Тепловое реле

Тепловое реле – устройство, замыкающее-размыкающее цепь под влиянием сигналов агрегатов, работающих от изменения температуры среды. Нагрев проводников электричеством замечали исследователи, количественное описание дает закон Джоуля-Ленца. Благодаря знанию зависимости, биметаллические конструкции применяют, контролируя ток, температуру.

Устройство, работающее от температуры среды

Тепловое реле

Кратко о тепловых реле

Тепловые реле холодильников совмещают с пускозащитными. Применяются многими двигателями. Отличие защитных в электромагнитной конструкции, где катушка может мгновенно отработать резкое повышение тока. Тепловые работают с интегрированием эффекта некоторым отрезком времени. Медная обмотка иногда перегревается. В мясорубках случается, когда заклинивает вал. Ток повышает лимитирующую величину. Чтобы избежать опасности, изготовитель включает в механическую передачу пластиковые шестерни, ломающиеся, спасающие ситуацию. Конечно, лучше применять тепловые реле.

Принцип действия основан на свойствах биметаллических пластин. Двухслойные материалы, составленные парой металлов с неодинаковым коэффициентом линейного расширения. В результате при изменении температуры биметаллическая пластина гнется. Контакты используются повсеместно, начиная электрическими утюгами, заканчивая чайниками! Измерение тока происходит преимущественно в тепловых реле. В остальных случаях нагрев вызывается изменением температуры прибора: пара, ТЭНа.

В тепловых реле принцип используется, вариантом (см. патент US292586 A), но распространен больше другой – с защитой по току. В последнем случае используется упомянутый закон Джоуля-Ленца. С течением времени тепловой эффект накапливается, при соблюдении условий реле срабатывает. Обрыв цепи блокирует дальнейший рост температуры. Условия срабатывания реле тесно связаны с конструкцией двигателя.

Любому типу компрессора холодильника подобрана пара, работающая безотказно. Не соблюдая целостности тандема компрессор-двигатель, можно вызвать неисправности.

Для трёхфазных цепей используются двух- или трехполюсные тепловые реле. Включаются меж двумя линиями (нейтраль короткозамкнутая), в нормальном режиме ток здесь мал. При большой мощности вместо непосредственного присоединения к цепи используются трансформаторы тока. Эффект получается аналогичный: при обрыве фазы равновесие нарушается, нагрузка теплового реле увеличивается. В результате происходит разогрев биметаллической пластины, цепь обрывается. Двигатель спасается от перегрева, других негативных последствий.

Тепловое реле не защищает против короткого замыкания, само нуждается в охране от подобной ситуации. В противном случае цепь легко сгорает.

История создания тепловых реле

Идея регулировки температуры возникла в XVII веке. Английский изобретатель Корнелиус Дреббель применил в двух изобретениях: печь, инкубатор для цыплят. Конструкции требовали ответственного подхода. Дреббель сумел реализовать концепцию, используя ртуть. Любопытный факт: на момент начала третьего десятилетия термометров, не существовало. Работающих на ртути. Историки склонны изобретение термометра приписывать Корнелиусу Дреббелю. Касательно печей новшество заключалось в следующем:

  • Топка снабжалась воздухом через сопло, снабжаемое регулируемой заслонкой.
  • В зависимости от конструкции сооружение оборудовалось подобием реторты, дно которой размещалось в пепле, либо углях.
  • Изменяющийся уровень ртути позволял осуществлять поддержание температуры на заданном уровне путем регулирования объема подаваемого воздуха.
Патент US1477455 A

Патент US1477455 A

Аналогичного рода конструкция предложена инженерами компании Вестингауз Электрик в 1917 году (патент US1477455 A). Уровень ртути позволял замкнуть-размокнуть цепь в зависимости от изменяющейся температуры. Еще раньше для контроля параметров среды стали применять свойства биметаллических пластин. Патент Вестингауз Электрик принят только 11 декабря 1923 года, шведско-швейцарская компания ABB занималась выпуском тепловых реле для защиты работающих двигателей с 1920 года. Термостаты для инкубатора, печи под авторства Дреббеля рассмотрены комиссией организованного в 1660 году Королевского общества (Англии). И примерно через 40 лет после создания нашли признание ученого совета.

Читайте также:  Эффект Зеебека

Свойства биметаллических пластин известны с 1726 года. Точнее говоря, к этой дате приурочено первое их официальное применение. Джон Харрисон, плотник по профессии, кое-что знал о металлах. Нашел оригинальный способ подарить маятниковым часам независимость от температуры. Подвес изготовил из стержней двух разных металлов, что проиллюстрировано на изображении, взятом из издания Общества Ньюкомена (1946 год). По мере изменения температуры длина маятника остается постоянной. Период колебаний поддерживается с высокой точностью.

Джон Харрисон не останавливается на достигнутом, в палубных часах конструкции 1761 года применяет балансную пружину свернутой биметаллической ленты. По замыслу конструктора новшество скомпенсирует капризы климата. Теперь время позволит определить географические координаты вне зависимости от температуры. Идеи Дреббеля и Харрисона использовал в 1792 году Жан Симон Боннемейн, – сегодня называемый отцом централизованного снабжения горячей водой. Применял идеи терморегуляторов для курятников (1777 год). Историки отмечают любопытный факт: несмотря на знаменитость Жан остается личностью загадочной. Доподлинно неизвестен день рождения.

Маятник и балансная пружина

Маятник и балансная пружина

Инкубатор Боннемейна напоминает печь-буржуйку. Снизу цилиндрическая конструкция подогревается открытым пламенем, продукты сгорания обтекают стенки и уходят наружу. Температура контролируется биметаллической пластиной (из железа и латуни), погруженной в воды, заполняющую пространство меж стенок. Неудивительно, что в скором времени инженер придумал первую котельную. Температура пламени регулируется скоростью подачи воздуха в топку, биметаллический стержень управляет заслонкой. Последовали многие другие изобретения аналогичного толка.

В некоторой степени к тепловым реле можно отнести изобретение Джеймса Кьюли (интернет обошел внимание подробности жизни), датированное 1816 годом. В британском патенте №4086 упоминается некий балансный термометр. Весы, вага которых представлена трубкой с двумя утолщениями на концах. Поделена в центре двумя секциям, одна заполнена спиртом, другая – ртутью. При изменении температуры нарушается баланс, поскольку объёмы в утолщениях неравные. И нужно, подстраивая длины плеч винтом, добиться равновесия. Показания считываются с зубчатого лимба, жестко привязанного к трубке. Изобретатель отмечал возможность использования изобретения для контроля микроклимата зданий.

Эра электричества тепловых реле

Долгое время термостаты не находили применения в сфере электричества. Справедливости ради заметим, применялось преимущественно фабриками, цехами, питая двигатели. До появления электрических лампочек накала было далеко. Устройством, давшим зеленый свет применению тепловых реле, историки считают электромагнитный клапан регулирования тока жидкости трубы. Наработка заявлена патентом US355893 A, опубликованным 11 января 1887 года. Документ говорит: термостат (тип не указан) размещен в жилых помещениях, электромагнитный клапан позволит регулировать под его командованием скорость тока горячей воды системы отопления.

Читайте также:  Трёхфазный ток

Ряд обстоятельств позволит утверждать: изобретение касалось армии США, по-видимому, должно было применяться казармами. Что касается термостата, подходящий существовал к тому времени (патент US150566 A). В опубликованном 5 мая 1874 года документе Джон Гест говорит о создании настраиваемого реле управления электрической цепью. Внешний круглый корпус по кромке снабжен лимбом с нанесенными значениями температуры, устройство пригодно выполнять самые разные функции. Длинный полый цинковый стержень (другого материала) изменяет длину, отслеживая температуру, управляя движением стрелки, в определенном положении замыкающей контакт.

Конструкция теплового реле

Конструкция теплового реле

Конструкция напоминает велосипедный звонок, из которого торчит упомянутый стержень. Реле контролирует температуру помещения. Для отслеживания величины тока непригодно. Исследователям осталось сделать один шаг: провести параллель меж законом Джоуля-Ленца и изменениями температуры, превращая термостат в тепловое реле. Собственно, было сделано патентом US292586 A, опубликованном 29 января 1884 года. Наверняка в бюро с интересом смотрели на странного изобретателя, по тем временам изделию тяжело было найти применение. Родс (разработчик) пишет: конструкция помогает в организации освещения газовыми рожками (лампочки накала тогда не существовали).

Патент заявил: авторским правом защищается реле на биметаллической пластине с нагревателем из резистора. Сегодня повсеместно используется. Можно сказать, Родс ткнул пальцем в небо, попав на золотоносную жилу. Дальнейший ход инженерной мысли понятен без дальнейших поисков в реестре патентов.

Характеристики тепловых реле

Характеристики теплового реле указывают, в паре с каким оборудованием применимо изделие. Среди важных параметров фигурируют:

  1. Номинальный ток – значение, при котором в режиме длительной работы тепловое реле не срабатывает. Превышение лимита не вызывает немедленного отключения цепи. Например, ток, больший номинального на 20%, заставляет реле сработать через 20-30 минут. Прибор напоминает автоматический выключатель. Принцип действия аналогичный.
  2. Номинальное напряжение – бытовое (220 В и 50 Гц) при одной фазе переменного тока. Для промышленных объектов возможны разные варианты.
  3. Условия эксплуатации:
  • Климат. Температура и влажность. Категория размещения отечественных реле выбирается согласно ГОСТ 15150.
  • Прочие факторы. Сюда относят вибрации, ускорения, удары, высота над уровнем моря. Дополнительно может оговариваться присутствие взрывоопасных газов, иных веществ природного и антропогенного происхождения.
Маркировка от КЭАЗ

Маркировка КЭАЗ

Реле выбирается, исходя из мощности защищаемого электродвигателя. Большинство ключевых характеристик заключено в условном обозначении. На рисунке приведена маркировка рекламных материалов завода КЭАЗ (основан в 1945 году). Особое внимание обратим на следующие моменты:

  1. Диапазон токов уставки (в скобках) разнится по производителям на малое значение. Простая небрежность инженеров-конструкторов.
  2. Литеры в обозначении типа исполнения могут отличаться, лучше уточнять по каталогам.
  3. Климатическое исполнение часто дается в виде диапазона. Например, УХЛ2О4. Что следует читать: УХЛ2 — О4. После аббревиатуры может следовать малая литера, характеризующая группу пониженного давления.

Обозначения могут отсутствовать вовсе. Возможно наличие не оговоренных выше включений. Например, РТЛ 205704 Д. Что означает здесь 04, сказать сложно, разумно уточнить момент на предприятии-изготовителе.