热继电器的工作原理详解

三相异步电动机在实际运行中，常会因电气或机械等原因引起过载和断相，因此，应在异步电动机回路中设置保护装置。常用的保护装置是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。另外还有电子式热继电器，它内装微处理器，可实现智能化控制。

1.双金属片式热继电器的结构原理

图2-36所示是双金属片式热继电器的结构原理示意图。

图2-35 热继电器的图形、文字符号

图2-36 热继电器的工作原理

1—热元件 2—双金属片 3—复位按钮 4—导杆 5—拉簧 6—连杆 7—辅助触头 8—接线端子 9—电流调节旋钮

由图2-36可见，热继电器由热元件1、双金属片2、复位按钮3、导杆4、拉簧5、连杆6、触头7和接线端子8等组成，另外还有外壳、电流整定机构和温度补偿双金属片等部件。

热元件是一种具有均匀米电阻值的铜镍合金、镍铬铁合金或铁铬铝合金电阻材料，其形状有圆丝、扁丝、片状和带材几种，中小容量的热继电器大多采用圆丝和扁丝复绕在条状双金属片上，大容量热继电器一般采用片状或带材将其制成各种条形并紧贴在条形双金属片上。

双金属片是一种将两种线膨胀系数不同的金属用机械辗压方法使之形成一体的金属片。膨胀系数大的（如铁镍铬合金、铜合金或高锰合金等）称为主动层，膨胀系数小的（如铁镍类合金）称为被动层。由于两种线膨胀系数不同的金属紧密地贴合在一起，因此，当产生热效应时，使得双金属片向膨胀系数小的一侧弯曲，由弯曲产生的位移带动触头动作。

热元件1串接于电动机的定子电路中，通过热元件的电流就是电动机的工作电流（大容量的热继电器装有速饱和互感器，热元件串接在其二次回路中）。当电动机正常运行时，其工作电流通过热元件产生的热量不足以使双金属片2因受热而产生变形，热继电器不会动作。当电动机发生过电流且超过整定值时，双金属片获得了超过整定值的热量而发生弯曲，使其自由端上翘。经过一定时间后，双金属片的自由端脱离导杆4的顶端（称为脱扣）。导杆在拉簧5的作用下偏转，带动连杆6使常闭触头7打开（常闭触头通常串接在电动机控制电路中的相应接触器线圈回路中），并断开接触器的线圈电源，从而切断电动机的工作电源。同时，热元件也因失电而逐渐降温，热量减少，经过一段时间的冷却，双金属片恢复到原来状态。若经自动或手动复位，双金属片的自由端返回到原来状态，为下次动作做好了准备。

使用时，热继电器动作电流的调节是借助旋转热继电器面板上的旋钮于不同位置来实现的。热继电器复位方式有自动复位和手动复位两挡，在手动位置时，热继电器动作后，经过一段时间才能按动手动复位按钮复位，在自动复位位置时，热继电器可自行复位。一般在2min内能可靠地用手动复位，在5min内能可靠地自动复位。

三相式热继电器在三相主电路中均串接热元件和双金属片。如果被控制的三相异步电动机发生过电流、断相、三相电源严重不平衡等故障，使电动机某一相或三相的电流升高，热继电器均能起保护作用。(www.xing528.com)

2.热继电器的应用

在使用热继电器时，应使三相笼型异步电动机容许的过载反时限特性与热继电器的过载反时限动作特性相匹配，否则，就不能很好地发挥热继电器的保护作用。热继电器只能和相匹配的接触器配套使用。每一系列的热继电器一般只能和相适应系列的接触器配套使用，如JR20系列热继电器与CJ20系列接触器配套使用，3UA系列热继电器与3TB、3TF、3TW等系列接触器配套使用，T系列热继电器与B系列接触器配套使用等，但也有例外，如JRS1系列热继电器不但可与CJX系列接触器配套使用，还可与3TB、3TH及LC1-D系列等接触器配套使用等。三相笼型异步电动机容许的过载反时限特性和热继电器的过载反时限动作特性如图2-37所示。图2-38是热继电器与接触器配套使用示意图。

图2-37 热继电器的过载反时限动作特性

1—三相笼型异步电动机容许的过载反时限特性 2—热继电器的冷态过载反时限动作特性 3—热继电器的热态过载反时限动作特性 4—热继电器的断相保护特性曲线

使用热继电器时，将热元件与电动机的定子绕组串联连接在控制电动机主回路中，并将热继电器的常闭触头串接在辅助电路中的交流接触器电磁线圈的后面，并调节整定电流调节旋钮，使当电动机正常工作时，通过热元件的电流即为电动机的正常工作电流，热元件发热，双金属片受热后弯曲，但不能推动摆动杠杆动作。常闭触头处于闭合状态，交流接触器保持吸合，电动机正常运行。若电动机出现过载，绕组中电流增大，通过热元件中的电流增大，使双金属片温度升高，弯曲程度加大，从而推动摆动杠杆，并致使常闭触头断开，交流接触器线圈断电，主触头释放，切断电动机的电源，电动机停机而得到保护。也就是说，热继电器是通过其常闭触头断开接触器的控制回路，从而断开电动机主回路，实现对电动机进行保护的。图2-39是热继电器与接触器配套使用时的接线示意图。

图2-38 热继电器与接触器配套使用示意图

1—位置指示和试验按钮 2—电流调节旋钮 3—复位旋钮 4—停止按钮

图2-39 热继电器与接触器配套使用时的接线示意图

1—接触器线圈端子 2—接触器 3—热继电器

控制端子接线：95NC→14NO；96NC→接触器线圈端子；14NO→54NO；53NO→13NO；13NO→3/L3；接触器线圈端子→1/L1。热继电器操作面板上有动作脱扣指示，可以显示热继电器已经动作；有一个多挡位整定电流旋钮，整定电流范围是由不同的热元件号确定的，可根据需要选择整定电流范围和动作值；有手动/自动复位按钮和一对辅助触头接线端子（NO——常开和NC——常闭）等。