Нажмите кнопку воспроизведения в следующем аудиоплеере, чтобы слушать, пока вы читаете этот раздел.
Реле перегрузки состоит из двух основных частей:
- Нагревательный элемент, который подключается последовательно с линией питания к двигателю. Весь ток, потребляемый двигателем, должен проходить через нагревательный элемент.
- Набор нормально замкнутых контактов, соединенных последовательно либо с линиями, питающими двигатель (ручные пускатели), либо с катушкой магнитного пускателя (магнитные пускатели). Типы реле, которые чаще всего встречаются, представляют собой биметаллическую полосу и сборку с плавильным тиглем.
Биметаллическая полоса
Биметаллическая полоса состоит из двух разнородных металлов с разными коэффициентами нагрева. При нагревании они расширяются с разной скоростью, что заставляет их изгибаться или деформироваться при заданной температуре. Это изгибающее действие может размыкать или замыкать набор контактов.
При использовании в перегрузочном устройстве биметаллическая полоса механически связана с набором нормально замкнутых электрических контактов. Когда происходит перегрузка, изгибающее действие размыкает набор нормально замкнутых контактов, прерывая подачу тока в цепь.
Биметаллический контакт в нормально замкнутом положении
Здесь нормально замкнутые контакты пропускают через себя ток, а источник тепла начинает деформировать металл.
Биметаллическая планка в открытом положении
Источник тепла вызвал расширение серого металла (деталь внизу) быстрее, чем синего металла (деталь сверху), и, таким образом, разомкнул набор нормально замкнутых контактов, тем самым прервав подачу тока к мотор.
Плавильный припой
Замкнутые контакты припоя
Плавильный котел состоит из нагревательного элемента, узла припоя, храпового колеса и набора нормально замкнутых контактов.
Храповое колесо натягивает пружину. Если колесу позволить вращаться, то пружина поднимется и разомкнет набор нормально замкнутых контактов. Колесо удерживается на месте припоем внутри узла припоя. Различные уровни содержания олова и цинка в припое изменяют температуру плавления, что позволяет использовать его при различных номинальных токах и настройках температуры окружающей среды.
Если ток перегрузки воспринимается нагревательными элементами в течение слишком долгого времени, то сплав становится жидким, позволяя пружине разомкнуть нормально замкнутые контакты. Это приводит к размыканию линейных контактов и прерыванию подачи тока к двигателю.
Открытые контакты припоя
И биметаллическая полоса, и плавильный котел используют тепловую энергию для отключения своих элементов. Таким образом, перед сбросом контактов требуется период охлаждения. Как только реле остынет, биметаллическая полоска вернется в свое нормальное положение, или расплавленный припой затвердеет, и храповое колесо можно будет сбросить, чтобы снова замкнуть контакты линии.
Другие типы реле перегрузки
Некоторые современные системы управления двигателями включают в себя приложения для мониторинга трансформаторов тока в режиме реального времени, которые используют встроенные компьютерные схемы управления для защиты двигателя от перегрузок. Эти системы могут быть связаны с сетевыми ПЛК и другим оборудованием безопасности.
Нагревательный элемент в паре с нормально замкнутыми контактами, которые размыкаются, когда нагреватель становится слишком горячим. Два типа реле – это биметаллическая полоса и плавильный котел.
В электрических терминах относится к соединению, в котором ток имеет только один путь для протекания.
Нагрузки, соединенные последовательно, будут иметь одинаковое значение тока, протекающего через них, и делят общее напряжение между собой. Выключатели и аппаратура перегрузки по току подключаются последовательно с аппаратурой управления и защиты.
Контакт, который в нормальных условиях имеет непрерывность через него. Когда контакт меняет свое состояние, он прерывает протекание тока, размыкая свои контакты. Может быть связан с кнопками, пилотными устройствами или магнитными контакторами.
Проводящая часть переключателя, замыкающая или размыкающая цепь.
В отличие от схемы питания, схема управления состоит из входов в виде переключателей, кнопок или управляющих устройств, которые при активации могут либо напрямую, либо через магнитный пускатель двигателя подавать питание на нагрузку. Цепь управления часто работает при более низком напряжении, чем цепь питания, в целях безопасности и простоты установки.
Лицензия
Базовое управление моторикой Аарона Ли и Чада Флинна распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, если не указано иное.
Типы термостатов и принцип их работы
Термостаты (или регуляторы температуры) — это устройства, которые используются для измерения и регулирования температуры воздуха, жидкости, такой как вода, или другого процесса. В то время как термометры обеспечивают показание или значение температуры, термостаты предназначены для повышения или понижения температуры до желаемой точки от ее текущего значения.
Типы контроля температуры
Кредит изображения: Fahroni/Shutterstock
Термостаты находят применение в различных продуктах и отраслях, некоторые из которых являются привычными потребительскими товарами. В этом руководстве будут обобщены распространенные типы термостатов, как по применению, так и по дизайну/функциональности. Кроме того, в этом руководстве представлена дополнительная информация о типах контроля температуры, используемых в производственных процессах.
Типы термостатов (регуляторов температуры) по применению
Термостаты контроля температуры
Регулирование температуры нагревателя, возможно, является наиболее распространенным применением термостатов и, безусловно, тем, с которым знакомо большинство людей. Термостаты управления отоплением используются для регулирования температуры воздуха в помещении. Эти устройства подключаются к системе контроля температуры отопления, такой как котел или печь, и отправляют в эту систему электрический сигнал, когда есть потребность в тепле, что означает, что термостат обнаружил, что комнатная температура упала ниже желаемой (установленной). ) температура. Сигнал активирует управляющее реле, чтобы начать процесс розжига котла или печи и подачи тепла через принудительный воздух или через радиаторы. Когда температура повышается до нужной температуры, сигнал термостата отключается и котел или печь выключается.
Термостаты регулирования температуры
Другие распространенные продукты включают термостаты для регулирования температуры. Термостаты электронагревателей измеряют температуру и переключают питание на электрические нагревательные элементы по мере необходимости для обогрева помещения. Вентиляторы охлаждения оснащены термостатами управления вентиляторами, которые можно использовать для циклического включения и выключения вентилятора по мере необходимости в зависимости от температуры воздуха в помещении. Термостаты грелки работают аналогичным образом, чтобы ограничить температуру, до которой может подняться грелка, с целью предотвращения случайных ожогов. Термостаты для бассейнов используются в нагревателях для бассейнов, чтобы определять температуру воды в бассейне, когда она циркулирует через нагреватель для бассейна. Как и в случае термостатов системы контроля температуры нагрева, описанных ранее, термостат бассейна будет циклически включать и выключать нагреватель бассейна по мере необходимости, чтобы поднять температуру воды до желаемого заданного значения. В бытовых системах горячего водоснабжения используются термостаты горячей воды, также называемые аквастатами, которые определяют, когда водонагреватель должен включиться, чтобы создать горячую воду для использования.
Автомобильные термостаты
В автомобильной промышленности термостаты играют важную роль и используются в нескольких местах. Автомобильные термостаты контролируют температуру в салоне и используются для добавления тепла или активации системы кондиционирования воздуха для поддержания уровня комфорта в салоне. Термостаты автомобильных и авиационных систем охлаждения предназначены для регулирования температуры охлаждающей жидкости в автомобиле или самолете, оставаясь закрытыми в условиях запуска холодного двигателя, а затем открываясь, чтобы позволить жидкости циркулировать к радиатору или теплообменнику при повышении температуры двигателя. Дополнительный термостат используется в системе охлаждения для определения температуры охлаждающей жидкости или двигателей, активируя электрические вентиляторы для подачи дополнительного воздуха через радиатор для охлаждения жидкости по мере необходимости.
Мониторинг термостатов
Термостатический мониторинг также применяется к критическим компонентам системы. Масляные термостаты предназначены для контроля температуры смазочной жидкости в машинах и двигателях для обеспечения защиты двигателя. Вращающиеся валы, поддерживаемые подшипниками, могут использовать термостаты подшипников для контроля температуры подшипника, что может помочь предсказать возникновение условий, требующих технического обслуживания. Термостаты дизельных двигателей служат для поддержания надлежащей температуры двигателя на больших транспортных средствах, таких как тягачи с прицепом, где потребность в охлаждении зависит от рабочей нагрузки. В некоторых конструкциях используются два термостата, которые функционируют как клапаны с регулируемой температурой и регулируют количество охлаждающей жидкости, поступающей в радиатор автомобиля.
Термостаты используются в других условиях, например, в лабораториях, для поддержания температуры процесса. Термостаты для опасных зон используются в приложениях, где может быть риск присутствия взрывоопасной среды. Существуют даже термостаты торговых автоматов, используемые для контроля температуры внутри этих автоматов, чтобы напитки оставались холодными или чтобы закуски, такие как шоколадные батончики, не таяли.
Типы термостатов по дизайну/функциональности
Существует несколько конструкций термостатов, в которых используются различные материалы и их свойства для определения изменений температуры и отправки управляющих сигналов другим системам.
ртутные термостаты
Одним из старейших типов термостатов являются ртутные термостаты. В этой конструкции используется термическая катушка и ртутный переключатель, который управляется ручным диском или рычагом на термостате. Когда настройка температуры повышается путем поворота циферблата, это действие приводит к замыканию ртутного переключателя и отправке сигнала в систему отопления для включения. Когда воздух начинает нагреваться, изменение температуры вызывает раскручивание тепловой катушки, которая размыкает ртутный выключатель и отключает систему отопления.
Биметаллические термостаты
Еще одна проверенная и надежная конструкция термостата — биметаллический термостат. Биметаллическая полоса содержит два металла, такие как латунь и железо, коэффициенты теплового расширения которых различны. Когда термостат настроен на нагрев, цепь замыкается. При повышении температуры в помещении биметаллическая полоса изгибается и размыкает электрическую цепь, в результате чего система отопления отключается.
Электронные термостаты
В то время как ртутные и биметаллические термостаты являются электрическими термостатами и управляются вручную, большинство современных термостатов представляют собой электронные термостаты, в том числе программируемые цифровые термостаты. Преимущество этих устройств в том, что они позволяют устанавливать профили для обогрева и охлаждения в соответствии с потребностями жильцов здания. Эти термостаты предлагают отдельные настройки для разного времени суток и дней недели, так что вечером, когда люди спят, может быть прохладнее, а утром или днем, когда люди бодрствуют, тепло. Новейшие технологии для термостатов иногда называют «умными термостатами» и используют беспроводную связь, что позволяет пользователям использовать мобильные телефоны и планшеты для изменения температурных условий по требованию.
Некоторые конструкции термостатов называются термостатами сетевого напряжения, что означает, что сам термостат переключает электрические сигналы на стандартном уровне рабочего напряжения (120 В / 240 В в жилых помещениях в США). Напротив, большинство термостатов переключают управляющий сигнал более низкого напряжения, отправив это в релейную цепь, целью которой является переключение сетевого напряжения, например, для привода циркуляционных насосов в котлах.
Пневматические термостаты
Пневматические термостаты модулируют выходное давление воздуха в зависимости от температуры воздуха в помещении. Пневматические термостаты бывают двух типов – прямого действия (DA) и обратного действия (RA). Устройства прямого действия будут создавать более высокое давление на выходе по мере повышения температуры в помещении; устройства обратного действия производят более низкое выходное давление при повышении температуры в помещении.
Погружные термостаты
В погружных термостатах обычно используется погружной нагреватель/охладитель и насос для контроля температуры жидкостной ванны в лабораторных, медицинских или научных целях.
Дистанционные термостаты
Термостаты с выносной колбой и термостаты с дистанционным датчиком имеют термодатчик, расположенный на некотором расстоянии от регулятора термостата, который в некоторых случаях передает показания по беспроводной связи.
Методы контроля температуры для производственных операций
Контроль температуры на производстве является неотъемлемой частью правильного формирования продукта. Если температура скользит выше или ниже идеального диапазона, необходимого для определенного этапа производственного процесса, результаты могут быть вредными — ненадлежащее прилипание покрытий, ослабление основного материала или общий дефект компонента — поэтому становится все более важным, чтобы производитель не только определять правильную температуру для каждой ступени, но также контролировать температуру внутри машины и получать соответствующую обратную связь.
Контроллеры температуры в производственных операциях выполняют именно эту функцию: они обеспечивают правильную работу машины, измеряя температуру на разных этапах процесса и сравнивая данные с запрограммированными характеристиками температуры. В результате производители могут быстро и легко обнаруживать неисправности машин, связанные с температурой, и устранять их по мере необходимости.
Существует три основных типа регуляторов температуры, которые используются для контроля температуры во время производственных процессов: двухпозиционные, пропорциональные и ПИД-регуляторы.
Включение/выключение контроля температуры
Температурный контроль вкл/выкл является наименее дорогим из типов контроля, а также самым простым с точки зрения принципа его работы. Управление либо включено, либо выключено – если температура падает ниже определенной точки, управление сигнализирует машине, чтобы она подняла температуру. Точно так же, если температура поднимается выше определенной точки, срабатывает система управления, чтобы заставить машину понизить температуру. Типичным примером систем включения/выключения является бытовой термостат. Когда температура падает ниже определенного значения, контроллер запускает нагреватель, чтобы поднять температуру до запрограммированного значения. С кондиционированием все наоборот: если температура поднимается выше определенной отметки, контроллер включает кондиционер, понижая температуру до запрограммированной нормы.
Регуляторы включения/выключения часто используются в процессах, где изменение температуры происходит очень медленно, и нет необходимости в точном контроле температуры.
Пропорциональный контроль
В отличие от элементов управления вкл/выкл, которые реагируют только при достижении заданного предела, пропорциональные элементы управления предназначены для реагирования на изменение температуры до того, как она выйдет за пределы желаемого диапазона. По сути, пропорциональные элементы управления увеличивают или уменьшают подачу питания, когда температура достигает своего верхнего или нижнего предела или заданного значения, которое замедляет или ускоряет нагреватель и помогает стабилизировать температуру.
Температурный диапазон, в котором пропорциональные регуляторы уменьшают или увеличивают мощность для медленного или быстрого нагрева, известен как «зона пропорциональности». Если температура достигает нижнего или верхнего заданного значения, управление работает как полное включение/выключение — температура либо полностью включается, чтобы повысить температуру, либо полностью выключается, чтобы понизить температуру. Когда температура находится в пределах пропорционального диапазона, а подача электроэнергии уменьшается или увеличивается, тепло повышается или понижается в зависимости от того, насколько далеко температура от заданного значения.
ПИД (пропорционально-интегрально-дифференциальное) регулирование
Это управление сочетает в себе пропорциональное управление с интегральным и дифференциальным управлением (ПИД). Работая в пределах пропорционального диапазона так же, как и пропорциональное управление, ПИД-система имеет две дополнительные функции, улучшающие общее регулирование температуры. Функция пропорциональности позволяет системе управления реагировать на текущие обстоятельства и соответствующим образом корректировать их. Интегральное значение учитывает сумму недавних событий (другими словами, прошлых ритмов пропорционального управления), а производное значение определяет соответствующую реакцию на основе скорости изменения прошлых ритмов. В совокупности эти три функции используют текущие данные, прошлые данные и скорость изменения данных, чтобы установить алгоритм для конкретного случая для контроля температуры. Компенсируя погрешность температуры между переменной процесса и заданным значением, можно поддерживать постоянную температуру.
Соображения
При принятии решения о том, какой тип управления лучше всего подходит для конкретного процесса, необходимо помнить о нескольких вещах. Во-первых, рассмотрите тип входного датчика (термопара или RTD) и диапазон температур, который требуется для процесса. Во-вторых, подумайте, в каком виде должен быть представлен выход: электромеханическое реле, твердотельное реле или аналоговый выход. В-третьих, решить, какой алгоритм регулирования температуры необходим (вкл/выкл, пропорциональный, ПИД). Наконец, рассмотрите количество и тип выходов, необходимых для приложения, таких как нагрев, охлаждение, сигнал тревоги и ограничение. Как только эти факторы будут определены, будет намного проще определить, какой тип регулятора температуры подходит для конкретного применения.
Заключение
В этой статье представлен краткий обзор распространенных типов термостатов, обобщенных по применению и дизайну / функциям. Кроме того, был представлен обзор контроля температуры в производственных процессах. Для получения информации по дополнительным темам обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.
