《工厂电气控制设备》热继电器（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《工厂电气控制设备》热继电器-讲义 1. 了解热继电器的定义。 2. 了解电气控制对热继电器性能的要求。 3. 了解双金属片热继电器的结构及工作原理。 4. 了解带断相保护的热继电器。 5. 了解热继电器典型产品及主要技术参数。 6. 掌握热继电器的选用。 知识点一 热继电器的定义、电气控制对热继电器性能的要求 1、 热继电器的定义 热继电器是利用电流流过发热元件产生热量使感测元件受热弯曲，进而推动机构动作的一种保护电器。由于发热元件具有热惯性，所以热继电器在电路中不能用作瞬时过载保护，更不能作短路保护，主要用作电动机的长期过载保护。在电力拖动控制系统中应用最广的是双金属片式热继电器。 2、 电气控制对热继电器性能的要求 1. 应具有合理可靠的保护特性 热继电器主要用作电动机的长期过载保护，为适应电动机的过载特性，又能起到过载保护作用，要求热继电器具有形同电动机过载特性的反时限特性。热继电器保护特性与电动机过载特性的配合如图1所示。它是流过热继电器发热元件的电流与热继电器触头动作时间的关系曲线。考虑各种误差的影响，电动机的过载特性与热继电器的保护特性是一条曲带，误差越大，带越宽。从安全角度出发，热继电器的保护特性应处于电动机过载特性下方并相邻近。这样，当发生过载时，热继电器就在电动机未达到其允许过载之前动作，切断电动机电源，实现过载保护。 图1 热继电器保护特性与电动 机过载特性的配合 1-电动机的过载特性 2-热继电器的保护特性 2. 具有一定的温度补偿 当环境温度变化时，热继电器检测元件受热弯曲存在误差，为补偿由于温度引起的误差，应具有温度补偿装置。 3. 热继电器动作电流可以方便地调节 为减少热继电器发热元件的规格，热继电器动作电流可在发热元件额定电流66%~100%范围内调节。 4. 具有手动复位与自动复位功能 热继电器动作后，可在2min内按下手动复位按钮进行复位，也可在5min内可靠地自动复位。 热继电器是利用什么原理来工作的（ ） A. 电磁感应 B. 电流热效应 C. 光电效应 D. 压电效应 【答案】B 【解析】热继电器是利用电流流过发热元件产生热量使感测元件受热弯曲，进而推动机构动作的一种保护电器，这是基于电流的热效应原理。 1. 热继电器在电路中主要用作什么保护（ ） A. 瞬时过载保护 B. 短路保护 C. 电动机的长期过载保护 D. 欠压保护 【答案】C 【解析】由于发热元件具有热惯性，热继电器不能用作瞬时过载保护和短路保护，主要用作电动机的长期过载保护。 2. 热继电器的保护特性应处于电动机过载特性的什么位置（ ） A. 上方 B. 下方并相邻近 C. 重合 D. 无关位置 【答案】B 【解析】从安全角度出发，热继电器的保护特性应处于电动机过载特性下方并相邻近，这样当发生过载时，热继电器能在电动机未达到允许过载之前动作。 3. 当环境温度变化时，为补偿热继电器检测元件受热弯曲的误差，应具备什么装置（ ） A. 温度调节装置 B. 温度补偿装置 C. 电流调节装置 D. 电压调节装置 【答案】B 【解析】当环境温度变化时，热继电器检测元件受热弯曲存在误差，为补偿这种误差，应具有温度补偿装置。 1. 热继电器动作电流的调节范围一般是发热元件额定电流的多少（ ） A. 30% - 60% B. 66% - 100% C. 100% - 130% D. 130% - 160% 【答案】B 【解析】为减少热继电器发热元件的规格，热继电器动作电流可在发热元件额定电流66% - 100%范围内调节。 2. 热继电器动作后，手动复位的时间要求是在多少分钟内按下复位按钮（ ） A. 1min B. 2min C. 3min D. 5min 【答案】B 【解析】热继电器动作后，可在2min内按下手动复位按钮进行复位。 3. 热继电器动作后，自动复位的时间要求是在多少分钟内可靠复位（ ） A. 1min B. 2min C. 3min D. 5min 【答案】D 【解析】热继电器动作后，可在5min内可靠地自动复位。 · 热继电器的定义及工作原理要点:热继电器是利用电流流过发热元件产生热量，使感测元件（如双金属片）受热弯曲，推动机构动作的保护电器。其核心在于电流产生的热量导致感测元件形变，从而实现对电路过载的监测与保护，不能用于瞬时过载和短路保护，主要用于电动机长期过载保护。 · 热继电器保护特性与电动机过载特性配合要点：热继电器保护特性要与电动机过载特性合理配合。保护特性应处于电动机过载特性下方并相邻近，形成一条曲带关系。这样在电动机过载时，热继电器能提前动作切断电源，防止电动机因过载损坏，确保电动机安全稳定运行，二者配合的合理性直接影响保护效果。 · 热继电器温度补偿及复位功能要点：温度补偿装置用于补偿环境温度变化导致热继电器检测元件受热弯曲的误差，保证动作准确性。手动复位可在2min内操作，增加灵活性；自动复位能在5min内自动完成，提高自动化程度。二者结合，使热继电器适应不同环境和工作需求，保障电气控制系统可靠运行。 知识点二 双金属片热继电器的结构及工作原理、带断相保护的热继电器 1、 双金属片热继电器的结构 双金属片热继电器主要由热元件、主双金属片、触头系统(动触头、静触头)、动作机构、复位按钮、电流整定装置和温度补偿元件等部分组成，如图1所示。 图1 双金属片式热继电器结构原理图与符号 1-主双金属片 2-电阻丝 3-导板 4-补偿双金属片 5-复位螺钉 6-推杆 7-静触头 8-动触头 9-复位按钮10-调节凸轮 11-弹簧 2、 双金属片热继电器的工作原理 双金属片是热继电器的感测元件，它将两种线膨胀系数不同的金属片以机械辗压的方式形成一体，膨胀系数大的称为主动片，膨胀系数小的称为被动片。而环绕其上的电阻丝串联于电动机定子电路中，流过电动机定子线电流，反映电动机过载情况。由于电流的热效应，双金属片遇热产生线膨胀，向被动片一侧弯曲。当电动机正常运行时，热元件产生的热量虽能使双金属片弯曲，但还不足以使热继电器的触头动作;只有当电动机长期过载时，过载电流流过热元件，使双金属片弯曲位移增大，经过一定时间后，双金属片弯曲到推动导板3，并通过补偿双金属片4与推杆6将触头7与8分开。此常闭触头串联于接触器线圈电路中，触头分开后，接触器线圈断电，接触器主触头断开电动机定子电源，实现电动机的过载保护。 调节凸轮10用来改变补偿双金属片与导板间的距离，达到调节整定动作电流的目的。此外，调节复位螺钉5来改变常开触头的位置，使继电器工作在手动复位或自动复位两种工作状态。调试手动复位时，在故障排除后需按下复位按钮9才能使常闭触头闭合。 补偿双金属片可在规定范围内补偿环境温度对热继电器的影响，当环境温度变化时，主双金属片与补偿双金属片同时向同一方向弯曲，使导板与补偿双金属片之间的推动距离保持不变。这样，继电器的动作特性将不受环境温度变化的影响。 3、 带断相保护的热继电器 三相感应电动机运行时，若发生一相断路，流过电动机各相绕组的电流将发生变化，其变化情况将与电动机三相绕组的接法有关。如果热继电器保护的三相电动机是星形联结，当发生一相断路时，另外两相线电流增加很多，由于此时线电流等于相电流，而流过电动机绕组的电流就是流过热继电器热元件的电流，因此，采用普通的两相或三相热继电器就可对此作出保护。如果电动机是三角形联结，在正常情况下，线电流是相电流的√3倍，串联在电动机电源进线中的热元件按电动机额定电流即线电流来整定。当发生一相断路时，如图2所示电路，当电动机仅为额定负载的0.58时，流过跨接于全电压下的一相绕组的相电流IP3等于1.15额定相电流，而流过两相绕组串联的电流IP1=IP2仅为0.58额定相电流。此时未断相的那两相线电流正好为额定线电流，接在电动机进线中的热元件因流过额定线电流，热继电器不动作，但全压下的一相绕组已流过1.15倍额定相电流，时间一长便有过热烧毁的危险。所以三角形联结的电动机必须采用带断相保护的热继电器来对电动机进行长期过载保护。 图2 电动机三角形联结时U相断线时的电流分析 带断相保护的热继电器是将热继电器的导板改成差动机构，如图3所示。差动机构由上导板1、下导板2及装有顶头4的杠杆3组成，它们之间均用转轴连接。其中，图3a所示为未通电时导板的位置;图3b所示为热元件流过正常工作电流时的位置此时三相双金属片都受热向左弯曲，但弯曲的挠度不够，所以下导板向左移动一小段距离，顶头4尚未碰到补偿双金属片5，继电器不动作;图3c所示为电动机三相同时过载的情况，三相双金属片同时向左弯曲。推动下导板向左移动，通过杆杆3使顶头4碰到补偿双金属片端部，使继电器动作;图3d所示为W相断路时的情况，这时W相双金属片将冷却，端部向右弯曲，推动上导板向右移，而另外两相双金属片仍受热，端部向左弯曲推动下导板继续向左移动。这样上、下导板的一右一左移动，产生了差动作用，通过杠杆的放大作用，迅速推动补偿双金属片，使继电器动作。由于差动作用，继电器在断相故障时加速动作，保护电动机。带断相保护热继电器的保护特性见表1。 图3 差动式断相保护机构及工作原理 a) 通电前 b)三相正常电流 c)三相均匀过载 d)W相断路 1- 上导板 2-下导板 3-杠杆 4-顶头 5-补偿双金属片 6-主双金属片 表1 带断相保护热继电器的保护特性 双金属片热继电器中的感测元件是（ ） A. 电阻丝 B. 主双金属片 C. 触头系统 D. 动作机构 【答案】B 【解析】双金属片是热继电器的感测元件，由两种线膨胀系数不同的金属片以机械辗压的方式形成一体，用于感受电动机过载产生的热量并发生弯曲。 1. 当电动机长期过载时，双金属片热继电器通过什么实现电动机的过载保护（ ） A. 电阻丝发热熔断 B. 双金属片弯曲推动触头断开 C. 动作机构直接切断电源 D. 温度补偿元件动作 【答案】B 【解析】电动机长期过载时，过载电流使双金属片弯曲位移增大，推动导板并通过补偿双金属片与推杆将触头分开，切断接触器线圈电路，实现过载保护。 2. 调节凸轮在双金属片热继电器中的作用是（ ） A. 改变常开触头的位置 B. 调节整定动作电流 C. 补偿环境温度影响 D. 手动复位继电器 【答案】B 【解析】调节凸轮用于改变补偿双金属片与导板间的距离，从而调节整定动作电流。 3. 三相感应电动机三角形联结时，若发生一相断路，应采用哪种热继电器进行保护（ ） A. 普通两相热继电器 B. 普通三相热继电器 C. 带断相保护的热继电器 D. 无需热继电器保护 【答案】C 【解析】三角形联结的电动机在发生一相断路时，未断相的两相线电流可能仍为额定值，普通热继电器不动作，需采用带断相保护的热继电器。 1. 带断相保护的热继电器中，差动机构的作用是（ ） A. 放大电流信号 B. 补偿环境温度 C. 加速断相故障时的动作 D. 手动复位继电器 【答案】C 【解析】差动机构通过上、下导板的差动作用，在断相故障时迅速推动补偿双金属片，使继电器加速动作。 2. 双金属片热继电器中，补偿双金属片的主要功能是（ ） A. 感受电动机过载电流 B. 补偿环境温度对继电器动作特性的影响 C. 直接切断电动机电源 D. 调节整定动作时间 【答案】B 【解析】补偿双金属片用于补偿环境温度对热继电器动作特性的影响，确保继电器在不同温度下动作特性稳定。 3. 双金属片热继电器手动复位时，故障排除后需如何操作才能使常闭触头闭合（ ） A. 自动复位 B. 按下复位按钮 C. 调节复位螺钉 D. 等待一段时间 【答案】B 【解析】手动复位时，需在故障排除后按下复位按钮才能使常闭触头闭合。 · 双金属片热继电器的组成与功能：双金属片热继电器由热元件、主双金属片、触头系统、动作机构等组成。热元件串联于电动机电路，双金属片感测过载电流并弯曲，推动触头断开接触器电路，实现过载保护。 · 带断相保护的热继电器工作原理：采用差动机构（上、下导板及杠杆），在断相故障时通过上下导板的差动作用和杠杆放大，迅速推动补偿双金属片使继电器动作，避免电动机绕组过热烧毁。 · 环境温度补偿机制：补偿双金属片与主双金属片同时受环境温度影响向同一方向弯曲，保持导板与补偿双金属片的推动距离不变，确保热继电器在不同温度下的动作特性稳定，避免误动作或拒动。 知识点三 热继电器典型产品及主要技术参数、热继电器的选用 1、 热继电器典型产品及主要技术参数 常用的热继电器有JR20，JRS1，JR36，JR21，3UA5、6，LR1-D，T系列。其中，后四种是引入国外技术生产的。下面以常用的JR20系列热继电器为例进行分析。 JR20系列热继电器带断相保护、温度补偿、整定电流值可调、手动脱扣、自动复位动作后的信号指示。它与交流接触器可以进行分立式或组合式安装，二者可通过导电杆与挂钩直接插接。引进的T系列热继电器常与B系列接触器组合成电磁起动器。LR1-D系列热继电器与LC1-D系列交流接触器插接组成电磁起动器。 JR20系列热继电器部分产品的技术数据见表1。 表1 JR20系列热继电器部分产品的技术数据 2、 热继电器的选用 热继电器主要用作电动机的过载保护，选用时应根据使用条件、工作环境、电动机型号及运行条件和要求，电动机起动情况和负载情况等综合考虑。 1. 热继电器有三种安装方式，独立安装式(通过螺钉固定)、导轨安装式(在标准安装轨上安装)和插接安装式(直接挂接在与其配套的接触器上)。应按实际安装情况选择安装方式。 2. 原则上热断电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。但对于过载能力较差的电动机，其配用的热继电器的额定电流应适当小些，通常选取热继电器的额定电流(实际上是选取热元件的额定电流)为电动机额定电流的60%~80%。 3. 在不频繁起动的场合，要保证热继电器在电动机起动过程中不产生误动作。当电动机起动电流为其额定电流6倍及以下，起动时间不超过5s时，若很少连续起动，则可按电动机额定电流选用热继电器。电动机起动时间较长，就不宜采用热继电器，而采用过电流继电器作保护。 4. 一般情况下可选用两相结构的热继电器。对于电网电压均衡性较差、无人看管的电动机或与大容量电动机共用一组熔断器的电动机，宜选用三相结构的热继电器。定子三相绕组为三角形联结的电动机，应采用带断相保护的三元件热继电器作过载和断相保护。 5. 双金属片式热继电器一般用于轻载、不频繁起动电动机的过载保护。对于重载、频繁起动的电动机，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，因为热元件受热变形需要时间，故热继电器不能作短路保护。 6. 当电动机工作于重复短时工作制时，要注意确定热继电器的允许操作频率。因为热继电器的操作频率很有限的，操作频率较高时，热继电器的动作特性会变差，甚至不能正常工作。对于频繁正反转和频繁通断的电动机，不宜采用热继电器作保护，可选用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。 以下哪种热继电器系列带有断相保护功能（ ） A. JR20系列（不含断相保护型号） B. JRS1系列 C. JR20系列（含断相保护型号） D. 3UA5系列 【答案】C 【解析】JR20系列热继电器中部分型号带有断相保护功能，其他选项未明确提及此特性。 1. JR20系列热继电器与交流接触器的安装方式不包括以下哪种（ ） A. 分立式安装 B. 组合式安装 C. 嵌入式安装 D. 插接安装 【答案】C 【解析】JR20系列热继电器与交流接触器可通过分立式、组合式或插接方式安装，无嵌入式安装。 2. 对于过载能力较差的电动机，热继电器的额定电流应如何选择（ ） A. 等于电动机额定电流 B. 为电动机额定电流的120% C. 为电动机额定电流的60%~80% D. 为电动机额定电流的200% 【答案】C 【解析】过载能力差的电动机需配用额定电流较小的热继电器，通常为电动机额定电流的60%~80%。 3. 电动机起动电流为额定电流6倍以下且时间不超过5s时，热继电器的选用依据是（ ） A. 按起动电流选用 B. 按电动机额定电流选用 C. 按负载电流选用 D. 无需使用热继电器 【答案】B 【解析】不频繁起动且起动时间短的场合，热继电器可按电动机额定电流选用。 1. 以下哪种情况宜选用三相结构的热继电器（ ） A. 电网电压均衡性好的电动机 B. 无人看管的电动机 C. 轻载起动的电动机 D. 与小容量电动机共用熔断器的电动机 【答案】B 【解析】电网电压均衡性差、无人看管或与大容量电动机共用熔断器的电动机，宜选用三相结构热继电器。 2. 定子三相绕组为三角形联结的电动机，应采用哪种热继电器（ ） A. 两相结构热继电器 B. 带断相保护的三元件热继电器 C. 单相结构热继电器 D. 无需热继电器 【答案】B 【解析】三角形联结的电动机需采用带断相保护的三元件热继电器作过载和断相保护。 3. 热继电器能否用于电动机的短路保护（ ） A. 能 B. 不能 C. 仅重载时能 D. 仅频繁起动时能 【答案】B 【解析】热继电器因热元件受热变形需要时间，不能用于短路保护，需用过电流继电器或熔断器。 · 热继电器核心功能：热继电器主要用于电动机过载保护，通过检测电流产生的热量触发动作，防止电动机因长时间过载而损坏。其动作具有反时限特性，即电流越大，动作时间越短。 · JR20系列技术优势：JR20系列热继电器集成了断相保护、温度补偿、手动脱扣等功能，支持分立式或组合式安装，灵活适应不同场景需求。其整定电流值可调，便于精确匹配电动机参数。 · 热继电器选用原则：选用热继电器需综合考虑电动机型号、运行条件、起动特性及负载情况。原则上按电动机额定电流选择，但过载能力差的电动机需适当减小热继电器额定电流。对于特殊工况（如频繁起动、重复短时工作制），需选用专用保护装置。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$