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熱繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理
熱繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理
熱繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理
李銀川（洛陽建專）
熱繼電器是用于電動機或其它電氣設(shè)備、電氣線路的過載保護的保護電器。
電動機在實際運行中，如拖動生產(chǎn)機械進行工作過程中，若機械出現(xiàn)不正常的情況或電路異常使電動機遇到過載，則電動機轉(zhuǎn)速下降、繞組中的電流將增大，使電動機的繞組溫度升高。若過載電流不大且過載的時間較短，電動機繞組不超過允許溫升，這種過載是允許的。但若過載時間長，過載電流大，電動機繞組的溫升就會超過允許值，使電動機繞組老化，縮短電動機的使用壽命，嚴重時甚至?xí)闺妱訖C繞組燒毀。所以，這種過載是電動機不能承受的。熱繼電器就是利用電流的熱效應(yīng)原理，在出現(xiàn)電動機不能承受的過載時切斷電動機電路，為電動機提供過載保護的保護電器。
熱繼電器工作原理示意圖如圖1
圖1 熱繼電器工作原理示意圖
1——熱元件，2——雙金屬片，3——導(dǎo)板，4——觸點
熱繼電器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖1 熱繼電器結(jié)構(gòu)示意圖
圖中：1——電流調(diào)節(jié)凸輪，2——片簧（2a，2b），3——手動復(fù)位按鈕，4——弓簧片，5——主金屬片，6——外導(dǎo)板，7——內(nèi)導(dǎo)板，8——常閉靜觸點，9——動觸點，10——杠桿，11——常開靜觸點（復(fù)位調(diào)節(jié)螺釘），12——補償雙金屬片，13——推桿，14——連桿，15——壓簧
使用熱繼電器對電動機進行過載保護時，將熱元件與電動機的定子繞組串聯(lián)，將熱繼電器的常閉觸頭串聯(lián)在交流接觸器的電磁線圈的控制電路中，并調(diào)節(jié)整定電流調(diào)節(jié)旋鈕，使人字形撥桿與推桿相距一適當距離。當電動機正常工作時，通過熱元件的電流即為電動機的額定電流，熱元件發(fā)熱，雙金屬片受熱后彎曲，使推桿剛好與人字形撥桿接觸，而又不能推動人字形撥桿。常閉觸頭處于閉合狀態(tài)，交流接觸器保持吸合，電動機正常運行。
若電動機出現(xiàn)過載情況，繞組中電流增大，通過熱繼電器元件中的電流增大使雙金屬片溫度升得更高，彎曲程度加大，推動人字形撥桿，人字形撥桿推動常閉觸頭，使觸頭斷開而斷開交流接觸器線圈電路，使接觸器釋放、切斷電動機的電源，電動機停車而得到保護。
熱繼電器其它部分的作用如下：人字形撥桿的左臂也用雙金屬片制成，當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，主電路中的雙金屬片會產(chǎn)生一定的變形彎曲，這時人字形撥桿的左臂也會發(fā)生同方向的變形彎曲，從而使人字形撥桿與推桿之間的距離基本保持不變，保證熱繼電器動作的準確性。這種作用稱溫度補償作用。
螺釘8是常閉觸頭復(fù)位方式調(diào)節(jié)螺釘。當螺釘位置靠左時，電動機過載后，常閉觸頭斷開，電動機停車后，熱繼電器雙金屬片冷卻復(fù)位。常閉觸頭的動觸頭在彈簧的作用下會自動復(fù)位。此時熱繼電器為自動復(fù)位狀態(tài)。將螺釘逆時針旋轉(zhuǎn)向右調(diào)到一定位置時，若這時電動機過載，熱繼電器的常閉觸頭斷開。其動觸頭將擺到右側(cè)一新的平衡位置。電動機斷電停車后，動觸頭不能復(fù)位。必須按動復(fù)位按鈕后動觸頭方能復(fù)位。此時熱繼電器為手動復(fù)位狀態(tài)。若電動機過載是故障性的，為了避免再次輕易地起動電動機，熱繼電器宜采用手動復(fù)位方式。若要將熱繼電器由手動復(fù)位方式調(diào)至自動復(fù)位方式，只需將復(fù)位調(diào)節(jié)螺釘順時針旋進至適當位置即可。
有些型號的熱繼電器還具有斷相保護功能。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示：
圖3 差動式斷相保護裝置示意圖
（a）通電前，（b）三相通有額定電流，（c）三相均衡過載，（d）一相斷電故障
熱繼電器的斷相保護功能是由內(nèi)、外推桿組成的差動放大機構(gòu)提供的。當電動機正常工作時，通過熱繼電器熱元件的電流正常，內(nèi)外兩推桿均向前移至適當位置。當出現(xiàn)電源一相斷線而造成缺相時，該相電流為零，該相的雙金屬片冷卻復(fù)位，使內(nèi)推桿向右移動，另兩相的雙金屬片因電流增大而彎曲程度增大，使外推桿更向左移動，由于差動放大作用，在出現(xiàn)斷相故障后很短的時間內(nèi)就推動常閉觸頭使其斷開，使交流接觸器釋放，電動機斷電停車而得到保護。
熱繼電器的選型的注意點
1、類型選擇
一般情況下，可選用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，但當三相電壓的均衡性較差，工作環(huán)境惡劣或無人看管的電動機，宜選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。對于三角形接線的電動機，應(yīng)選用帶斷相保護裝置的熱繼電器。
2、熱繼電器額定電流選擇
熱繼電器的額定電流應(yīng)大于電動機額定電流。然后根據(jù)該額定電流來選擇熱繼電器的型號。
3、熱元件額定電流的選擇和整定
熱元件的額定電流應(yīng)略大于電動機額定電流。當電動機啟動電流為其額定電流的6倍及啟動時間不超過5S時，熱無件的整定電流調(diào)節(jié)到等于電動機的額定電流；當電動機的啟動時間較長、拖動沖擊性負載或不允許停車時，熱元件整定電流調(diào)節(jié)到電動機額定電流的1.1～1.15倍。
熱繼電器的安裝
熱繼器安裝的方向、使用環(huán)境和所用連接線都會影響動作性能，安裝時應(yīng)引起注意。
1、熱繼電器的安裝方向
熱繼電器的安裝方向很容易被人忽視。熱繼電器是電流通過發(fā)熱元件發(fā)熱，推動雙金屬片動作。熱量的傳遞有對流、輻射和傳導(dǎo)三種方式。其中對流具有方向性，熱量自下向上傳輸。在安放時，如果發(fā)熱元件在雙金屬片的下方，雙金屬片就熱得快，動作時間短；如果發(fā)熱元件在雙金屬片的旁邊，雙金屬片熱得較慢，熱繼電器的動作時間長。當熱繼電器與其它電器裝在一起時，應(yīng)裝在電器下方且遠離其它電器50mm以上，以免受其它電器發(fā)熱的影響。熱繼電器的安裝方向應(yīng)按產(chǎn)品說明書的規(guī)定進行，以確保熱繼電器在使用時的動作性能相一致。
2、使用環(huán)境
主要指環(huán)境溫度，它對熱繼電器動作的快慢影響較大。熱繼電器周圍介質(zhì)的溫度，應(yīng)和電動機周圍介質(zhì)的溫度相同，否則會破壞已調(diào)整好的配合情況。例如，當電動機安裝在高溫處、而熱繼電器安裝在溫度較低處時，熱繼電器的動作將會滯后（或動作電流大）；反之，其動作將會提前（或動作電流�。�。
對沒有溫度補償?shù)臒崂^電器，應(yīng)在熱繼電器和電動機兩者環(huán)境溫度差異不大的地方使用。 對有溫度補償?shù)臒崂^電器，可用于熱繼電器與電動機兩者環(huán)境溫度有一定差異的地方，但應(yīng)盡可能減少因環(huán)境溫度變化帶來的影響。
3、連接線
熱繼電器的連接線除導(dǎo)電外，還起導(dǎo)熱作用。如果連接線太細，則連接線產(chǎn)生的熱量會傳到雙金屬片，加上發(fā)熱元件沿導(dǎo)線向外散熱少，從而縮短了熱繼電器的脫扣動作時間；反之，如果采用的連接線過粗，則會延長熱繼電器的脫扣動作時間。所以連接導(dǎo)線截面不可太細或太粗，應(yīng)盡量采用說明書規(guī)定的或相近的截面積。
熱繼電器的調(diào)整
投入使用前，必須對熱繼電器的整定電流進行調(diào)整，以保證熱繼電器的整定電流與被保護電動機的額定電流匹配。
例如，對于一臺10kW、380V的電動機，額定電流19.9A，可使用JR20-25型熱繼電器，發(fā)熱元件整定電流為17～21～25A，先按一般情況整定在21A，若發(fā)現(xiàn)經(jīng)常提前動作，而電動機溫升不高，可將整定電流改至25A繼續(xù)觀察；若在21A時，電動機溫升高，而熱繼電器滯后動作，則可改在17A觀察，以得到最佳的配合。
熱繼電器常見故障及處理
熱繼電器在運行中常見的故障及如何處理在下表中
序號 故障現(xiàn)象 產(chǎn)生原因 處理方法
1 熱繼電器接入后電路不通 熱元件燒斷 更換熱元件
進出線脫焊 重新焊好
接線螺釘未制緊 制緊
2 熱繼電器控制電路不通 刻度調(diào)整旋鈕或螺釘在不合適的位置上，將觸頭頂開 重新調(diào)整
觸頭燒壞或動觸桿彈性消失，觸頭接觸不上 修理觸頭或動觸頭桿，必要時更換 3 熱繼電器拒絕動作 熱繼電器選配不當 重新選擇
整定值偏大 重新整定
熱元件燒斷或脫焊 更換
動作機構(gòu)卡住 修理調(diào)整，但應(yīng)防止動作特性變化
導(dǎo)板脫出 重新放入并校驗
觸頭接觸不良 清除表面塵垢或氧化物
4 熱繼電器誤動作 整定值偏小 合理調(diào)整或更換規(guī)格
電動機拖動時間過長 按電動機起動時間要求選擇具有適合可返回時間的熱繼電器，或起動時將熱繼電器短接
操作頻率過高 按前述方法選用
有強烈的沖擊振動 采用防振或選用防沖擊性熱繼電器
連接導(dǎo)線太細 按說明書要求選用
可逆運轉(zhuǎn)，反接制動或密接通斷 改用半導(dǎo)體溫度熱繼電器保護
熱繼電器與電動機安裝處溫差太大 按溫差配置適當?shù)臒崂^電器
5 熱元件燒斷 負荷側(cè)短路 排除故障，更換產(chǎn)品
操作頻率過高 合理選用熱繼電器
機構(gòu)有故障，使熱機電器不能動作 更換
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