激光设备控制技术教材——第二章第四节讲解

1、第四节热继电器一、热继电器的结构及工作原理1结构目前我国生产的JR16、JR20等系列热继电器得到广泛应用。图2-33为JR16系列热继电器的外形和结构图。它主要由热元件动作机构、触头系统、电流整定装置、复位机构以及温度补偿元件等部分组成。（a）外形图（b）结构图图2-33 JR16系列热继电器的外形和结构图1-电流调节凸轮2-片簧3-手动复位按钮4-弓簧5-主双金属片6-外导板7-内导板8-静触头9-动触头10-杠杆11-复位调节螺钉12-补偿双金属片13-推杆14-连杆15-压簧（1）热元件 热元件是热继电器的测量元件，由主双金属片和电阻丝组成。主双金属片是将两种不同线膨胀系数的金属片用机

2、械辗压方式使之形成一体。金属片的材料多为铁镍铬合金和铁镍合金。电阻丝一般用铜合金或镍铬合金等材料制成。（2） 动作机构和触头系统动作机构是由传递杠杆及弓簧式瞬跳机构组成的，它可保 证触头动作迅速、可靠。触头一般由一个常开触头和一个常闭触头组成。（3） 电流整定装置 通过电流调节凸轮和旋钮来调节推杆间隙，改变推杆可移动距离， 从而调节整定电流值。（4） 温度补偿元件为了补偿周围环境温度所带来的影响，设置了温度补偿双金属片，其受热弯曲的方向与主双金属片一致，它可保证热继电器在-30 +40oC环境温度内动作特性基本不变。（5） 复位机构有手动和自动两种形式，通过调整复位螺钉可自行选择。手动复位时

3、间一般不大于5min，自动复位时间不大于 2min。2.工作原理将热元件串接在电动机定子绕组中，常闭触头串接在控制电路的接触器线圈回路中，当电动机过载时，通过热元件的电流超过热继电器的整定电流时，主双金属片受热向右弯曲， 经过一定时间后，双金属片推动导板使热继电器触头动作，接触器线圈断电，进而切断电动机主电路，达到保护目的。电源切除后，主双金属片逐渐冷却恢复原位，动触头在弓簧的作用下自动复位（自动复位式）或在外力作用下复位（手动复位式）。热继电器的动作电流与周围环境温度有关，当环境温度变化时，主双金属片会发生零点飘移，即热元件未通过电流时主双金属片所发生的变形，导致热继电器在一定动作电流下的动

4、作时间发生误差，为了补偿这种影响， 设置了温度补偿双金属片。当环境温度变化时，温度补偿双金属片与主双金属片的弯曲方向一致，这样保证了热继电器在同一整定电流下，动 作行程基本不变。二、热继电器的保护特性热继电器具有反时限保护特性，即延时动作时间随通过电路电流的增加而缩短，如表2-9所示。表2-9热继电器的保护特性序号整定电流倍数动作时间试验条件11. 052h热态31. 6 2min热态465s冷态由表2-9可知，整定电流倍数越大（即过载电流越大），容许过载的时间越短。为了最大限度地发挥电动机的过载能力，并非一发生过载便切断电源就好。为了适应电动机过载特性，又能起到过载保护的作用，要求热继电器具

5、有如同电动机容许过载特性那样的反时限特 性，用两条曲线表示，如图 2-34所示。这样，如果电动机发生过载，热继电器会在电动机 尚未达到其容许过载极限之前动作，从而切断电动机电源， 既可以使电动机免遭损坏，又可使之被充分利用。三、具有断相保护的热继电器三相电源的断相或电动机绕组断相，是导致电动机过热烧毁的主要原因之一，普通结构的热继电器能否对电动机进行断相保护，取决于电动机绕组的连接方式。图2-34 热继电器保护特性与电动机过载特性及其配合1-电动机的过载特性2-热继电器的保护特性当电动机的绕组采用Y形连接时，若运行中发生断相，因流过热继电器热元件的电流就是电动机绕组的电流，所以热继电器能够及时

6、反映绕组的过载情况，故两相结构的热继电器就可以进行断相保护。当电动机绕组采用形连接时，在正常情况下，线电流为相电流的.3倍，在额定情况下，存在lN= J3 IPN （假设相绕组的额定电流为IPN ）。若电动机在运行中发生一相断电如图2-35所示，且仍带额定负载运行，线路电流在断相运行时将增大为额定电流 In的 3倍， 在58%额定负载下，在功率因数不变的情况下，线路电流将达到额定电流In。此时Ipi+Ip3=In= ：/3 Ipn , I P3 =1.151 PN ,Ipi = Ip2 = 0.5 IP3 =0.581 PN。因而有可能出现这种情况：电动机在58%额定负载下运行，发生一相断线，

7、未断线相的线电流正好等于额定线电流，而全电 压下的那一相绕组中的电流可达1.15倍额定相电流。图2-35 电动机三角形联接 U相断线时的电流情况由以上分析可知，若将热元件串接在接法电动机的电源进线中，且按电动机的额定 电流来选择热继电器，当故障线电流达到额定电流时，在电动机绕组内部， 非故障相流过的电流将超过其额定电流，而流过热继电器的电流却未超过热继电器的整定值，热继电器不会动作，但电动机的绕组可能会烧毁。为给接法的电动机实行断相保护，因此要求热继电器还应具备断相保护功能。JR16系列中部分热继电器带有差动式断相保护装置，其结构及工作原理如图2-36所示。热继电器的导板采用差动机构，在发生断

8、相故障时，该相（故障相）主双金属片逐渐冷却，向右移 动，并带动内导板同时右移，这样内导板和外导板产生了差动放大作用，通过杠杆的放大作用使继电器迅速动作，切断控制电路，使电动机得到保护。8畑通电时的狀态外导板(d)相断相时的状点图2-36差动式断相保护装置动作原理图四、热继电器典型产品介绍常用的热继电器有 JR15、JR16、JR20、JRS1、T、3UP、3UA5 (6)、LR1-D 等系列。1. JR16、JR20系列热继电器JR16、JR20系列热继电器是一种双金属片式热继电器，适用于交流50HZ、额定电压660V、电流630A及以下的电力拖动系统中，它能在三相电流严重不平衡时起保护作用，

9、并具有断相保护、温度补偿、整定电流可调、手动和自动复位等功能。采用三相立体布置式结 构。JR20系列热继电器还具有动作脱扣灵活性检查、动作指示及断开检验等功能，可与CJ20相接。2. T系列热继电器T系列热继电器是根据德国 ABB公司技术标准生产的新型产品，主要用于交流 50或 60HZ、电压660V及以下、电流500A及以下的电力线路中，作三相交流电动机的过载保护 和断相保护。该系列产品具有整定电流调节装置，脱扣机构有摩擦式、跳跃式和背包跳跃式，复位方式除T16为手动复位，T85为自动或手动复位外，其他型号产品均有手动和自动复位。T系列热继电器的规格齐全，其整定电流可达500A，其派生产品T

10、-DU系列的整定电流最大可达850A，是与新型EB、EH系列接触器配套的产品。与接触器的联接方式有插接式、 独立式和带轨独立式。3.3UA5、3UA6系列热继电器3UA5、3UA6系列热继电器是引进德国西门子公司的技术生产的，适用于交流电压至 660V、电流从0.1A至630A的电路中，作三相交流电动机的过载保护和断相保护。其热元 件的整定电流范围重复交叉，便于选用。在结构上，3UA5、3UA6系列热继电器的三相主双金属片共用一个动作机构，动作指示和电流调节机构位于双金属片的上部，呈立体式结构。3UA5系列热继电器可安装在 3TB系列接触器上组成电磁起动器。4LR1-D系列热继电器LR1-D系

11、列热继电器是引进法国TE公司专有技术生产的产品，具有体积小、重量轻、寿命长、功耗小等特点。适用于交流50Hz或60Hz、电压至660V、电流至80A以下的电路中接通与分断主电路，以实现对电动机的过载保护和断相保护。常用热继电器的主要技术数据见表2-10。表2-10常用热继电器的主要技术数据型号额定 电压/V额定 电流/A相 数热元件断 相 保 护温 度 补 偿复位方式动作 灵活 性检 查装置动作 后的 指示触头数量最小规格(A)最大规格(A)挡数JR153801020.250.356.81110无有手动或自动无无1常闭1常开406.8113045510032506010031506811010

12、01502JR162030.250.35142212有603142210634150340631001604JR206606.330.10.1557.414无有手动或自动有有1常闭1常开163.55.314186有32812283666316245571616033471441709五、热继电器的选用选用热继电器主要根据被保护电动机的工作环境、起动情况、负载性质、工作制及允 许的过载能力等条件进行。以被保护电动机的工作制度为依据，对电动机的选择原则分述如下：1. 长期工作制时热继电器的选择(1) 热继电器额定电流的选择与整定一般按略大于电动机的额定电流来选择热继电器的额定电流；热元件的整定电流

13、一般为电动机额定电流的0.951.05倍。若电动机拖动的是冲击性负载或起动时间较长，热继电器的整定电流值可取电动机额定电流的1.1-1.5倍；若电动机的过载能力较差，热继电器的整定电流可取电动机额定电流的0.6-0.8倍。(2) 热继电器结构形式的选择当电动机定子绕组为 Y接时，选择带断相保护和不带断相保护的热继电器均可实现对电动机断相保护。当电动机定子绕组为接法时，必须选用三相带断相保护的热继电器。2. 反复短时工作制时热继电器的选择热继电器用于对反复短时工作制的电动机保护时，时应考虑热继电器的允许操作频率。 当电动机起动电流为 6In、起动时间为1s、电动机满载工作、通电持续率为60%时，每小时允许操作次数最高不超过 40次。NR3系拥热i翔囲(a) NR8系列热遠瞬电署皿1系列热过慨电雜(d) JR36鬲列热It戟罐电器图2-38 热继电器实物图总之，对于反复短时工作制的电动机，由于热继