自动复位的热继电器及温度补偿设计

1.交流接触器

接触器是用来接通和断开带有负载的主电路、大容量控制电路的自动切换电器。它与按钮配合可以对电动机进行远距离自动控制。

图7-5是CJ20系列交流接触器的外形、结构原理和符号。接触器通常由电磁系统、触点系统、灭弧装置三个主要部分组成。

(1)电磁系统。电磁系统由双“E”形铁芯(静铁芯和动铁芯)和吸引线圈构成[图7-5(b)],它利用电磁吸力牵动触点系统动作。

图7-5　CJ20交流接触器

(2)触点系统。接触器的触点形式有指式和桥式两种,图7-5(b)中为桥式双断点触点。接触器的触点按其功能分为主触点和辅助触点。前者触点体积较大,适于通、断负载电流较大的主电路,后者体积较小,适于通、断电流较小的控制电路。接触器的主触点,一般都作成常开(动合)触点。触点是接触器的执行部分,因此必须工作可靠、接触良好。

(3)灭弧装置。接触器的主触点在接通,特别是在分断具有较大感性负载的电路时,在动、静触点之间将产生强烈的电弧,为了减轻电弧对触点的烧蚀作用,必须采取灭弧措施。常用的灭弧装置有灭弧栅、灭弧罩、灭弧线圈等。中、小容量的交流接触器,主触点上部多装有半封闭式陶土制成的灭弧罩。触点断开负载电路时,产生的电弧在灭弧罩内迅速冷却而熄灭。

当吸引线圈通电后,产生电磁吸力,它克服释放弹簧的反作用力将动铁芯(衔铁)吸合,动铁芯牵动触点系统动作,使常闭触点断开、常开触点闭合。而当吸引线圈断电时,则电磁力消失,动铁芯在释放弹簧的作用下返回到原来位置,常开触点又复位到断开状态,常闭触点复位到闭合状态。因此,只要控制吸引线圈的通电或断电,就可以控制接触器触点的闭合或断开,从而达到控制主电路的接通或断开的目的。

图7-5(b)中给出了接触器的图形符号和文字符号。

接触器的选择必须根据电动机容量、负载工作状况、主电路的工作电压、吸引线圈的工作电压及辅助触点的种类和数量来决定。

2.中间继电器

在继电器—接触器控制系统中,为了解决接触器辅助触点不够用的矛盾,专门生产了一种有多对触点的继电器称之为中间继电器。一般用它来作中间控制环节,以便转换、传递信号或同时控制多个电路;也可直接用来控制小容量电动机或其他电气执行元件。

图7-6(a)是中间继电器的结构示意图。与交流接触器相似,中间继电器也是由电磁系统和触点系统组成的,只是电磁系统较小、触点对数较多。不难看出,它的动作属直动式,触点是双断点式,有两对常开和两对常闭触点。

当线圈通电时,衔铁被吸合,联动机构使常开触点闭合、常闭触点打开;线圈断电时,在复位弹簧(图中未画出)的作用下,触点恢复原来的常开和常闭状态。中间继电器在控制线路中的图形符号和文字符号如图7-6(b)所示。

图7-6　中间继电器

常用的中间继电器有JZ7系列和JZ8系列两种,JZ8系列是交直流两用。此外还有JZX系列小型通用继电器,常用在自动装置上,用以接通或断开电路。

中间继电器在控制系统中的用途是多方面的,要求也极不相同。一般情况下,主要根据控制电路的电压和控制的需要来选择线圈额定电压等级和触点的种类及数量。

3.热继电器

热继电器是对电动机进行过载保护的一种自动电器,它能在电动机过载时自动切断电源,使电动机停车。(https://www.xing528.com)

(1)结构和工作原理。

1)基本工作原理。图7-7(b)是JR15系列热继电器的结构原理图。加热元件3和主双金属片2构成发热元件。主双金属片由两种膨胀系数不同的金属辗压制成,受热后因膨胀系数不同使双金属片弯曲。主双金属片与加热元件相串联,即采用直接加热和间接加热并用的加热方式。使用时,加热元件与主双金属片一起串联在电动机的主电路中,这样主电路中的电流即通过加热元件,也通过主双金属片。

图7-7　热继电器

1—主双金属片支架;2—主双金属片;3—加热元件;4—导板;5—温度补偿片;6—常闭静触点;7—常开静触点;8—复位调节螺钉;9—动触点;10—再扣钮;11—整定调节钮;12—支杆;13—压簧;14—推杆

当主电路通过的电流超过热继电器的整定电流时,主双金属片受热弯曲的位移较大,推动导板4向左移动,经过温度补偿片5和推杆14使动触点9(由特制弹簧片弹动)迅速地由与静触点6接触的位置弹跳到与静触点7接触的位置。也就是说,热继电器动作后,常闭触点断开、常开触点闭合。热继电器的常闭触点通常串联连接在接触器线圈所在的控制电路内,它的断开使控制电路断电,电动机随即停车,从而起到了过载保护作用。常开触点可以用来接通信号电路,以便发出报警信号。

2)复位。热继电器动作后,经过一段时间的冷却,主双金属片恢复原状,导板4也退回原处。为使常闭触点复位,以使电动机能重新启动,可以采用下述两种方法。

自动复位:将复位螺钉8顺时针方向转动,使它和静触点6的距离缩短。当主双金属片冷却、导板退回原位,动触点在本身弹力作用下,能自动恢复与静触点6接触,即常闭触点能自动恢复闭合。

手动复位:将复位调节螺钉8逆时针方向转动,使它与静触点6的距离加大。这样,即使导板4退回原处,动触点9也接触不到静触点6,必须揿按再扣钮10,在外力的帮助下使动触点9回到与静触点6相接触的位置。

热继电器自动复位时间不大于5min;手动复位时,在热继电器动作2min后,按再扣钮使之复位。

3)温度补偿。为使热继电器的动作不受环境温度变化影响,设置了温度补偿双金属片5。温度补偿原理如下:温度补偿片5受热弯曲的方向与主双金属片受热弯曲方向一致。当受到环境温度影响时,主双金属片和温度补偿片受热弯曲而产生的位置移动相同。因此由导板移动而使热继电器动作的位移大小不会改变,这就达到了温度补偿的目的。采用温度补偿后,当环境温度在-30～40℃的范围内变化时,热继电器的动作特性基本不受环境温度的影响。

4)整定电流的调节。所谓整定电流,就是使热继电器动作的电流。电动机功率、电压、转速和型号不同,其额定电流也不同。为使热继电器能更好地适应各种电动机的需要,故设置了整定电流调节装置。

当整定电流调节旋钮11转到不同位置时,推杆14与动触点9之间的相对距离不同。该距离越大,则使热继电器动作所需主双金属片的弯曲度也越大,亦即通过加热元件的电流也越大。一般热继电器整定电流的调节为60%～100%。例如,加热元件的额定电流为100A,则整定电流可在60～100A的范围内调节。

图7-7(a)是JR15型热继电器的外形图,图7-7(c)是热继电器在控制线路中的图形符号和文字符号。

(2)电动机的过载保护对热继电器的要求。

1)电动机启动时,虽然启动电流很大,但热继电器不应动作,应保证电动机的正常启动。

2)电动机本身具有一定的过载能力,为了充分利用电动机,短时过载是允许的,此时热继电器也不应动作。只有当电动机过载超出限定时间,热继电器才产生保护动作。

热继电器由于热惯性的缘故,正好适合上述的要求。只要热继电器发热元件的额定电流大于或等于电动机的额定电流,电动机就可以在额定负载下长期运行,这就为选择热继电器提供了依据,即

式中:IN为电动机额定电流,A;IrN为热继电器发热元件额定电流,A。

发热元件额定电流确定后,就可以从有关手册中选择热继电器型号。常用的热继电器有JR0、JR15、JR16等系列。