熱繼電器失去保護(hù)作用原因研究

岳喜雷 葉揚(yáng) 林鑄鑫 徐勝國(guó) 盧晶

[摘 ? ?要 ]首先對(duì)熱繼電器的控制系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)分析論述;其次又詳細(xì)的介紹了新型熱繼電器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)新型熱電器的硬件設(shè)施進(jìn)行充分的概述;最后在熱電器選擇的諸多方面，舉出實(shí)際案例描述了熱繼電器失去保護(hù)作用的情形，并通過(guò)改進(jìn)電路設(shè)計(jì)得來(lái)提升設(shè)備的運(yùn)行效率，希望能夠給同行帶來(lái)一定的幫助。

[關(guān)鍵詞]熱繼電器;保護(hù);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);原因

[中圖分類號(hào)]TM582 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）06–0–02

[Abstract]Firstly， it analyzes and discusses the control system of the thermal relay; secondly， it introduces the structure design of the new thermal relay in detail， and gives a full overview of the hardware facilities of the new thermal electrical appliance; finally， in many aspects of the thermal electrical appliance selection， mention A practical case describes the situation where the thermal relay loses its protective effect， and improves the operating efficiency of the equipment by improving the circuit design， hoping to bring some help to the peers.

[Keywords]thermal relay; protection; structural design; reason

近年來(lái)，熱繼電器作為一種常見的系統(tǒng)運(yùn)行裝置被人們廣泛的應(yīng)用和推廣，在具體的使用過(guò)程中，工作人員應(yīng)采用獨(dú)特的處理工藝，妥善的將不同熱繼電器應(yīng)用到各種電動(dòng)機(jī)等運(yùn)行裝置上，即過(guò)載保護(hù)處理，例如，將其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的熱元件和電動(dòng)機(jī)的定子進(jìn)行妥善的串聯(lián)，將熱繼電器的常閉觸頭融入到相應(yīng)的控制電路時(shí)，利用電流的熱效應(yīng)原理，當(dāng)電動(dòng)機(jī)不能承受較大的電流時(shí)，就會(huì)自動(dòng)切斷相關(guān)電路，進(jìn)而形成過(guò)載保護(hù)模式[1]。

1 熱繼電器的控制系統(tǒng)分析

1.1 控制系統(tǒng)

熱保護(hù)和電子流保護(hù)是熱繼電器過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)重要的組成部分，技術(shù)處理人員根據(jù)機(jī)械部件的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)熱電保護(hù)管理并利用熱元部件，將流經(jīng)的過(guò)載電流轉(zhuǎn)化為一定的溫度，再利用雙金屬片實(shí)現(xiàn)過(guò)載脫離保護(hù)，采用電一定的處理模式，建立過(guò)電流保護(hù)和傳統(tǒng)雙金屬片相結(jié)合的熱電混合式過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)。

1.2 理論分析

電子式熱繼電器在運(yùn)行過(guò)程中，管理部門主要是利用檢測(cè)電路線流中的電流數(shù)值來(lái)分析電流是否出現(xiàn)超載現(xiàn)象，文章論述的內(nèi)容與正常熱繼電器的工作原理不同，主要指熱繼電器金屬元件的溫度變化所引起的反應(yīng)電流線路所產(chǎn)生的電壓變化。

1.3 新型熱繼電器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以JR36-20型熱繼電器為例[2]，工作人員利用熱繼電器的工作原理對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析改造，由此設(shè)計(jì)出一種新型的熱電混合式熱繼電器。該種熱繼電器為三相雙金屬式結(jié)構(gòu)，包含重要的電流連續(xù)可調(diào)裝置保護(hù)系統(tǒng)，由于該熱繼電器保護(hù)系統(tǒng)的雙金屬為混合式的熱元件，如果相關(guān)人員使用抗熱絕緣的物體將雙金屬片固定，就不會(huì)引起雙金屬片在加熱狀態(tài)下出現(xiàn)變形彎曲狀態(tài)，同時(shí)，由于溫度傳感器只有在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)才可以測(cè)量出絕緣導(dǎo)熱材料的電流線路的變化，例如，實(shí)驗(yàn)人員采用3J型導(dǎo)熱雙面膠，采用PT100熱電阻結(jié)構(gòu)材料對(duì)溫度補(bǔ)償器和溫度傳感器進(jìn)行分析處理，設(shè)定A、B、C三相電流溫度，相應(yīng)的把導(dǎo)熱雙面膠相繼黏在三個(gè)金屬片上，將熱繼電器的塑料外殼與導(dǎo)熱雙面膠貼緊密連接，進(jìn)而檢驗(yàn)溫度補(bǔ)償器在周圍環(huán)境的溫度，再將雙金屬片和溫度傳感器的貼片貼好后，逐一把熱繼電器的線路包裝封閉好，統(tǒng)一在硬件電路板上固定。其中，應(yīng)保證硬件電路和傳感器的引出線路緊密結(jié)合，以確保硬件電路可以準(zhǔn)確的反應(yīng)熱電阻PT100的電阻穩(wěn)定后的時(shí)間和相關(guān)電阻值，進(jìn)而達(dá)到新型熱繼電器可以完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱繼電器觸點(diǎn)和鐵心的目的。

1.4 硬件設(shè)計(jì)電路整體設(shè)計(jì)方案

在新型熱繼電器保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，過(guò)載保護(hù)繼電器系統(tǒng)主要由模擬開關(guān)、差動(dòng)放大器、單片機(jī)、LED顯示器、鍵盤輸入、橋式測(cè)量電路以及繼電器輸出裝置構(gòu)成。其中，在過(guò)載保護(hù)繼電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，熱電阻PT100內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以有效地將雙金屬片上的溫度變化實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)換成電阻信號(hào);橋式測(cè)量電路可以將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)電流，工作人員對(duì)模擬開關(guān)的選擇設(shè)定，把差動(dòng)放大器同步傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)里，此時(shí)單片機(jī)通過(guò)工作原理對(duì)A-D進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，在對(duì)電流、電阻信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一處理后，發(fā)出一系列的信號(hào)傳輸?shù)揭壕э@示器上;最后完整的呈現(xiàn)出相對(duì)準(zhǔn)確的線路電流值、熱繼電器工作情況以及故障出現(xiàn)的具體原因，與此同時(shí)，技術(shù)處理人員結(jié)合內(nèi)部架構(gòu)的硬件設(shè)計(jì)保護(hù)方式，可以控制繼電器線路電流是否通暢，通過(guò)鍵盤輸入的效果還可以確保繼電器復(fù)位狀態(tài)[3]。

1.5 軟件設(shè)計(jì)

結(jié)合熱繼電器的過(guò)載性特點(diǎn)，在保證熱繼電器溫度升高變化與過(guò)載電流的過(guò)載延時(shí)，建立合理的數(shù)學(xué)模型，在確保符合繼電器工作原理的同時(shí)，應(yīng)利用合理手段對(duì)單片機(jī)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。首先，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流瞬間會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的電流變化，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)合理的減少電動(dòng)機(jī)的起啟動(dòng)過(guò)程，在程序電流工作流程中[4]，可以利用延時(shí)等待處理方式對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì);其次，當(dāng)電流線路出現(xiàn)相關(guān)故障后，需要對(duì)其故障電流進(jìn)行數(shù)值測(cè)定，即利用PT100熱電阻通過(guò)橋式電路測(cè)量來(lái)檢測(cè)各個(gè)線路分支電路穩(wěn)定后分度表的數(shù)值，當(dāng)線路溫度升高后，經(jīng)過(guò)對(duì)三個(gè)主回路電流和溫升之間的相互關(guān)系以及熱繼電器額定電流的數(shù)值大小，來(lái)分析電流線路是否出現(xiàn)問(wèn)題，如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)故障，就要將設(shè)定程序歸為原位，再檢驗(yàn)主回路電路的電流是否出現(xiàn)相關(guān)故障，如果出現(xiàn)相關(guān)故障，就應(yīng)對(duì)各種不同線路故障進(jìn)行分析處理，具體總結(jié)如下：當(dāng)過(guò)載故障出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，要先做出延時(shí)處理，當(dāng)過(guò)載故障出現(xiàn)后，熱繼電器進(jìn)行脫扣處理;其次，針對(duì)出現(xiàn)斷相故障后，在線路出現(xiàn)斷相故障后對(duì)熱繼電器執(zhí)行脫扣處理;最后，當(dāng)出現(xiàn)不對(duì)稱故障后，熱繼電器就會(huì)發(fā)出相應(yīng)預(yù)警信號(hào)，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合故障出現(xiàn)的實(shí)際原因，有針對(duì)性的采取整改措施，當(dāng)相關(guān)故障解決完畢后，需要對(duì)熱繼電器進(jìn)行復(fù)位恢復(fù)處理。

2 熱電器結(jié)構(gòu)選擇

為了減少電動(dòng)機(jī)在短路過(guò)載時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流瞬間受到外在影響，可以將熱繼電器的電動(dòng)機(jī)額定電流設(shè)為整個(gè)線路電流數(shù)值的0.96～1.06倍。在長(zhǎng)期工作、輕載啟動(dòng)或者存在間斷狀態(tài)進(jìn)行工作的電動(dòng)機(jī)裝備應(yīng)，使用兩相結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的熱繼電器，對(duì)于那些長(zhǎng)期無(wú)人看管或者工作環(huán)境較差的電動(dòng)機(jī)，可以安設(shè)含有自動(dòng)斷相保護(hù)裝置的熱繼電器保護(hù)系統(tǒng)。

3 熱繼電器失去保護(hù)作用原因原因舉例分析

以某地一個(gè)大型加工廠的熱繼電器過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)失效為實(shí)例，該工廠應(yīng)用的熱繼電器型號(hào)為JR16-150型，使用76 kW的XJO1型自耦壓起動(dòng)器。在自動(dòng)水泵進(jìn)行水位控制操作過(guò)程中，一般情況下，應(yīng)確保水塔上的高水位信號(hào)的開關(guān)行程在關(guān)閉點(diǎn)處可以達(dá)到1 SL位置，再將水塔上的低水位信號(hào)開關(guān)行程在關(guān)閉點(diǎn)處可以達(dá)到引至2 SL位置，如果水塔的水位與低水位相比較處于較低狀態(tài)時(shí)，行程開關(guān)常開位置會(huì)被浮子帶動(dòng)，促使2 SL位置點(diǎn)發(fā)生關(guān)閉，控制系統(tǒng)被接通后，水泵會(huì)正式啟動(dòng)，逐漸上水;如果浮子遠(yuǎn)離低水位后，運(yùn)行系統(tǒng)會(huì)在1.1 kM的自動(dòng)鎖觸點(diǎn)位正常運(yùn)行;如果水塔水位線與高水位點(diǎn)相比較高后，行程開關(guān)常開位置會(huì)被浮子帶動(dòng)，促使在1 SL位置點(diǎn)出現(xiàn)斷電處理，直到水位相繼降低后再次升高后，反復(fù)進(jìn)行循環(huán)操作。值得注意的是，這種接法會(huì)暴露出一系列問(wèn)題，即采用此種電路操作處理過(guò)載電路保護(hù)時(shí)，相關(guān)電動(dòng)機(jī)不能夠被過(guò)載熱繼電器很好的被保護(hù)處理。產(chǎn)生這種問(wèn)題的主要原因是，電動(dòng)機(jī)過(guò)載電路的電流在溫度升高變化后，設(shè)定的電路電流數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于熱元件的電流運(yùn)行數(shù)值，當(dāng)熱元件發(fā)生變動(dòng)后，常閉點(diǎn)開關(guān)就會(huì)立即對(duì)電路線路進(jìn)行斷電處理，從而形成管控回路斷電的狀態(tài)，致使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。熱繼電器保護(hù)裝置不斷運(yùn)行期間，水塔上的水位線回迅速降到低水位點(diǎn)水位線之下，此時(shí)2SL位置點(diǎn)就會(huì)立即關(guān)閉，等到熱元件的溫度逐漸降低直至冷卻復(fù)位后，熱繼電器的常閉觸點(diǎn)就會(huì)關(guān)閉，在2SL位置點(diǎn)的回路控制下，引發(fā)電路線路出現(xiàn)故障。進(jìn)而循環(huán)反復(fù)進(jìn)行如上操作處理，熱繼電器的過(guò)載運(yùn)行電流會(huì)迅速提高電動(dòng)機(jī)的電流數(shù)值，造成過(guò)載起動(dòng)電流逐漸增大。值得注意的是，這種操作處理方式暴露出諸多弊端，例如，會(huì)反復(fù)引起電動(dòng)機(jī)電流不穩(wěn)，可能直接降低電動(dòng)機(jī)重要零件的使用性能，縮短機(jī)械設(shè)備使用壽命，最終引發(fā)電動(dòng)機(jī)線路出現(xiàn)燒毀的情況。除此之外，此類熱繼電器只能對(duì)主回路進(jìn)行短時(shí)間的切斷路處理，而不能在沒(méi)有排除線路故障期間全面的切斷相關(guān)系統(tǒng)。熱繼電器雖然可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，卻失去了基礎(chǔ)的保護(hù)作用，具體運(yùn)行圖如圖1所示。

針對(duì)此種現(xiàn)象，工作人員將線路改成圖2所示，即在系統(tǒng)中間增設(shè)一條繼電器KA2，一旦電機(jī)過(guò)載運(yùn)行時(shí)，熱繼電器就會(huì)發(fā)出一系列的運(yùn)行指令，對(duì)KA2繼電器進(jìn)行斷電處理，同時(shí)實(shí)時(shí)的接觸自鎖模式，在此期間，控制回路中的串聯(lián)KA2觸點(diǎn)也會(huì)相繼斷開，使得系統(tǒng)處于斷電狀態(tài)，在沒(méi)有人為操作處理的情況下，系統(tǒng)不會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。相關(guān)人員采用新型的保護(hù)手段，在熱繼電器系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，各個(gè)子系統(tǒng)的功能與原系統(tǒng)相一致，這樣的操作處理可以確保重要元件充分發(fā)揮熱繼電器的保護(hù)作用[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，當(dāng)熱繼電器線路系統(tǒng)失去保護(hù)作用時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際的情況，對(duì)相關(guān)我問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化并完善，制定科學(xué)有效地解決方案，來(lái)提高水泵的運(yùn)行效率，進(jìn)而為相關(guān)企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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