Toplotno rele za elektromotor: načelo delovanja, naprava, kako izbrati

Med obratovanjem energetske opreme nanjo nenehno vplivajo tokovne preobremenitve, ki zmanjšujejo trajnost. Zaščito v takšnih situacijah zagotavlja toplotni rele za elektromotor, ki prekine napajanje ob nastanku nenormalnih okoliščin.

Predlagamo, da se seznanite s konstrukcijo, načelom delovanja, vrstami in podrobnostmi priklopa zaščitnih naprav. Poleg tega bomo povedali, katere parametre in značilnosti je treba upoštevati pri izbiri toplotnega releja.

Konstrukcijska izvedba toplotnih relejev

Toplotni releji vseh vrst imajo podobno zgradbo. Najpomembnejši element vsakega izmed njih je občutljiva bimetalna plošča.

Vrednost toka delovanja je pod vplivom temperaturnih kazalnikov okolja, v katerem deluje rele. Zvišanje temperature zmanjša čas delovanja.

Da bi ta vpliv čim bolj zmanjšali, razvijalci naprav izbirajo čim višjo temperaturo bimetala. V isti namen so nekateri releji opremljeni z dodatno kompenzacijsko ploščo.

Napravo sestavljajo ohišje, nihromov grelec, bimetalna plošča, zapaha, vijak, ročica, premični kontakt in povratni gumb (+)

Če so v konstrukcijo releja vključeni nihromovi grelci, jih priključimo po vzporedni, zaporedni ali vzporedno-zaporedni shemi s ploščo.

Vrednost toka v bimetalu uravnavamo s pomočjo shuntov. Vsi deli so vgrajeni v ohišje. Bimetalni element v obliki črke U je pritrjen na osi.

Cilindrična vzmet se naslanja na en konec plošče. Z drugim koncem sloni na uravnoteženi izolacijski podložki. Vrtenje okoli osi in je opora za kontaktni mostiček, opremljen s srebrnimi kontakti.

Za usklajevanje nastavitvenega toka je bimetalna plošča s svojim levim koncem povezana z njegovim mehanizmom. Regulacija poteka z vplivom na primarno deformacijo plošče.

Če velikost preobremenitvenih tokov postane enaka ali večja od nastavitvene, se izolacijska podložka zavrti pod vplivom plošče. Med njenim prevračanjem se izklopi razvezni kontakt naprave.

Termični rele TRT v prerezu. Glavni elementi so: ohišje (1), nastavitveni mehanizem (2), gumb (3), os (4), srebrni kontakti (5), kontaktni mostiček (6), izolacijska letvica (7), vzmet (8), bimetalna plošča (9), os (10)

Rele se samodejno vrne v prvotni položaj. Postopek samovrnitve traja največ 3 minute od trenutka vklopa zaščite. Možen je tudi ročni povratek, za kar je predvidena posebna tipka Reset.

Pri njeni uporabi naprava zavzame prvotni položaj v 1 minuti. Za aktiviranje gumba ga zavrtite v nasprotni smeri urinega kazalca, dokler se ne dvigne nad ohišje. Nastavitveni tok je običajno naveden na tablici.

Načelo delovanja naprave

Pri izvajanju zaščitne funkcije samodejni odklopnik loči napajalna električna vezja. Termični rele se od njega razlikuje po tem, da ob prekoračitvi obremenitve preprosto odda krmilni signal. Pri taki zaščiti se toki majhne vrednosti stikajo v enem krmilnem vezju.

V shemi je pred termičnim relejem magnetni zaganjalnik. Ko se vezja v sili odprejo, ni potrebe po podvajanju delovanja kontaktorja. Posledično se ne porablja material za izdelavo močnostnih kontaktnih skupin.

Najbolj priljubljene so naprave, opremljene z bimetalnimi ploščami. Sama plošča je sestavljena iz dveh podobnih elementov.

Eden od njih ima visok temperaturni koeficient, drugi pa nekoliko nižjega. Ta dva dela se tesno prilegata drug drugemu.

Ker so sestavni deli bimetalne plošče izdelani iz para različnih kovin z neenakimi razteznimi koeficienti, segrevanje povzroči, da se upogne in deluje s kontakti.

Tako trdno povezavo zagotovimo z varjenjem ali vročim valjanjem. Ker je plošča pritrjena nepremično, se pri segrevanju upogne proti elementu z nižjim temperaturnim koeficientom. To načelo je bilo uporabljeno kot osnova pri izdelavi termičnih relejev.

Pri njihovi proizvodnji uporabljajo krom-nikljevo jeklo in nemagnetno jeklo, ki imata visok temperaturni koeficient. Kot material z nizko vrednostjo tega parametra se uporablja invar – zlitina niklja in železa.

Po taki shemi deluje termični rele. Prosti konec bimetalne plošče pri njenem upogibu vpliva na kontakte termičnega releja (+)

Bimetalno ploščo segrevajo obremenilni tokovi. Ti tečejo najpogosteje po posebnem grelniku. Obstaja tudi kombinirano segrevanje, pri katerem poleg toplote, ki jo oddaja grelnik, bimetal segreva tudi tok, ki teče skozenj.

Kako priključiti toplotni rele

Zaprti kontakt (normal connected), s katerim priključimo toplotni modul na magnetni zaganjalnik, označujemo z NC ali NZ, kar pomeni normalno zaprt. S črkovno kombinacijo NO označujemo normalno odprt kontakt.

V preprostem vezju se uporablja za oddajanje signala, ki kaže na delovanje zaščite motorja zaradi presežene mejne temperature.

Pri vključitvi v zapletena krmilna vezja lahko v sili oblikuje signal za izklop tekočega traku.

Toplotni rele namestimo za kontaktorji, a pred elektromotorjem. Priključitev kontakta normal connected na gumb 'Stop' na upravljalni plošči izvedemo po zaporedni shemi (+)

Označevanje priključkov kontaktorjev določa GOST: normalno zaprt — 95-96, normalno odprt — 97-98. Na prvi par priključimo zaganjalnik, drugi par se uporablja za signalne sheme. Ker je treba motor in toplotni rele zaščititi pred kratkim stikom, mora vezje vsebovati zaščitno stikalo.

Shema naprave vključuje gumba 'Test' in 'Stop' ali 'Reset'. S prvim preverimo delovanje, z drugim pa ročno izklopimo zaščito.

S pomočjo vrtljivega stikala po vključitvi zaščite ponovno zaženemo elektromotor. Na stekleno pokrov izdelka nanesemo oznako in ga zapečatimo.

Glede na vrsto priključitve lahko ločimo dve veliki skupini termorelejev:

• prva skupina – naprave, nameščene za magnetnim zaganjalnikom, in tiste, ki se priključijo z uporabo mostičkov;
• druga skupina – naprave, nameščene neposredno na kontaktor zaganjalnika.

V zadnjem primeru pri zagonu glavno obremenitev nosi kontaktor. Tu je toplotni modul opremljen z bakrenimi kontakti, ki so neposredno priključeni na vhode zaganjalnika.

Shema toplotnega releja. Nanjo so nanesene oznake krmilnih elementov in priključkov. Pri različnih modelih se te oznake lahko razlikujejo (+)

Na TR priključimo vodnike iz motorja. Sámo rele v taki shemi predstavlja vmesni člen, ki analizira tok, ki teče tranzitno do motorja iz magnetnega zaganjalnika.

Posebnosti pri namestitvi naprave

Na hitrost delovanja toplotnega modula lahko vplivajo ne le tokovne preobremenitve, ampak tudi zunanje temperature. Zaščita se sproži tudi v pogojih brez preobremenitev.

Zgodi se tudi, da je motor zaradi prisilnega prezračevanja izpostavljen toplotni preobremenitvi, vendar se zaščita ne sproži.

Da bi se izognili takim pojavom, je treba upoštevati priporočila strokovnjakov:

1. Pri izbiri releja se ravnajte po najvišji dovoljeni temperaturi delovanja.
2. Zaščito namestite v istem prostoru kot zaščiteni objekt.
3. Za namestitev izberite mesta, kjer ni virov toplote ali prezračevalnih naprav.
4. Treba je nastaviti toplotni modul glede na dejansko temperaturo okolice.
5. Najboljša možnost je vgrajena termična kompenzacija v konstrukciji releja.

Dodatna možnost termoreleja je zaščita v primeru prekinitve faze ali celotnega napajalnega omrežja. Za trifazne motorje je to še posebej pomembno.

Tok v termoreleju teče zaporedno skozi njegov grelni modul in naprej do motorja. S tuljavo zaganjalnika je naprava povezana preko dodatnih kontaktov (+).

Ob težavah v eni fazi drugi dve prevzameta večji tok. Posledično hitro pride do pregretja in nato do izklopa. Ob neučinkovitem delovanju releja lahko odpovesta tako motor kot ožičenje.

Obstoječe vrste naprav

Razred termorelejev vključuje več tipov: TRN, RTL, TRP, RTI, RTT. Uporaba vsakega je odvisna od konstrukcijskih značilnosti.

Dvofazno tokovno rele (TRN) se uporablja predvsem za električno zaščito asinhronih motorjev s kratkostičnim rotorjem. Praviloma delujejo na omrežju z nazivno napetostjo do 500 V in frekvenco 50 Hz.

Rele je opremljen z ročnim mehanizmom za upravljanje kontaktov. Dimenzije TRN omogočajo vgradnjo v kompletne naprave tako zaprtega kot odprtega tipa postaj, ki usklajujejo delovanje pogonov. Funkcije zaščite pred kratkim stikom ne opravljajo in jo same potrebujejo.

Rele TRP ima mehanizem, odporen na vibracije, in ohišje, odporno na udarce. Razviti so za zaščito asinhronih trifaznih motorjev, ki delujejo v pogojih velikih mehanskih obremenitev.

Zasnovani so za največji tok 600 A in napetost do 500 V, v tokokrogih z enosmernim tokom pa 440 V. Avtomatika ni občutljiva na zunanjo temperaturo in se sproži, ko vrednost preseže 200 °C.

Naprave RTL so trifazne. Poleg zaščite motorja pred preobremenitvijo preprečujejo tudi blokiranje rotorja. Ščitijo ga pred poškodbami v primeru nesimetrije faz in med dolgotrajnim zagonom.

Delujejo samostojno s priključnimi bloki KRL in v modifikaciji z magnetnim zaganjalnikom PML. Tokovno delovno območje je od 0,10 do 86 A.

Kontaktor v paru s termorelejem. Ko naprava deluje, normalno zaprti in normalno odprti kontakti sinhrono spremenijo svoj položaj.

RTT – naprava ščiti asinhrone motorje pred tokovnimi sunki, nesimetrijo faz, blokiranjem in drugimi neobičajnimi situacijami. Uporablja se kot samostojna naprava ali kot vgradnja v zaganjalnike PMA in PME.

Trifazni izdelek RTI ima enake funkcije kot prejšnji, vendar se uporablja v modifikaciji z zaganjalniki KTM in KMI.

Kako izbrati toplotni rele

Motor potrebuje zaščitni rele, kadar zaradi tehnoloških razlogov obstaja potencialna nevarnost preobremenitve. Drugi primer je potreba po omejitvi časa zagona v pogojih znižane napetosti.

Te zahteve so vsebovane v ustreznih navodilih. V njih je izražena želja po opremljanju zaščitnega izdelka s časovnim zamikom. Vse to se uresničuje s pomočjo toplotnih relejev.

Osnovne značilnosti naprav

Osnovni podatki naprave, ki ščiti motor, so:

1. Hitrost delovanja kontaktov v odvisnosti od parametrov toka – časovno-tokovni kazalec.
2. Delovni tok, pri katerem TP deluje.
3. Mejne tokovne nastavitve nastavitvene vrednosti. Pri vseh napravah, ki jih proizvajajo različni proizvajalci, se ta parameter nekoliko razlikuje. Preseganje nazivne vrednosti za 20% povzroči delovanje naprave po približno 25 minutah.
4. Nazivna vrednost toka delovne bimetalne plošče. Mišljena je vrednost, pri kateri rele ne izklopi takoj ob prekoračitvi.
5. Tokovno območje, v katerem deluje rele.

Podatke o toplotnem releju lahko dobite z dekodiranjem njegove oznake. Simbol, ki označuje vrsto izvedbe, se lahko razlikuje.

Kontaktor v paru s toplotnim relejem. Ko naprava deluje, normalno zaprt in normalno odprt kontakt sinhrono spremenita svoj položaj (+).

Mesta namestitve domačih TP so urejena z GOST 15150. Na njihovo delo vplivajo dejavniki, kot so nadmorska višina, vibracije, udarci, pospeški.

Vse te podrobnosti proizvajalci odražajo v oznakah svojih izdelkov. Nekateri med njimi dodatno vključijo podatke o možnosti delovanja v prisotnosti škodljivih snovi in eksplozivno nevarnih plinov.

Izbira naprave po pravilih

Zahteve za toplotni rele so navedene v navodilih. Tu je tudi določeno, da mora zaščita imeti časovni zamik. Vse zahteve se izvajajo s pomočjo posebnih naprav.

Časovno-tokovne karakteristike TP in zaščitenega motorja. Pri kratkostičnih tokovih postanejo grelni elementi releja termično nestabilni (+).

Pri analiziranju časovno-tokovnih karakteristik TP je treba upoštevati, da lahko delovanje poteka iz pregretega ali hladnega stanja.

Brezhibna zaščita predpostavlja, da sta krivulji, ki prikazujeta optimalno odvisnost trajanja tokovnega prehoda od velikosti toka za brezhibno delovanje opreme, za rele in motor različni. Prva mora biti nižja od druge.

V tabeli so navedene tehnične značilnosti toplotnega releja tipa RTL. Po njej lahko izberete zaščitno napravo s potrebnimi parametri glede na moč motorja (+).

Pravilna izbira zaščitnega izdelka temelji na parametru, kot je nazivni delovni tok. Njegova vrednost je povezana z nazivnim bremenskim tokom elektromotorja.

Tako mednarodni kot domači standardi določajo, da je nazivni tok motorja podoben nastavitvi delovnega toka toplotnega releja.

To pomeni, da se vklop naprave zgodi pri preobremenitvi od 20 do 30 % ali pri I_sr x 1,2 ali 1,3 najkasneje v 20 minutah.

Na podlagi tega je treba izbiro opraviti tako, da je tok neaktiviranja TR v povprečju za 12 % višji od nazivnega toka zaščitenega objekta. Vrednost In je navedena v potrdilu o napravi in na tablici, pritrjeni na ohišje.

Na podlagi te vrednosti se izbereta tako TR kot ustrezen zaganjalnik. Lestvica releja je umerjena v amperih in praviloma ustreza vrednosti nastavitvenega toka.

Kot primer lahko navedemo izbiro toplotnega releja za asinhroni motor, priključen na omrežje 380 V z močjo 1,5 kW.

Nazivni delovni tok zanj je 2,8 A, zato bo mejni tok za toplotni rele enak: 1,2 * 2,8 = 3,36 A. Glede na tabelo je treba izbiro ustaviti pri RTL-1008, katerega obseg nastavitve je med 2,4 in 4 A.

Ob sprožitvi zaščite najprej odpravijo prvotni vzrok zaustavitve, nato pa s povratno tipko vrnejo toplotni rele v prvotno stanje.

Kadar podatki o motorju iz potrdila niso znani, se tok določi s posebnimi instrumenti – tokovnimi kleščami ali multimetrom z ustrezno funkcijo. Meritve se izvedejo na vsaki fazi.

Pri izbiri je pomembno posvetiti pozornost napetosti, navedeni na napravi. Če nameravate uporabiti tandem TR-zaganjalnik, je treba upoštevati število kontaktov.

Pri priključitvi naprave na trifazno omrežje je potreben modul z zaščitno funkcijo v primeru prekinitve vodnikov ali faznega neravnovesja.

Zaključki in koristen video na to temo

Shema učinkovite zaščite motorja:

Sestavni deli toplotnega releja:

Načelo medsebojnega delovanja različnih naprav v različnih variantah priključitve toplotnega releja je enako. Za boljšo orientacijo v shemah je treba znati “brati” oznake naprav. V idealnem primeru naj vsa priključitvena dela opravi mojster, ki ima dovoljenje za delo v pogojih visoke napetosti.

Imate kaj dodati ali imate vprašanja o izbiri in uporabi toplotnega releja? Lahko pustite komentarje k objavi, sodelujete v razpravah in delite svoje izkušnje z uporabo naprav. Obrazec za stik je v spodnjem bloku.