Изучение устройства и принципа работы теплового реле

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра электротехнических комплексов

ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ РЕЛЕ

(Отчёт по лабораторной работе №2)

Выполнил:

Студент гр. ЭМ – 51                                  «15 » апреля  2008 г.  Солнцев А.

Проверил:

К.т.н., доцент                                              «    »    мая    2008 г.  Никитин Л.В.

Новосибирск 2008

Краткое теоретическое введение:

Назначение, устройство, и технические характеристики теплового реле.

а) Назначение теплового реле:

Под реле понимают такой электрический аппарат, в котором при плавном изменении управляющего параметра до определённой величины происходит скачкообразное изменение управляемого параметра.

Для обеспечения надёжной работы оборудования реле должно обладать следующими качествами: быстродействие, чувствительность, надёжность и селективность, т.е. способность отключать только повреждённый участок электрической цепи. Одним из таких видов электрических аппаратов является тепловое реле.

Тепловые реле достаточно надёжно защищают энергетическое оборудование от токовых перегрузок. В номинальном режиме работы длительность протекания тока через электрические приборы стремится к бесконечности, но как только протекающий ток станет больше номинального, то температура его проводников будет повышаться, что со временем приведет к старению изоляции проводников и выходу приборов из строя.

Для защиты оборудования от токовых перегрузок широко распространены тепловые реле с биметаллическим элементом.

б) Устройство теплового реле:

Главным элементом теплового реле является биметаллическая пластина. Она представляет собой две жёстко прилегающие к друг другу пластины, изготовленные из разнородных металлов или сплавов с различным коэффициентом линейного расширения α, например, сталь и алюминий, сталь и ниобий, титан и молибден и др. Жёсткость прилегания обеспечивается за счёт проката в горячем состоянии, либо сваркой. Если такой элемент неподвижно закрепить и нагреть, то произойдёт его изгиб в сторону материала с меньшим значением α, что показано на рисунке 1.

Рисунок 1 Биметаллическая пластинка до и после нагрева

Нужно заметить, что прогиб пластинки происходит достаточно медленно, поэтому воздействие пластины на контакт передаётся через ускоряющие устройства, наиболее распространённым из них является прыгающий контакт, изображённый на рисунке 2.

Рисунок 2 Прыгающий контакт

Когда биметаллическая пластина 3 находится в холодном состоянии, она занимает крайнее левое положение и пружина 1 замыкает контакты 2. Как только происходит нагрев пластины 3, она изгибается вправо и пружина 1 быстро переходит в крайнее правое положение, размыкая контакты. Скорость размыкания важна тем, что должно обеспечиваться гашение электрической дуги возникающей при размыкании контактов.

На рисунке 2 схематично изображено тепловое реле типа ТРП.

Рисунок 3 Тепловое реле типа ТРП

В данном реле биметаллическая пластина 1 нагревается не только за счёт прохождения по ней тока, но и за счёт нагревательного устройства 5, по которому протекает тот же ток нагрузки, что позволяет получить лучшие характеристики. Прогибаясь, биметаллическая пластинка воздействует на прыгающий контактный мостик 3, который замыкает или размыкает контакты. Реле позволяет плавно изменять величину тока срабатывания путём изменения первоначальной деформации пластины, при помощи ручки 2, т.е. изменяется уставка реле. Также можно осуществлять возврат реле в исходное положение нажатием кнопки 4.

в) Технические характеристики теплового реле:

Тепловое реле – инерционный элемент, поэтому оно непригодно для защиты цепей от токов короткого замыкания потому, что защищаемые приборы могут перегореть до срабатывания реле. Поэтому эти реле должны быть дополнены предохранителями, электромагнитными реле и автоматическими выключателями.

Основной технической характеристикой теплового реле является времятоковая характеристика – зависимость времени срабатывания реле от тока, протекающего по нему. Из этих характеристик можно узнать то, через какое время сработает реле при протекании по нему определённого тока. Также эта характеристика должна согласовываться времятоковой характеристикой защищаемого объекта. Это говорит о том, что определённое тепловое реле должно разрабатываться для конкретного прибора. Время − токовые характеристики показаны на рисунке 4.

Рисунок 4 Время − токовые характеристики

По графикам видно, что время протекания тока перегрузки при его росте уменьшается, потому что чем больше ток, тем быстрее нагревается тепловой элемент, а значит и быстрей происходит прогиб биметаллической пластинки.

На точность срабатывания реле влияет температура окружающей среды, она не должна сильно отличаться от номинальной. Для того, чтобы температура окружающей среды оказывала меньшее влияние на тепловое реле необходимо увеличить ток срабатывания.

Часто время − токовую характеристику строят в виде зависимости времени срабатывания реле от кратности токов, т.е. отношения тока нагрузки к току уставки реле.

Сначала снимаются время − токовые характеристики реле для разных токов уставки, а затем строятся отдельные точки каждой характеристики между которыми проводится усреднённая кривая – средняя время − токовая характеристика теплового реле, она показана на рисунке 5.

Рисунок 5 Усреднённая времятоковая характеристика