Was ist ein Bimetallrelais?
Ein Bimetallrelais ist ein Bauteil, das einen Kontakt auslöst, wenn ein Strom, der einen bestimmten Wert überschreitet, in einen Stromkreis fließt. Sie werden hauptsächlich eingesetzt, um eine Überlastung von Motoren und Kabeln zu verhindern.
Durch den Einbau eines Bimetallrelais in einen Stromkreis können Probleme wie das Durchbrennen des Stromkreises verhindert werden.
Anwendungen von Bimetallrelais
Bimetallrelais werden hauptsächlich für den Motorschutz eingesetzt. Wenn ein Motor mit einem Drehmoment belastet wird, das seinen Nennwert übersteigt, fließt ein Strom, der den Nennwert übersteigt. Dieses Phänomen wird als Überstrom bezeichnet.
Befindet sich ein Motor über einen längeren Zeitraum in einem Überstromzustand, erwärmen sich die internen Wicklungen. Dies führt zum Schmelzen des internen Lacks oder zum Durchbrennen der Wicklungen. Dies ist ein Motorbrand. Bimetallrelais schützen den Motor, indem sie die Stromzufuhr über einen Kontaktausgang abschalten, wenn ein Strom fließt, der den Nennwert überschreitet.
Funktionsweise der Bimetallrelais
In den meisten Fällen werden Bimetalle als Stromkreisleiter in Bimetallrelais verwendet.
Bimetalle sind eine Kombination von Metallen mit zwei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Wenn durch einen elektrischen Strom Wärme erzeugt wird, wird es aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten vorgespannt und verformt.
Das Bimetall im Inneren des Bimetallrelais nutzt diese Vorspannung, um die Kontakte anzutreiben und einen Kontaktpunkt auszugeben. Es gibt Bimetallrelais mit unterschiedlichen Stromstärken, abhängig von der Dicke des Bimetalls und anderen Faktoren.
Wenn der Motor anläuft, ist der Strom mehr als doppelt so hoch wie der Nennwert. Da das Bimetall exothermisch verformt wird, gibt es eine Verzögerungszeit, bis es sich erwärmt. Aufgrund dieser Verzögerungszeit reagieren sie nicht auf den hohen Anlaufstrom des Motors.
Die Ausgangskontakte von Bimetallrelais sind federbelastet und geben nach ihrer Aktivierung in den meisten Fällen so lange Strom, bis die Rücksetztaste gedrückt wird. Dadurch wird verhindert, dass ein überlastetes Gerät wieder anläuft.
Auswahl eines geeigneten Bimetallrelais
Bimetallrelais werden nach der Nennstromstärke des zu schützenden Motors ausgewählt. Es gibt zwei Arten von Motorschutzelementen: unverzögerte und zeitlich begrenzte Elemente.
Das unverzögerte Element ist ein Schutzelement, das die Stromversorgung des Motors unverzögert abschaltet, um den oberen Stromkreis im Falle eines Fehlers im Motor selbst zu schützen. Leistungssicherungen und Motorrelais werden für Hochspannungsmotoren verwendet, während Schockrelais und Unterbrecher hauptsächlich für Niederspannungsmotoren eingesetzt werden.
Zeitbegrenzungselemente sind Schutzelemente, die eine Überlastung des Motors erkennen und die Stromzufuhr zum Schutz des Motors unterbrechen. Überstromschutzrelais werden für Hochspannungsmotoren verwendet, während Bimetallrelais für Niederspannungsmotoren eingesetzt werden.
Für Niederspannungsmotoren sollten ein Schutzschalter, eine Antriebseinheit und ein Thermorelais zusammen ausgewählt werden. Der Unterbrecher sollte mindestens doppelt so groß sein wie der Nennstrom des Motors, um ein Auslösen beim Anlaufstrom zu vermeiden. Der Umrichter und das Bimetallrelais sollten entsprechend dem Nennstrom des Motors und unter Bezugnahme auf den Katalog des Herstellers ausgewählt werden.
Degradationsfaktoren für Bimetallrelais
Der empfohlene Austauschzeitraum für Bimetallrelais liegt bei etwa 10 Jahren, ist jedoch von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich. Da ein regelmäßiger Austausch von Bimetallrelais jedoch teuer ist, werden häufig nur die Bimetallrelais kritischer Lasten regelmäßig ausgetauscht.
Bimetallrelais bestehen aus Bimetallen und Harzen, die sich nicht so leicht zersetzen, weshalb sie nur selten auf natürliche Weise verschleißen. Die folgenden vier Faktoren sind für die erzwungene Verschlechterung verantwortlich.
1. Elektrische Faktoren
Die Verschlechterung der Isolierung hängt von der Höhe und Häufigkeit der Antriebsspannung, der Frequenz und der Einschaltströme ab. Dies führt zum Ausfall des Bimetallrelais.
2. Mechanische Faktoren
Physikalische Faktoren wie lockere Schrauben, Stöße und Vibrationen können zu einer Verschlechterung führen, z. B. durch Metallermüdung.
3. Thermische Faktoren
Thermische Bimetallrelais können durch Verformung, Schmelzen oder Abschaltung aufgrund von Hitze durch Überspannung, Überstrom, Selbsterhitzung usw. ausfallen.
4. Umweltfaktoren
Metallkorrosion wird durch hohe Temperaturen, hohe Luftfeuchtigkeit, korrosive Gase und Ölnebel verursacht. Auch Staub und Fremdkörper können sich in das Bimetallrelais einbrennen, was zu einem schlechten Kontakt führt. Wenn der Benutzer die Ursachen der Verschlechterung kennt und diese Faktoren vermeidet, kann er die Lebensdauer des Produkts verlängern.
Weitere Informationen zu Bimetallrelais
1. Verdrahtung von Bimetallrelais
Bimetallrelais werden häufig als Teil eines elektromagnetischen Schaltgeräts eingesetzt. In solchen Fällen wird die Primärseite des Hauptstromkreises bei handelsüblichen Produkten gewöhnlich mit einer Kupferschiene für die Stromversorgung verbunden. Die Verdrahtung auf der Sekundärseite sollte so ausgelegt sein, dass der zulässige Strom größer ist als der Nennstrom des Bimetallrelais.
Der zulässige Strom der Verdrahtung variiert je nach Art der Verdrahtung, aber jede Art ist durch die internen Verdrahtungsvorschriften definiert. Die in Japan verkaufte Verdrahtung entspricht den internen Verdrahtungsvorschriften.
2. Einrichten von Bimetallrelais
Bimetallrelais werden in zwei Typen eingeteilt: bimetallische und elektronische:
- Bimetalltyp
Beim Bimetalltyp wird das Relais durch die Wärmeausdehnung des Bimetalls betätigt. Beim Bimetall-Typ kann der Stromwert durch Drehen des Einstellknopfes um ±20% eingestellt werden.Weitere Einstellungsveränderungen sind konstruktionsbedingt nicht möglich, so dass das Relais ausgetauscht werden muss. Handelt es sich bei dem zu schützenden Gerät um einen Motor, ist im Katalog nachzusehen, um das richtige Bimetallrelais für die Motorleistung auszuwählen, da jeder Hersteller ein für die Motorleistung geeignetes Bimetallrelais anbietet.
- Elektronischer Typ
Der elektronische Typ wird verwendet, wenn es sich bei dem zu schützenden Antrieb um einen Umrichter oder ähnliches handelt. Die elektronische Schaltung liest den im Stromkreis fließenden Stromwert und löst aus, wenn dieser von der Lastkennlinie abweicht. In den meisten auf dem Markt befindlichen Umrichtern ist diese Funktion als Umrichterschutzfunktion fest eingebaut.Elektronische Bimetallrelais werden z.B. auch in Motorsteuerzentralen eingesetzt. Die Einstellmethode für elektronische Thermorelais ist von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich, aber die untere Stromgrenze kann weiter eingestellt werden als bei Bimetallrelais. Die Einstellung ist in der Bedienungsanleitung nachzulesen. Normalerweise erfolgt die Einstellung automatisch durch die Einstellung des Nennstromwertes.
3. Bimetallkontakte
Das Bimetallrelais verfügt über einen Schließer (Kontakt a) zur Überwachung und einen Öffner (Kontakt b) zur Unterbrechung des Stromkreises.
- Bimetallische Kontakte
Bei den Bimetalltypen müssen Sie bereits beim Kauf festlegen, welche und wie viele Kontakte Sie verwenden möchten. Der Nennstrom, der durch die Kontakte fließt, wird durch das Relais bestimmt und beträgt in der Regel etwa 2 A. Sie werden für Steuerstromkreise verwendet, da bei Verwendung im Hauptstromkreis eine hohe Schweißgefahr besteht. - Elektronische Kontakte
Elektronische Bimetallrelais können oft so eingestellt werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Kontakten verwenden. Elektronische Typen können jedoch auch Transistorkontakte anstelle von Relaiskontakten haben. Bei Transistorkontakten fallen die elektronischen Bauteile aus, wenn eine AC-Steuerstromversorgung verwendet wird.
4. Rückstellung des Bimetallrelais
Wenn ein Überlastzustand andauert und das Bimetallrelais anspricht, muss der Ausgangskontakt des Bimetallrelais deaktiviert werden, nachdem die Ursache beseitigt wurde. Dieser Vorgang wird als Rückstellung oder Reset bezeichnet.
Es gibt zwei Arten von Rückstellungsverfahren, die als manuelle Rückstellung und automatische Rückstellung klassifiziert werden. Die manuelle Rückstellung ist einfach: Nach Beseitigung der Überlastungsursache wird einfach der Rückstellknopf gedrückt. Durch das Drücken der Rückstelltaste werden die Ausgangskontakte freigegeben.
Bei der automatischen Rückstellung muss der Rückstellknopf nicht gedrückt werden, das Bimetallrelais selbst stellt sich automatisch zurück. Sie wird bei speziellen Anwendungen eingesetzt, bei denen es für Personen schwierig ist, sich dem Bimetallrelais zu nähern.