Выбор теплового реле

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.

8.6. Расчёт и выбор тепловых реле

8.6.1. Основные сведения

Тепловые реле предназначены для защиты электродвигателей от токов перегрузки.

Тепловые реле нельзя применять для защиты от токов короткого замыкания, потому что эти реле срабатывают с выдержкой времени, необходимой для нагрева биметаллической пластины.

Для защиты от токов короткого замыкания применяют защитные устройства мгновенного действия– автоматические выключатели, предохранители и электромагнитные реле максимального тока.

8.6.2. Условия выбора тепловых реле. Требования Правил Регистра

Тепловые реле выбирают на основании условия:

номинальный ток теплового реле должен равняться номинальному току электродвигателя. Это условие можно записать так:

Таким образом, чтобы выбрать тепловое реле, надо сначала рассчитать номинальный ток электродвигателя.

Нередко рассчитанный номинальный ток электродвигателя не совпадает с номинальным током теплового реле. В этом случае применяют регулировку номи-

нального тока теплового реле.

Тепловые реле серии ТРТ отечественного производства имеют регулировку в пределах ± 15% номинального тока нагревательного элемента реле, в три ступе-

ни по ± 5% каждая.

Это означает, что, например, тепловое реле с номинальным током 90 А можно отрегулировать на такие токи :

при настройке + 15% — на ток 103,5 А ( 15% от 90 составляют 13,5 А, в итоге получается: 90 + 13,5 = 103,5 );

при настройке + 10% — на ток 99 А;

при настройке + 5% — на ток 94,5 А;

при настройке 0% — на 90 А;

при настройке – 5% — на 85,5 А;

при настройке – 10% — на 81 А;

при настройке – 15% — на 76,5 А.

Таким образом, тепловое реле с номинальным током 90 А можно применить

для защиты электродвигателей с номинальными токами от 76,5 до 103,5 А.

В соответствии с требованиями Правил Регистра, защитные устройства от токов перегрузки 3-фазных асинхронных двигателей должны устанавливаться не менее чем в двух фазах.

В данном курсовом проекте исполнительный двигатель лебёдки имеет три об-

мотки статора. Для защиты каждой обмотки от токов перегрузки надо выбрать по 2 тепловых реле.

8.6.3. Выбор тепловых реле обмотки 1-й скорости

1. Номинальный ток обмотки статора 1-й скорости Iн.дв= 51 А;

2. в соответствии с условием выбора Iн.тр = Iн.дв, выбираю тепловое реле типа

ТРТ 136 с номинальным токомIн.тр = 50 А;

3. поскольку номинальные токи реле и двигателя не совпадают, изменяю уставку реле на +5%, что составит 52,5 А. Если не изменить ( завысить ) уставку, тепло-

вое реле при номинальном токе двигателя отключит его;

4. теперь новое значение номинального тока реле практически совпадает с номи-

нальным током двигателя Iн.дв= 51 А;

5. число тепловых реле – 2 шт.

8.6.4. Выбор тепловых реле обмотки 2-й скорости

1. Номинальный ток обмотки статора 2-й скорости Iн.дв= 59 А;

2. в соответствии с условием выбора Iн.тр = Iн.дв, выбираю тепловое реле типа ТРТ 137 с номинальным токомIн.тр = 56 А;

3. поскольку номинальные токи реле и двигателя не совпадают, изменяю уставку реле на +5 %, что составит 58,8 А;

4. теперь новое значение номинального тока реле практически совпадает с номи-

нальным током двигателя Iн.дв= 59 А;

Виды и конструкции тепловых реле, расчет и выбор теплового реле для защиты двигателя

Тепловое реле выполняет функцию защиты от затяжных перегрузок, их работа похожа на работу теплового разъединителя в автоматических выключателей. В зависимости от величины перегрузки (отклонению от номинального режима – I/Iн) оно срабатывает через соответствующий промежуток времени, который можно вычислить по время-токовой характеристике теплового реле. Давайте подробно рассмотрим, что такое тепловое реле и как его правильно выбрать.

Назначение и принцип работы

При перегрузке электродвигателей повышается потребляемый ток, соответственно увеличивается его нагрев. Если двигатель перегревается – нарушается целостность изоляции обмоток, быстрее изнашиваются подшипники, они могут заклинить. При этом тепловой расцепитель автомата может и не защитить оборудование. Для этого нужно тепловое реле.

Перегрузки могут возникать из-за перекоса фаз, затрудненного движения ротора, вследствие как повышенной механической нагрузки, так и проблем с подшипниками, при полном заклинивании вала двигателя и исполнительных механизмах.

Тепловое реле реагирует на возросший ток, и в зависимости от его величины разорвет цепь питания через какое-то время, тем самым сохранив обмотки двигателя целыми. После последующего устранения неисправности, при условии исправности статора, двигатель может продолжить работу.

Если реле сработало по неизвестным причинам, и осмотр показал, что всё в порядке, вы можете вернуть контакты реле в исходное состояние, для этого на нем есть кнопка.

Реле может сработать и в случае затяжного пуска электродвигателя. При этом в обмотках протекают повышенные значения токов. Затяжной пуск – процесс, когда двигатель долго выходит на номинальные обороты. Может произойти из-за перегрузки на валу, либо из-за низкого напряжения в питающей сети.

Время, через которое сработает реле, определяется по время-токовой характеристики конкретного реле, в общем виде она выглядит так:

По вертикальной оси расположено время в секундах, через которое контакты разорвут цепь, а по горизонтальной – во сколько раз фактический ток превышает номинальный. Здесь мы видим, что при номинальном токе реле время работы реле стремится к бесконечности, при перегрузке уже в 1.2 раза оно разомкнется примерно за 5000 секунд, при перегрузке по току в 2 раза – за 500 секунд, при перегрузке в 5-8 раз реле сработает за 10 секунд.

Такая защита исключает постоянные отключения двигателя при кратковременных перегрузках и рывках, но спасают оборудование при длительном выходе за пределы допустимых режимов.

Принцип работы

В реле есть пара биметаллических пластин с разным температурным коэффициентом расширения. Пластины жестко соединены друг с другом, если их нагреть, то конструкция изогнется в сторону участка с меньшим температурным коэффициентом расширения.

Греются пластины за счет протекания тока нагрузки или от нагревателя, через который проходит ток нагрузки, на схеме изображено в виде нескольких витков вокруг биметалла. Протекающий ток нагревает пластину до определенного предела. Чем выше ток, тем быстрее нагрев.

Стоит учитывать, что если реле находится в жарком помещении – нужно выставлять ток срабатывания с большим запасом, ведь происходит дополнительный нагрев от окружающей среды. К тому же, если реле только что сработало – контактам нужно некоторое время, чтобы остыть. Иначе может произойти повторное ложное срабатывание.

Давайте рассмотрим конкретный пример. Выше вы видите устройство реле ТРН. Оно является двухфазным. Состоит из трёх ячеек, в крайних нагревательные элементы, посередине температурный компенсатор, регулятор тока срабатывания, расцепитель, размыкающий контакт, рычаг возврата.

Когда ток протекает через нагревательный элемент (1), его температура растёт, когда ток достигает установленного тока перегрузки биметаллическая пластина(2) деформируется. Толкатель (10) перемещается вправо и толкает пластину температурного компенсатора (3). Когда ток перегрузки достигнут, она выгибается вправо и выводит из зацепления защелку (7). Штанга расцепителя (6) поднимается вверх и контакты (8) размыкаются.

Виды тепловых реле

Тепловые реле могут подключаться на все три фазы или на две из трёх, в зависимости от конструкции. Большинство реле конструктивно разработаны для соответствия определенным магнитным пускателям, это нужно для удобства и аккуратности монтажа. Рассмотрим некоторые из них.

РТЛ – подходит для использования с пускателями типа ПМЛ. С набором клемм КРЛ используется как самостоятельный прибор защиты.

РТТ – подходит для монтажа с пускателями ПМЕ и ПМА. Также может использоваться как самостоятельное, если его смонтировать на специальную панель.

РТИ – тепловые реле для пускателей КМИ и КМТ. На лицевой вы можете видеть пару дополнительных блок-контактов, для реализации схем индикации и прочего.

ТРН – двухфазное тепловое реле. Устанавливается в трёхфазных двигателях, при этом подключается в разрыв двух фаз. Температура окружающей среды не влияет на его работу. На регуляторе тока есть 10 делений 5 на уменьшение, 5 на увеличение, цена одного деления – 5%.

На самом деле тепловых реле существует великое множество, но все они выполняют одну функцию.

Реле очень часто монтируют в специальный железный ящик. На фото пускатель ПМА 4-й величина на 63 Ампера, с трёхфазным тепловым реле.

К современным пускателям тепловое реле подключается так как изображено на фото ниже, получается цельная конструкция.

Красная кнопка «test» нужна для пробного отключения реле, и проверки возможности размыкания контактов.

Такой способ подключения позволяет экономить место на дин рейке.

Схема подключения

Как уже было сказано, тепловое реле защищает от долговременной перегрузки электрооборудование. Оно монтируется между источником питания и потребителем.

Контроллируемый ток протекает через нагревательные элементы (1), они выгибаясь размыкают контакты (2) теплового реле, в этой схеме использовано 2-хфазное тепловое реле. Его контакты размыкают цепь катушки контактора или магнитного пускателя, также как если бы вы нажали кнопку «СТОП». В собранном виде эта схема выглядит так:

На первом плане видно как от выходящих контактов пускателя подключены две крайние фазы. На заднем плане видно, что к катушке реле подключена клемма от контактов ТРН.

Если у вас используется реверсная схема магнитных пускателей, то подключение практически аналогичное, ниже это наглядно изображено. Контакты с маркировкой «10» и «12» подключаются в разрыв катушек пускателей КМ1 и КМ2.

Здесь видно что есть нормально-замкнутая пара и нормально-разомкнутый контакт. Это нужно, например, для индикации срабатывания тепловой защиты, т.е. к нему можно подключить лампочку-индикатор или подать сигнал на диспетчерский пульт или АСУ.

На реле РТИ эти контакты размещены на передней панели:

NO – нормально-открытый – на индикацию;

NC – нормально-закрытый – на пускатель.

Кнопка STOP принудительно переключает контакты. При срабатывании такое реле должно остыть и оно повторно включится. Хотя в конкретном примере возможно и ручное и автоматическое повторное включение. Для этого предназначена синяя кнопка с крестовидной прорезью справа на лицевой панели, при закрытой крышке она заблокирована.

Выбор для конкретного двигателя

Допустим, у нас есть двигатель АИР71В4У2. Его мощность 0.75 кВт. У нас есть трёхфазная сеть с линейным напряжением 380В. Двигатель рассчитан на 220В, если соединить обмотки треугольником и 380В, если звездой. Номинальный ток такого двигателя с обмотками соединенными по схеме звезды 1.94А. Полная информация содержится на его шильдике, который вы видите на фото ниже.

Отсюда следует, что нам нужно подобрать тепловое реле для двигателя с током в 1.94 А. Ток срабатывания теплового реле должен превышать номинальный ток двигателя в 1.2 – 1.3 раза. То есть:

Пусть двигатель работает в составе механизма, в котором допускаются кратковременные, но значительные перегрузки, например для подъёма малых грузов. Тогда ток уставки выбираем в 1.3 раза больше номинального тока асинхронного электродвигателя.

Т.е реле должно сработать при токе 2.5-2.6А. Нам подходят такие реле:

РТЛ-1007, с токовым диапазоном 1.5-2.6 А;

РТЛ-1008, токовый диапазон 2,4-4 А;

РТИ-1307, токовый диапазон 1,6. 2,5 А;

РТИ-1308, токовый диапазон 2,5. 4 А;

ТРН-25 3,2А (с помощью регулятора можно понизить или повысить ток на 25%).

Методы регулировки реле

Шаг первый – определить уставку теплового реле:

N1 = (Iн – Iнэ)/cIнэ

где Iн — номинальный ток нагрузки электродвигателя, Iнэ — номинальный ток нагревательного элемента теплового реле, с — коэффициент деления шкалы (например, с = 0,05).

Шаг второй – введение поправки на температуру окружающей среды:

где Т — температура окружающей среды, °С.

Шаг четвертый – выставить регулятор на нужное число делений N.

Поправка на температуру вводится, если температура окружающей среды слишком высокая или низкая. Если на температуру в помещении где установлено реле значительно влияет температура на улице, то поправку следует производить зимой и летом.

Проверка

Рассмотрим на примере реле типа ТРН. Чтобы убедиться в исправности реле нужно:

1. Проверить состояние корпуса, нет ли на нем трещин или сколов.

2. Проверить при подключенной нагрузке с номинальным током.

3. Разобрать реле и проверить целостность контактов, остутствие на них нагара,

4. Проверить, не согнуты ли нагреватели.

5. Проверить расстояние между биметаллом и нагревательными элементами. Оно должно быть одинаковым, если нет, то отрегулировать с помощью крепежных винтов.

6. Подать номинальный ток через один из нагревателей, установить уставку в 1.5 раза больше номинального тока. В таком состоянии реле работает 145 с, затем постепенно поворачивают эксентрик регулировки в положение «-5», до срабатывания реле.

7. После активного охлаждения в течение 15 минут проверяют второй нагревательный элемент таким же способом.

Схема проверочного стенда:

Краткое резюме

Тепловые реле – важный элемент в защите электрооборудования. С его помощью вы защитите своё устройство от перегрузок, а его характеристики позволят переносить кратковременные скачки тока без ложных срабатываний, чего не может обеспечить автоматический выключатель.

Реле могут использоваться как вместе с магнитными пускателями соединяясь с его выходными клеммами напрямую, тем самым образуя единую конструкцию, так и в качестве самостоятельных защитных устройств, размещаться в щитке на дин рейке и в электрошкафах.

Источники: http://raschet.info/vybor-teplovogo-rele/, http://studfile.net/preview/5648221/page:17/, http://electrik.info/main/school/1394-vidy-i-konstrukcii-teplovyh-rele-raschet-i-vybor.html