热继电器的结构及工作原理

热继电器的结构及工作原理

【转自知乎】

热继电器一般由加热元件、控制触头和动作系统、复位机构、整定电流装置和温度补偿元件等部分组成。它由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。

电动机在实际运行中，如拖动生产机械进行工作过程中，若机械出现不正常的情况或电异常使电动机遇到过载，则电动机转速下降，绕组中的电流将增大，使电动机的绕组温度升高；若过载电流不大且过载的时间较短，电动机绕组不超过允许温升，这种过载是允许的；但若过载时间长，过载电流大，电动机绕组的温升就会超过允许值，使电动机绕组老化，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会使电动机绕组烧毁。所以，这种过载是电动机不能承受的。热继电器就是利用电流的热效应原理，在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保护的保护电器。其工作原理示意图如图1，其结构如图2所示。

使用热继电器对电动机进行过载保护时，将热元件与电动机的定子绕组串联，将热继电器的常闭触头串联在交流接触器的电磁线圈的控制电路中，并调节整定电流调节旋钮，使人字形拨杆与推杆相距一适当距离。当电动机正常工作时，通过热元件的电流即电动机的额定电流，热元件发热，双金属片受热后弯曲，使推杆刚好与人字形拨杆接触，而又不能推动人字形拨杆。常闭触头处于闭合状态，交流接触器保持吸合，电动机正常运行。

若电动机出现过载情况，绕组中电流增大，通过热继电器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，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。

使用热继电器对电动机进行过载保护时，将热元件与电动机的定子绕组串联，将热继电器的常闭触头串联在交流接触器的电磁线圈的控制电路中，并调节整定电流调节旋钮，使人字形拨杆与推杆相距一适当距离。当电动机正常工作时，通过热元件的电流即电动机的额定电流，热元件发热，双金属片受热后弯曲，使推杆刚好与人字形拨杆接触，而又不能推动人字形拨杆。常闭触头处于闭合状态，交流接触器保持吸合，电动机正常运行。

若电动机出现过载情况，绕组中电流增大，通过热继电器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，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。

一、加热元件

这是热继电器的心脏，1、直热式热继电器就是利用双金属片本身作热元件，就是把双金属片当做热元件，让电硫直接通过它。因为双金属片本身具有一定电阻，所以当电流通过时，它也能产生热量。由于双金属片兼作感测元件和加热元件.因此，这种加热方式具有结构简单、体积小、节省材料、发热时间常数小和反映温度变化比较迅速等特点。

2、间接加热是通过在电的方面与双金属片无联系的加热元件产生热量。加热元件为丝状或带状.环绕在双金属片周围。由于加热元件产生的热量要经过空气传播给双金属片，因而发热时间常数大.反映温度变化的速率也比较慢。

3、复合加热实际上是直接加热与间接加热两种形式的结合，复合加热的发热时间常数介于以上两种形式之间.其电阻值可依靠并联或串联不同电阻而很方便地进行调整，且又兼具直接加热和间接加热的长处，所以获得了广泛的应用。

4、电流互感器加热主要用于大容量的热继电器以及重载起动的热继电器。

二、控制触头和动作系统

热过载继电器是电动机保护应用最广的电气元件。在使用过程中，客户常常需要停止按钮功能来驱动常闭触头断开以实现特定的控制功能或紧急断电预防安全事故的发生。目前，应用较为广泛的结构是弹簧式动触头，电动机过载后，常闭触头断开，电动机停车后，热继电器双金属片冷却复位，常闭触头的动触头在弹簧的作用下会自动复位。但是传统的弹簧式动触头弹簧容易掉落，引起辅助触头不通电，导致热继无法使用。现有更为保险的做法是将弹簧式动触头升级为片簧式动触头，将接触桥设置成片簧式接触桥，使得动触头在与静触头接触时，产生的震动更大，由于运动惯性和碰撞的影响，片簧式接触桥产生动态弹性变形，在不同动态瞬间，原为平直的片簧式接触桥将具有不同的曲率从而产生屈伸运动，进一步带动球形动触头相对于静触头产生摩擦滚动，使得表面的膜电阻更为充分的破坏，保证接触导通的效果，提高设备的可靠性。

三、复位机构和断相保护

热元件受热弯曲后，推动出发装置使热继电器动作后，主回路电流被切断了。双金属片一边散热一边恢复原装，显然，这是需要时间的，热继电器的复位有两种方式，手动和自动。手动复位一般不小于5min,自动复位不大于10min。

复位方式可通过复位按钮来选择，在正常状态下，当复位按钮指向A（自动复位）时，NC闭合，NO断开；在脱扣状态下，当复位按钮指向A时，NC断开，NO闭合。电动机断电停车后，动触头不能复位。必须按动复位按钮后动触头方能复位。此时热继电器为手动复位状态。若电动机过载是故障性的，为了避免再次轻易地启动电动机，热继电器宜采用手动复位方式。手动复位状态下，采用复位原理一样。若要将热继电由手动复位方式调至自动复位方式，只需将复位按钮向A（自动复位）即可。

有些型号的热继电器还具有断相保护功能。其结构示意图如下图所示。热继电器的断相保护功能是由内、外推杆组成的差动放大机构提供的。当电动机正常工作时，通过热继电器热元件的电流正常，内外两推杆均向前移至适当位置；当出现电源相断线而造成缺相时，该相电流为零，该相的双金属片冷却复位，使内推杆向右移动，另两相的双金属片因电流增大而弯曲程度增大，使外推杆更向左移动，由于差动放大作用，在出现断相故障后很短的时间内就推动常闭触头使其断开，使交流接触器释放，电动机断电停车而得到保护。

四、整定电流装置和温度补偿

整定电流是指长期通过发热元件而不到热继电器松祚的最大电流，当发热元件中通过的电流超过整定电流值的20%时，热继电器应在20min内动作。热继电器的整定电流大小可通过整定电流旋钮来改变。选用和整定热继电器时一定要使整定电流值与电动机的额定电流一致。

一种高精度的热过载继电器电流整定结构包括支座(1)、补偿双金(3)、调节螺钉 (4)和整定凸轮(5)。

热过载继电器是电动机保护应用最广的电气元件。在使用过程中，客户需要根据电动机的实际工作情况来调节热过载继电器的整定电流值。若热过载继电器整定精度不高，则易使电动机产生非正常停机或过热烧毁等故障。

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，保证热继电作的准确性。这种作用称温度补偿作用。

我们可以从下图中看到具体是怎么通过补偿双金解决传统结构的电流整体精度不高的问题

在补偿双金上设铆接孔和螺纹孔，铆接孔与铆接凸台匹配，螺纹孔与调节螺钉螺纹连接。在补偿双金上设计与铆接凸台配合的特征孔即铆接孔，使补偿双金与U形件铆接固定。

补偿双金组件在支座台阶平面和热铆成型特征的作用下，保证了定位精度，从而提高整定凸轮操作产生的电流整定精度，解决传统结构的电流整定精度不高的问题