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热继电器

热继电器(热焊盘 relay)是一种利用热效应原理来切断主电路的保护电器。广泛应用于电动机等负载的过载保护。主要由热元件、电流整定装置、触点、动作机构、温度补偿元件和复位按钮及其他附件组成。

该保护电器是利用电流流过发热元件产生的热量来使检测元件受热弯曲,进而推动机构动作的一种保护电器。由于发热元件具有热惯性,在电路中不能用于瞬时过载保护,更不能做短路保护,主要用作电动机的长期过载保护。在电力拖动控制系统中应用最广的是双金属片式热继电器。

中国电机保护控制装置的发展,经历了全面仿苏、自行设计、更新换代、引进技术、跟踪新产品等几个阶段。从机械式的双金属热继电器发展到双金属热保护器和电子式保护控制等。

中国目前生产的热继电器主要有JRO、JR1、JR2、JR9、JR10、JR15、IR16等系列。

发展历史

1840年,英国物理学家詹姆斯•普雷斯科特•焦耳(J.P.焦耳,1818—1889年)从电流的热效应发现载流导体中产生的热量与电流的平方、导体的电阻及通电时间成正比,即焦耳-楞次定律。

热继电器是20世纪50年代初引进苏联技术开发的双金属片机械式电机过载保护器,它在导致保护电机过载方面具有反时限性能和结构简单的特点。其中JRl6B系列热继电器由JR0系列热继电器改进而来。此系列产品从1983年开始启用,代替JR0三极及带断相保护的热继电器,JRl6B系列热继电器为三极,它有三个发热元件而共用一套动作机构。

工作原理

热继电器是利用电流热效应原理工作的电器。发热元件串联在主电路中,所以流过发热元件的电流就是负载电流。负载在正常状态工作时,发热元件的热量不足以使双金属片产生明显的弯曲变形。当发生过载时,在热元件上就会产生超过其“额定值”的热量。双金属片就会变形,经一定时间放这种弯曲达到一定幅度后,使热继电器的触点断开。由于发热元件具有热惯性,在电路中不能用于瞬时过载保护,更不能做短路保护,主要用作电动机的长期过载保护。

基本结构

热元件

热元件由主双金属片及环绕在它上面的电阻丝组成。主双金属片由两种线膨胀系数不同的金属片压焊而成,受热后,因两层金属片伸长率不同而弯曲。主双金属片的一端固定在支架上,与加热元件串接在接触器负载端的主回路中。热继电器双金属片的主动层一般为:、铬、铁;在一50~+200°C时,也有采用铜合金的,如黄铜、铝青铜、铍青铜等,都具有线膨胀系数大、弹性好的特点。被动层多采用:镍、鈇。

双金属片加热方式有直接加热式、间接加热式、复合加热式和电流互感器加热式等四种。

电流整定装置

电流整定调节旋钮是一个偏心轮,它与支撑件成一杠杆,转动偏心轮,即可改变补偿双金属片与导板间的距离,从而达到调节整定动作电流值的目的。

触点 动作机构 温度补偿元件

当电机正常运行时,热元件产生的热量虽然能使主双金属片弯曲,但不足使继电器动作;当电动机过载时,热元件产生的热量增大,使主双金属片弯曲位移量增大,经过一段时间后,主双金属片弯曲推动导板,并通过补偿双金属片与推杆使触点断开,该触点为热继电器串于接触器电感线圈回路的常闭触点,断开后接触器线圈失电,接触器的主触点断开电动机等负载回路,保护了电动机等负载。补偿双金属片可以在规定范围内补偿环境温度对热继电器的影响。如果周围环境温度升高,主双金属片向左弯曲程度加大,然而补偿双金属片也向左弯曲,使导板与补偿双金属片之间距离保持不变,故继电器特性不受环境温度升高的影响,反之亦然。有时可采用欠补偿,使补偿双金属片向左弯曲的距离小于主双金属片因环境温度升高向左弯曲的变动值,以便在环境温度较高时,热继电器动作较快,更好的保护电机。

复位按钮

调节复位螺钉可以改变常开静触点的位置,使热继电器可以在手动复位和自动复位两种工作状态之间进行选择。热继电器调节选择在手动复位状态时,在故障排除后需按下复位按钮。

主要分类

按动作方式分类

双金属片式

利用双金属片(用两种膨胀系数不同的金属,通常为锰镍、铜板轧制而成)受热弯曲推动执行机构动作。这种继电器因结构简单、体积小、成本低,以及在同时选择合适的热元件的基础上能得到良好的反时限特性(电流越大越容易动作,经过校短时间就开始动作)等优点被广泛应用。

热敏电阻式

利用电阻随温度变化而变化的特性制成的热继电器。

易熔合金式

利用过载电流发热使易熔合金达到某一温度时,合金熔化而使继电器动作。

按加热方式分类

有直接加热式

直接加热就是把双金属片当做热元件,让电流直接通过它。因为双金属片本身具有一定的电阻,所以当电流流过时,它也能产生热量。由于双金属片兼做感测原件和加热元件,因此这种方式具有结构简单、体积小材料节省、发热时间常数小和反应温度变化比较迅速等特点。

复合加热式

复合加热实际上是直接加热与间接加热两种形式的结合,复合加热的发热时间常数介于以上两种形式之间,其电阻值可依靠并联或串联不同电阻而很方便的进行调整,且又兼具直接加热和间接加热的长处,所以获得广泛应用。

间接加热式

间接加热通过在电的方面与双金属片无联系的加热元件产生热量。加热原件为丝状或带状,环绕在双金属片的四周。由于加热元件产生的热量要经过空气传给双金属片,因而发热常数大,反应温度变化也比较慢。

电流互感器加热式

电流互感器加热主要用于大容量的热继电器以及重载起动的热继电器。

按级数分类

有单级、双极、和三级三种,其中三级的又包括带有和不带有断相保护装置两类。

按复位方式分类

有自动复位和手动复位两种。

技术参数

额定电压

热继电器的额定电压是指热继电器中可以安装的发热元件的最大整定电压值。

额定电流

热继电器的额定电流是指其中的发热元件的最大整定电流值。

整定电流

热继电器的整定电流是指能够长期通过发热元件而不致引起热继电器动作的最大电流值。通过热继电器的整定电流是按电动机的额定电流整定的。对于使用某一发热元件的热继电器,可手动调节整定电流旋钮,通过偏心轮机构调整双金属片与导板的距离,在一定范围内调节其电流的整定值,使热继电器更好地保护电动机。

所谓的整定电流就是热元件中通过的电流超过此值的20%时,热继电器应当在20分钟内动作。调节“过载电流调节螺丝”即可改变整定电流值。

主要功能

热继电器的功能作用主要是用来保护电气线路或设备的过负荷,有的型号的热继电器还可兼作缺相保护。热继电器最常用于交流电动机的过负荷及缺相保护,但只适用于长期工作或间断长期工作及起动不频繁(起动次数小于60次/h)的重复短时工作制的电动机,不宜用于正反转及起动频繁的电动机。当热继电器兼做短相保护时,对星形联结的电机应选用一般的三级热继电器,对于三角形联结的电动机则应选用带短相保护的热点继电器。

标准规范

1、GB/T 14598.1-2002.电气继电器 第23部分: 触点性能。

2、GB/T 14598.149-2016.量度继电器和保护装置 第149部分:电热继电器功能要求。

3、GB/T 14598.2-2011.量度继电器和保护装置 第1部分:通用要求。

4、GB/T 2900.17-2009.电工术语 量度继电器。

5、IEC 60255-1-.量度继电器和保护装置 第1部分:通用要求。基于IEC60255-1与DL7T478-2013继电器触点性能试验方案研究与设计水周永荣,葛佳盛,王思皓,王煜(国网电力科学研究院,南京210061)摘要:继电器触点性能是表征继电器性能的一项重要指标,直接决定了继电保护装置运行稳定性。

应用领域

家用电器领域

在家用电器中还有一种常用的热保护元件是FIE热敏电阻保护器。在电饭锅、电冰箱、电熨斗、电吹风等中称为恒温器、温控器,在电视机中称为热保护电阻

工业生产领域

热继电器在工业用防止电动机过载的电气装置中获得了广泛应用。热继电器的热敏元件是两个彼此刚性连接的线性膨胀系数不同的双金属片

电动机控制

在众多过载保护装置中,应用最多的是热继电器,装有热继电器的保护电路。热电器的热元件串联在主电路中,它的动断触点串联在控制电路中。

参考资料