Теплове реле.Общие сведения

Тепловые реле строятся главным образом на следующих принципах:
1) на преобразовании тепловых воздействий в механические перемещения, которые и используются для приведения в действие исполнительных элементов;
2) на непосредственном преобразовании тепловых воздействий в изменение электрических или магнитных характеристик .
Действие биметаллических тепловых реле основано на разности линейного удлинения
двух пластин из металлов с различными коэффициентами линейного расширения α₂ > α₁
(рис. 1, а).

Рис. 1. Принцип работы биметаллических реле (а) и способы нагрева пластин (б)

Если пластины из двух таких разных металлов жестко соединить друг- с другом и нагреть, то это приведет к тому,что составная пластина изогнется в сторону материала с меньшим температурным коэффициентом α₁ . Механическое усилие, развиваемое пластиной при изгибании, используется для приведения в действие исполнительного элемента реле — контактов.
Конструктивные формы биметаллических пластин разнообразны. Нагрев может осуществляться непосредственно током цепи, проходящим по пластине 1 (рис. 1,б); при косвенном нагреве ток цепи проходит по нагревательному элементу 2, теплота от нагревательного элемента передается пластине; при комбинированном способе нагрева ток цепи проходит по пластине и нагревательному элементу.

Рис. 2. Некоторые схемы устройства биметаллических тепловых реле

Некоторые схемы устройства биметаллических тепловых реле приведены на рис. 2.
Простейшая схема представлена на рис. 2, а: при нагреве пластина 1 изогнется и, воздействуя через изоляционный штифт 3 на пружинный контактный рычаг 2, разомкнет контакты 4. Уставка (по времени, по току) срабатывания регулируется высотой неподвижного контакта. Возврат реле происходит автоматически при снижении нагрева. Недостатками конструкции являются медленное размыкание контактов, незначительная скорость их движения и непостоянство контактного нажатия при замкнутых контактах. Все это приводит к быстрому износу контактов.
Система по рис. 2, б лишена указанных недостатков. В замкнутом положении контакта контактное нажатие создается небольшим магнитом 5, притягивающим связанный с биметаллической пластинкой якорь 6. При нагревании биметаллическая пластинка стремится оторвать якорь от магнита. Когда температура пластины достигнет некоторого значения, соответствующего уставке срабатывания, усилие пластины преодолеет притяжение магнита и пластина скачком перейдет в нижнее положение, размыкая одни контакты и замыкая другие. Возврат реле происходит автоматически после остывания пластины.
В системе по рис. 2, в биметаллическая пластина служит защелкой. Она же создает контактное нажатие за счет пружинящих свойств контактного рычага. При нагреве конец пластинки изогнется и освободит контактный рычаг. Под действием пружины 7 контакты разомкнутся. Движение контакта ограничивается упором 8, Эта система не имеет самовозврата, так как после остывания пластина не может вернуть контакты в исходное положение. Возврат реле здесь принудительный обычно ручной.
В системе по рис. 2, г пластинчатая пружина 9 препятствует размыканию контактов до тех пор, пока усилие Р₁ развиваемое пластиной, не станет больше усилия Р₃ (Р₂ — сила, развиваемая пружиной, Р₃ — составляющая этой силы, препятствующая размыканию контактов). При температуре, когда P₁ станет больше Р₃, пластина скачком выгнется и разомкнет контакты. Возврат системы произойдет автоматически после остывания.
В системе по рис. 2, д биметаллическая пластина, ранее выгнутая в сторону, противоположную той, в которую она выгибается при нагреве, удерживается в этом положении при помощи пружины 7 и подвижного рычага 10. При нагреве пластина скачком перегнется в другую сторону и переключит контакты. Эта система не имеет самовозврата.
В системе по рис. 2, е происходит одновременное скачкообразное перегибание биметаллической пластины и переключение контактов. Система имеет также скачкообразный самовозврат.
Недостатком всех тепловых реле является изменение уставки срабатывания в зависимости от окружающей температуры. Для того чтобы уменьшить влияние окружающей температуры на ток срабатывания, следует рабочую температуру биметалла выбирать как можно более высокой. Для этих же целей применяют вторую компенсационную биметаллическую пластину, достигая при ее помощи либо компенсации прогиба (рис. 2, ж), либо компенсации усилия (рис. 2, з).
Биметаллические тепловые реле получили очень широкое распространение как реле защиты электродвигателей (главным образом переменного тока) от недопустимого перегрева при длительных перегрузках. Надежность и эффективность этой защиты достигаются при совпадении временных характеристик по нагреву у реле и у двигателя. Биметаллическая пластина должна при данном токе перегрузки двигателя достигнуть температуры срабатывания за такое время, в течение которого двигатель может выдерживать данную перегрузку. Поэтому одной из основных характеристик теплового реле является время-токовая характеристика
 (рис. 3), выражающая зависимость времени срабатывания реле от тока, протекающего через него.

Рис 3. Время-токовая характеристика