Температурное реле: схема, принцип действия, назначение

Защиту электрооборудования от избыточной нагрузки обеспечивает температурное реле. Без него проводники перегреваются, что приводит к преждевременному выходу из строя изоляции.

Принцип действия

Функция теплового реле заключается в отключении электроцепи, когда протекающий по ней ток превышает номинальный. Устройство состоит из термоподогревателя, по которому проходит электрический ток, и пластины из биметалла, которая деформируется при нагреве и размыкает контакты цепи. Чем больше ток, тем быстрее происходит срабатывание.

После размыкания цепи термоэлемент остывает и возвращается в исходное состояние.

Типы схем работы термоэлемента

Тепловое реле действует по двум схемам:

• коммутирующие контакты обратно замыкаются принудительно;
• схема возвращается в исходное состояние самостоятельно.

Первый вариант относится к защитным тепловым реле (электромагнитные пускатели, автоматические выключатели и др.). Второй применяется в системах регулирования температурой объектов (холодильник, утюг, теплый пол и др.).

Биметаллическая пластина при прогибе действует на группу контактов, которыми размыкается электрическая цепь. Из-за низкой скорости срабатывания устройство не гасит электрическую дугу с должным эффектом. На современных реле применяются устройства, увеличивающие скорость разрыва цепи.

Виды тепловых реле

Тепловые реле выбираются по номинальной нагрузке двигателей с превышением ее на 20-30 %. При такой перегрузке срабатывание происходит через 20 мин. Биметаллическая пластина прогибается медленно. В связи с этим она действует на контакты через устройства ускорения (прыгающий контакт). Различают следующие виды тепловых реле.

1. РТП - защищают трехфазные двигатели с токами на термоэлементах до 600 А и в сетях постоянного тока до 150 А. Биметаллическая пластина нагревается от нагревателя и тока, проходящего через нее. Ток срабатывания регулируется вручную путем первоначальной деформации пластины. Возврат в исходное состояние производится кнопкой, но есть модификации с самовозвратом.
2. РТЛ - для защиты трехфазных асинхронных двигателей от продолжительных перегрузок, при асимметрии фаз, заклинивании ротора или при тяжелом пуске. В подобных условиях работают электроприводы грузоподъемных механизмов, насосов, вентиляторов, станков и др. Реле встраивают в пускатели, а также делают отдельными аппаратами.
3. РТТ - входят в комплекты защиты трехфазных асинхронных двигателей от продолжительных перегрузок, несимметрии фаз и т. п. Они могут встраиваться в магнитные пускатели в цепях переменного и постоянного тока.

Регулировка и настройка

В электротепловых реле следует периодически выставлять уставки срабатывания. Сначала производится их ревизия и обеспечивается заданная температура в помещении. При внешнем осмотре проверяется состояние контактов, биметаллических пластин, элементов крепления и механизма.

Установку для теплового термореле с регулировкой делают в сторону увеличения или уменьшения, где каждое деление шкалы соответствует поправке на 10 °С. Если в реле есть температурная компенсация, регулировка не требуется.

Настройка производится на срабатывание при шестикратном увеличении I_ном. С малой инерцией устройства срабатывают в интервале 0,5-4 с, а с большой - от 4 до 25 с. Затем проверку делают при увеличении тока до 1,2 от I_ном. Реле при этом должно отключать контакты через 20 мин.

Простые терморегуляторы

Температурное реле может быть создано на основе электронных схем, которые применяются для поддерживания заданного температурного режима компьютера, жилого помещения, инкубатора и т. д. Для этого может применяться терморегулятор, схема которого содержит датчик, состоящий из измерительного и опорного полуплеча с термистором R₂ и резисторами R₁, R₃, R₄.

При изменении температуры меняется величина сопротивления R₂. Сигнал рассогласования поступает с моста на вход микросхемы LM393. Она работает в режиме компаратора, где от аналогового сигнала на входе 3 происходит ее скачкообразный переход из выключенного состояния в рабочее. Сигнал с выхода микросхемы усиливается транзистором Q₁, после чего происходит запуск вентилятора. Он охлаждает термистор, после чего компаратор отключает вентилятор. Таким путем происходит управление температурным режимом с помощью воздушного охлаждения.

Датчик для терморегулятора теплого пола

По аналогичному принципу управляется система теплого пола.

Переменное напряжение 230 В подается на вход устройства, затем преобразуется в бестрансформаторном блоке питания до постоянного 15 В. Порог включения задается делителем R₄, R₅, R₉. Когда пол холодный, сопротивление термистора R₉ составляет 10 кОм. На стабилитрон TL431 поступает сигнал выше 2,5 В по цепочке VD₃,R₆,HL₂,U₁. Индикация об этом производится диодом HL₂. Симистор VS₁ включается и напряжение подается на нагрев пола. Когда его температура достигает заданной величины, сопротивление термистора R₉ (датчика) уменьшается настолько, что на управляющем входе стабилитрона величина сигнала становится меньше 2,5 В. TL431 закрывается, а за ним и оптосимистор с симистором. В результате секция нагревателя отключается. Как только пол начинает остывать, процесс повторяется.

Минимальная и максимальная температура задается резисторами R₄ и R₅. Порог включения настраивается после установки датчика R₉. Его располагают посередине между витками нагревателя. Мощность на выходе, которой управляет температурное реле, зависит от величины сопротивления R₇.

Открытые выводы датчика закрываются термоусадочной трубкой, и его вместе с кабелем закрывают стяжкой или слоем клея. Выводы целесообразно поместить в латунную гильзу и залить эпоксидной смолой. Сверху пол покрывают кафелем.

Как подключить термореле к обогревателям, можно увидеть на схеме, которая изображается на корпусе многих моделей. Ее можно также найти в описании прибора.

Промышленное термореле для обогревателя можно выбрать из следующих типов:

• электромеханические - с ручной настройкой переключателя;
• цифровые - управление производится сенсорными или тактильными кнопками, а на дисплее отображается нужная информация (текущая температура и настройки);
• программируемые - с настройкой программы работы обогревателя в течение заданного периода, а также дистанционно управляемые через компьютер.

Заключение

Известно много схем, как подключается температурное реле к приборам. Раньше их приходилось собирать своими руками. Сейчас на рынке можно выбрать терморегулятор, схема которого оптимально походит к нагревателю (электрическому котлу, теплому полу и др.). Важно обеспечить необходимую функциональность, надежность и безопасность в работе.