如何使用热继电器保护电动机？

1.热继电器功能与分类

在电力拖动控制系统中，当三相交流电动机出现长期带负荷欠电压运行、长期过载运行以及长期单相运行等不正常情况时，电动机绕组会发生过热现象；该现象将加剧电动机绕组绝缘的老化，缩短电动机的使用年限，严重时会烧毁电动机。因此，为了充分发挥电动机的过载能力，保证电动机的正常启动和运转，必须对电动机进行过载保护。热继电器是用作电动机的过载保护以及电动机的断相保护的电器元件。当电动机出现长时间过载或长期单相运行等不正常情况时，热继电器能自动切断电路，从而起到保护电动机的作用。

热继电器主要利用电流的热效应原理以及发热元件热膨胀原理设计而成，用于实现三相交流异步电动机的过载保护。但由于热继电器中发热元件有热惯性，在电路中不能做到瞬时过载保护，更不能做短路保护，因此它不能替代电路中的熔断器和过电流继电器。

按相数来分，热继电器有三种类型：单相、两相以及三相式。其中，三相式热继电器常用于三相交流电动机做过载保护。每种类型的热继电器按发热元件的额定电流的不同，有不同的规格和型号。按功能来分，三相式热继电器有不带断相保护和带断相保护两种类型。

2.热继电器的保护特性

热继电器的触点动作时间与被保护的电动机过载程度有关。因此，在分析热继电器工作原理之前，必须先明确电动机的过载特性。电动机过载特性是指电动机的过载电流与电动机通电时间的关系，它反映了电动机过载程度。当电动机运行中出现过载电流时，绕组发热；根据热平衡关系，在允许温升条件下，电动机通电时间与其过载电流的平方成反比。因此，电动机的过载特性具有反时限特性，如图1-18中的曲线1所示。

图1-18　电动机的过载特性和热继电器的保护特性及其配合

为了适应电动机的过载特性且起到过载保护作用，要求热继电器也应具有类似电动机过载特性的反时限特性。热继电器的保护特性是指通过的过载电流与热继电器触点动作时间的关系，如图1-18中曲线2所示。热继电器中含有电阻性发热元件；当过载电流通过热继电器时，发热电阻产生的热效应和热膨胀效应使感测元件动作，从而带动热继电器的触点动作，实现保护作用。

考虑到各种误差的影响，电动机的过载特性和继电器的保护特性都不可能是一条曲线，而是一条带子。当误差越大时，带子越宽；误差越小时，带子越窄。

由图1-18中的曲线1可知，电动机出现过载时，工作在曲线1（电动机过载特性曲线）的下方是安全的。因此，热继电器的保护特性应在电动机过载特性的邻近下方；当发生过载，热继电器就会在电动机未达到其允许过载极限之前动作，切断电动机电源，使之免遭损坏。

3.热继电器工作原理

热继电器主要由热元件、双金属片、触头系统等组成。热元件是热继电器中产生热效应的部件，应串接于电动机电路中，从而直接反映电动机的过载电流。双金属片是热继电器的感测元件，它是由两种不同线膨胀系数的金属片用机械碾压而成的。线膨胀系数大的称为主动层，线膨胀系数小的称为被动层。双金属片受热后产生线膨胀，由于两层金属的线膨胀系数不同，且两层金属又紧密地贴合在一起，因此，发热后使得双金属片向被动层一侧弯曲，如图1-19所示。由双金属片弯曲产生的机械力带动触头动作。

图1-19　热继电器

热继电器的工作原理：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，但还不足以带动继电器的触点动作。当电动机过载时，热元件产生热量增大，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，并通过补偿双金属片与推杆使得常闭触点断开，致使接触器线圈失电，接触器的主触点断开电动机的电源以保护电动机。热继电器动作后一般不能自动复位，需等到双金属片冷却后按下复位按钮复位。设置复位按钮的目的在于防止回路中故障还未排除时，热继电器自行恢复再次引起事故。热继电器动作电流可以通过旋转凸轮来调节。(www.xing528.com)

在电气原理图中，热继电器的热元件、触点的图形符号和文字符号如图1-20所示。

图1-20　热继电器的图形符号和文字符号

4.热继电器的技术参数及常用产品

热继电器的主要技术参数有额定电压、额定电流、相数、热元件额定电流、整定电流以及调节范围等。热继电器的整定电流是指热继电器的热元件允许长期工作而不致引起继电器动作的最大电流值。通常热继电器的整定电流是根据电动机的额定电流整定的。对于某一热元件，可通过调节电流旋钮，在一定范围内调节其整定电流。

常用的热继电器有JR16、JR20、JRS1等系列，其中JR20、JRS1系列具有断相保护功能。引进产品有T系列（德国ABB公司）、3UA系列（西门子公司）、LR1-D（法国TE公司）等系列。每一系列的热继电器一般只能和相适应系列的接触器配套使用，如JR20系列热继电器与CJ20接触器配套使用，3UA系列热继电器与3TB/3TF/3TW等系列接触器配套使用，T系列热继电器与B系列接触器配套使用等，但也有例外情况。

常用的JRS1系列和JR20系列热继电器型号中字符的含义如图1-21所示。

图1-21　JRS1和JR20系列热继电器型号中字符的含义

5.热继电器的选用

热继电器选用是否得当，直接影响着对电动机进行过载保护的可靠性。选用时，通常应按电动机形式、工作环境、启动情况及负载情况等几方面综合加以考虑。

（1）原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。

（2）对于过载能力较差的电动机，与其配合的热继电器（主要是发热元件）的额定电流可适当小些。通常，选取热继电器的额定电流（实际上是选取发热元件的额定电流）为电动机额定电流的60%～80%。

（3）在不频繁启动场合，为了保证热继电器在电动机的启动过程中不产生误动作，一般是当电动机启动电流为其额定电流6倍、以及启动时间不超过6 s且很少连续启动时，按电动机的额定电流选取热继电器的额定电流即可。

（4）当电动机为重复且短时工作场合时，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是很有限的，如果用它保护操作频率较高的电动机，效果很不理想，有时甚至不能使用。

对于可逆运行和频繁通断的电动机，不宜采用热继电器保护，必要时可以选用装入电动机内部的温度继电器。