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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(yīng)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(dòng)作機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、電流整定裝置、復(fù)位機(jī)構(gòu)以及溫度補(bǔ)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(dòng)復(fù)位按鈕4-弓簧5-主雙金屬片6-外導(dǎo)板7-內(nèi)導(dǎo)板8-靜觸頭9-動(dòng)觸頭10-杠桿11-復(fù)位調(diào)節(jié)螺釘12-補(bǔ)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(jī)
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(dòng)作機(jī)構(gòu)和觸頭系統(tǒng)動(dòng)作機(jī)構(gòu)是由傳遞杠桿及弓簧式瞬跳機(jī)構(gòu)組成的,它可保 證觸頭動(dòng)作迅速、可靠。觸頭一般由一個(gè)常開觸頭和一個(gè)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(dòng)距離, 從而調(diào)節(jié)整定電流值。(4) 溫度補(bǔ)償元件為了補(bǔ)償周圍環(huán)境溫度所帶來的影響,設(shè)置了溫度補(bǔ)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(dòng)作特性基本不變。(5) 復(fù)位機(jī)構(gòu)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種形式,通過調(diào)整復(fù)位螺釘可自行選擇。手動(dòng)復(fù)位時(shí)
3、間一般不大于5min,自動(dòng)復(fù)位時(shí)間不大于 2min。2.工作原理將熱元件串接在電動(dòng)機(jī)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(dāng)電動(dòng)機(jī)過載時(shí),通過熱元件的電流超過熱繼電器的整定電流時(shí),主雙金屬片受熱向右彎曲, 經(jīng)過一定時(shí)間后,雙金屬片推動(dòng)導(dǎo)板使熱繼電器觸頭動(dòng)作,接觸器線圈斷電,進(jìn)而切斷電動(dòng)機(jī)主電路,達(dá)到保護(hù)目的。電源切除后,主雙金屬片逐漸冷卻恢復(fù)原位,動(dòng)觸頭在弓簧的作用下自動(dòng)復(fù)位(自動(dòng)復(fù)位式)或在外力作用下復(fù)位(手動(dòng)復(fù)位式)。熱繼電器的動(dòng)作電流與周圍環(huán)境溫度有關(guān),當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí),主雙金屬片會發(fā)生零點(diǎn)飄移,即熱元件未通過電流時(shí)主雙金屬片所發(fā)生的變形,導(dǎo)致熱繼電器在一定動(dòng)作電流下的動(dòng)
4、作時(shí)間發(fā)生誤差,為了補(bǔ)償這種影響, 設(shè)置了溫度補(bǔ)償雙金屬片。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí),溫度補(bǔ)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(dòng) 作行程基本不變。二、熱繼電器的保護(hù)特性熱繼電器具有反時(shí)限保護(hù)特性,即延時(shí)動(dòng)作時(shí)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(hù)特性序號整定電流倍數(shù)動(dòng)作時(shí)間試驗(yàn)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(shí)間越短。為了最大限度地發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過載能力,并非一發(fā)生過載便切斷電源就好。為了適應(yīng)電動(dòng)機(jī)過載特
5、性,又能起到過載保護(hù)的作用,要求熱繼電器具有如同電動(dòng)機(jī)容許過載特性那樣的反時(shí)限特 性,用兩條曲線表示,如圖 2-34所示。這樣,如果電動(dòng)機(jī)發(fā)生過載,熱繼電器會在電動(dòng)機(jī) 尚未達(dá)到其容許過載極限之前動(dòng)作,從而切斷電動(dòng)機(jī)電源, 既可以使電動(dòng)機(jī)免遭損壞,又可使之被充分利用。三、具有斷相保護(hù)的熱繼電器三相電源的斷相或電動(dòng)機(jī)繞組斷相,是導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)進(jìn)行斷相保護(hù),取決于電動(dòng)機(jī)繞組的連接方式。圖2-34 熱繼電器保護(hù)特性與電動(dòng)機(jī)過載特性及其配合1-電動(dòng)機(jī)的過載特性2-熱繼電器的保護(hù)特性當(dāng)電動(dòng)機(jī)的繞組采用Y形連接時(shí),若運(yùn)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(dòng)機(jī)繞組的電流,所以熱繼電器能夠及時(shí)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(jìn)行斷相保護(hù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組采用形連接時(shí),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(shè)相繞組的額定電流為IPN )。若電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中發(fā)生一相斷電如圖2-35所示,且仍帶額定負(fù)載運(yùn)行,線路電流在斷相運(yùn)行時(shí)將增大為額定電流 In的 3倍, 在58%額定負(fù)載下,在功率因數(shù)不變的情況下,線路電流將達(dá)到額定電流In。此時(shí)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(dòng)機(jī)在58%額定負(fù)載下運(yùn)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(dá)1.15倍額定相電流。圖2-35 電動(dòng)機(jī)三角形聯(lián)接 U相斷線時(shí)的電流情況由以上分析可知,若將熱元件串接在接法電動(dòng)機(jī)的電源進(jìn)線中,且按電動(dòng)機(jī)的額定 電流來選擇熱繼電器,當(dāng)故障線電流達(dá)到額定電流時(shí),在電動(dòng)機(jī)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(dòng)作,但電動(dòng)機(jī)的繞組可能會燒毀。為給接法的電動(dòng)機(jī)實(shí)行斷相保護(hù),因此要求熱繼電器還應(yīng)具備斷相保護(hù)功能。JR16系列中部分熱繼電器帶有差動(dòng)式斷相保護(hù)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(dǎo)板采用差動(dòng)機(jī)構(gòu),在發(fā)生斷相故障時(shí),該相(故障相)主雙金屬片逐漸冷卻,向右移 動(dòng),并帶動(dòng)內(nèi)導(dǎo)板同時(shí)右移,這樣內(nèi)導(dǎo)板和外導(dǎo)板產(chǎn)生了差動(dòng)放大作用,通過杠桿的放大作用使繼電器迅速動(dòng)作,切斷控制電路,使電動(dòng)機(jī)得到保護(hù)。3畑通電時(shí)的狀態(tài)外導(dǎo)板(d)相斷相時(shí)的狀點(diǎn)圖2-36差動(dòng)式斷相保護(hù)裝置動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)
9、中,它能在三相電流嚴(yán)重不平衡時(shí)起保護(hù)作用,并具有斷相保護(hù)、溫度補(bǔ)償、整定電流可調(diào)、手動(dòng)和自動(dòng)復(fù)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(dòng)作脫扣靈活性檢查、動(dòng)作指示及斷開檢驗(yàn)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)機(jī)的過載保護(hù) 和斷相保護(hù)。該系列產(chǎn)品具有整定電流調(diào)節(jié)裝置,脫扣機(jī)構(gòu)有摩擦式、跳躍式和背包跳躍式,復(fù)位方式除T16為手動(dòng)復(fù)位,T85為自動(dòng)或手動(dòng)復(fù)位外,其他型號產(chǎn)品均有手動(dòng)和自動(dòng)復(fù)位。T系列熱繼電器的規(guī)格
10、齊全,其整定電流可達(dá)500A,其派生產(chǎn)品T-DU系列的整定電流最大可達(dá)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(dú)立式和帶軌獨(dú)立式。3.3UA5、3UA6系列熱繼電器3UA5、3UA6系列熱繼電器是引進(jìn)德國西門子公司的技術(shù)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(dòng)機(jī)的過載保護(hù)和斷相保護(hù)。其熱元 件的整定電流范圍重復(fù)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(gè)動(dòng)作機(jī)構(gòu),動(dòng)作指示和電流調(diào)節(jié)機(jī)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(dòng)器。4LR1-D系列熱繼電器LR1-D系列熱繼電器是引進(jìn)法國TE公司專有技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品,具有體積小、重量輕、壽命長、功耗小等特點(diǎn)。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?jǐn)嘀麟娐罚詫?shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)和斷相保護(hù)。常用熱繼電器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表2-10。表2-10常用熱繼電器的主要技術(shù)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(hù)溫 度 補(bǔ) 償復(fù)位方式動(dòng)作 靈活 性檢 查裝置動(dòng)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(dòng)或自動(dòng)無無1常閉1常開406.8113045510
12、03250601003150681101001502JR162030.250.35142212有603142210634150340631001604JR206606.330.10.1557.414無有手動(dòng)或自動(dòng)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(hù)電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境、起動(dòng)情況、負(fù)載性質(zhì)、工作制及允 許的過載能力等條件進(jìn)行。以被保護(hù)電動(dòng)機(jī)的工作制度為依據(jù),對電動(dòng)機(jī)的選擇原則分述如下:1. 長期工作制時(shí)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)額定電流的0.951.05倍。若電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是沖擊性負(fù)載或起動(dòng)時(shí)間較長,熱繼電器的整定電流值可取電動(dòng)機(jī)額定電流的1.1-1.5倍;若電動(dòng)機(jī)的過載能力較差,熱繼電器的整定電流可取電動(dòng)機(jī)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(dāng)電動(dòng)機(jī)定子繞組為 Y接時(shí),選擇帶斷相保護(hù)和不帶斷相保護(hù)的熱繼電器均可實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)斷相保護(hù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子繞組為接法時(shí),必須選用三相帶斷相保護(hù)的熱繼電器。2. 反復(fù)短時(shí)工作制時(shí)熱繼電器的選擇熱繼電器用于對反復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)保護(hù)時(shí),時(shí)應(yīng)考慮熱繼電器的允許操作頻率。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為 6In、起動(dòng)時(shí)間為1s、電動(dòng)機(jī)滿載工作、通電持續(xù)率為60%時(shí),每小時(shí)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(yuǎn)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(shí)物圖總之,對于反復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī),由于熱繼電
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