熱繼電器選型及整定原則

1、熱繼電器選型及整定原則（轉(zhuǎn)載）     熱繼電器是電流通過發(fā)熱元件產(chǎn)生熱量，使檢測元件受熱彎曲而推動機(jī)構(gòu)動作的一種繼電器。由于熱繼電器中發(fā)熱元件的發(fā)熱慣性，在電路中不能做瞬時過載保護(hù)和短路保護(hù)。它主要用于電動機(jī)的過載保護(hù)、斷相保護(hù)和三相電流不平衡運(yùn)行的保護(hù)及其它電氣設(shè)備狀態(tài)的控制。一、熱繼電器的工作原理及結(jié)構(gòu)：1、熱繼電器的作用和分類    在電力拖動控制系統(tǒng)中，當(dāng)三相交流電動機(jī)出現(xiàn)長期帶負(fù)荷欠電壓下運(yùn)行、長期過載運(yùn)行以及長期單相運(yùn)行等不正常情況時，會導(dǎo)致電動機(jī)繞組嚴(yán)重過熱乃至燒壞。為了充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力，保證電動機(jī)的

2、正常啟動和運(yùn)轉(zhuǎn)，而當(dāng)電動機(jī)一旦出現(xiàn)長時間過載時又能自動切斷電路，從而出現(xiàn)了能隨過載程度而改變動作時間的電器，這就是熱繼電器。顯然，熱繼電器在電路中是做三相交流電動機(jī)的過載保護(hù)用。但須指出的是，由于熱繼電器中發(fā)熱元件有熱慣性，在電路中不能做瞬時過載保護(hù)，更不能做短路保護(hù)。因此，它不同于過電流繼電器和熔斷器。    按相數(shù)來分，熱繼電器有單相、兩相和三相式共三種類型，每種類型按發(fā)熱元件的額定電流又有不同的規(guī)格和型號。三相式熱繼電器常用于三相交流電動機(jī)，做過載保護(hù)。    按職能來分，三相式熱繼電器又有不帶斷相保護(hù)和帶斷相保護(hù)兩種類型。&#

3、160;2、熱繼電器的保護(hù)特性和工作原理   1)熱繼電器的保護(hù)特性    因?yàn)闊崂^電器的觸點(diǎn)動作時間與被保護(hù)的電動機(jī)過載程度有關(guān)，所以在分析熱繼電器工作原理之前，首先要明確電動機(jī)在不超過允許溫升的條件下，電動機(jī)的過載電流與電動機(jī)通電時間的關(guān)系。這種關(guān)系稱為電動機(jī)的過載特性。當(dāng)電動機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)過載電流時，必將引起繞組發(fā)熱。根據(jù)熱平衡關(guān)系，不難得出在允許溫升條件下，電動機(jī)通電時間與其過載電流的平方成反比的結(jié)論。根據(jù)這個結(jié)論，可以得出電動機(jī)的過載特性，具有反時限特性，如圖l中曲線1所示。 圖1：電動機(jī)的過載特性和熱繼電器的保護(hù)特性及其配合

4、    為了適應(yīng)電動機(jī)的過載特性而又起到過載保護(hù)作用，要求熱繼電器也應(yīng)具有如同電動機(jī)過載特性那樣的反時限特性。為此，在熱繼電器中必須具有電阻發(fā)熱元件，利用過載電流通過電阻發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱效應(yīng)使感測元件動作，從而帶動觸點(diǎn)動作來完成保護(hù)作用。熱繼電器中通過的過載電流與熱繼電器觸點(diǎn)的動作時間關(guān)系，稱為熱繼電器的保護(hù)特性，如圖1中曲線2所示?？紤]各種誤差的影響，電動機(jī)的過載特性和繼電器的保護(hù)特性都不是一條曲線，而是一條帶子。顯而易見，誤差越大，帶子越寬；誤差越少，帶子越窄。 由圖中曲線l可知，電動機(jī)出現(xiàn)過載時，工作在曲線1的下方是安全的。因此，熱繼電器的保護(hù)特性

5、應(yīng)在電動機(jī)過載特性的鄰近下方。這樣，如果發(fā)生過載，熱繼電器就會在電動機(jī)末達(dá)到其允許過載極限之前動作，切斷電動機(jī)電源，使之免遭損壞。    2)熱繼電器的工作原理    熱繼電器中產(chǎn)生熱效應(yīng)的發(fā)熱元件，應(yīng)串接于電動機(jī)電路中，這樣，熱繼電器便能直接反映電動機(jī)的過載電流。熱繼電器的感測元件，一般采用雙金屬片。所謂雙金屬片，就是將兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬片以機(jī)械輾壓方式使之形成一體。膨脹系數(shù)大的稱為主動層，膨脹系數(shù)小的稱為被動層。雙金屬片受熱后產(chǎn)生線膨脹，由于兩層金屬的線膨脹系數(shù)不同，且兩層金屬又緊密地貼合在一起，因此，使得雙金屬片向被動層一

6、側(cè)彎曲，由雙金屬片彎曲產(chǎn)生的機(jī)械力便帶動觸點(diǎn)動作。    雙金屬片的受熱方式有4種，即直接受熱式、間接受熱式、復(fù)合受熱式和電流互感器受熱式。直接受熱式是將雙金屬片當(dāng)做發(fā)熱元件，讓電流直接通過它；間接受熱式的發(fā)熱元件由電阻絲或帶制成，繞在雙金屬片上且與雙金屬片絕緣；復(fù)合受熱式介于上述兩種方式之間；電流互感器受熱式的發(fā)熱元件不直接串接于電動機(jī)電路，而是接于電流互感器的二次側(cè)，這種方式多用于電動機(jī)電流比較大的場合，以減少通過發(fā)熱元件的電流。 圖2：熱繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖 熱元件3串接在電動機(jī)定子繞組中，電動機(jī)繞組電流即為流過熱元件的電流。當(dāng)電動機(jī)正常運(yùn)

7、行時，熱元件產(chǎn)生的熱量雖能使雙金屬片2彎曲，但還不足以使繼電器動作；當(dāng)電動機(jī)過載時，熱元件產(chǎn)生的熱量增大，使雙金屬片彎曲位移增大，經(jīng)過一定時間后，雙金屬片彎曲到推動導(dǎo)板4，并通過補(bǔ)償雙金屬片5與推桿14將觸點(diǎn)9和6分開，觸點(diǎn)9和6為熱繼電器串于接觸器線圈回路的常閉觸點(diǎn)，斷開后使接觸器失電，接觸器的常開觸點(diǎn)斷開電動機(jī)的電源以保護(hù)電動機(jī)。    調(diào)節(jié)旋鈕11是一個偏心輪，它與支撐件12構(gòu)成一個杠桿，13是一壓簧，轉(zhuǎn)動偏心輪，改變它的半徑即可改變補(bǔ)償雙金屬片5與導(dǎo)板4的接觸距離，因而達(dá)到調(diào)節(jié)整定動作電流的目的。此外，靠調(diào)節(jié)復(fù)位螺釘8來改變常開觸點(diǎn)7的位置使熱繼電器能工作

8、在手動復(fù)位和自動復(fù)位兩種工作狀態(tài)。調(diào)試手動復(fù)位時，在故障排除后要按下按鈕10才能使動觸點(diǎn)恢復(fù)與靜觸點(diǎn)6相接觸的位置。   3)帶斷相保護(hù)的熱繼電器    三相電動機(jī)的一根接線松開或一相熔絲熔斷，是造成三相異步電動機(jī)燒壞的主要原因之一。如果熱繼電器所保護(hù)的電動機(jī)是Y接法，當(dāng)線路發(fā)生一相斷電時，另外兩相電流便增大很多，由于線電流等于相電流，流過電動機(jī)繞組的電流和流過熱繼電器的電流增加比例相同，因此普通的兩相或三相熱繼電器可以對此作出保護(hù)。如果電動機(jī)是形接法，發(fā)生斷相時，由于電動機(jī)的相電流與線電流不等，流過電動機(jī)繞組的電流和流過熱繼電器的電

9、流增加比例不相同，而熱元件又串聯(lián)在電動機(jī)的電源進(jìn)線中，按電動機(jī)的額定電流即線電流來整定，整定值較大。當(dāng)故障線電流達(dá)到額定電流時，在電動機(jī)繞組內(nèi)部，電流較大的那一相繞組的故障電流將超過額定相電流，便有過熱燒毀的危險。所以接法必須采用帶斷相保護(hù)的熱繼電器。帶有斷相保護(hù)的熱繼電器是在普通熱繼電器的基礎(chǔ)上增加一個差動機(jī)構(gòu)，對三個電流進(jìn)行比較。差動式斷相保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。熱繼電器的導(dǎo)板改為差動機(jī)構(gòu)，由上導(dǎo)板1、下導(dǎo)板2及杠桿5組成，它們之間都用轉(zhuǎn)軸連接。圖3 a為通電前機(jī)構(gòu)各部件的位置。圖3 b為正常通電時的位置，此時三相雙金屬片都受熱向左彎曲，但彎曲的撓度不夠，所以下導(dǎo)板向左移動一小段距離，

10、繼電器不動作。圖3 c是三相同時過載時的情況，三相雙金屬片同時向左彎曲，推動下導(dǎo)板2向左移動，通過杠桿5使常閉觸點(diǎn)立即引計。圖3d是C相斷線的情況，這時C相雙金屬片逐漸冷卻降溫，端部向右移動，推動上導(dǎo)板1向右移。而另外兩相雙金屬片溫度上升，端部向左彎曲，推動下導(dǎo)板2繼續(xù)向左移動。由于上、下導(dǎo)板一左一右移動，產(chǎn)生了差動作用，通過杠桿的放大作用，使常閉觸點(diǎn)打開。由于差動作用，使熱繼電器在斷相故障時加速動作，保護(hù)電動機(jī)。 圖3：熱繼電器差動式斷相保護(hù)機(jī)構(gòu)動作原理圖1上導(dǎo)板；2下導(dǎo)板；3雙金屬片；4常閉接點(diǎn)；5杠桿 二、熱繼電器的選型及整定原則熱繼電器主要用于保護(hù)電動機(jī)的過載，為了

11、保證電動機(jī)能夠得到既必要又充分的過載保護(hù)，就必須全面了解電動機(jī)的性能，并給其配以合適的熱繼電器，進(jìn)行必要的整定。一般涉及到電動機(jī)的情況有工作環(huán)境、起動電流、負(fù)載性質(zhì)、工作制、允許的過載能力等。原則上應(yīng)使熱繼電器的安秒特性盡可能接近甚至重合電動機(jī)的過載特性，或者在電動機(jī)的過載特性之下，同時在電動機(jī)短時過載和起動的瞬間，熱繼電器應(yīng)不受影響(不動作)。     熱繼電器的正確選用與電動機(jī)的工作制有密切關(guān)系。當(dāng)熱繼電器用以保護(hù)長期工作制或間斷長期工作制的電動機(jī)時，一般按電動機(jī)的額定電流來選用。例如，熱繼電器的整定值可等于0.951.05倍電動機(jī)的額定電流，或者取

12、熱繼電器整定電流的中值等于電動機(jī)的額定電流，然后進(jìn)行調(diào)整。    當(dāng)熱繼電器用以保護(hù)反復(fù)短時工作制的電動機(jī)時，熱繼電器僅有一定范圍的適應(yīng)性。如果每小時操作次數(shù)很多，就要選用帶速飽和電流互感器的熱繼電器。    對于正反轉(zhuǎn)相通斷頻繁的特殊工作制電動機(jī)，不宜采用熱繼電器作為過載保護(hù)裝置，而應(yīng)使用埋入電動機(jī)繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來保護(hù)。 具體原則如下：1熱繼電器類型選擇：熱繼電器從結(jié)構(gòu)型式上可分為兩極式和三極式。三極式中又分為帶斷相保護(hù)和不帶斷相保護(hù)，主要應(yīng)根據(jù)被保護(hù)電動機(jī)的定子接線情況選擇。當(dāng)電動機(jī)定子繞組為三角形接法時，必

13、須采用三極式帶斷相保護(hù)的熱繼電器（原因詳見本文一、 2之 3）；對于星形接法的電動機(jī)，一般采用不帶斷相保護(hù)的熱繼電器。由于一般電動機(jī)采用星形接法時都不帶中線，熱繼電器用兩極式或三極式都可以。但若電動機(jī)定于繞組采用帶中線的星形接法時，熱繼電器一定要選用三極式。另外，一般輕載起動、長期工作的電動機(jī)或間斷長期工作的電動機(jī)，宜選擇二相結(jié)構(gòu)的熱繼電器；當(dāng)電動機(jī)的電流電壓均衡性較差、工作環(huán)境惡劣或較少有人看管時，可選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。 2熱繼電器額定電流的選擇：1）保證電動機(jī)正常運(yùn)行及起動：在正常起動的起動電流和起動時間、非頻繁起動的場合，必須保證電動機(jī)的起動不致使熱繼電器誤動。當(dāng)電動機(jī)起動

14、電流為額定電流的6倍、起動時間不超過6s、很少連續(xù)起動的條件下，一般可按電動機(jī)的額定電流來選擇熱繼電器。（實(shí)際中熱繼電器的額定電流可略大于電動機(jī)的額定電流）2）考慮保護(hù)對象-電動機(jī)的特性：電動機(jī)的型號、規(guī)格和特性 電動機(jī)的絕緣材料等級有A級、E級、B級等，它們的允許溫升各不相同，因而其承受過載的能力也不相同。在選擇熱繼電器時是應(yīng)引起注意的。另外，開啟式電動機(jī)散熱比較容易，而封閉式電動機(jī)散熱就困難得多，稍有過載，其溫升就可能超過限值。雖然熱繼電器的選擇從原則上講是按電動機(jī)的額定電流來考慮，但對于過載能力較差的電動機(jī)，它所配的熱繼電器(或熱元件)的額定電流就應(yīng)適當(dāng)小些。在這種場合，也可以

15、取熱繼電器(或熱元件)的額定電流為電動機(jī)額定電流的60-80。 3）考慮負(fù)載因素：如負(fù)載性質(zhì)不允許停車、即便過載會使電動機(jī)壽命縮短，也不應(yīng)讓電動機(jī)冒然脫扣，以免生產(chǎn)遭受比電動機(jī)價格高許多倍的巨大損失。這時繼電器的額定電流可選擇較大值（當(dāng)然此工況下電動機(jī)的選擇一般也會有較強(qiáng)的過載能力）。這種場合最好采用由熱繼電器和其它保護(hù)電器有機(jī)地組合起來的保護(hù)措施，只有在發(fā)生非常危險的過載時方考慮脫扣?？傊@不是一個教條的公式，應(yīng)綜合考慮。3熱元件整定電流選擇：根據(jù)熱繼電器型號和熱元件額定電流，即可查出熱元件整定電流的調(diào)節(jié)范圍。通常將熱繼電器的整定電流調(diào)整到電動機(jī)的額定電流；對過載能力差的電動機(jī)，

16、可將熱元件整定值調(diào)整到電動機(jī)額定電流的06-08倍；當(dāng)電動機(jī)起動時間較長、拖動沖擊負(fù)載或不允許停車時，可將熱元件整定電流調(diào)節(jié)到電動機(jī)額定電流的11-115倍。4.熱繼電器應(yīng)具有既可靠又合理的保護(hù)特性， 具體而言應(yīng)具有一條與電動機(jī)容許過載特性相似的反時限特性，且應(yīng)在電動機(jī)容許過載特性之下，而且應(yīng)有較高的精確度，以保證保護(hù)動作的可靠性。5其它注意事項(xiàng)：1）操作頻率：當(dāng)電動機(jī)的操作頻率超過熱繼電器的操作頻率時，如電動機(jī)的反接制動、可逆運(yùn)轉(zhuǎn)和密接通斷，熱繼電器就不能提供保護(hù)。這時可考慮選用半導(dǎo)體溫度繼電器進(jìn)行保護(hù)。2）對于工作時間較短、間歇時間較長的電動機(jī)(例如搖臂鉆床的搖臂升降電動機(jī)等)，以及雖然長

17、期工作但過載的可能性很小的電動機(jī)(例如排風(fēng)機(jī)等)，可以不設(shè)過載保護(hù)。3）對點(diǎn)動、重載起動，連續(xù)正反轉(zhuǎn)及反接制動等運(yùn)行的電動機(jī)，一般不宜用熱繼電器。4）應(yīng)當(dāng)具有一定的溫度補(bǔ)償：由于周圍介質(zhì)溫度的變化，在相同的過載電流下，熱繼電器的動作將產(chǎn)生誤差，為消除這種誤差，應(yīng)當(dāng)設(shè)置溫度補(bǔ)償措施；5）一般情況下，應(yīng)遵循熱繼電器保護(hù)動作后即使熱繼電器自動復(fù)位，被保護(hù)的電動機(jī)都不應(yīng)自動再起動的原則，否則應(yīng)將熱繼電器設(shè)定為手動復(fù)位狀態(tài)。這是為了防止電動機(jī)在故障未被消除而多次重復(fù)再起動損壞設(shè)備。例如：一般采用按鈕控制的手動起動和手動停止的控制電路，熱繼電器可設(shè)定成自動復(fù)位形式；采用自動元件控制的自動起動電路應(yīng)將熱繼電

18、器設(shè)定為手動復(fù)位形式；凡能自動復(fù)位的熱繼電器，動作后應(yīng)能在5分鐘內(nèi)可靠地自動復(fù)位。而手動復(fù)位的在動作后2分鐘內(nèi)用手按下手動復(fù)位按鈕時，也應(yīng)可靠地復(fù)位。多數(shù)產(chǎn)品一般都有手動與自動復(fù)位兩種方式，并且可以利用螺釘調(diào)節(jié)成任一方式，以滿足不同場合的需要。6）動作電流值應(yīng)當(dāng)可調(diào) 為能滿足生產(chǎn)和使用中的需要，減少規(guī)格檔次，所以某一規(guī)格的熱繼電器應(yīng)能通過凸輪的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。7）因熱元件受熱變形需要時間，故熱繼電器只能作為電動機(jī)的過載保護(hù)，不能作為短路保護(hù)用。因此，在使用熱繼電器時，應(yīng)加裝熔斷器作為短路保護(hù)。對于重載、頻繁起動的較大容量的重要電動機(jī)，則可用過電流繼電器(延時動作型的)作它的過載和短路保護(hù)

19、。 8）怎樣分析熱繼電器動作特性曲線（略，大家都清楚吧，有需要時再寫吧） 三、再強(qiáng)調(diào)幾個問題：1）安裝方向熱繼電器的安裝方向很容易被人忽視。熱繼電器是電流通過發(fā)熱元件發(fā)熱，推動雙金屬片動作。熱量的傳遞有對流、輻射和傳導(dǎo)三種方式。其中對流具有方向性,熱量自下向上傳輸。在安放時，如果發(fā)熱元件在雙金屬片的下方，雙金屬片就熱得快，動作時間短；如果發(fā)熱元件在雙金屬片的旁邊，雙金屬片熱得較慢，熱繼電器的動作時間長。當(dāng)熱繼電器與其他電器裝在一起時，應(yīng)裝在電器下方且遠(yuǎn)離其他電器50 mm 以上，以免受其他電器發(fā)熱的影響。熱繼電器的安裝方向應(yīng)按產(chǎn)品說明書的規(guī)定進(jìn)行，以確保熱繼電器在使用時的動

20、作性能相一致。2）連接導(dǎo)線的選擇出線端的連接導(dǎo)線，應(yīng)按熱繼電器的額定電流進(jìn)行選擇，過粗或太細(xì)也會影響熱繼電器的正常工作。連接線太細(xì)，則連接線產(chǎn)生的熱量會傳到雙金屬片，加上發(fā)熱元件沿導(dǎo)線向外散熱少，從而縮短了熱繼電器的脫扣動作時間；反之，如果采用的連接線過粗，則會延長熱繼電器的脫扣動作時間。額定電流為10 A 的熱繼電器，其出線端連接導(dǎo)線的截面積以2.5 mm2 為宜（單股銅芯塑料線），20 A 的以4 mm2 為宜（單股銅芯塑料線），60 A 的以16 mm2 為宜（多股銅芯橡皮軟線），150 A 的則以35 mm2 為宜（多股銅芯橡皮軟線。因?yàn)閷?dǎo)線材質(zhì)和粗細(xì)都會影響熱元件端接點(diǎn)傳導(dǎo)到外部熱量

21、的多少。導(dǎo)線過細(xì)，軸向?qū)嵝圆睿瑹崂^電器可能提前動作；導(dǎo)線過粗，則軸向?qū)峥?，熱繼電器可能滯后動作。熱繼電器出線端的連接導(dǎo)線一般采用銅芯導(dǎo)線。若選用鋁芯導(dǎo)線，則導(dǎo)線截面積應(yīng)增大1.8 倍，并且導(dǎo)線端頭應(yīng)掛錫。連接導(dǎo)線截面選擇參照表：熱繼電器的整定電流I/ A連接導(dǎo)線截面積MM20 < IN 818 < IN 121. 512 < IN 202. 520 < IN 25425 < IN 32632 < IN 501050 < IN 651665 < IN 852585 < IN 11535115 < IN 15050150 < I

22、N 16070 3）使用環(huán)境主要指環(huán)境溫度，它對熱繼電器動作的快慢影響較大。熱繼電器周圍介質(zhì)的溫度，應(yīng)和電動機(jī)周圍介質(zhì)的溫度相同，否則會破壞已調(diào)整好的配合情況。例如：當(dāng)電動機(jī)安裝在高溫處，而熱繼電器安裝在溫度較低處時，熱繼電器的動作將會滯后（或動作電流大）；反之，其動作將會提前（或動作電流?。?。對沒有溫度補(bǔ)償?shù)臒崂^電器，應(yīng)在熱繼電器和電動機(jī)兩者環(huán)境溫度差異不大的地方使用。對有溫度補(bǔ)償?shù)臒崂^電器，可用于熱繼電器與電動機(jī)兩者環(huán)境溫度有一定差異的地方，但應(yīng)盡可能減少因環(huán)境溫度變化帶來的影響。應(yīng)考慮熱繼電器使用的環(huán)境溫度和被保護(hù)電動機(jī)的環(huán)境溫度。當(dāng)熱繼電器使用的環(huán)境溫度高于被保護(hù)電動機(jī)的環(huán)境溫度15以下時，應(yīng)使用大一號額定電流等級的熱繼電器；當(dāng)熱繼電器使用的環(huán)境溫度低于被保護(hù)電動機(jī)的環(huán)境溫度15以下時，應(yīng)使用小一號額定電流等級的熱繼電