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淺析電動機保護用熱繼電器的合理選擇與使用
摘要：熱繼電器對電動機的過載、斷相保護具有重要的作用，因此在進行選擇熱繼電器時，應該根據電動機的性能、工作環境以及負載性質等進行選擇電動機。本文首先介紹了熱繼電器的工作原理和熱繼電器對電動機的保護，然后闡述了熱繼電器的選擇，最后分析了熱繼電器使用注意事項。
關鍵詞：電動機；熱繼電器
熱繼電器主要是利用電流的熱效應原理制成的一種低壓保護電器，熱繼電器是電動機過載保護元件，其具有結構簡單、體積小、使用方便等優點，并且常與接觸器相互配合使用于三相交流電動機的斷相保護和過載保護。在實際工作中由于熱繼電器選用不合理造成電動機燒毀的情況也時常發生，因此選用合理的熱繼電器對電動機的過載保護和斷相運行具有非常好的作用。
一、熱繼電器的工作原理
熱繼電器主要是由感溫元件(雙金屬片)和一對控制觸點組成。它的工作原理如下：主雙金屬片和加熱元件接入被保護電動機的主回路后，受熱彎曲，當電流超過整定值時，雙金屬片推動導板，通過補償雙金屬片，推桿將動觸頭與靜觸頭1分開，并使動觸頭與靜觸頭2接通，從而斷開接觸器線圈回路，使電動機斷路。待熱繼電器雙金屬片冷卻后，即可接手動復位接鈕使觸頭復位，繼電器恢復原狀。調整復位調節螺釘也可達到復位的目的。
若電動機出現過載情況，繞組中電流增大，通過元件中的電流增大使雙金屬片溫度升得更高，彎曲程度加大，推動人字形撥桿，人字形撥桿推動常閉觸頭，使觸頭斷開而斷開交流接觸器線圈電路，使接觸器釋放、切斷電動機的電源，電動機停車而得到保護。
熱繼電器其它部分的作用如下：人字形撥桿的左臂也用雙金屬片制成，當環境溫度發生變化時，主電路中的雙金屬片會產生一定的變形彎曲，這時人字形撥桿的左臂也會發生同方向的變形彎曲，從而使人字形撥桿與推桿之間的距離基本保持不變，保證熱繼電器動作的準確性。這種作用稱溫度補償作用。
二、熱繼電器對電動機的保護
電動機定子繞組的不同接法，其過載和斷相時的電流決定其使用何種極型的熱繼電器。
1、電動機定子繞組星形接法
由于電動機線電流等于相電流，故電動機過載時，一般三相電流都會增大。
當三相交流電壓對稱，三相電動機各相電流也對稱時，兩極型結構熱繼電器就能夠對三相電動機的過載進行保護；但如果三相電壓嚴重不對稱而引起三相電流不平衡時，例如三相電壓不平衡僅為4%，就會引起線電流不平衡達25%；或電機發生單相短路而短路電流又不流過熱元件時，則該熱繼電器就不能起到應有的保護作用，為此需要使用三極型熱繼電器。對于Y形接法的電動機，當某相斷線時，其余未斷相繞組的電流與流過繼電器的電流的增加比例相同。一般的三相式繼電器，只要整定電流調節合理，是可以對Y形接法的電動機實現斷相保護的。
2 、定子繞組三角形接法
在實際的電路中，如果電動機定子繞組為三角形接法，在電動機運行的過程中，相電流是線電流的1/ 3，當電動機過載時，導致三相電流同時增大，根據定子繞組允許通過的線電流和相電流之間的關系進行整定熱元件的電流，在電路中對電動機的過載保護采用的二極型熱繼電器就能夠達到保護作用。
對于電動機的斷相保護。如果電動機在額定負載下斷相運行時Ip1=0.58Ie， Ip2=1.16Ie，一般情況下對電動機斷相保護采用三極型熱繼電器就可以，但是在實際的運行中由于額定負載在65%下斷相運行時，其中斷相造成的過電流在 20% 以下，因此不會造成三極型熱繼電器動作，這就可能導致三極型熱繼電器不會動作，但是如果在電動機中有一相電流超過58% 而電動機仍然運行，這就會造成電動機燒毀的情況發生。所以對于電動機定子繞組采用三角形接法的電動機如果選用三極型熱繼電器就不能對電動機斷相起到保護作用，因此在選用電動機時應該選擇具有斷相保護的熱繼電器。對于Δ形接法的電動機，其相斷線時，流過未斷相繞組的電流與流過繼電器的電流增加比例則不同。也就是說，流過繼電器的電流不能反映斷相后繞組的過載電流，因此，一般的繼電器，即使是三相式，也不能為Δ形接法的三相異步電動機的斷相運行提供充分保護。此時，應選用JR20型或T系列這類帶有差動斷相保護機構的繼電器。
3 、熱繼電器的選擇
在電動機工作的過程中為了保證電動機運行的安全性和可靠性，保證電動機在過載或者斷相時能夠有效的得到保證，應該根據電動機的性能、運行情況、工作環境等進行合理的選擇熱繼電器。
3.1 類型的選擇
在實際工作情況中選擇熱繼電器時，首先應該根據電動機的工作環境以及運行情況，在電動機運行的過程中很容易出現三相電壓平衡的現象，因此選用熱繼電器時，對于三角形連接的電動機，可以選擇帶斷相保護裝置的熱繼電器，而對于星形連接的電動機可以選擇三極型熱繼電器。因農村地區經常出現三相電壓不平衡，星形接法電動機選用普通三極型熱繼電器，三角形接法電動機，選用帶斷相保護的熱繼電器。
3.2 熱繼電器電流的選擇
熱繼電器電流的選擇主要分為熱元件額定電流的選擇和熱繼電器額定電流的選擇。
（1）熱元件額定電流的選擇
在進行對熱元件額定電流選擇的過程中，其額定電流應該比電動機的額定電流大；如果電動機的過載能力小，過熱能力差或者定子繞組的線徑小的電動機，在進行選擇的過程中應該選擇熱元件額定電流小于或者等于電動的額定電流。如果電動機和工作環境和熱繼電器不同時，也應該對熱元件的額定電流進行調整，從而滿足電動機工作的環境的要求，起到過載保護的作用。根據熱繼電器型號和熱元件額定電流，即可查出熱元件整定電流的調節范圍。通常將熱繼電器的整定電流調整到電動機的額定電流；對過載能力差的電動機，可將熱元件整定值調整到電動機額定電流的0．6-0．8倍；當電動機起動時間較長、拖動沖擊負載或不允許停車時，可將熱元件整定電流調節到電動機額定電流的1．1-1．15倍。
（2）熱繼電器額定電流的選擇
在進行選擇熱繼電器額定電流時，其額定電流應該比電動機額定電流稍大或者相等，如果電動機的散熱裝置不好或者過載能力差的電動機，在選擇熱繼電器時，其額定電流應該是電動機額定電流的70%，如果電動機的工作環境與熱繼電器的工作環境不同時 ，也應對熱繼電器的額定電流進行調整：如果熱繼電器使用的工作環境小于電動機工作環境溫度（小于15℃以上時），其熱繼電器的額定電流應該選用小一號的。如果熱繼電器使用的工作環境大于電動機工作環境溫度（大于15℃以上時），其熱繼電器的額定電流應選用大一號的。熱繼電器的額定電流應大于電動機的額定電流，熱元件的額定電流略大于電動機的額定電流。
（3）復位形式的選擇
為了保證電動機能夠很好地受到過載或者斷相保護，熱繼電器的復位方式有手動復位和自動復位兩種形式，在進行選擇熱繼電器時，手動復位和自動復位的選擇應該根據電動機的控制回路進行選擇，在選擇時，首先應該保證熱繼電器過載保護動作后，即時熱繼電器自動復位，其被保護的電動機都不能自動啟動，否者熱繼電器復位方式應該選擇手動復位，從而對電動機起到保護的作用。比如在控制電路中如果按鈕使用的是手動啟動或者手動停止的設備，則熱繼電器就可以選擇自動復位的形式，如果控制電路選擇自動啟動的設備，則熱繼電器應該選擇手動復位的方式。
（4）連接導線的選擇
熱繼電器的連接導線過粗或過細也會影響熱繼電器的正常工作，因為連接導線的粗細不同使散熱量不同，會影響熱繼電器的電流熱效應。各種規格熱繼電器的連接導線的選用可按廠家的使用說明或查閱電工手冊。
（5）考慮電動機的絕緣等級及結構
由于電動機絕緣等級不同，其容許溫升和承受過載的能力也不同。同樣條件下，絕緣等級越高，過載能力就越強。即使所用絕緣材料相同，但電動機結構不同，在選用熱繼電器時也應有所差異。例如：封閉式電動機散熱比開啟式電動機差，其過載能力比開啟式電動機低，熱繼電器的額定電流應選為電動機額定電流的 60％～80％。
三、熱繼電器使用及注意事項
1、使用環境溫度
熱繼電器動作的快慢要受環境溫度的影響，環境溫度越高，其動作時間越快;環境溫度越低，其動作時間越慢。因此，對于沒有溫度補償的熱繼電器，在使用時應根據環境溫度的高低，補償相應的溫度校正系數，或者采用有溫度補償的熱繼電器，以滿足相應的使用場合。它對熱繼電器動作的快慢影響較大。熱繼電器周圍介質的溫度，應和電動機周圍介質的溫度相同，否則會破壞已調整好的配合情況。例如，當電動機安裝在高溫處、而熱繼電器安裝在溫度較低處時，熱繼電器的動作將會滯后（或動作電流大）；反之，其動作將會提前（或動作電流小）。
對沒有溫度補償的熱繼電器，應在熱繼電器和電動機兩者環境溫度差異不大的地方使用。 對有溫度補償的熱繼電器，可用于熱繼電器與電動機兩者環境溫度有一定差異的地方，但應盡可能減少因環境溫度變化帶來的影響。
2、復位形式
熱繼電器一般有手動復位和自動復位兩種復位形式，實際工作中應設置為哪種形式，要根據具體情況而定。從控制電路的情況而言，采用按鈕控制的手動起動和手動停止的控制電路，熱繼電器可設置為自動復位形式;采用自動元器件控制的自動起動電路，可將熱繼電器設置為手動復位形式。對于重要設備，熱繼電器動作后，需檢查電動機與拖動設備，為防止熱繼電器再次脫扣，此時宜采用手動復位形式。對于熱繼電器和接觸器安裝在遠離操作地點，且電機過載的可能性又比較大時，也宜采用手動復位形式等等。對主要的設備來說，在熱繼電器動作之后，必須檢查電動機和拖動設備的情形，以防熱繼電器再次脫扣，此時宜采用手動復位；若熱繼電器和接觸器的安裝地點闊別操作地點，而從工藝上看過載的可能性又比擬大的時候，則宜采取主動復位方式。
對于重載起動的電動機，起動時間長，為保證電機的順利起動，可采用外加輔助電路的方法，即利用電流繼電器或時間繼電器的常開觸頭，并接在熱繼電器的觸頭上。在電機起動最初一段時間內把熱繼電器短接，當起動基本結束后再放開讓熱繼電器工作。這樣不致于因熱繼電器動作而影響電機的起動。
3、注意事項：
(1)操作頻率：當電動機的操作頻率超過熱繼電器的操作頻率時，如電動機的反接制動、可逆運轉和密接通斷，熱繼電器就不能提供保護。這時可考慮選用半導體溫度繼電器進行保護。
(2)對于工作時間較短、間歇時間較長的電動機(例如搖臂鉆床的搖臂升降電動機等)，以及雖然長期工作但過載的可能性很小的電動機(例如排風機等)，可以不設過載保護。
(3)對點動、重載起動，連續正反轉及反接制動等運行的電動機，一般不宜用熱繼電器。
(4)應當具有一定的溫度補償：由于周圍介質溫度的變化，在相同的過載電流下，熱繼電器的動作將產生誤差，為消除這種誤差，應當設置溫度補償措施；
(5動作電流值應當可調為能滿足生產和使用中的需要，減少規格檔次，所以某一規格的熱繼電器應能通過凸輪的調節來實現。
(6)因熱元件受熱變形需要時間，故熱繼電器只能作為電動機的過載保護，不能作為短路保護用。因此，在使用熱繼電器時，應加裝熔斷器作為短路保護。對于重載、頻繁起動的較大容量的重要電動機，則可用過電流繼電器(延時動作型的)作它的過載和短路保護。
(7)熱繼電器出線端的連接導線截面應嚴格按規定選擇。
(8)熱繼電器不能作為線路的短路保護裝置，電氣控制線路中必須另裝熔斷器，電動機起動時間特別長(或操作頻繁)及反復短時間工作時，不能使用熱繼電器。
(9)熱繼電器與其它電器安裝在一起時，應將其安裝在其它電器的下方，以免其它電器發熱影響其動作特性，使用中應定期去除塵污。
(10)熱繼電器動作后，自動復位時間在5s內，手動復位要在2min后按下復位按鈕。
(11)發生短路故障后，應檢查熱元件是否良好，雙金屬是否變形(絕不能彎曲雙金屬片.但不能將元件拆下。
5 結語
為了對電動機有效的進行過載、斷相保護，首先應該根據電動機的性能、工作環境以及電動機過載能力等具體情況進行選擇熱繼電器，只有科學合理的選擇正確的熱繼電器，才能對電動機過載、斷相起到保護作用，從而保證電動機的安全正常的運行。
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