Как выбрать тепловое реле для двигателя

В течение длительного рабочего процесса у любых электродвигателей перегреваются обмотки, портится изоляционное покрытие. Подобные ситуации нередко приводят к межвитковым замыканиям, выгоранию полюсов и другим негативным последствиям, требующим срочного дорогостоящего ремонта. Избежать этого помогает тепловое реле для электродвигателя, установленное в цепь питания и обеспечивающее надежную защиту от перегрева. Данный прибор осуществляет контроль над величиной тока, и в случае длительного отклонения от номинала установки производит размыкание контактов. Таким образом, цепь управления остается без питания, а пусковое устройство размыкается. Тепловое реле надежно защищает агрегат от механических перегрузок, заклинивания ротора, перекоса фаз и других аварийных ситуаций.

Как работает тепловое реле защиты электродвигателя

Общее устройство всех тепловых реле включает в себя одни и те же детали, отличающиеся лишь небольшими конструктивными особенностями. Основной элемент представляет собой чувствительную биметаллическую пластину, состоящую из двух металлических сплавов – железа с никелем и железа с латунью. Они соединяются друг с другом с помощью пайки и обладают различными коэффициентами теплового расширения.

Данный коэффициент указывает на степень удлинения металлической пластины при ее нагреве. Этот показатель составляет для латуни 18,7, а для сплава железа с никелем – 1,5. В результате, длина латуни во время нагревания увеличивается значительно быстрее, давая тем самым толчок для изгиба биметаллической пластины в свою сторону. Данное свойство лежит в основе работы всех тепловых реле.

Внутри корпуса прибора находятся биметаллическая пластина с нагревательным элементом, толкатель, исполнительная пластина и пружина замыкающего контакта. Температурный компенсатор состоит из пластины и регулировочного винта. Кроме того, тепловое реле оборудуется контактами, эксцентриком с движком уставки тока срабатывания и кнопкой возврата прибора в рабочее состояние.

Причины срабатывания теплового реле электродвигателя

Под действием электрического тока, протекающего по проводнику, происходит его нагревание. С возрастанием силы тока в проводнике с одним и тем же поперечным сечением, увеличивается и его нагрев, то есть происходит рост нагрузки. В связи с этим, причины срабатывания заключаются преимущественно в повышении температуры.

Эта же тепловая энергия нагревает и биметаллическую пластину, которая под влиянием температуры изгибается и соприкасается с исполнительной пластиной температурного компенсатора через толкатель. В свою очередь, эта пластина расцепляет замкнутые контакты в магнитном пускателе и приводит в рабочее состояние кнопку включения реле. Сам температурный компенсатор является своеобразным противовесом, снижающим влияние дополнительного нагрева под действием температуры окружающей среды. Изгиб пластины происходит в противоположную сторону, а для его регулировки используется специальный винт.

Эксцентрик или регулятор тока срабатывания оборудован шкалой на 5 делений влево и 5 делений вправо, для соответствующего уменьшения и увеличения тока относительно центральной риски. Чтобы отрегулировать ток срабатывания, необходимо изменить зазор между исполнительной пластиной и толкателем. Изменение зазора выполняется движком эксцентрика, воздействующим на пластину температурного компенсатора. После срабатывания теплового реле специалисты рекомендуют выдержать временную паузу, чтобы тепловой расцепитель мог остыть. Следует тщательно осмотреть электродвигатель и найти причину срабатывания прибора.

Тепловое реле для электродвигателя схема подключения

Непосредственное подключение тепловых реле к контакторы осуществляется напрямую с помощью штыревых контактов. После подключения, в зависимости от величины тока, протекающего в цепи, необходимо отрегулировать уставки срабатывания колесиком поворотного регулятора. Нужный ток уставки обозначен на шкале специальными рисками, нанесенными на корпус прибора.

Панель управления реле оборудована кнопкой TEST, с помощью которой проверяется работоспособность устройства путем имитации срабатывания защиты. Кнопка STOP красного цвета позволяет принудительно разомкнуть нормально замкнутый контакт. При этом отключается питание, поступающее на катушку контактора, что в свою очередь приводит к отключению нагрузки. Примерно по такой схеме подключаются и работают все тепловые реле для защиты электродвигателей и их модификации.

Для работы теплового реле предусмотрен ручной или автоматический режим, задаваемый при помощи поворотного переключателя RESET. Автоматический режим предполагает утопленный выключатель и автоматическое включение реле после срабатывания, когда остынет биметаллическая пластина. Перевод прибора в ручной режим осуществляется поворотом переключателя против часовой стрелки.

Схема подключения с нормально замкнутыми контактами используется для управления электродвигателем с помощью магнитного пускателя. К силовым контактам теплового реле выполняется подключение лишь двух фаз, а третья фаза подключается напрямую к двигателю. В работе современных устройств принимают участие все три фазы совместно с дополнительным нормально замкнутым контактом реле. При возникновении перегрузок он размыкается и разрывает цепь питания контактора.

Выбор теплового реле для электродвигателя

В условиях разнообразия конструкций и моделей электрических двигателей и соответствующих тепловых реле, выбор наиболее подходящего сочетания может вызвать определенные затруднения, особенно у неспециалистов. Для того чтобы выбрать наиболее оптимальное устройство, отвечающее всем требованиям, необходимо придерживаться определенных рекомендаций.

Основным требованием ко всем тепловым реле является соответствие их номинала току оборудования, которое требуется защитить. Сами устройства тоже должны быть защищены от коротких замыканий, поэтому в схемах подключения используются предохранители.

Необходимо заранее установить условия эксплуатации тепловых реле, и в каких пределах они могут применяться. Если в системе защиты велика вероятность работы электродвигателя в аварийных режимах, не связанных с ростом потребления электроэнергии, в этих случаях тепловое реле будет бесполезным и не обеспечит надежную защиту. Для этого в обмотку статора электродвигателя включаются элементы специальной тепловой защиты.

Если же тепловая защита двигателя не связана с какими-либо специальными требованиями, решение вопроса как подобрать тепловое реле для электродвигателя, таблица поможет выбрать наиболее подходящее устройство с оптимальными техническими характеристиками.

Защитное устройство выбирается с учетом максимального рабочего тока реле, который не должен быть меньше, чем номинальный ток защищаемого электродвигателя. Тем не менее, рекомендуется, чтобы установочный ток реле незначительно превышал номинал агрегата.

Следует обращать внимание и на возможность регулировок тока с большим запасом в обе стороны – увеличения и уменьшения. В этом случае обеспечивается более надежная и управляемая защита.

В данной статье будет рассматриваться выбор теплового реле для асинхронного электродвигателя.

Тепловое реле предназначено для защиты двигателя от длительных перегрузок свыше 5 – 20 % от номинальной мощности. Исходя из этого, формула по определению тока срабатывания теплового реле определяется по выражению:

где: Iн.д. – номинальный ток двигателя, А.

Тепловое реле целесообразно устанавливать только на двигатели с длительным режимом работы и равномерным характером нагрузки (рабочий период которых составляет не менее 30 мин.) [Л1, с.32].

Если же двигатель работает с частыми пусками или с резко меняющейся нагрузкой применять тепловые реле нецелесообразно. Так например для двигателей с повторно-кратковременным режимом, от перегрева тепловое реле не защищает, но установка которого может привести к ложным отключениям. Из-за этого тепловое реле не применяется в крановых электроприводах, приводах быстрых перемещений металлорежущих станков и т.п.

Требуется выбрать тепловое реле для двигателя типа M2AA160MLB4 (фирмы АББ) мощностью 15 кВт со следующими техническими характеристиками:

• коэффициент мощности cosϕ = 0,82;
• коэффициент полезного действия, η = 89,2%;
• номинальное напряжение Uном. = 380 В.

1. Определяем номинальный ток двигателя:

2. Определяем ток срабатывания теплового реле:

Iн.р ≥ 1,2* Iн.д. = 1,2*31,2 = 37,44 А

Выбираем тепловое реле типа LRE355 фирмы «Schneider Electric» с диапазоном уставки по току 30 40 А.

Тепловая защита также может осуществляться автоматическими выключателями с тепловым расцепителем (например автоматические выключатели типа MS фирмы АББ), который действует аналогично тепловому реле.

1. Защита асинхронных двигателей до 500 В. Е.Н.Зимин.

Тепловое реле обеспечивает защиту двигателей от перегрузки. Тепловое реле выбирают так, чтобы максимальный ток продолжительного режима с данным тепловым элементом был не меньше номинального тока защищаемого электродвигателя, а ток уставки реле был равен допустимому току перегрузки или несколько больше длительного тока защищаемого двигателя (в пределах 5%). Время срабатывания реле должно быть не менее времени, необходимого для пуска электродвигателя.

Номинальный ток нагревательного и комбинированного элемента I_{ном.нагр.} теплового реле или комбинированного расцепителя выбирается из условия

Ток уставки (срабатывания) максимально-токовых реле I_уст: для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

где I_ном — номинальный ток защищаемого двигателя.

По данным расчетов выбираем тепловое реле ТРТ-135 с током уставки 35 А.

Аналогично производим расчет и выбор остальных уставок тепловых реле и данные заносим в таблицу 4.5 [6, c. 125].

Для двигателя М2:

По данным расчетов выбираем тепловое реле ТРТ-115 с током уставки 6 А.

Для двигателя М3:

По данным расчетов выбираем тепловое реле ТРТ-115 с током уставки 6 А.

Таблица 4.5 — Данные выбранных тепловых реле