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浅析电动机保护用热继电器的合理选择与使用
摘要：对电动机的过载、断相保护具有重要的作用，因此在进行选择热继电器时，应该根据电动机的性能、工作环境以及负载性质等进行选择电动机。本文首先介绍了热继电器的工作原理和热继电器对电动机的保护，然后阐述了热继电器的选择，最后分析了热继电器使用注意事项。
关键词：电动机；热继电器
热继电器主要是利用电流的热效应原理制成的一种低压保护电器，热继电器是电动机过载保护元件，其具有结构简单、体积小、使用方便等优点，并且常与接触器相互配合使用于三相交流电动机的断相保护和过载保护。在实际工作中由于热继电器选用不合理造成电动机烧毁的情况也时常发生，因此选用合理的热继电器对电动机的过载保护和断相运行具有非常好的作用。
一、热继电器的工作原理
热继电器主要是由感温元件(双金属片)和一对控制触点组成。它的工作原理如下：主双金属片和加热元件接入被保护电动机的主回路后，受热弯曲，当电流超过整定值时，双金属片推动导板，通过补偿双金属片，推杆将动触头与静触头1分开，并使动触头与静触头2接通，从而断开接触器线圈回路，使电动机断路。待热继电器双金属片冷却后，即可接手动复位接钮使触头复位，继电器恢复原状。调整复位调节螺钉也可达到复位的目的。
若电动机出现过载情况，绕组中电流增大，通过元件中的电流增大使双金属片温度升得更高，弯曲程度加大，推动人字形拨杆，人字形拨杆推动常闭触头，使触头断开而断开交流接触器线圈电路，使接触器释放、切断电动机的电源，电动机停车而得到保护。
热继电器其它部分的作用如下：人字形拨杆的左臂也用双金属片制成，当环境温度发生变化时，主电路中的双金属片会产生一定的变形弯曲，这时人字形拨杆的左臂也会发生同方向的变形弯曲，从而使人字形拨杆与推杆之间的距离基本保持不变，保证热继电器动作的准确性。这种作用称温度补偿作用。
二、热继电器对电动机的保护
电动机定子绕组的不同接法，其过载和断相时的电流决定其使用何种极型的热继电器。
1、电动机定子绕组星形接法
由于电动机线电流等于相电流，故电动机过载时，一般三相电流都会增大。
当三相交流电压对称，三相电动机各相电流也对称时，两极型结构热继电器就能够对三相电动机的过载进行保护；但如果三相电压严重不对称而引起三相电流不平衡时，例如三相电压不平衡仅为4%，就会引起线电流不平衡达25%；或电机发生单相短路而短路电流又不流过热元件时，则该热继电器就不能起到应有的保护作用，为此需要使用三极型热继电器。对于y形接法的电动机，当某相断线时，其余未断相绕组的电流与流过继电器的电流的增加比例相同。一般的三相式继电器，只要整定电流调节合理，是可以对y形接法的电动机实现断相保护的。
2 、定子绕组三角形接法
在实际的电路中，如果电动机定子绕组为三角形接法，在电动机运行的过程中，相电流是线电流的1/ 3，当电动机过载时，导致三相电流同时增大，根据定子绕组允许通过的线电流和相电流之间的关系进行整定热元件的电流，在电路中对电动机的过载保护采用的二极型热继电器就能够达到保护作用。
对于电动机的断相保护。如果电动机在额定负载下断相运行时ip1=0.58ie， ip2=1.16ie，一般情况下对电动机断相保护采用三极型热继电器就可以，但是在实际的运行中由于额定负载在65%下断相运行时，其中断相造成的过电流在 20% 以下，因此不会造成三极型热继电器动作，这就可能导致三极型热继电器不会动作，但是如果在电动机中有一相电流超过58% 而电动机仍然运行，这就会造成电动机烧毁的情况发生。所以对于电动机定子绕组采用三角形接法的电动机如果选用三极型热继电器就不能对电动机断相起到保护作用，因此在选用电动机时应该选择具有断相保护的热继电器。对于δ形接法的电动机，其相断线时，流过未断相绕组的电流与流过继电器的电流增加比例则不同。也就是说，流过继电器的电流不能反映断相后绕组的过载电流，因此，一般的继电器，即使是三相式，也不能为δ形接法的三相异步电动机的断相运行提供充分保护。此时，应选用jr20型或t系列这类带有差动断相保护机构的继电器。
3 、热继电器的选择
在电动机工作的过程中为了保证电动机运行的安全性和可靠性，保证电动机在过载或者断相时能够有效的得到保证，应该根据电动机的性能、运行情况、工作环境等进行合理的选择热继电器。
3.1 类型的选择
在实际工作情况中选择热继电器时，首先应该根据电动机的工作环境以及运行情况，在电动机运行的过程中很容易出现三相电压平衡的现象，因此选用热继电器时，对于三角形连接的电动机，可以选择带断相保护装置的热继电器，而对于星形连接的电动机可以选择三极型热继电器。因农村地区经常出现三相电压不平衡，星形接法电动机选用普通三极型热继电器，三角形接法电动机，选用带断相保护的热继电器。
3.2 热继电器电流的选择
热继电器电流的选择主要分为热元件额定电流的选择和热继电器额定电流的选择。
（1）热元件额定电流的选择
在进行对热元件额定电流选择的过程中，其额定电流应该比电动机的额定电流大；如果电动机的过载能力小，过热能力差或者定子绕组的线径小的电动机，在进行选择的过程中应该选择热元件额定电流小于或者等于电动的额定电流。如果电动机和工作环境和热继电器不同时，也应该对热元件的额定电流进行调整，从而满足电动机工作的环境的要求，起到过载保护的作用。根据热继电器型号和热元件额定电流，即可查出热元件整定电流的调节范围。通常将热继电器的整定电流调整到电动机的额定电流；对过载能力差的电动机，可将热元件整定值调整到电动机额定电流的0．6-0．8倍；当电动机起动时间较长、拖动冲击负载或不允许停车时，可将热元件整定电流调节到电动机额定电流的1．1-1．15倍。
（2）热继电器额定电流的选择
在进行选择热继电器额定电流时，其额定电流应该比电动机额定电流稍大或者相等，如果电动机的散热装置不好或者过载能力差的电动机，在选择热继电器时，其额定电流应该是电动机额定电流的70%，如果电动机的工作环境与热继电器的工作环境不同时 ，也应对热继电器的额定电流进行调整：如果热继电器使用的工作环境小于电动机工作环境温度（小于15℃以上时），其热继电器的额定电流应该选用小一号的。如果热继电器使用的工作环境大于电动机工作环境温度（大于15℃以上时），其热继电器的额定电流应选用大一号的。热继电器的额定电流应大于电动机的额定电流，热元件的额定电流略大于电动机的额定电流。
（3）复位形式的选择
为了保证电动机能够很好地受到过载或者断相保护，热继电器的复位方式有手动复位和自动复位两种形式，在进行选择热继电器时，手动复位和自动复位的选择应该根据电动机的控制回路进行选择，在选择时，首先应该保证热继电器过载保护动作后，即时热继电器自动复位，其被保护的电动机都不能自动启动，否者热继电器复位方式应该选择手动复位，从而对电动机起到保护的作用。比如在控制电路中如果按钮使用的是手动启动或者手动停止的设备，则热继电器就可以选择自动复位的形式，如果控制电路选择自动启动的设备，则热继电器应该选择手动复位的方式。
（4）连接导线的选择
热继电器的连接导线过粗或过细也会影响热继电器的正常工作，因为连接导线的粗细不同使散热量不同，会影响热继电器的电流热效应。各种规格热继电器的连接导线的选用可按厂家的使用说明或查阅电工手册。
（5）考虑电动机的绝缘等级及结构
由于电动机绝缘等级不同，其容许温升和承受过载的能力也不同。同样条件下，绝缘等级越高，过载能力就越强。即使所用绝缘材料相同，但电动机结构不同，在选用热继电器时也应有所差异。例如：封闭式电动机散热比开启式电动机差，其过载能力比开启式电动机低，热继电器的额定电流应选为电动机额定电流的 60％～80％。
三、热继电器使用及注意事项
1、使用环境温度
热继电器动作的快慢要受环境温度的影响，环境温度越高，其动作时间越快;环境温度越低，其动作时间越慢。因此，对于没有温度补偿的热继电器，在使用时应根据环境温度的高低，补偿相应的温度校正系数，或者采用有温度补偿的热继电器，以满足相应的使用场合。它对热继电器动作的快慢影响较大。热继电器周围介质的温度，应和电动机周围介质的温度相同，否则会破坏已调整好的配合情况。例如，当电动机安装在高温处、而热继电器安装在温度较低处时，热继电器的动作将会滞后（或动作电流大）；反之，其动作将会提前（或动作电流小）。
对没有温度补偿的热继电器，应在热继电器和电动机两者环境温度差异不大的地方使用。 对有温度补偿的热继电器，可用于热继电器与电动机两者环境温度有一定差异的地方，但应尽可能减少因环境温度变化带来的影响。
2、复位形式
热继电器一般有手动复位和自动复位两种复位形式，实际工作中应设置为哪种形式，要根据具体情况而定。从控制电路的情况而言，采用按钮控制的手动起动和手动停止的控制电路，热继电器可设置为自动复位形式;采用自动元器件控制的自动起动电路，可将热继电器设置为手动复位形式。对于重要设备，热继电器动作后，需检查电动机与拖动设备，为防止热继电器再次脱扣，此时宜采用手动复位形式。对于热继电器和接触器安装在远离操作地点，且电机过载的可能性又比较大时，也宜采用手动复位形式等等。对主要的设备来说，在热继电器动作之后，必须检查电动机和拖动设备的情形，以防热继电器再次脱扣，此时宜采用手动复位；若热继电器和接触器的安装地点阔别操作地点，而从工艺上看过载的可能性又比拟大的时候，则宜采取主动复位方式。
对于重载起动的电动机，起动时间长，为保证电机的顺利起动，可采用外加辅助电路的方法，即利用电流继电器或时间继电器的常开触头，并接在热继电器的触头上。在电机起动最初一段时间内把热继电器短接，当起动基本结束后再放开让热继电器工作。这样不致于因热继电器动作而影响电机的起动。
3、注意事项：
(1)操作频率：当电动机的操作频率超过热继电器的操作频率时，如电动机的反接制动、可逆运转和密接通断，热继电器就不能提供保护。这时可考虑选用半导体温度继电器进行保护。
(2)对于工作时间较短、间歇时间较长的电动机(例如摇臂钻床的摇臂升降电动机等)，以及虽然长期工作但过载的可能性很小的电动机(例如排风机等)，可以不设过载保护。
(3)对点动、重载起动，连续正反转及反接制动等运行的电动机，一般不宜用热继电器。
(4)应当具有一定的温度补偿：由于周围介质温度的变化，在相同的过载电流下，热继电器的动作将产生误差，为消除这种误差，应当设置温度补偿措施；
(5动作电流值应当可调为能满足生产和使用中的需要，减少规格档次，所以某一规格的热继电器应能通过凸轮的调节来实现。
(6)因热元件受热变形需要时间，故热继电器只能作为电动机的过载保护，不能作为短路保护用。因此，在使用热继电器时，应加装熔断器作为短路保护。对于重载、频繁起动的较大容量的重要电动机，则可用过电流继电器(延时动作型的)作它的过载和短路保护。
(7)热继电器出线端的连接导线截面应严格按规定选择。
(8)热继电器不能作为线路的短路保护装置，电气控制线路中必须另装熔断器，电动机起动时间特别长(或操作频繁)及反复短时间工作时，不能使用热继电器。
(9)热继电器与其它电器安装在一起时，应将其安装在其它电器的下方，以免其它电器发热影响其动作特性，使用中应定期去除尘污。
(10)热继电器动作后，自动复位时间在5s内，手动复位要在2min后按下复位按钮。
(11)发生短路故障后，应检查热元件是否良好，双金属是否变形(绝不能弯曲双金属片.但不能将元件拆下。
5 结语
为了对电动机有效的进行过载、断相保护，首先应该根据电动机的性能、工作环境以及电动机过载能力等具体情况进行选择热继电器，只有科学合理的选择正确的热继电器，才能对电动机过载、断相起到保护作用，从而保证电动机的安全正常的运行。
参考文献
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