6.6. Тепловые реле

Для защиты от перегрузок получили распространение реле с биметаллической пластиной.

В основе действия тепловых реле лежат следующие принципы: преобразование тепловых воздействий электрического тока в механические перемещения исполнительных механизмов; непосредственное преобразование тепловых воздействий электрического тока в изменение электрических параметров.

а

б

Воспринимающим органом тепловых реле является биметаллический элемент. Он состоит из двух скрепленных пластин металлов с различными коэффициентами линейного расширения: ₂  ₁. При нагревании пластина прогнется в сторону металла с меньшим коэффициентом ₁. Механическое усилие, развиваемое пластиной, используется для приведения в действие исполнительного органа реле – контактов. Чем больше ₁ – ₂, тем больше прогиб и сила. Способы нагрева биметаллических элементов показаны на рис.18.

Примеры схем устройства биметаллических тепловых реле приведены на рис.19. На рис.19, а изображена схема реле, в котором пластины расположены так, что при нагревании они изгибаются в разные стороны, на рис.19, б пластины при нагревании изгибаются в одну сторону.

Общий недостаток тепловых реле – изменение уставки срабатывания в зависимости от температуры окружающей среды; для исключения этого недостатка рабочую температуру биметалла выбирают как можно более высокой.

Основной характеристикой тепловых реле является зависимость времени срабатывания t_ср от тока перегрузки I. Эта зависимость называется время-токовой характеристикой (рис.20).

Время срабатывания реле при протекании по биметаллу тока перегрузки I_0, который нагревает пластину до температуры ₀, определяется из выражения

,

где Т – постоянная времени нагрева реле; I₀ – ток до перегрузки; I_∞ – ток, при котором реле срабатывает за время t > Т; I – ток, при котором реле срабатывает за время t_ср.

При включении реле в холодном состоянии (I₀ = 0) время срабатывания

.

При коротком замыкании процесс нагрева биметаллического элемента идет без отдачи тепла и время срабатывания

.

Из-за инерционности теплового процесса тепловые реле не применяются для защиты от токов к.з. Поэтому для защиты электроустановок наряду с тепловыми реле (защищающими от перегрузок) применяют электромагнитные реле максимального тока.

Контакторы и пускатели комплектуются тепловыми реле ТРП (однофазными) и ТРН (двухфазными). Реле ТРП имеет комбинированную систему нагрева.

7. Бесконтактные электрические

аппараты управления

7.1. Общие сведения о бесконтактных

электрических аппаратах

Бесконтактные электрические аппараты воздействуют на электрическую цепь без физического разрыва, у них отсутствуют контакты подвижных частей. Основными преимуществами являются: быстродействие, высокая скорость переключения; долговечность; срок службы определяется в основном старением компонентов, из которых они состоят.

Принцип действия бесконтактных электрических аппаратов управления основан на использовании элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой: ферромагнитные сердечники с обмотками (нелинейные индуктивности); нелинейные активные сопротивления, которыми обладают полупроводниковые приборы при сравнительно невысоких частотах электрического тока.

Нелинейные элементы включаются между источником питания и нагрузкой (управляемой цепью), при этом эти элементы изменяют свое сопротивление электрическому току от минимального до максимального. Таким образом достигается управление нагрузкой. За счет изменения параметров в цепи управления изменяется сопротивление. Управляемая мощность в цепи нагрузки достигает больших значений.

Указанное свойство, т.е. возможность с помощью сравнительно небольшой мощности в цепи управления управлять большой мощностью в нагрузке, характеризует бесконтактные аппараты как усилители.

Рабочая цепь (рис.21) содержит источник питания с напряжением U_п, нагрузку z_н. Цепь управления содержит источник питания управляемого сигнала с напряжением U_у, сопротивление в цепи управления – z_н. Изменяя сравнительно небольшой ток в цепи управления i_у (входной цепи), изменяют большой ток i_р выходной управляемой цепи. Получение большой мощности в выходной цепи происходит за счет энергии источника питания U_п.

Если нелинейный элемент выполнен на ферромагнитном сердечнике с обмотками, усилитель называют магнитным; если в качестве нелинейного элемента используется полупроводниковый прибор, то усилитель называют полупроводниковым.