电磁起动器结构型式及热继电器工作原理与结构详解

电磁起动器主要有开启式、防护式两种结构型式。

电磁起动器主要由接触器、过载继电器组成，需要时可加装操作按钮、信号灯、电流表、控制电路用转换开关、控制变压器、熔断器、延时继电器、接触器式继电器（中间继电器）、瞬时电磁过载继电器、自动转换中的欠电流继电器、减压起动用自耦变压器和转子变阻式起动器用电阻器等元器件，组成直接起动器、减压起动器或保护式起动器、综合式起动器。将上述所需的元器件按照便于组装、接线、检修、维护和性能可靠等原则装于一个底板上，带或不带外壳，可得到一个开启式起动器或不同防护等级的起动器。

1.过载继电器

过载继电器用来保护电气设备防止出现不允许的过热，如三相交流电动机和变压器。电动机出现过热，可能是由于驱动轴的过载，也可能是由于网络中电压的不对称使耗用的电流也不对称或者是由断相（电源进线处）以及转子堵转时而引起的。在出现这些情况时，电气设备通过过载继电器实现监控保护。

按双金属原理工作的反时限保护装置或电子式电器都可作为过载继电器。

（1）带双金属片的过载继电器

带双金属片的过载继电器简称为“热继电器”。

1）热继电器的结构和工作原理。图14-23为JR20、T、GR2系列热继电器的外形。

热继电器至少具有反时限热过载保护功能，也可具有断相保护、温度补偿、手动脱扣、手动复位及脱扣动作信号指示等功能。

热继电器的结构和工作原理见图14-24。

当加热线圈7中流过电流时，双金属片6被加热、弯曲而使导板5偏移。导板5经温度补偿片4和脱扣杆3作用于摆动跷板10。在未脱扣时，常闭辅助触头（95-96）处于闭合位置，常开触头（97-98）处于断开位置。

当发生过载时，脱扣杆3不断被偏移，直至摆动跷板10转换，使常闭触头断开，常开触头闭合，并通过位置指示装置发出状态信号。当复位按钮2处于手动复位位置时，摆动跷板10就翻转并越过死点位置（防止重合闸机构，需手动复位）。

双金属片6冷却后，手动复位使摆动跷板10又回复越过死点位置，从而实现继电器的复位。当复位按钮2处于自动复位位置时，发生过载时虽然常闭触头断开和常开触头闭合，但摆动跷板10并不能摆动得越过死点位置。当双金属片6冷却后，摆动跷板10可自动地复位继电器。

图14-23 热继电器典型产品的外形

a）JR20系列 b）T系列 c）GR2系列

图14-24 热继电器的结构和工作原理

1—手动自动复位调节 2—复位按钮 3—脱扣杆 4—温度补偿片 5—导板 6—双金属片 7—加热线圈 8—试验按钮 9—调节旋钮 10—摆动跷板

2）电流整定。热继电器装有调节旋钮，可以用来无级地在电流范围，即整定区域内将整定电流I_r调到规定值。此时，可将整定刻度调节到划线标记上或是将整定杆调到整定刻度上。带有互感器的热继电器，当互感器与继电器分开放置时，应整定到点状的标记上，这样就能补偿两种不同放置方式引起的不同发热影响。

3）复位时间（重新投入工作备用状态的时间）。热继电器在脱扣后需经历一定的时间，双金属片才能冷却。只有经过这段时间后，继电器才复位。这段时间被称为复位时间，即重新投入工作备用状态的时间。复位时间的长短取决于引起脱扣的电流大小以及热继电器的脱扣特性曲线。复位时间的存在迫使无法连续运行，这有助于电动机获得冷却时间。

4）防止不必要的重新接通。为了防止不必要的重新接通，一些热继电器装有重合闸锁住机构（手动复位）。只有在按复位按钮后，辅助触头回复到其初始位置，才能接通所在控制回路的接触器。重合闸锁住机构可用于手动复位和自动复位。通常出厂商设定为手动复位的位置。自动复位的热继电器，考虑到安全因素，只应用于按钮操作接触器的电路。为了实现相隔距离较大的热继电器的远动复位，可以提供远动复位电气元件，它可装卡在热继电器上。(www.xing528.com)

5）试验功能。用试验按钮可模拟热继电器脱扣，使常闭触头分断而常开触头接通。在“手动复位”位置上，按动试验按钮后，热继电器稳定在断开状态，必须用复位按钮才能使热继电器复位。而在“自动复位”位置上，当松开试验按钮时立即自动复位。

6）脱扣特性曲线。脱扣特性曲线反映脱扣时间与脱扣电流（以整定电流的倍数表示）之间的关系。

7）单极负载。如果单相交流或直流用电设备是用热继电器保护，则热继电器的所有三片双金属片都必须被加热（串联使用）。

8）工作发热特性。在运行过程中，由于正常发热的电动机已具有一定的热量，因此其热量裕度与冷态电动机相比是较低的，在使用中应考虑到脱扣时间将减少这一状况。

9）脱扣时间的离散。制造公差、材料特性差异与校正误差都是引起脱扣时间离散的原因。因此，脱扣离散带与整定范围是相匹配的。一般在产品样本中，对每个整定范围都用表格的形式来表示在3～8倍整定电流时的脱扣时间，其离散率可达±10%左右。因此，在电动机的使用现场，需对电动机的实际工作电流进行测量后，再对整定电流进行调整。

10）温度补偿。温度补偿用来降低周围温度对脱扣特性的影响。热继电器的温度补偿片的作用是在-25～+55℃温度范围内，使继电器的极限脱扣电流总是处于标准所要求的范围之内。

11）断相保护。三极热继电器的脱扣特性曲线只在所有三片双金属片同时通以相同负载电流时才有效。如有一根相线中断而只有两片双金属片被加热时，则这两片双金属片就应单独地具有操作脱扣机构所需的力，这就需要较高的电流或引起较长的脱扣时间。如果电动机以这种较高的电流、较长时间的负载运行，则必然会导致损坏。为了在电网不对称和断相时也能确保电动机的热过载保护，热继电器应具有附加的断相敏感性。具有断相敏感性的热继电器装有差动导板。两块导板用一根杠杆灵活地相互连接。当出现断相时，断相的主片（冷片）因冷却而后弯，其余继续通电的两相主片（热片）受热而前弯，将一前一后地推动差动机构中的两个推杆（导板）。通过杠杆传动比，可加速运动进入脱扣位置。

（2）电子式过载继电器 电子式过载继电器（又称为“电动机保护器”、“电动机管理系统”等），是近年来计算机技术发展、微处理器进入电动机保护领域带来的产物。其具有比热继电器更丰富和更强大的保护和控制功能，例如起动过程中的堵转和运行中的阻塞保护，以及接地故障保护、电流不平衡、电压不平衡、反相、过电压、欠功率、起动超时、温度保护功能等，还具有不同的控制功能。

另外，由于电子式过载继电器可以方便地实现热量或故障清零（清除），因此，为了与被保护对象——电动机的发热、散热特性相吻合，除非特殊情况（此时制造厂商应在产品上特别标明），电子式过载继电器应具有热记忆功能。

该产品应符合标准GB 14048.4的有关规定。

2.起动器的外壳

起动器分为开启式和防护式两种。为了保护起动器组成元器件不受外部环境的损害，保护其工作正常，按规程规定，开启式起动器只能安装在专业人员才能接近的工作地点，除非有特殊的措施，否则不能安装在一般人员能接近的工作地点。在大多数地点，必须使用带有外壳的防护式起动器。起动器的外壳应牢固可靠、工艺性好和外形美观，而且不同的应用场合应有不同的外壳防护等级，防护等级的两位数字所表示的含义见表14-4和表14-5。

表14-4 第一位数码（十位数）表示的含义

3.起动器的附件

除了接触器、热继电器等主要元件外，根据对起动器功能的不同需求，还需要加装信号灯、电流表、控制电路用转换开关、控制变压器、熔断器、延时继电器、接触器式继电器、瞬时电磁过载继电器、自动转换中的欠电流继电器、减压起动用自耦变压器和转子变阻式起动器用电阻器等元件。

表14-5 第二位数码（个位数）表示的含义

（续）