Ochrana elektromotorov, magnetických spúšťačov a iných zariadení pred prehriatím záťaže sa vykonáva pomocou špeciálnych tepelných ochranných zariadení. Aby ste si mohli vybrať správny model tepelnej ochrany, musíte vedieť, ako funguje, aká je jeho konštrukcia a aké sú základné kritériá výberu.
Obsah
Konštrukcia a princíp fungovania
Tepelné relé (TR) je určené na ochranu elektromotorov pred prehriatím a predčasnou poruchou. Pri dlhodobom rozbehu je elektromotor vystavený prúdovému preťaženiu, pretože počas rozbehu spotrebúva sedemnásobný prúd, ktorý spôsobuje zahrievanie vinutia. Menovitý prúd (Inn) je prúd, ktorý motor absorbuje počas prevádzky. Okrem toho TR zvyšujú životnosť elektrických zariadení.
Tepelné relé, ktorého konštrukcia pozostáva z najjednoduchších prvkov:
- Prvok citlivý na teplo.
- Samonastavovací kontakt.
- Kontakty.
- Jar.
- Bimetalová vodivá doska.
- Tlačidlo.
- Regulátor nastaveného prúdu.
Snímač teploty je teplotný senzor, ktorý slúži na prenos tepla na bimetalovú dosku alebo iný tepelný ochranný prvok. Samonastavovací kontakt umožňuje okamžité rozpojenie napájania elektrického spotrebiča, aby sa zabránilo jeho prehriatiu, keď sa zahreje.
Doska sa skladá z dvoch druhov kovov (bimetal), z ktorých jeden má vysoký koeficient tepelnej rozťažnosti (Kp). Spájajú sa zváraním alebo valcovaním pri vysokých teplotách. Pri zahrievaní sa doska tepelného štítu ohýba smerom k materiálu s nižším Kp a po ochladení sa doska vráti do pôvodnej polohy. Dosky sa vyrábajú najmä z invaru (nižšia hodnota Kp) a nemagnetickej alebo chrómniklovej ocele (vyššia hodnota Kp).
Tlačidlo zapína TR, regulátor žiadaného prúdu je povinný nastaviť optimálnu hodnotu I pre spotrebič, prekročenie tejto hodnoty spôsobí vypnutie TR.
Princíp fungovania TR je založený na Joulovom-Lenzovom zákone. Prúd je smerový pohyb nabitých častíc, ktoré narážajú na atómy v kryštálovej mriežke vodiča (táto hodnota je odpor a označuje sa R). Táto interakcia spôsobuje vznik tepelnej energie, ktorá je odvodená od elektrickej energie. Závislosť trvania toku od teploty vodiča je určená Joulovým-Lenzovým zákonom.
Formulácia tohto zákona je nasledovná: keď vodičom preteká prúd I, množstvo tepla Q uvoľnené prúdom v interakcii s atómami v mriežke vodiča je priamo úmerné štvorcu I, hodnote R vodiča a času pôsobenia prúdu na vodič. Matematicky to možno zapísať takto: Q = a * I * I * R * t, kde a je konverzný faktor, I je prúd tečúci požadovaným vodičom, R je hodnota odporu a t je čas toku I.
Ak a = 1, výsledok výpočtu sa meria v jouloch a ak a = 0,24, výsledok sa meria v kalóriách.
Zahrievanie bimetalického materiálu prebieha dvoma spôsobmi. V prvom prípade prúdi I cez bimetal a v druhom cez vinutie. Izolácia vinutia spomaľuje tok tepelnej energie. Tepelné relé sa zahrieva viac, keď je hodnota I vysoká, ako keď je v kontakte s termosenzitívnym prvkom. Tým sa oneskorí aktivačný signál kontaktov. Moderné modely TR využívajú oba princípy.
Bimetalová doska tepelného ochranného zariadenia sa pri pripojení záťaže zahrieva. Kombinovaný ohrev umožňuje získať zariadenie s optimálnym výkonom. Doska sa pri prechode cez ňu ohrieva teplom I a pri zaťažení I špeciálnym ohrievačom. Počas zahrievania sa bimetalová doska deformuje a pôsobí na samoohrevný kontakt.
Kľúčové vlastnosti
Každý RTD má individuálne technické údaje (TS). Relé sa musí vybrať podľa charakteristiky zaťaženia a podmienok aplikácie pre elektromotor alebo iný spotrebič energie:
- V hodnote.
- Rozsah nastavenia operácie I.
- Napätie.
- Pomocné ovládanie prevádzky TP.
- Výkon.
- Limit prevádzky.
- Citlivosť na fázovú nerovnováhu.
- Trieda výletu.
Menovitá hodnota prúdu - hodnota I, pre ktorú je TR určený. Vyberá sa podľa hodnoty In spotrebiča, ku ktorému je priamo pripojený. Okrem toho je potrebné vyberať s rezervou In a riadiť sa nasledujúcim vzorcom: Inr = 1,5 * Ind, kde Inr je In TP, ktorý musí byť 1,5-násobkom menovitého prúdu motora (Ind).
Hranica nastavenia vypnutia I je jedným z dôležitých parametrov tepelného ochranného zariadenia. Označenie tohto parametra je rozsah nastavenia hodnoty In. Napätie je hodnota napájacieho napätia, pre ktorú sú kontakty relé určené; prekročenie prípustnej hodnoty spôsobí poruchu zariadenia.
Niektoré typy relé sú vybavené samostatnými kontaktmi na ovládanie prevádzky zariadenia a spotrebiča. Výkon je jedným z hlavných parametrov TR, ktorý určuje výstupný výkon pripojeného spotrebiča alebo skupiny spotrebičov.
Vypínacia hranica alebo prah je koeficient, ktorý závisí od menovitého prúdu. Všeobecne sa pohybuje v rozmedzí 1,1 až 1,5.
Citlivosť na fázovú nesymetriu (fázovú asymetriu) udáva percentuálny pomer nesymetrickej fázy k fáze, ktorou preteká menovitý prúd požadovanej hodnoty.
Trieda vypnutia je parameter, ktorý predstavuje priemerný čas odozvy TR vo vzťahu k násobnosti žiadaného prúdu.
Hlavnou charakteristikou, podľa ktorej je potrebné vybrať TR, je závislosť času prevádzky od záťažového prúdu.
Schéma zapojenia
Schémy zapojenia tepelných relé v obvode sa môžu medzi jednotlivými zariadeniami značne líšiť. Odporové snímače sa však pripájajú sériovo s vinutím motora alebo cievkou magnetického stýkača k normálne otvorenému kontaktu, pretože tento typ pripojenia pomáha chrániť zariadenie pred preťažením. Ak sa prekročí prúdový odber, TR odpojí jednotku od elektrickej siete.
Väčšina schém zapojenia používa trvalo otvorený kontakt, ktorý funguje po sériovom zapojení s tlačidlom stop na ovládacom paneli. Tento kontakt je zvyčajne označený písmenami NC alebo H3.
Normálne uzavretý kontakt možno použiť na pripojenie bezpečnostného alarmu. V zložitejších obvodoch sa tento kontakt používa aj na vykonávanie naprogramovaného núdzového zastavenia zariadenia pomocou mikroprocesorov a mikrokontrolérov.
Termostat sa dá pripojiť úplne jednoducho. Na tento účel je potrebné dodržať nasledujúci princíp: TP sa umiestni za stýkače štartéra, ale pred elektromotor a trvalo zopnutý kontakt sa zapojí do série s tlačidlom stop.
Typy tepelných relé
Existuje mnoho typov, na ktoré sa tepelné relé delia:
- Bimetalické - PTL (ksd, lrf, lrd, lr, iek a ptlr).
- Pevné skupenstvo.
- Relé na reguláciu teploty jednotky. Základné označenia sú tieto: RTK, NR, TF, ERB a DU.
- Relé na tavenie zliatiny.
Bimetalové TR majú primitívnu konštrukciu a sú to jednoduché zariadenia.
Funkčný princíp polovodičového tepelného relé sa výrazne líši od bimetalového typu. Polovodičové relé je elektronické zariadenie, nazývané tiež snapper, ktoré je vyrobené na rádiových prvkoch bez mechanických kontaktov.
Patria medzi ne odporové snímače RTR a IEK, ktoré vypočítavajú priemernú teplotu motora monitorovaním jeho rozbehu a In. Hlavnou vlastnosťou týchto relé je ich schopnosť odolávať iskrám, t. j. môžu sa používať v prostredí s nebezpečenstvom výbuchu. Tento typ relé má rýchlejšiu odozvu a ľahšie sa nastavuje.
RTC sú určené na monitorovanie teplotného správania elektromotora alebo iného zariadenia pomocou termistora alebo tepelného odporu (sondy). Keď teplota stúpne na kritickú hodnotu, jej odpor prudko stúpne. Podľa Ohmovho zákona, keď sa R zväčšuje, prúd klesá a spotrebič sa vypína, pretože jeho hodnota je nedostatočná na normálnu prevádzku spotrebiča. Tento typ relé sa používa v chladničkách a mrazničkách.
Konštrukcia relé fúzneho ohrievača sa výrazne líši od ostatných modelov a pozostáva z nasledujúcich prvkov:
- Vinutie ohrievača.
- Zliatina s nízkym bodom topenia (eutektikum).
- Mechanizmus ističa.
Eutektická zliatina sa taví pri nízkej teplote a chráni elektrický obvod spotrebiča tým, že preruší kontakt. Toto relé je zabudované do spotrebiča a používa sa v práčkach a automobilových spotrebičoch.
Výber tepelného relé sa uskutočňuje na základe analýzy termistora a prevádzkových podmienok spotrebiča, ktorý sa má chrániť pred prehriatím.
Ako si vybrať tepelné relé
Bez zložitých výpočtov je možné vybrať vhodné menovité tepelné relé pre motor podľa jeho výkonu (tabuľka pre tepelné ochranné zariadenia).
Základný vzorec na výpočet menovitého prúdu tepelného relé:
Intr = 1,5 * Ind.
Napríklad je potrebné vypočítať asynchrónny elektromotor s výkonom 1,5 kW napájaný z trojfázového striedavého zdroja s napätím 380 V.
Dá sa to urobiť úplne jednoducho. Na výpočet menovitého prúdu motora sa musí použiť vzorec pre výkon:
P = I * U.
Preto Ind = P / U = 1500 / 380 ≈ 3,95 A. Hodnota menovitého prúdu TP sa vypočíta takto: Intr = 1,5 * 3,95 ≈ 6 A.
Na základe výpočtov sa vyberie RTL typu PTL-1014-2 s nastaviteľným rozsahom žiadaného prúdu 7 až 10 A.
Pri vyšších teplotách okolia by mala byť nastavená minimálna hodnota. Ak je teplota okolia nízka, je potrebné zvýšiť zaťaženie statorového vinutia motora a podľa možnosti ho nezapínať. Ak si okolnosti vyžadujú použitie motora v nepriaznivých podmienkach, nastavenie by sa malo začať s nízkym požadovaným prúdom a potom zvýšiť na požadovanú hodnotu.
Súvisiace články:
