Arbeitsprinzip und Bauweise des thermischen Überlastrelais

Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist eine der grundlegenden Eigenschaften jedes Materials. Zwei verschiedene Metalle haben immer unterschiedliche lineare Ausdehnungsgrade. Ein bimetallischer Streifen biegt sich beim Erhitzen aufgrund dieser Ungleichheit in der linearen Ausdehnung von zwei verschiedenen Metallen.

Arbeitsprinzip des thermischen Relais

Ein thermisches Relais arbeitet basierend auf der oben genannten Eigenschaft von Metallen. Das grundlegende Arbeitsprinzip des thermischen Relais besteht darin, dass, wenn ein bimetallischer Streifen durch eine Heizspule mit Überstrom des Systems erhitzt wird, er sich biegt und normalerweise offene Kontakte schließt.

Aufbau des thermischen Relais

Der Aufbau eines thermischen Relais ist ziemlich einfach. Wie in der obigen Abbildung gezeigt, hat der bimetallische Streifen zwei Metalle – Metall A und Metall B. Metall A hat einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten und Metall B einen höheren Ausdehnungskoeffizienten.

Wenn Überstrom durch die Heizspule fließt, wird der bimetallische Streifen erhitzt.
Durch die von der Spule erzeugte Wärme dehnen sich beide Metalle aus. Allerdings dehnt sich Metall B stärker als Metall A aus. Aufgrund dieser unterschiedlichen Ausdehnung biegt sich der bimetallische Streifen in Richtung Metall A, wie in der unten stehenden Abbildung gezeigt.

Der Streifen biegt sich, der NO-Kontakt schließt, was letztendlich die Tripspule des Schalters energisiert.
Die Heizeffekte sind nicht augenblicklich. Gemäß dem Joule'schen Gesetz der Wärmeerzeugung beträgt die Menge an erzeugter Wärme

Wobei I der Überstrom ist, der durch die Heizspule des thermischen Relais fließt.
R ist der elektrische Widerstand der Heizspule, t ist die Zeit, während der der Strom I durch die Heizspule fließt. Aus der obigen Gleichung geht hervor, dass die von der Spule erzeugte Wärme direkt proportional zur Zeit ist, während der der Überstrom durch die Spule fließt. Daher gibt es eine verlängerte Verzögerung in der Funktion des thermischen Relais.

Deshalb wird dieses Art von Relais in der Regel dort eingesetzt, wo Überlastungen für eine vorbestimmte Zeitspanne zugelassen sind, bevor sie abgeschaltet werden. Fällt die Überlast oder der Überstrom vor Ablauf dieser vorbestimmten Zeit auf den Normalwert zurück, wird das Relais nicht betätigt, um die geschützte Ausrüstung abzuschalten.
Eine typische Anwendung eines thermischen Relais ist der Überlastschutz von Elektromotoren.

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