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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(yáng)建專(zhuān)）
熱繼電器是用于電動(dòng)機(jī)或其它電氣設(shè)備、電氣線路的過(guò)載保護(hù)的保護(hù)電器。
電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，如拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行工作過(guò)程中，若機(jī)械出現(xiàn)不正常的情況或電路異常使電動(dòng)機(jī)遇到過(guò)載，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降、繞組中的電流將增大，使電動(dòng)機(jī)的繞組溫度升高。若過(guò)載電流不大且過(guò)載的時(shí)間較短，電動(dòng)機(jī)繞組不超過(guò)允許溫升，這種過(guò)載是允許的。但若過(guò)載時(shí)間長(zhǎng)，過(guò)載電流大，電動(dòng)機(jī)繞組的溫升就會(huì)超過(guò)允許值，使電動(dòng)機(jī)繞組老化，縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)闺妱?dòng)機(jī)繞組燒毀。所以，這種過(guò)載是電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)不能承受的過(guò)載時(shí)切斷電動(dòng)機(jī)電路，為電動(dòng)機(jī)提供過(guò)載保護(hù)的保護(hù)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(diǎn)
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(dòng)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(diǎn)，9——?jiǎng)佑|點(diǎn)，10——杠桿，11——常開(kāi)靜觸點(diǎn)（復(fù)位調(diào)節(jié)螺釘），12——補(bǔ)償雙金屬片，13——推桿，14——連桿，15——壓簧
使用熱繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)時(shí)，將熱元件與電動(dòng)機(jī)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(dāng)距離。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，通過(guò)熱元件的電流即為電動(dòng)機(jī)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(dòng)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(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。
若電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過(guò)載情況，繞組中電流增大，通過(guò)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(dòng)人字形撥桿，人字形撥桿推動(dòng)常閉觸頭，使觸頭斷開(kāi)而斷開(kāi)交流接觸器線圈電路，使接觸器釋放、切斷電動(dòng)機(jī)的電源，電動(dòng)機(jī)停車(chē)而得到保護(hù)。
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(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，主電路中的雙金屬片會(huì)產(chǎn)生一定的變形彎曲，這時(shí)人字形撥桿的左臂也會(huì)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(dòng)作的準(zhǔn)確性。這種作用稱(chēng)溫度補(bǔ)償作用。
螺釘8是常閉觸頭復(fù)位方式調(diào)節(jié)螺釘。當(dāng)螺釘位置靠左時(shí)，電動(dòng)機(jī)過(guò)載后，常閉觸頭斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停車(chē)后，熱繼電器雙金屬片冷卻復(fù)位。常閉觸頭的動(dòng)觸頭在彈簧的作用下會(huì)自動(dòng)復(fù)位。此時(shí)熱繼電器為自動(dòng)復(fù)位狀態(tài)。將螺釘逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)向右調(diào)到一定位置時(shí)，若這時(shí)電動(dòng)機(jī)過(guò)載，熱繼電器的常閉觸頭斷開(kāi)。其動(dòng)觸頭將擺到右側(cè)一新的平衡位置。電動(dòng)機(jī)斷電停車(chē)后，動(dòng)觸頭不能復(fù)位。必須按動(dòng)復(fù)位按鈕后動(dòng)觸頭方能復(fù)位。此時(shí)熱繼電器為手動(dòng)復(fù)位狀態(tài)。若電動(dòng)機(jī)過(guò)載是故障性的，為了避免再次輕易地起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，熱繼電器宜采用手動(dòng)復(fù)位方式。若要將熱繼電器由手動(dòng)復(fù)位方式調(diào)至自動(dòng)復(fù)位方式，只需將復(fù)位調(diào)節(jié)螺釘順時(shí)針旋進(jìn)至適當(dāng)位置即可。
有些型號(hào)的熱繼電器還具有斷相保護(hù)功能。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示：
圖3 差動(dòng)式斷相保護(hù)裝置示意圖
（a）通電前，（b）三相通有額定電流，（c）三相均衡過(guò)載，（d）一相斷電故障
熱繼電器的斷相保護(hù)功能是由內(nèi)、外推桿組成的差動(dòng)放大機(jī)構(gòu)提供的。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，通過(guò)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(dāng)位置。當(dāng)出現(xiàn)電源一相斷線而造成缺相時(shí)，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(dòng)，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(dòng)，由于差動(dòng)放大作用，在出現(xiàn)斷相故障后很短的時(shí)間內(nèi)就推動(dòng)常閉觸頭使其斷開(kāi)，使交流接觸器釋放，電動(dòng)機(jī)斷電停車(chē)而得到保護(hù)。
熱繼電器的選型的注意點(diǎn)
1、類(lèi)型選擇
一般情況下，可選用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，但當(dāng)三相電壓的均衡性較差，工作環(huán)境惡劣或無(wú)人看管的電動(dòng)機(jī)，宜選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。對(duì)于三角形接線的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)選用帶斷相保護(hù)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(dòng)機(jī)額定電流。然后根據(jù)該額定電流來(lái)選擇熱繼電器的型號(hào)。
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(dòng)機(jī)額定電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流為其額定電流的6倍及啟動(dòng)時(shí)間不超過(guò)5S時(shí)，熱無(wú)件的整定電流調(diào)節(jié)到等于電動(dòng)機(jī)的額定電流；當(dāng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)、拖動(dòng)沖擊性負(fù)載或不允許停車(chē)時(shí)，熱元件整定電流調(diào)節(jié)到電動(dòng)機(jī)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(huì)影響動(dòng)作性能，安裝時(shí)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(guò)發(fā)熱元件發(fā)熱，推動(dòng)雙金屬片動(dòng)作。熱量的傳遞有對(duì)流、輻射和傳導(dǎo)三種方式。其中對(duì)流具有方向性，熱量自下向上傳輸。在安放時(shí)，如果發(fā)熱元件在雙金屬片的下方，雙金屬片就熱得快，動(dòng)作時(shí)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(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)。當(dāng)熱繼電器與其它電器裝在一起時(shí)，應(yīng)裝在電器下方且遠(yuǎn)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(shuō)明書(shū)的規(guī)定進(jìn)行，以確保熱繼電器在使用時(shí)的動(dòng)作性能相一致。
2、使用環(huán)境
主要指環(huán)境溫度，它對(duì)熱繼電器動(dòng)作的快慢影響較大。熱繼電器周?chē)橘|(zhì)的溫度，應(yīng)和電動(dòng)機(jī)周?chē)橘|(zhì)的溫度相同，否則會(huì)破壞已調(diào)整好的配合情況。例如，當(dāng)電動(dòng)機(jī)安裝在高溫處、而熱繼電器安裝在溫度較低處時(shí)，熱繼電器的動(dòng)作將會(huì)滯后（或動(dòng)作電流大）；反之，其動(dòng)作將會(huì)提前（或動(dòng)作電流小）。
對(duì)沒(méi)有溫度補(bǔ)償?shù)臒崂^電器，應(yīng)在熱繼電器和電動(dòng)機(jī)兩者環(huán)境溫度差異不大的地方使用。 對(duì)有溫度補(bǔ)償?shù)臒崂^電器，可用于熱繼電器與電動(dòng)機(jī)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(lái)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(xì)，則連接線產(chǎn)生的熱量會(huì)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(dòng)作時(shí)間；反之，如果采用的連接線過(guò)粗，則會(huì)延長(zhǎng)熱繼電器的脫扣動(dòng)作時(shí)間。所以連接導(dǎo)線截面不可太細(xì)或太粗，應(yīng)盡量采用說(shuō)明書(shū)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(duì)熱繼電器的整定電流進(jìn)行調(diào)整，以保證熱繼電器的整定電流與被保護(hù)電動(dòng)機(jī)的額定電流匹配。
例如，對(duì)于一臺(tái)10kW、380V的電動(dòng)機(jī)，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(dòng)作，而電動(dòng)機(jī)溫升不高，可將整定電流改至25A繼續(xù)觀察；若在21A時(shí)，電動(dòng)機(jī)溫升高，而熱繼電器滯后動(dòng)作，則可改在17A觀察，以得到最佳的配合。
熱繼電器常見(jiàn)故障及處理
熱繼電器在運(yùn)行中常見(jiàn)的故障及如何處理在下表中
序號(hào) 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(jìn)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(kāi) 重新調(diào)整
觸頭燒壞或動(dòng)觸桿彈性消失，觸頭接觸不上 修理觸頭或動(dòng)觸頭桿，必要時(shí)更換 3 熱繼電器拒絕動(dòng)作 熱繼電器選配不當(dāng) 重新選擇
整定值偏大 重新整定
熱元件燒斷或脫焊 更換
動(dòng)作機(jī)構(gòu)卡住 修理調(diào)整，但應(yīng)防止動(dòng)作特性變化
導(dǎo)板脫出 重新放入并校驗(yàn)
觸頭接觸不良 清除表面塵垢或氧化物
4 熱繼電器誤動(dòng)作 整定值偏小 合理調(diào)整或更換規(guī)格
電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng) 按電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間要求選擇具有適合可返回時(shí)間的熱繼電器，或起動(dòng)時(shí)將熱繼電器短接
操作頻率過(guò)高 按前述方法選用
有強(qiáng)烈的沖擊振動(dòng) 采用防振或選用防沖擊性熱繼電器
連接導(dǎo)線太細(xì) 按說(shuō)明書(shū)要求選用
可逆運(yùn)轉(zhuǎn)，反接制動(dòng)或密接通斷 改用半導(dǎo)體溫度熱繼電器保護(hù)
熱繼電器與電動(dòng)機(jī)安裝處溫差太大 按溫差配置適當(dāng)?shù)臒崂^電器
5 熱元件燒斷 負(fù)荷側(cè)短路 排除故障，更換產(chǎn)品
操作頻率過(guò)高 合理選用熱繼電器
機(jī)構(gòu)有故障，使熱機(jī)電器不能動(dòng)作 更換
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