str. 1

Temat: Przekaźniki termiczne.
Przekaźnikami nazywamy przyrządy, które pod wpływem zmiany określonej wielkości fizycznej
sterują obwodami elektrycznymi. Przekaźniki elektryczne mogą działać pod wpływem zmian
natężenia prądu, napięcia, kierunku przepływu prądu, częstotliwości, przesunięcia fazowego itp.
W zależności od wykonywanych funkcji dzielimy przekaźniki na:
a) pomiarowe – reagujące na wartość wielkości oddziaływującej oraz posiada podziałkę
nastawień tej wielkości
b) pomocnicze - reagujące na pojawienie się, lub zanik wielkości oddziaływającej oraz nie
posiadający podziałki nastawień
Przekaźniki pomocnicze dzielą się na pośredniczące, sygnałowe, czasowe i zwłoczne. Przekaźniki
czasowe mają nastawiany czas działania, natomiast przekaźniki zwłoczne działają z określonym
stałym opóźnieniem. Początkowy etap przejścia z położenia spoczynkowego w położenie pracy,
nazywamy rozruchem przekaźnika, natomiast etap w odwrotnym kierunku - powrotem
przekaźnika. Dość istotną cechą przekaźników jest czas rozruchu i czas powrotu przekaźnika. Dla
przekaźników neutralnych typowy czas rozruchu wynosi (3...40)ms, dla kontaktronowych
(0,5...2)ms, dla spolaryzowanych (1...15)ms. Czas powrotu wynosi odpowiednio dla przekaźników
neutralnych (8...50)ms, kontaktronowych 0,5ms, spolaryzowanych (1...15)ms. Oprócz
wymienionych przekaźników spotyka się także przekaźniki z podtrzymaniem magnetycznym oraz
przekaźniki programowe i elektroniczne. Przekaźniki z podtrzymaniem magnetycznym mają
rdzenie magnetyczne o dużym magnetyzmie szczątkowym (remanencji). Po odłączeniu napięcia
zasilającego cewkę przekaźnika, zwora ferromagnetyczna jest podtrzymywana strumieniem
remanencji magnetycznej. Powrót przekaźnika może nastąpić dopiero po wytworzeniu
przeciwnego strumienia magnetycznego w dodatkowej cewce lub załączeniu napięcia
przemiennego na cewkę napędową. Przekaźniki programowe mają za zadanie załączanie
i wyłączanie szeregu obwodów elektrycznych według ustalonego programu, w określonej
kolejności i w odstępach czasu z góry przewidzianych.
Przekaźniki elektroniczne wykonane są na bazie elementów elektronicznych takich jak: lampy
elektronowe, tranzystory, układy scalone. Często współpracują one z przekaźnikiem
elektromagnetycznym. Istnieje duża różnorodność układów i rozwiązań przekaźników
elektronicznych, przy czym mogą one być wykonane jako stykowe lub bezstykowe. Najczęściej
spotykanymi rozwiązaniami przekaźników elektronicznych są przekaźniki czasowe, instalatory
bezstykowe (czujniki), podzespoły wzmacniające.
Budowa, zasada działania, zastosowanie przekaźników termicznych
Przekaźnik termobimetalowy (rys 1.) w swojej budowie zawiera bimetal roboczy, składający się
z dwóch metalowych pasków o różnej rozszerzalności cieplnej, połączonych na całej długości oraz
zestyk rozwierny. Pod wpływem nagrzania prądem pasek wygina się w kierunku metalu
o mniejszej rozszerzalności cieplnej. Po przekroczeniu prądu ponad wartość nastawioną,
w odpowiednio długim czasie, wyginający się pasek rozwiera zestyk przekaźnika.
str. 1 Stosowane są jako urządzenia zabezpieczające przed skutkami przeciążenia głównie silników
elektrycznych i włączone są najczęściej w obwód sterowania w układach styczniowych. Po
przekroczeniu prądu płynącego w obwodzie głównym silnika ponad ustaloną wartość, przekaźnik
przerywa obwód zasilania stycznika, rozłączając tym samym obwód zasilania maszyny.
Przekaźniki termobimetalowe posiadają charakterystykę czasowo-prądową zależną przedstawioną
na rys.2.
str. 2 Przekaźniki cieplne należą do grupy przekaźników prądowych. Stosuje sie je do zabezpieczeń od
przeciążenia urządzeń posiadających uzwojenia prądowe. Większość przekaźników cieplnych
działa na zasadzie zmian kształtu, wymiarów geometrycznych lub własności fizycznych elementu
pomiarowego pod wpływem zmian jego temperatury. Najbardziej rozpowszechnionym
rozwiązaniem są wyzwalacze i przekaźniki termobimetalowe (2 paski metali różniące sie
współczynnikiem rozszerzalności cieplnej liniowej, zgrzane ze sobą). W celu uzyskania
odpowiednio dużego ugięcia stosuje sie różne kształty pasków:
Dla płytki przedstawionej na pierwszym (a) rysunku wartość strzałki ugięcia można wyrazić
wzorem:
gdzie:
k – współczynnik proporcjonalności zależny od rodzaju metalu,
l – długość paska,
s – grubość paska,
1, 2 – współczynniki liniowej rozszerzalności cieplnej poszczególnych pasków,
 - przyrost temperatury.
Zasadę działania przekaźnika termobimetalowego pokazuje rysunek:
str. 3 W przypadku wystąpienia prądu nadmiarowego w obwodzie, bimetal roboczy odkształca sie,
powodując przesuniecie dźwigni i zadziałanie wyłącznika. Przekaźniki często posiadają pokrętła,
którymi można zmieniać długość drogi, jaka musi pokonać odkształcający się bimetal. Uzyskuje sie
przez to możliwość regulacji prądu rozruchowego. Przykładową charakterystykę czasowo –
prądową przedstawia wykres na dołączonej karcie katalogowej. Bezwzględne wygięcie bimetalu
zależy od wartości temperatury a nie od jej przyrostu; powoduje to szybsze działanie przekaźnika
w przypadku, gdy pracuje on w wyższej temperaturze otoczenia. Jest to zjawisko niekorzystne,
ponieważ_ charakterystyka przekaźnika powinna być niezależna od temperatury otoczenia. Aby
spełnić to wymaganie stosuje sie kompensacje eliminującą wpływ zmian temperatury otoczenia.
Przykładowe rozwiązanie przedstawione jest na poniższym rysunku:
Obydwa styki przekaźnika umieszczone są na paskach bimetalowych (takich samych).
W przypadku zmiany temperatury otoczenia następuje odkształcenie obydwu bimetali, dzięki
czemu nie zmienia sie droga, jaka musi pokonać bimetal właściwy, aby spowodować zadziałanie
przekaźnika. Konieczne jest odizolowanie termiczne bimetalu kompensacyjnego od właściwego.
str. 4