Принцип действия тепловых реле

Вопрос 46. Аппаратура управления и защиты: предохранитель, тепловое реле, контактор, магнитный пускатель. Конструкция, принцип действия.

Электрический предохранитель – защитное устройство, которое размыкает электрическую цепь при превышении номинального тока в цепи, благодаря чему предупреждает электротравмы и выход оборудования из строя. При коротком замыкании в сети падает сопротивление и за доли секунды увеличивается сила тока. Увеличение силы тока выводит из строя электроприборы, приводит к расплавлению или возгоранию проводки.. Предохранители в цепях уменьшают опасность. Эти устройства размыкают цепь при увеличении силы тока выше предусмотренного значения.

Предохранители классифицируются по принципу действия. В продаже есть четыре вида предохранителей: плавкие, самовосстанавливающиеся, электромеханические и цифровые.

Плавкие предохранители

Принцип работы плавкого предохранителя отражается в его названии: проводящий элемент этого устройства расплавляется при увеличении силы тока выше нормы. Благодаря этому разрывается электрическая цепь.

Преимуществом плавкого предохранителя считается его надежность. При увеличении силы тока проводник обязательно нагревается и расплавляется.

Недостаток плавких предохранителей – недостаточная скорость срабатывания. Чтобы металл расплавился, требуется время. Поэтому защитный механизм срабатывает не сразу, а человек или оборудование в течение нескольких секунд остаются под угрозой.

Самовосстанавливающиеся предохранители

Эти устройства применяют в бытовых и электрических приборах. При увеличении силы тока выше нормы увеличивается сопротивление в проводнике предохранителя. Благодаря этому электрическая цепь разрывается.

Самовосстанавливающиеся предохранители выполнены из полимеров со свойствами диэлектрика и токопроводящего углерода. Когда сила тока растет, углерод нагревается и лишается структуры, поэтому предохранитель становится диэлектриком. Когда сила тока падает, углерод остывает и кристаллизируется. Токопроводящие свойства предохранителя восстанавливаются.

Недостаток самовосстанавливающихся предохранителей – ограниченная сфера применения. Они работают только в низковольтных цепях, например в бытовых приборах с микросхемами, в компьютерной технике.

Электромеханические предохранители

Предохранители этого типа называют автоматами или автоматическими выключателями. Механизм работы: при повышении тока выше номинальной величины датчик выключателя приводит в действие механический рычаг, который разрывает цепь.

К преимуществам автоматов относится мгновенное срабатывание в аварийных ситуациях. Это относится только к предохранителям с электромагнитным датчиком.

К недостаткам автоматических выключателей относится их недостаточная надежность. Если повреждена пружина, в аварийной ситуации цепь не размыкается.

Электронные предохранители

Предохранители этого типа используются в низковольтных цепях, например в бытовой или компьютерной технике. Представляют собой микросхему, которая при увеличении силы тока выше номинального значения разрывает цепь с помощью полупроводникового затвора.

Преимуществом электронного предохранителя является быстродействие. Недостаток – ограниченная сфера применения.

Тепловые реле - это электрические аппараты, предназначенные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки. Наиболее распространенные типы тепловых реле - ТРП, ТРН, РТЛ и РТТ.

Принцип действия тепловых реле

Долговечность энергетического оборудования в значительной степени зависит от перегрузок, которым оно подвергается во время работы. Для любого объекта можно найти зависимость длительности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и длительная эксплуатация оборудования. Эта зависимость представлена на рисунке (кривая 1).

При номинальном токе допустимая длительность его протекания равна бесконечности. Протекание тока, большего, чем номинальный, приводит к дополнительному повышению температуры и дополнительному старению изоляции. Поэтому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима. Кривая 1 на рисунке устанавливается исходя из требуемой продолжительности жизни оборудования. Чем короче его жизнь, тем большие перегрузки допустимы.

При идеальной защите объекта зависимость tср (I) для теплового реле должна идти немного ниже кривой для объекта.

Для защиты от перегрузок, наиболее широкое распространение получили тепловые реле с биметаллической пластиной. Биметаллическая пластина теплового реле состоит из двух пластин, одна из которых имеет больший температурный коэффициент расширения, другая — меньший. В месте прилегания друг к другу пластины жестко скреплены либо за счет проката в горячем состоянии, либо за счет сварки. Если закрепить неподвижно такую пластину и нагреть, то произойдет изгиб пластины в сторону материала с меньшим. Именно это явление используется в тепловых реле.

Нагрев биметаллического элемента теплового реле может производиться за счет тепла, выделяемого в пластине током нагрузки. Очень часто нагрев биметалла производится от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Лучшие характеристики получаются при комбинированном нагреве, когда пластина нагревается и за счет тепла, выделяемого током, проходящим через биметалл, и за счет тепла, выделяемого специальным нагревателем, также обтекаемым током нагрузки.

Прогибаясь, биметаллическая пластина своим свободным концом воздействует на контактную систему теплового реле.