ТЕПЛОВЫЕ РЕЛЕ

Тепловые реле строятся главным образом на следующих принципах:

1) на преобразовании тепловых воздействий в механические перемещения, которые и используются для приведения в действие исполнительных элементов;

2) на непосредственном преобразовании тепловых воздействий в изменение электрических или магнитных характеристик ρ = ƒ₁(Θ); ε = ƒ₂(Θ); µ = ƒ₃(Θ).

Действие биметаллических тепловых реле основано на разности линейного удлинения (рис. 20-9, а) двух пластин из металлов с различными коэффициентами линейного расширения α₂ > α₁. Если пластины из двух таких разных металлов жестко соединить друг с другом и нагреть, то это приведет к тому, что составная пластина изогнется в сторону материала с меньшим температурным коэффициентом α₁. Механическое усилие, развиваемое пластиной при изгибании, используется для приведения в действие исполнительного элемента реле – контактов.

Конструктивные формы биметаллических пластин разнообразны. Нагрев может осуществляться непосредственно током цепи, проходящим по пластине 1 (рис. 20-9, б); при косвенном нагреве ток цепи проходит по нагревательному элементу 2, теплота от нагревательного элемента передается пластине; при комбинированном способе нагрева ток цепи проходит по пластине и нагревательному элементу.

Некоторые схемы устройства биметаллических тепловых реле приведены на рис. 20-10. Простейшая схема, представлена, на рис. 20-10, а: при нагреве пластина 1 изогнется и, воздействуя через изоляционный штифт 3 на пружинный контактный рычаг 2, разомкнет контакты 4. Уставка (по времени, по току) срабатывания регулируется высотой неподвижного контакта. Возврат реле происходит автоматически при снижении нагрева. Недостатками конструкции являются медленное размыкание контактов, незначительная скорость их движения и непостоянство контактного нажатия при замкнутых контактах. Все это приводит к быстрому износу контактов.

Система по рис. 20-10, б лишена указанных недостатков. В замкнутом положении контакта контактное нажатие создается небольшим магнитом 5, притягивающим связанный с биметаллической пластинкой якорь 6. При нагревании биметаллическая пластинка стремится оторвать якорь от магнита. Когда температура пластины достигнет некоторого значения, соответствующего уставке срабатывания, усилие пластины преодолеет притяжение магнита и пластина скачком перейдет в нижнее положение, размыкая одни контакты и замыкая другие. Возврат реле происходит автоматически после остывания пластины.

В системе по рис. 20-10, б биметаллическая пластина служит защелкой. Она же создает контактное нажатие за счет пружинящих свойств контактного рычага. При нагреве конец пластинки изогнется и освободит контактный рычаг. Под действием пружины. 7 контакты разомкнутся. Движение контакта ограничивается упором 8. Эта система не имеет самовозврата, так как после остывания пластина не может вернуть контакты в исходное положение. Возврат реле здесь принудительный – обычно ручной.

В системе по рис. 20-10,г пластинчатая пружина 9 препятствует размыканию контактов до тех пор, пока усилие P₁, развиваемое пластиной, не станет больше усилия Р₃ (Р₂ – сила, развиваемая пружиной, Р₃ – составляющая этой силы, препятствующая размыканию контактов). При температуре, когда P₁ станет больше Р₃, пластина скачком выгнется и разомкнет контакты. Возврат системы произойдет автоматически после остывания.

В системе по рис. 20-10, д биметаллическая пластина, ранее выгнутая в сторону, противоположную той, в которую она выгибается при нагреве, удерживается в этом положении при помощи пружины 7 и подвижного рычага 10. При нагреве пластина скачком перегнется в другую сторону и переключит контакты. Эта система не имеет самовозврата.

В системе по рис. 20-10, е происходит одновременное скачкообразное перегибание биметаллической пластины и переключение контактов. Система имеет также скачкообразный самовозврат.

Недостатком всех тепловых реле является изменение уставки срабатывания в зависимости от окружающей температуры. Для того чтобы уменьшить влияние окружающей температуры на ток срабатывания, следует рабочую температуру биметалла выбирать как можно более высокой. Для этих же целей применяют вторую компенсационную биметаллическую пластину, достигая при ее помощи либо компенсации прогиба (рис. 20-10, ж), либо компенсации усилия (рис. 20-10, з).

Биметаллические тепловые реле получили очень широкое распространение как реле защиты электродвигателей (главным образом переменного тока) от недопустимого перегрева при длительных перегрузках. Надежность и эффективность этой защиты достигаются при совпадении временных характеристик по нагреву у реле и у двигателя. Биметаллическая пластина должна при данном токе перегрузки двигателя достигнуть температуры срабатывания за такое время, в течение которого двигатель может выдерживать данную перегрузку. Поэтому одной из основных характеристик теплового реле является время-токовая характеристика (рис. 20-11, а), выражающая зависимость времени срабатывания реле от тока, протекающего через него.

На рис. 20-11, б в качестве примера устройства приведен общий вид одного из реле серии ТРП. В холодном состоянии биметаллический элемент 1 удерживается у одного из отгибов упора 2 пружиной 3, которая одновременно прижимает подвижные контакты 4, .закрепленные на колодке 5, к неподвижным контактам 6 и создает контактное нажатие.

При нагревании биметаллический элемент стремится изогнуться, этому препятствует пружина 3, удерживающая элемент в исходном положении. Если в цепи, защищаемой реле, возникнет недопустимо большой ток, температура биметалла увеличится, и изгибающее усилие в элементе станет достаточным для преодоления усилия пружины. Элемент скачкообразно перемещается к. противоположной стороне упора и мгновенно перебрасывает колодку 5 с подвижными контактами в другое коммутационное положение.

После срабатывания элемент удерживается на упоре усилием пружины 3 до тех пор, пока по мере его остывания возвращающее усилие не станет больше удерживающего усилия пружины. Возвращаясь в исходное положение, элемент также скачкообразно переходит от одной стороны упора к другой. При этом мгновенно перебрасывается контактная пружина.

Переключение контактной группы обеспечивает неизменность контактного нажатия до момента Срабатывания реле, благодаря чему создается большая надежность работы механизма. Момент перебрасывания биметаллического элемента регулируется изменением числа прокладок 7 между корпусом 8 и скобкой 9, на которой качается колодка с контактами. Время возврата регулируется подгибкой конца упора 2, на который опирается биметаллический элемент при срабатывании. Контакты реле выполняются мостикового типа с серебряными напайками.

Гарантированное отсутствие самовозврата для реле с замыкающими контактами может быть обеспечено в условиях эксплуатации путем перевертывания упора 10 и .закрепления его винтом 11 в таком положении, при котором колодка 5 после срабатывания реле не упрется в него, а запрокинется настолько, что возврат биметаллического элемента в исходное положение не вызовет возврата контактной группы.

При ручном возврате реле в исходное положение нажимают на кнопку 13, которая перебрасывает колодку с контактами, и одновременно рычагом 12 возвращает биметаллический элемент. Калибровка реле на заданный номинальный ток производится поворотом эксцентрика. Регулировка уставки по номинальному току может производиться в процессе эксплуатации изменением силы предварительного натяга биметалла при помощи перевода пружинного поводка 14 по фиксирующему его положение зубчатому сектору. При этом на любой уставке кинематика механизма не изменяется.

Реле монтируется в коробчатом пластмассовом кожухе.