熔断器、热继电器和热敏电阻的作用和区别

“熔断器+热继电器”是传统的电动机短路和过载保护方式，虽然在数控机床目前已多数被断路器所替代，但在普通机电设备上仍有使用。数控机床所使用的伺服电动机、交流主轴电动机具有很强的过载能力，有时还需要重载起动，且其价格贵、对可靠性要求高，因此，仅依靠监控电动机相电流的过载保护方式，往往达不到理想的效果，此类电动机一般需要安装热敏电阻，通过直接检测绕组温度，进行温度保护。

熔断器、热继电器及热敏电阻的主要特点、性能和基本选择原则如下。

1.熔断器

熔断器主要用于线路的短路保护，它具有结构简单、分断能力强、动作可靠的特点，是早期电气设备上常用的短路保护器件。但是，由于熔断器的熔芯（熔丝）为一次性使用的器件，熔断后必须重新更换，它给使用与维修带来了一定的不便，加上其体积较大、功能单一，因此，在数控机床等先进的机电设备上，目前已逐步被断路器所替代。

熔断器的分断能力通常比断路器强，按DIN VDE 0636标准规定，低压熔断器的短路电流分断能力至少应达到50kA，高于断路器的20kA和微型断路器的3kA，因此，有时将其作为高分断的断路器后备保护装置。

熔断器的结构和外形只影响安装和外观，电气设计时最主要的是确定其保护特性，使之与被保护的器件或线路相匹配。低压熔断器的保护功能特征也是以使用类别（Utilization cat_- egory）尽心区分，根据DIN EN 60269标准，熔断器使用类别有表3.3-6所示的6类。

表3.3-6 熔断器的使用类别和功能

使用类别第一字母表示其熔断器的熔断范围，“g”代表全范围熔断，此类熔断器只要实际电流大于最小融化电流I_min便能熔断；“a”代表局部范围熔断，此类熔断器只有在电流大于规定值时才能够熔断。数控机床等机电设备所使用的熔断器，一般应选择gL/gG类或aM类，两类熔断器的保护特性大致如图3.3-6所示。

图3.3-6 熔断器的保护特性

a）gL/gG b）aM

在使用“熔断器+热继电器”作为短路、过载保护的线路中，熔断器的保护特性应按照以下原则，与热继电器的过载保护特性进行图3.3-7a所示的匹配。

（1）熔断器必须起到保护热继电器的作用。一般而言，热继电器在工作电流超过15I_n时将损坏，因此，熔断器必须保证在电流达到15I_n前熔断。

（2）熔断器必须承担接触器不能承担的过电流分断任务。例如，对于使用类别为AC-4的接触器，其额定分断能力为12I_n，超过12I_n的过电流需要通过熔断器进行分断。

当熔断器作为断路器后备保护装置、用来提高线路短路电流分断能力时，熔断器与断路器的保护特性应进行图3.3-7b所示的匹配。一般而言，此时的熔断器仅承担超过断路器短路分断能力的分断任务，在断路器的分断能力范围内，由于断路器的瞬时过电流脱扣（n型脱扣）动作比熔断器迅速，因此，其短路保护任务仍由断路器承担。但是，当短路电流超过断路器的分断能力时（如微型断路器的6kA），熔断器将起到分断作用，从而将线路的短路分断能力提高到100kA以上。

图3.3-7 熔断器与热继电器、断路器的配合

a）热继电器 b）断路器

2.热继电器

热继电器是热延时过载继电器（Thermally delayed overload relay）的简称，有时又称过载继电器（Overload relay），其常见外形如图3.3-8所示。

从原理上说，热继电器可分为双金属片机械动作式和电子延时式两类，其中，机械式热继电器有图3.3-8a所示的独立安装型和图3.3-8b所示接触器组合式安装型两种形式，电子式热继电器一般为图3.3-8c所示的独立安装。

图3.3-8 热继电器的常见形式

a）独立安装 b）接触器组合安装 c）电子式(www.xing528.com)

热继电器多用于交流电动机的过载保护，但它只能提供使用类别为AC-15/DC-13的辅助触点信号，而不能直接分断主回路；此外，热继电器也不具备短路保护功能，因此，必须与熔断器或断路器、接触器配合使用。

热继电器具有图3.3-9所示的反时限过载保护特性，其保护动作的最小电流可调，当实际工作电流超过保护动作的最小电流时，辅助触点将延时动作。

机械式热继电器是利用双金属片受热时的变形，产生机械力、带动辅助触点动作的器件，热继电器动作后，需要经过双金属片的冷却时间后，才能重新复位和继续工作。机械式热继电器的过载保护脱扣等级一般有class 5（10A）、10、20、30共4个等级，以class 5（10A）为常用。

电子式热继电器的调整准确，调整范围可达到1∶10，在实际电流不能准确预期的场合，使用电子式热继电器具有更好的保护性能。电子式热继电器的过载保护脱扣等级一般有class 5、10、15、20、25、30、40共7级。热继电器的过载保护脱扣性能与同等级的断路器相同，可参见前述的表3.3-3。

图3.3-9 热继电器的保护特性

热继电器的主要参数有额定工作电压、频率、额定电流等，其额定工作电压一般为AC690V，额定频率为50/60Hz。

需要注意的是：热继电器的额定工作电流（Rated operational current）和整定电流（Set_- ting current）是两个不同的概念，同一额定工作电流的热继电器可有多种不同范围的整定电流值；同样，不同额定工作电流的热继电器，也可能有同样的整定电流范围。从电路保护的角度看，选择热继电器时，只需要保证线路的连续工作电流在热继电器的整定电流范围内便可满足要求，但不同额定工作电流的热继电器的外形和安装尺寸可能有所不同。

例如，对于3相、额定电流为15.4A、7.5kW/1400r/min的Y2-132M-4感应电动机，既可选择额定工作电流25A、整定电流范围为12.5～20A的热继电器，如SIEMENS公司3UA5240-2B等；也可选择额定工作电流36A、整定电流范围为12.5～20A的热继电器，如SIEMENS公司3UA5440-2B等。热继电器使用时，需要将过载保护电流均调节到15.6A，便可满足15.6A电机的过载保护要求。

热继电器通常只有1常开、1常闭2对辅助触点，辅助触点使用类别为AC-15/DC-13，其触点容量小于断路器辅助触点，中小规格热继电器的容量通常见表3.3-7。

表3.3-7 热继电器的辅助触点容量

3.热敏电阻保护继电器

断路器、热继电器都是通过检测线路电流，对负载进行的短路和过载保护，但对于重载起动或需要变频运行的伺服电动机、交流主轴电动机、变频电动机等，断路器、热继电器的保护性能并不理想，为此，需要直接在电动机绕组上安装热敏电阻，通过检测绕组的实际温度，来进行过载、过热保护。

热敏电阻的额定工作温度需要与绕组的绝缘等级匹配。用于电动机热保护的热敏电阻一般为具有正向温度特性的PTC热敏电阻，例如，对于绝缘等级为F的异步电动机，绕组最大允许的温度为150℃，故经常使用图3.3-10所示的PTC100热敏电阻，它在额定温度±5℃范围，其阻值将大幅度变化，因此，可通过配套的热敏电阻保护继电器（如SIEMENS的3RN1系列），发出过热检测信号、切断电动机电源。

图3.3-10 热敏电阻的温度特性

数控机床常用的伺服电动机、交流主轴电动机的热敏电阻一般直接连接到驱动器上，由驱动器内部的控制线路实现过热保护功能，而无需安装专门的热敏电阻保护继电器。

4.图形符号

熔断器、热继电器、热敏电阻在电路图上的图形符号如图3.3-11所示。

图3.3-11 熔断器、热继电器、热敏电阻的图形符号

图3.3-11a为熔断器的通用图形符号，各标准统一。热继电器的过载脱扣线圈直接串联（或通过电流互感器耦合）在主回路上，在电路图上可用图3.3-11b所示的符号表示；热继电器的辅助触点具有手动复位操作机构，因此，在DIN 40900标准中，它在电路图上需要用图3.3-11c所示的符号表示。虽然，DIN标准符号与JB/T 2739稍有不同，但其含义更清晰、使用更广泛，建议设计者采用。安装有热敏电阻的电动机符号如图3.3-11d所示，如需要进一步说明热敏电阻的特性，可以在符号附近增加代表正向温度特性的“+□”等说明字符。