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電機過載保護裝置是如何工作的?

2024-12-10
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熱繼電器保護原理
雙金屬片受熱變形原理:熱繼電器是一種常見的電機過載保護裝置。它主要利用雙金屬片的特性來工作。雙金屬片是由兩種不同熱膨脹係數的金屬片貼合而成,當電流通過熱繼電器的發熱元件(通常串聯在電機主電路中)時,發熱元件產生的熱量會使雙金屬片受熱。由於雙金屬片中兩種金屬的熱膨脹係數不同,受熱後會發生彎曲變形。
動作切斷電路:在正常工作電流下,雙金屬片的變形程度較小。但當電機過載,電流超過額定值時,發熱元件產生的熱量增多,雙金屬片的彎曲變形程度加劇。當變形達到一定程度時,雙金屬片會推動熱繼電器的常閉觸點打開,從而切斷電機的控製電路,使電機停止運行,達到保護電機的目的。例如,在一個額定電流為 10A 的電機電路中,當電流超過 10A 並持續一段時間後,熱繼電器就會動作。
自動複位和手動複位功能:熱繼電器動作後,有些型號具有自動複位功能,即雙金屬片冷卻後會自動恢複原狀,常閉觸點重新閉合,電機可以再次啟動;而有些熱繼電器則需要手動複位,這樣可以防止在故障未排除的情況下電機意外重新啟動,確保安全。
電子型過載保護裝置工作原理
電流檢測環節:電子型過載保護裝置通過電流互感器等傳感器來準確檢測電機的實際運行電流。電流互感器會將電機主電路中的大電流按比例轉換為小電流或電壓信號,然後傳輸給保護裝置的信號處理單元。例如,對於一個額定電流為 50A 的電機,電流互感器可能會將檢測到的電流按照 1:1000 的比例轉換為信號,方便後續處理。
信號處理與比較:信號處理單元對檢測到的電流信號進行放大、濾波等處理,將其轉換為數字信號後與預設的過載電流閾值進行比較。這些閾值通常是根據電機的額定電流和過載倍數設定的,如電機額定電流為 20A,過載倍數設為 1.2 倍,那麽過載電流閾值就是 24A。當檢測到的電流超過這個閾值時,就判斷電機處於過載狀態。
延時判斷與動作執行:為了避免電機在啟動過程中的短時大電流(如電機啟動瞬間電流可能達到額定電流的 6 - 7 倍)或者短時過載(如電機偶爾受到輕微的機械阻力導致電流瞬間增大)而誤動作,電子型過載保護裝置通常會設置一個延時時間。隻有當電流超過過載閾值且持續時間超過這個延時時間(如延時 5 - 10 秒),保護裝置才會輸出控製信號,通過繼電器等執行元件切斷電機的電源,實現過載保護。
熔斷器在過載保護中的作用(一定程度上)
電流熱效應原理:熔斷器主要由熔體和安裝熔體的絕緣管(座)組成。當電機電路中出現過載電流時,根據焦耳定律(Q = I²Rt,Q 為熱量,I 為電流,R 為電阻,t 為時間),通過熔體的電流增大,產生的熱量增多。
熔體熔斷切斷電路:如果過載電流較小但持續時間較長,或者過載電流較大,熔體在熱量積累到一定程度後會熔斷。熔體熔斷後,電機電路被切斷,從而防止電機因長時間過載而損壞。不過,熔斷器的主要功能是短路保護,對於過載保護來說,它的動作特性相對不夠準確,因為它一旦熔斷就需要更換熔體才能恢複電路,而且熔斷電流與時間的關係不像熱繼電器和電子型過載保護裝置那樣可以靈活調整。
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