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热继电器的工作原理及能起到什么作用?

热继电器主要用于保护电动机的过载,断相保护及三相电源不平衡的保护,对电动机有着很重要的保护作用。

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好的,热继电器是一种利用电流热效应原理工作的保护电器,主要用于电动机和其他电力设备的过载保护断相保护。以下是其工作原理和作用的具体说明:

工作原理

  1. 核心元件 - 双金属片: 热继电器内部的核心感测元件是双金属片。它是由两种具有不同热膨胀系数(一种膨胀得多,一种膨胀得少)的金属片牢固轧压结合在一起。
  2. 热源 - 热元件: 双金属片旁边串联在主电路(或通过电流互感器连接到主电路)中的是发热元件(电阻丝或电阻片)。流过电机的工作电流(负载电流)会通过这个发热元件,使其发热。
  3. 热弯曲效应: 当电动机运行正常时,流过发热元件的电流大小适当,产生的热量使双金属片均匀受热并轻微弯曲,但还不足以触发动作。
  4. 过载下的动作:
    • 当电动机因负载过大(如机械卡阻、超负荷运行)等原因发生过载时,工作电流超过设定值
    • 增大的电流流过发热元件,产生更多的热量
    • 双金属片吸收更多热量,由于两种金属膨胀程度不同(其中一层金属膨胀得更快、更多),它会向膨胀系数小的一侧显著弯曲变形
    • 这个弯曲变形达到一定程度后,通过机械传动机构(如传动杆、弹簧等),推动触点系统(通常是常闭触点)。
  5. 触点动作: 被推动的常闭触点断开。这个常闭触点通常串联在电动机的控制回路(即接触器的线圈回路)中。
  6. 断开控制回路: 常闭触点的断开切断了接触器(或其他执行器)线圈的供电,从而使接触器的主触头断开,切断电动机的主电源,使电动机停转
  7. 复位:
    • 双金属片冷却后需要一段时间才能恢复原状(复位时间)。
    • 需要手动按下复位按钮才能将触点机构推回原位(常闭触点重新闭合)。自动复位型虽然存在,但为了防止未经检查就重新启动损坏的设备,手动复位是最常用且更安全的选项。
  8. 断相保护原理: 对于三相电机,如果发生一相电源断开(断相),其余两相电流会急剧升高(约是额定电流的1.7倍以上),导致相应的发热元件过热,使双金属片弯曲最终触发触点断开,达到断相保护的目的。

主要作用

热继电器最主要的作用就是为电动机(及其他电器设备)提供过载保护断相保护

  1. 防止电动机过载烧毁: 这是最基本最重要的作用。当电动机由于负载过大、堵转或缺相等原因,绕组电流超过其长期允许的额定值(即发生过载)时,持续的大电流会导致电动机绕组温度急剧升高,绝缘加速老化甚至烧毁。热继电器通过检测电流的大小(间接通过发热量),在电流超过设定值持续一定时间后切断电源,保护电动机绕组不被烧坏
  2. 提供断相保护: 对于三相异步电动机,电源缺一相(断相)是一个常见的故障。此时电机处于危险运行状态,剩余两相电流很大,极易烧毁电机。热继电器能够检测到这种不平衡工况引起的过电流,及时断开电源。
  3. 避免供电线路过载: 保护电动机本身也间接保护了为其供电的线路和开关设备不会因长时间过电流而损坏。
  4. 经济性维修与安全: 与短路保护(由熔断器或断路器完成)不同,过载通常不是瞬时大故障,而是缓慢发展的问题。热继电器提供相对缓慢的反时限保护特性(电流越大,动作越快),允许电机短时过载(如启动瞬间),只在过载持续威胁设备安全时才动作。手动复位要求迫使操作人员在重新启动前检查并排除过载原因,提高了安全性。
  5. 与控制回路的配合: 它通过切断控制回路而非主回路的大电流(通常由其常闭触点串联在接触器线圈回路中实现),这使得继电器触点只需承受较小的控制电流,体积小、价格便宜、寿命长,且保护动作精准可靠。

总结表格

关键要素 说明
工作原理 利用过载电流流经 发热元件 加热 双金属片,使其 弯曲变形 推动 触点动作 (断开常闭触点)。
核心目的 过载保护 (防止电机长期超额定电流运行烧坏) & 断相保护 (防止一相断电导致剩余两相电流过大烧坏电机)。
主要作用 1. 保护电动机绕组绝缘不被过热损坏。
2. 防止电机因缺相运行而烧毁。
3. 保护供电线路及相关开关设备。
4. 通过控制回路断开主电源(经济、可靠)。
5. 手动复位要求确保故障排除后才可重新启动(安全)。
保护特性 反时限特性 (电流越大,动作时间越短;过载越轻微,允许的持续时间越长)。
与熔断器/断路器区别 不用于短路保护!短路保护需要依靠熔断器或具有瞬时脱扣功能的断路器。

简单来说:热继电器是电动机的保护神,它时刻“感受”着电机的“体温”(电流大小)。当电机连续工作太“辛苦”(过载)或“吃不饱饭”(断相)而开始“发烧”时,它就及时发出警报并“强制叫停”(断开控制回路使电机断电),给电机“喘息”(冷却)和“检查身体”(排除故障)的机会,防止它被“累垮烧坏”。

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