激光設備控制技術教材——第二章第四節(jié)講解

1、第四節(jié)熱繼電器一、熱繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理1結(jié)構(gòu)目前我國生產(chǎn)的JR16、JR20等系列熱繼電器得到廣泛應用。圖2-33為JR16系列熱繼電器的外形和結(jié)構(gòu)圖。它主要由熱元件動作機構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、電流整定裝置、復位機構(gòu)以及溫度補償元件等部分組成。（a）外形圖（b）結(jié)構(gòu)圖圖2-33 JR16系列熱繼電器的外形和結(jié)構(gòu)圖1-電流調(diào)節(jié)凸輪2-片簧3-手動復位按鈕4-弓簧5-主雙金屬片6-外導板7-內(nèi)導板8-靜觸頭9-動觸頭10-杠桿11-復位調(diào)節(jié)螺釘12-補償雙金屬片13-推桿14-連桿15-壓簧（1）熱元件 熱元件是熱繼電器的測量元件，由主雙金屬片和電阻絲組成。主雙金屬片是將兩種不同線膨脹系數(shù)的金屬片用機

2、械輾壓方式使之形成一體。金屬片的材料多為鐵鎳鉻合金和鐵鎳合金。電阻絲一般用銅合金或鎳鉻合金等材料制成。（2） 動作機構(gòu)和觸頭系統(tǒng)動作機構(gòu)是由傳遞杠桿及弓簧式瞬跳機構(gòu)組成的，它可保 證觸頭動作迅速、可靠。觸頭一般由一個常開觸頭和一個常閉觸頭組成。（3） 電流整定裝置 通過電流調(diào)節(jié)凸輪和旋鈕來調(diào)節(jié)推桿間隙，改變推桿可移動距離， 從而調(diào)節(jié)整定電流值。（4） 溫度補償元件為了補償周圍環(huán)境溫度所帶來的影響，設置了溫度補償雙金屬片，其受熱彎曲的方向與主雙金屬片一致，它可保證熱繼電器在-30 +40oC環(huán)境溫度內(nèi)動作特性基本不變。（5） 復位機構(gòu)有手動和自動兩種形式，通過調(diào)整復位螺釘可自行選擇。手動復位時

3、間一般不大于5min，自動復位時間不大于 2min。2.工作原理將熱元件串接在電動機定子繞組中，常閉觸頭串接在控制電路的接觸器線圈回路中，當電動機過載時，通過熱元件的電流超過熱繼電器的整定電流時，主雙金屬片受熱向右彎曲， 經(jīng)過一定時間后，雙金屬片推動導板使熱繼電器觸頭動作，接觸器線圈斷電，進而切斷電動機主電路，達到保護目的。電源切除后，主雙金屬片逐漸冷卻恢復原位，動觸頭在弓簧的作用下自動復位（自動復位式）或在外力作用下復位（手動復位式）。熱繼電器的動作電流與周圍環(huán)境溫度有關，當環(huán)境溫度變化時，主雙金屬片會發(fā)生零點飄移，即熱元件未通過電流時主雙金屬片所發(fā)生的變形，導致熱繼電器在一定動作電流下的動

4、作時間發(fā)生誤差，為了補償這種影響， 設置了溫度補償雙金屬片。當環(huán)境溫度變化時，溫度補償雙金屬片與主雙金屬片的彎曲方向一致，這樣保證了熱繼電器在同一整定電流下，動 作行程基本不變。二、熱繼電器的保護特性熱繼電器具有反時限保護特性，即延時動作時間隨通過電路電流的增加而縮短，如表2-9所示。表2-9熱繼電器的保護特性序號整定電流倍數(shù)動作時間試驗條件11. 05<2h冷態(tài)21. 2>2h熱態(tài)31. 6> 2min熱態(tài)465s冷態(tài)由表2-9可知，整定電流倍數(shù)越大（即過載電流越大），容許過載的時間越短。為了最大限度地發(fā)揮電動機的過載能力，并非一發(fā)生過載便切斷電源就好。為了適應電動機過載特

5、性，又能起到過載保護的作用，要求熱繼電器具有如同電動機容許過載特性那樣的反時限特 性，用兩條曲線表示，如圖 2-34所示。這樣，如果電動機發(fā)生過載，熱繼電器會在電動機 尚未達到其容許過載極限之前動作，從而切斷電動機電源， 既可以使電動機免遭損壞，又可使之被充分利用。三、具有斷相保護的熱繼電器三相電源的斷相或電動機繞組斷相，是導致電動機過熱燒毀的主要原因之一，普通結(jié)構(gòu)的熱繼電器能否對電動機進行斷相保護，取決于電動機繞組的連接方式。圖2-34 熱繼電器保護特性與電動機過載特性及其配合1-電動機的過載特性2-熱繼電器的保護特性當電動機的繞組采用Y形連接時，若運行中發(fā)生斷相，因流過熱繼電器熱元件的電流

6、就是電動機繞組的電流，所以熱繼電器能夠及時反映繞組的過載情況，故兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器就可以進行斷相保護。當電動機繞組采用形連接時，在正常情況下，線電流為相電流的.3倍，在額定情況下，存在lN= J3 IPN （假設相繞組的額定電流為IPN ）。若電動機在運行中發(fā)生一相斷電如圖2-35所示，且仍帶額定負載運行，線路電流在斷相運行時將增大為額定電流 In的 3倍， 在58%額定負載下，在功率因數(shù)不變的情況下，線路電流將達到額定電流In。此時Ipi+Ip3=In= ：/3 Ipn , I P3 =1.151 PN ,Ipi = Ip2 = 0.5 IP3 =0.581 PN。因而有可能出現(xiàn)這種情況：電

7、動機在58%額定負載下運行，發(fā)生一相斷線，未斷線相的線電流正好等于額定線電流，而全電 壓下的那一相繞組中的電流可達1.15倍額定相電流。圖2-35 電動機三角形聯(lián)接 U相斷線時的電流情況由以上分析可知，若將熱元件串接在接法電動機的電源進線中，且按電動機的額定 電流來選擇熱繼電器，當故障線電流達到額定電流時，在電動機繞組內(nèi)部， 非故障相流過的電流將超過其額定電流，而流過熱繼電器的電流卻未超過熱繼電器的整定值，熱繼電器不會動作，但電動機的繞組可能會燒毀。為給接法的電動機實行斷相保護，因此要求熱繼電器還應具備斷相保護功能。JR16系列中部分熱繼電器帶有差動式斷相保護裝置，其結(jié)構(gòu)及工作原理如圖2-36

8、所示。熱繼電器的導板采用差動機構(gòu)，在發(fā)生斷相故障時，該相（故障相）主雙金屬片逐漸冷卻，向右移 動，并帶動內(nèi)導板同時右移，這樣內(nèi)導板和外導板產(chǎn)生了差動放大作用，通過杠桿的放大作用使繼電器迅速動作，切斷控制電路，使電動機得到保護。3畑通電時的狀態(tài)外導板(d)相斷相時的狀點圖2-36差動式斷相保護裝置動作原理圖四、熱繼電器典型產(chǎn)品介紹常用的熱繼電器有 JR15、JR16、JR20、JRS1、T、3UP、3UA5 (6)、LR1-D 等系列。1. JR16、JR20系列熱繼電器JR16、JR20系列熱繼電器是一種雙金屬片式熱繼電器，適用于交流50HZ、額定電壓660V、電流630A及以下的電力拖動系統(tǒng)

9、中，它能在三相電流嚴重不平衡時起保護作用，并具有斷相保護、溫度補償、整定電流可調(diào)、手動和自動復位等功能。采用三相立體布置式結(jié) 構(gòu)。JR20系列熱繼電器還具有動作脫扣靈活性檢查、動作指示及斷開檢驗等功能，可與CJ20相接。2. T系列熱繼電器T系列熱繼電器是根據(jù)德國 ABB公司技術標準生產(chǎn)的新型產(chǎn)品，主要用于交流 50或 60HZ、電壓660V及以下、電流500A及以下的電力線路中，作三相交流電動機的過載保護 和斷相保護。該系列產(chǎn)品具有整定電流調(diào)節(jié)裝置，脫扣機構(gòu)有摩擦式、跳躍式和背包跳躍式，復位方式除T16為手動復位，T85為自動或手動復位外，其他型號產(chǎn)品均有手動和自動復位。T系列熱繼電器的規(guī)格

10、齊全，其整定電流可達500A，其派生產(chǎn)品T-DU系列的整定電流最大可達850A，是與新型EB、EH系列接觸器配套的產(chǎn)品。與接觸器的聯(lián)接方式有插接式、 獨立式和帶軌獨立式。3.3UA5、3UA6系列熱繼電器3UA5、3UA6系列熱繼電器是引進德國西門子公司的技術生產(chǎn)的，適用于交流電壓至 660V、電流從0.1A至630A的電路中，作三相交流電動機的過載保護和斷相保護。其熱元 件的整定電流范圍重復交叉，便于選用。在結(jié)構(gòu)上，3UA5、3UA6系列熱繼電器的三相主雙金屬片共用一個動作機構(gòu)，動作指示和電流調(diào)節(jié)機構(gòu)位于雙金屬片的上部，呈立體式結(jié)構(gòu)。3UA5系列熱繼電器可安裝在 3TB系列接觸器上組成電磁起

11、動器。4LR1-D系列熱繼電器LR1-D系列熱繼電器是引進法國TE公司專有技術生產(chǎn)的產(chǎn)品，具有體積小、重量輕、壽命長、功耗小等特點。適用于交流50Hz或60Hz、電壓至660V、電流至80A以下的電路中接通與分斷主電路，以實現(xiàn)對電動機的過載保護和斷相保護。常用熱繼電器的主要技術數(shù)據(jù)見表2-10。表2-10常用熱繼電器的主要技術數(shù)據(jù)型號額定 電壓/V額定 電流/A相 數(shù)熱元件斷 相 保 護溫 度 補 償復位方式動作 靈活 性檢 查裝置動作 后的 指示觸頭數(shù)量最小規(guī)格(A)最大規(guī)格(A)擋數(shù)JR153801020.250.356.81110無有手動或自動無無1常閉1常開406.8113045510

12、03250601003150681101001502JR162030.250.35142212有603142210634150340631001604JR206606.330.10.1557.414無有手動或自動有有1常閉1常開163.55.314186有32812283666316245571616033471441709五、熱繼電器的選用選用熱繼電器主要根據(jù)被保護電動機的工作環(huán)境、起動情況、負載性質(zhì)、工作制及允 許的過載能力等條件進行。以被保護電動機的工作制度為依據(jù)，對電動機的選擇原則分述如下：1. 長期工作制時熱繼電器的選擇(1) 熱繼電器額定電流的選擇與整定一般按略大于電動機的額定電流

13、來選擇熱繼電器的額定電流；熱元件的整定電流一般為電動機額定電流的0.951.05倍。若電動機拖動的是沖擊性負載或起動時間較長，熱繼電器的整定電流值可取電動機額定電流的1.1-1.5倍；若電動機的過載能力較差，熱繼電器的整定電流可取電動機額定電流的0.6-0.8倍。(2) 熱繼電器結(jié)構(gòu)形式的選擇當電動機定子繞組為 Y接時，選擇帶斷相保護和不帶斷相保護的熱繼電器均可實現(xiàn)對電動機斷相保護。當電動機定子繞組為接法時，必須選用三相帶斷相保護的熱繼電器。2. 反復短時工作制時熱繼電器的選擇熱繼電器用于對反復短時工作制的電動機保護時，時應考慮熱繼電器的允許操作頻率。 當電動機起動電流為 6In、起動時間為1s、電動機滿載工作、通電持續(xù)率為60%時，每小時允許操作次數(shù)最高不超過 40次。NR3系擁熱i±翔囲(a) NR8系列熱遠瞬電署皿1系列熱過慨電雜(d) JR36鬲列熱It戟罐電器圖2-38 熱繼電器實物圖總之，對于反復短時工作制的電動機，由于熱繼電