Лабораторная работа №24. Изучение устройства и принципа действия теплового реле»

Лабораторная работа №24

«Изучение устройства и принципа действия теплового реле»

Цель работы: изучить принцип действия и конструкцию теплового реле серии ТРТ-100.

1. Порядок выполнения работы

1.1. Ознакомиться с краткими теоретическими сведениями;

1.2. Составить отчет, содержащий:

- цель работы;

- общий вид теплового реле ТРТ-100;

- описание устройства и принципа действия теплового реле ТРТ-100;

- ответы на контрольные вопросы.

2. Краткие теоретические сведения

Биметаллические тепловые реле получили очень широкое применение в качестве реле защиты электродвигателей (главным образом переменного тока) от недопустимого перегрева при длительных перегрузках. Надёжность и эффективность этой защиты достигаются при совпадении временных характеристик по нагреву у реле и у двигателя.

Основным элементом теплового реле является биметаллическая пластинка, которая состоит из двух, прочно сваренных между собой по всей поверхности металлов, имеющих различные температурные коэффициенты линейного расширения. Слой металла, имеющий меньший коэффициент линейного расширения – пассивный, а слой с большим коэффициентом – активный. При нагревании биметалла активный слой удлиняется на большую величину, чем пассивный, т.е. пластина изгибается в сторону пассивного слоя.

Величина прогиба и усилие, развиваемое биметаллической пластиной, прямо пропорционально разности коэффициентов линейного расширения. Поэтому, для активного слоя применяются материалы с возможно большим коэффициентом линейного расширения, а для пассивного – с меньшим.

Для пассивного слоя биметаллического элемента наибольшее применение нашли железоникелевые сплавы с большим содержанием никеля, называемые инваром. Коэффициент линейного расширения этих сплавов (1…7) 10^-6 К^-1. Для активного слоя биметаллического элемента используется различные стали, латунь, константан и другие материалы. Коэффициент линейного расширения этих материалов ориентировочно (16…23) 10^-6 К^-1.

Биметаллические пластины могут нагреваться током, проходящим непосредственно по пластинам (непосредственный нагрев), а также от отдельных нагревательных элементов (косвенный нагрев) или применяется сочетание непосредственного и косвенного нагрева (комбинированный нагрев).

При непосредственном нагреве широкое регулирование тока срабатывания осуществляется подбором соответствующих сопротивлений (шунтов), включаемых параллельно биметаллической пластине.

При косвенном нагреве ток срабатывания реле можно регулировать в широких пределах заменой нагревательных элементов. Регулирование тока срабатывания в небольших пределах достигается изменением величины прогиба биметаллической пластины и условия, развиваемого биметаллической пластиной.

Основные требования предъявляемые к конструкциям тепловых реле, - малая зависимость уставки тока срабатывания от температуры окружающей среды и скачкообразное переключение контактов. Первое требование обычно удовлетворяется путём повышения рабочей температуры биметаллического устройства, при котором оно срабатывает. Второе требование обычно удовлетворяется с помощью пружин – цилиндрических, винтовых или пластинчатых.

Биметаллическая пластина должна при токе перегрузки двигаться достигнуть температуры срабатывания за такое время, в течении которого двигатель может выдерживать данную перегрузку. Поэтому одной из основных характеристик теплового реле является времятоковая характеристика, показывающая, как изменяется время срабатывания реле при изменении тока. В общем случае времятоковая характеристика имеет гиперболический характер. Чем больше ток в цепи, тем быстрее нагревается биметаллическая пластина до температуры срабатывания и быстрее срабатывает реле.

В этой практической работе исследуется тепловое реле серии ТРТ-100, предназначенное для защиты от перегрузок электродвигателей переменного тока на 15 напряжением до 500 В. Серия реле ТРТ-100 имеет пять исполнений, которые отличаются номинальным током нагревательного элемента.

Общий вид реле показан на рис. 1. Основным элементом реле является укрепленный на оси биметаллический элемент, имеющий U-образную форму. На правый конец биметаллической пластины опирается цилиндрическая стальная пружина, другой конец пружины опирается на изоляционную контактную колодку с подвижным контактным мостиком. Левый конец биметаллической пластины соединен с механизмом уставки, позволяющим регулировать ток срабатывания теплового реле. Ток срабатывания регулируется изменением натяжения биметаллической пластины.

При токах срабатывания биметаллическая пластина перекидывает изоляционную колодку 12 вокруг оси 14 и скачкообразно отключает размыкающий контакт реле. Возврат реле в исходное положение (замыкание контакта) происходит автоматически после остывания биметаллической пластины, через время не более 3 мин, а при нажатии на кнопку 13 – через время не более 1 мин при температуре окружающей среды 40°С.

3. Технические данные теплового реле ТРТ-100

Номинальные токи 1,75; 2,5; 3,5; 5; 7 А указаны при температуре окружающего. воздуха 40°С и в нулевом положении регулятора уставки.

Реле допускают регулировку номинального тока уставки в пределах ±15% от номинального тока нагревательного элемента.

Цена одного деления шкалы уставки составляет 5% от номинального тока.

Ток срабатывания реле равен 1,35 от номинального.

Время срабатывания реле при шестикратном токе уставки находится в пределах от 3 до 15с при включении холодного реле.

Реле имеет один размыкающий контакт, допускающий включение переменного тока до 30А при напряжении 500В и длительное прохождение и отключение переменного тока 10А (500В) и постоянного тока 1А при напряжении 110 В и 0,5 А при напряжении 220В.

Рис. 1. Общий вид теплового реле ТРТ-100:

1 – корпус; 2 – биметалл; 3 – скоба; 4 – ось; 5 – пружина; 6 – ролик; 7 – наконечник; 8 – поводок;

9 – эксцентрик; 10 – ручка механизма уставки; 11 – сектор уставки; 12 – колодка; 13 – кнопка;

14 – ось; 15 – неподвижный контакт; 16 – мостик; 17 – зажим неподвижного контакта

4. Контрольные вопросы

1. Для каких целей применяются тепловые реле?

2. Что представляет собой биметаллическая пластина?

3. Какие виды нагрева биметаллических пластин применяются в тепловых реле?

4. Как регулируется ток срабатывания теплового реле?

5. Срабатывает ли тепловое реле с номинальным током 5 А, если по нему доходит ток 6 А?

6. Почему время срабатывания теплового реле уменьшается при увеличении входящего по нему тока?

7. Какие контакты имеет тепловое реле?