самовозврата ).

Для возврата защелки в исходное положение нужно нажать пальцем на кнопку тол-

кателя 5.

Время-токовая характеристика токового электротеплового реле

Основной характеристикой теплового реле является время-токовая ( рис. 56, в ). По горизонтальной оси отложена кратность контролируемого тока ( по отношению к номи-

нальному ), по вертикальной – время срабатывания теплового реле.

Тепловые реле выбираются по условию: номинальный ток выбранного реле должен равняться номинальному току двигателя или любого иного потребителя.

В этом случае кратность тока нагрузки I / I = 1, и как следует из рис. 54, б, ха

рактеристика реле не пересекается с пунктирной вертикальной линией, для которой

I / I = 1. Это означает, что время срабатывания реле t = ∞, иначе говоря, если через реле протекает его номинальный ток, реле не сработает.

Если ток нагрузки станет больше номинального, реле сработает. При этом время срабатывания реле обратно пропорционально квадрату тока.

Такая зависимость объясняется тем, что тепловое реле срабатывает всегда при одном и том же количестве выделенного в нагревателе тепла:

Q = I R t = const,

где: I – ток нагрузки;

R – cопротивление нагревателя;

t – время протекания тока через нагреватель.

Отсюда следует

t = Q / I R

Приняв Q = const ( т.к. реле срабатывает всегда при одном и том же количестве выделенного тепла ) и R = const ( примем сопротивление нагревателя не зависящим от температуры ), получим :

t ≡ 1 / I ,

т.е. время срабатывания теплового реле обратно пропорционально квадрату тока ( а не току в первой степени ).

Как следует из рис. 56, в, если ток нагрузки в 2 раза больше номинального , т.е.

I / I = 2, время срабатывания реле составит t , если в 4 раза больше, т.е. I / I =

= 4 – время срабатывания t .

Тепловые реле встраивают в магнитные пускатели, станции управления и др., т.е.

реле находится в одном месте, а потребитель электроэнергии, например, электродвигатель

- в другом.

Это означает, что электротепловые эти реле контролируют нагрев косвенно - через ток приемника электроэнергии, а не непосредственно, через температуру корпуса или

узлов приемника электроэнергии, например, электродвигателя.

Поэтому при работе в северных широтах холодное реле, имеющее температуру окружающей среды, при возникновении перегрузки двигателя может не успеть сработать

( ему надо прогреться ), и двигатель сгорит.

В то же время в тропиках нагретое воздухом окружающей среды реле будет сраба-

тывать даже тогда, когда перегрузки двигателя нет. Это объясняется тем, что еще до нача-

ла работы биметаллическая пластина нагрета до температуры окружающей среды, т.е. до нескольких десятков градусов. Нормальная работа электропривода станет невозможной из-за постоянных отключений электродвигателя.

Поскольку токовые тепловые реле находятся в шкафах управления, их замена в слу

чае выхода из строя не преставляет никаких трудностей – достаточно открыть дверцы шкафа.

Токовык реле являются основным типом тепловых реле, применяемых в электро

приводах на судах отечественной постройки.

Температурные тепловые реле

Развитие полупроводниковой техники позволило создать температурные тепло-

вые реле, которые реагируют непосредственно на нагрев приемника электроэнергии.

У этих реле чувствительным к теплу элементом является полупроводниковый прибор – терморезистор.

Терморезистор – прибор, сопротивление которого зависит от температуры прибора.

Терморезисторы встраивают в лобовые части обмотки статора двигателя. Это означает, что в любой терморезистор имеет такую же температуру, что и обмотка статора.

В температурных тепловых реле применяют два типа терморезисторов – позисторы и термисторы. Позисторы имеют положительный температурный коэффициент сопротив-

ления, а термисторы – отрицательный.

Это означает, что при нагреве сопротивление позисторов увеличивается ( рис. 57, а, график 1 ), а термисторов – уменьшается ( рис. 57, а, график 2 ).

Поскольку терморезисторы не имеют контактов, их применяют в сочетании с обыч-

ными электромагнитными реле KV ( рис. 57, б ).

Рис. 57. а - зависимость сопротивлений терморезисторов R от температуры Tº:

а ) график 1 – для позистров, график 2 – для термисторов ; б – принципиальная схема температурной защиты электродвигателя; в – схема включения контактора КМ при использовании термистора; г – то же, при использовании позистора

Реле питается от судовой сети через понижающий трансформатор TV и выпрями-

тельный мостик UZ. Последовательно с катушкой реле включены три терморезистора RK.

Контакты реле KV включены в цепь катушки линейного контактора двигателя КМ.

Схема на рис. 57, в применяется для позисторов и работает так: при нормальной температуре обмотки двигателя сопротивление позисторов мало, поэтому ток в катушке реле KV достаточен для включения реле. Реле замыкает свой контакт KV1 и поэтому линейный контактор включен, двигатель работает.

При повышении температуры обмотки сопротивление позисторов увеличивается, ток в катушке реле KV уменьшается. Якорь реле отпадает, контакт KV1 размыкается, катушка КМ обесточивается, а двигатель отключается от сети.

Схема на рис. 57, г применяется для термисторов. При нормальной температуре обмотки двигателя сопротивление термисторов велико, поэтому ток в катушке реле KV мал и недостаточен, чтобы якорь реле притянулся к сердечнику. Поэтому контакт KV3 замкнут, через катушку КМ протекает ток. Контактор включен, двигатель работает.

При повышении температуры обмотки сопротивление термисторов уменьшается, ток в катушке реле KV увеличивается. Реле включается и размыкает свой контакт KV2.

Катушка КМ обесточивается, а двигатель отключается от сети.

Температурные тепловые реле широко применяются на судах иностранной по-

стройки, например, на немецких.

При перегорании терморезисторов, заложенных в лобовые части обмоток статора, приходится снимать подшипниковый щит, чтобы добраться до лобовых частей , т.е. час-

тично разбирать электрическую машину. Это является существенным недостатком темпе-

ратурных тепловых реле.

Чтобы устранить этот недостаток, на судах немецкой постройки в лобовые части электрических машин закладывается два одинаковых комплекта температурных реле. Один комплект находится в работе, другой - в резерве. В случае выхода из строя рабочего комплекта электромеханик переводит схему управления двигателем на резервный.

Промышленные типы токовых электротепловых реле

Промышленность выпускает токовые электротепловых реле в виде серии ТРТ

( Т – тепловые, Р – реле, Т - типизированного ряда ).

Рассмотрим устройство реле серии ТРТ ( рис. 58 ).

Рис. 58. Тепловое реле серии ТРТ: 1 – корпус; 2 – механизм уставки по току; 3 – кнопка ручного возврата реле; 4 – ось изоляционной колодки; 5 – мостиковый контакт; 6 – неподвижные контакты ( 2 шт. ); 7 - колодка изоляционная; 8 – цилиндрическая пружина; 9 -– биметаллическая пластина; 10 – ось биметаллической пластины

Реле имеет пластмассовый корпус 1, в котором смонтированы все детали. Биметал-

лическая пластина 9 имеет U- образную форму и укреплена на оси 10. Эта пластина состо-

ит из двух параллельных металлических полосок из разнородных материалов, между кото

рыми запрессован нагреватель из нихромовой проволоки.

На правый конец пластины опирается цилиндрическая пружина 8. Другой конец пружины опирается на пластмассовую треугольную уравновешенную колодку 7, на кото-

рой размещен подвижный контакт 6. Выше контакта 6 расположены два неподвижных контакта 5. Колодка 7 может поворачиваться вокруг оси 4.

Левый конец биметаллической пластины соединен с механизмом уставки 2, позво-

ляющим регулировать ток уставки реле путем изменения первоначальной деформации пла

стины.

Нагревательный элемент реле включается в рассечку линейного провода, поэтому

ток нагрузки I протекает через нагреватель, а ток управления I - через контакты теплово-

го реле . В качестве тока управления может быть ток катушки линейного контактора асинхронного двигателя.

При токах перегрузки, равных или больших токов уставки, верхняя часть U-образ-

ной пластины смещается вправо и поворачивает изоляционную колодку, которая скачко-

образно поворачивается против часовой стрелки вокруг оси 4. В результате подвижный и неподвижные контакты размыкаются, двигатель отключается от сети.

Данный тип реле имеет самовозврат, т.е. после остывания биметаллическая пласти-

на возвращается в исходное состояние. Время самовозврата - не более 180 с. При необхо-

димости ускорить возврат реле в исходное состояние можно нажать кнопку 3 самовозвра-

та, но не ранее чем через 60 с после срабатывания реле.