如何选择和使用热继电器？

热继电器是利用电流热效应原理，电流流过热元件时产生的热量，使检测元件（双金属片）发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器。热继电器是专门用来对连续运行的电动机进行过载、断相及三相电流不平衡的保护电器，以防止电动机过热而烧毁，是一种具有过载保护特性的过电流型继电器。

在电力系统中，电动机在实际运行过程中会出现长期的过载、欠电压以及断相等不正常的情况，都可能使电动机的电流超过它的额定值。如果超过额定值的量不大，熔断器在这种情况下不会熔断，这样将引起电动机过热，导致电动机绝缘老化，甚至烧毁绕组，缩短电动机的使用寿命。为了充分发挥电动机的过载能力，保证电动机的正常起动和运转，当电动机出现长期过载等情况时，采用电动机保护装置能够自动切换电路，保护电动机。常用的较普遍的保护装置为双金属片式热继电器。目前，双金属片式热继电器均是三相式，并有带断相保护和不带断相保护两种，使用时要与匹配的接触器配合使用。

1.热继电器的结构和工作原理

热继电器由热元件、双金属片和触点等组成，结构如图1-29所示。在电气图中，其图形符号和文字符号如图1-30所示。热元件由发热电阻丝制成。双金属片是由两种膨胀系数不同的金属碾压形成一体的金属片，膨胀系数大的称为主动层，膨胀系数小的称为被动层。当产生热效应时，金属片向膨胀系数小的一侧弯曲。

图1-29 热继电器的工作原理图

1—热元件 2—双金属片 3—导板 4—动触点

图1-30 热继电器图形符号和文字符号

热元件1串接在电动机的定子电路中，电流为电动机的工作电流。正常工作时，电流通过热元件产生的热量不足以使双金属片2受热发生形变；当电动机发生过电流且超过整定值时，热元件中过电流经过一段时间后热量增大，使双金属片产生弯曲，自由端上翘，推动导板3向左运动，带动动触点4动作，切断电动机控制回路。同时，热元件失电，热量减少，逐渐降温，经过一段时间后冷却，金属恢复原始状态。

热继电器与电流继电器和熔断器不同，热继电器中发热元件有热惯性，在电路中不能做瞬时过载保护，更不能做短路保护。此外，热继电器还需要温度补偿装置，补偿因环境温度发生变化引起的误差。热继电器可方便地调节动作电流，动作电流可在热元件额定电流的66%～100%范围内调节。热继电器动作后，可在2min内手动复位，5min内自动复位。

在三相交流电动机的工作电路中，若三相中有一相断了而出现过载电流，则因为断线那一相的双金属片不弯曲而使热继电器不能及时动作，有时甚至不动作，故不能起到保护作用，这时就需要使用带断相保护的热继电器。断相保护型热继电器是在热继电器的结构基础上增加了断相保护装置的一种保护型热继电器。

断相保护结构如图1-31所示，带断

图1-31 差动式断相保护机构及工作原理

1—上导板 2—下导板 3—双金属片 4—常闭触点 5—杠杆机构

相保护的热继电器是将热继电器的导板改成差动机构。差动机构由上导板1、下导板2及杠杆机构5组成，它们之间由转轴连接。通电前，触点4处于常闭状态，如图1-31a所示。三相正常通电时，在额定电流作用下，3个热元件正常发热，三相双金属片两端同时向左弯曲推动上导板1和下导板2同时左移，但不能使杠杆机构5碰触触点4动作，如图1-31b所示。当三相均过载时，双金属片两端同时弯曲且曲度较大，推动杠杆机构5，触碰触点4动作，常闭触点断开，如图1-31c所示。当L3相断路时，L3相的热元件冷却，由弯曲状态伸直，推动上导板1右移，而L1、L2相电流较大，双金属片弯曲增大，推动下导板2左移，推动杠杆机构5，触碰触点4动作，起断相保护作用，如图1-31d所示。

三相交流电动机的过载保护大多数采用三相式热继电器，由于热继电器有带断相保护和不带断相保护两种，根据电动机绕组的接法，这两种类型的热继电器接入电动机定子电路的方式也不尽相同。星形联结的电动机及电源对称性较好的情况可选用两相或三相结构的热继电器。当电动机的定子绕组采用三角形联结时，必须采用三相结构带断相保护装置的热继电器。如图1-32所示。

图1-32 热继电器接入电路的方式

2.热继电器的保护特性

热继电器的主要作用是对电动机长期的过载进行保护。若过载电流不大或时间较短，电动机绕组的温升不超过允许的范围时，这种过载是允许的。当过载电流大，过载时间长，严重时会烧毁电动机绕组。热继电器就是在出现电动机不能承受的过载时切断电源，为电动机提供过载保护。

电动机的过载特性是一条反时限特性，如图1-33中曲线1所示。热继电器实现过载保护，就需要热继电器具有相同的反时限特性。反时限特性是流过热继电器发热元件的电流与热继电器触点动作时间的关系曲线，该特性也称为保护特性，如图1-33中曲线2所示。由于误差的存在，电动机的过载特性和热继电器的保护特性是一条曲带，误差越大，带宽越宽。热继电器的保护特性应该在电动机过载特性的下方并且相邻，当电动机发生过载时，热继电器在电动机未达到其允许过载之前动作，切断电源，实现过载保护。

图1-33 热继电器保护特性与电机的过载特性的配合

3.典型产品及主要技术参数

常用国产热继电器有JR16、JR20、JRS1等系列产品，引进产品有ABB公司生产的T系列、德国西门子公司的3UA系列及法国TE公司的LR1-D系列。以JR20系列产品为例，其型号如图1-34所示。(www.xing528.com)

图1-34 JR20系列型号

JR20系列双金属片式热过载继电器是一种性能优越、工作可靠的新型热继电器，该继电器广泛用于交流50Hz，主电路额定工作电压至660V，电流0.1～630A的电力系统中，作为三相交流电动机的过载和断相保护。JR20系列热继电器电流等级和CJ20系列交流接触器的电流等级相一致，特别适合与CJ20系列交流接触器配合使用，组成低压电动机起动器。其主要的技术参数见表1-10和表1-11。

表1-10 JR20系列热继电器的动作特征和温度补偿功能

表1-11 JR20系列热继电器的型号及整定电流范围

（续）

4.选用原则

热继电器主要用于电动机的过载保护，使用中应考虑电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素，具体应按以下几个方面来选择。

（1）类型选择

选择与接触器同品牌及其配套系列的热继电器。一般场所可选用不带断相保护装置的热继电器，而作为电动机的过载保护时应选用带断相保护装置的。星形联结的电动机可选用两相或三相结构热继电器，三角形联结的电动机应选用带断相保护装置的三相结构热继电器。根据实际安装情况，选择安装形式。

（2）热继电器的额定电流

热继电器的额定电流应大于电动机的额定电流。

（3）热元件的额定电流选择

热继电器的热元件额定电流应略大于电动机的额定电流。

（4）热元件的整定电流选择

热继电器在投入使用之前，必须对热元件进行整定，保证热继电器的保护性能和动作可靠性。一般将热继电器的整定电流调整到等于电动机的额定电流；对过载能力差的电动机，可将热元件整定值调整到电动机额定电流的60%～80%；对起动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车的电动机，热元件的整定电流应调整到电动机额定电流的1.1～1.15倍。

（5）允许操作频率

在重复短时工作的情况下，选型时要考虑热继电器允许操作频率。频率过高，热继电器动作性能变差，甚至不能正常工作。

对于重复短时工作的电动机（如起重机电动机），由于电动机不断重复升温，热继电器双金属片的温升跟不上电动机绕组的温升，电动机将得不到可靠的过载保护。因此，不宜选用双金属片热继电器，而应选用过电流继电器来进行保护。

（6）起动过程

在不频繁起动场合，要保证热继电器在电动机起动过程中不产生误动作。当电动机起动电流为额定电流的6倍以及起动时间不超过6s时，若很少连续起动，可按电动机的额定电流来选择热继电器。

（7）短路保护

热继电器具有热惯性，不能作短路保护，选用时应考虑与短路保护配合的问题。