熱繼電器是一種應用於電動機及其它電氣設備、線路過載保護的電氣元件。熱繼電器利用電流的熱效應原理，在出現電動機不能承受的過載時切斷控制迴路，為電動機提供過載保護的保護電器。
由於熱繼電器中的熱元件具有熱慣性，所以不能做瞬時過載和短路保護。其按相數區分，有單相、兩相和三相式。三相式熱繼電器常用於三相交流電機的過載保護，有缺相保護和無缺相保護兩種類型。
1、熱繼電器的結構
熱繼電器基本結構由發熱元件、觸點系統、動作機構、復位按鈕、整定電流裝置和溫度補償元件等部分組成。
1.1發熱元件是一段阻值不大的電阻絲，串接在被保護電動機的主電路中。
1.2雙金屬片由兩種不同熱膨脹係數的金屬片輾壓而成。
1.3整定電流旋鈕，可根據電機的工作制和額定電流選擇；
1.4復位按鈕，過載故障後，冷卻一段時間，可按此按鈕復位。復位按鈕可設置為手動或者自動位置，一般設置在手動位置。
2、熱繼電器的工作原理
電流經熱元件，產生熱量，使有不同膨脹係數組成的雙金屬片發生形變。當形變達到一定距離時，就推動連杆動作。膨脹係數大的稱為主動層，膨脹係數小的稱為被動層。圖中所示的雙金屬片，上層的膨脹係數小，下層的熱膨脹係數大。
當電動機過載時，通過發熱元件的電流超過整定電流，雙金屬片受熱向上彎曲脫離扣板，產生的機械力帶動常閉觸點斷開。由於熱繼電器的常閉觸點串聯在控制迴路中，將會斷開控制迴路電源，導致接觸器線圈失電，從而使接觸器的主觸點斷開，電動機的主電路斷電，實現過載保護功能。
熱繼電器動作後，雙金屬片經過一段時間冷卻，按下復位按鈕即可復位。
3、熱繼電器的雙金屬片
雙金屬片的組成是將兩種線膨脹係數不同的金屬片以機械輾壓方式使之形成一體，其受熱方式由以下四種。
3.1直接受熱式：將雙金屬片當做發熱元件，讓電流直接通過它；
3.2間接受熱式：發熱元件由電阻絲或帶製成，繞在雙金屬片上且與雙金屬片絕緣；
3.3複合受熱式：介於上述兩種方式之間；
3.4電流互感器受熱式：發熱元件不直接串接於電動機電路，而是接於電流互感器的二次側，用於電動機電流比較大的場合，以減少通過發熱元件的電流。
4、熱繼電器的保護特性曲線
熱繼電器中通過的過載電流與熱繼電器觸點的動作時間關係，稱為熱繼電器的保護特性。在允許溫升條件下，電動機通電時間與其過載電流的平方成反比。為了適應電動機的過載特性而又起到過載保護作用，要求熱繼電器也應具有如同電動機過載特性那樣的反時限特性。
考慮各種誤差的影響，電動機的過載特性與熱繼電器的保護特性是一條曲帶，誤差越大，帶越寬。從安全角度出發，熱繼電器的保護特性應處於電動機過載特性下方並相鄰近。電動機出現過載時，工作在曲線1的下方是安全的。這樣，當發生過載時，熱繼電器就在電動機未達到其允許過載之前動作，切斷電動機電源，實現過載保護。
5、熱繼電器的輔助觸點的作用
5.1常閉觸點NC
輔助觸點的常閉觸頭組可串聯在控制電路的供電線路中（同「停止」按鈕串聯），一旦電機過載，輔助觸點的常閉觸頭就會切斷控制迴路的電源，使電機停止運轉。
5.2常開觸點NO
輔助觸點的常開觸頭組可接報警設備（例如報警指示燈），一旦電機因過載而停止運轉時，給出電機停止的原因-「過載」。
6、熱繼電器的選用原則
6.1電機過載的危害
電動機在實際運行中，如拖動生產機械進行工作過程中，若機械出現不正常的情況或電路異常使電動機遇到過載，則電動機轉速下降、繞組中的電流將增大，使電動機的繞組溫度升高。若過載電流不大且過載的時間較短，電動機繞組不超過允許溫升，這種過載是允許的。
但若過載時間長，過載電流大，電動機繞組的溫升就會超過允許值，使電動機繞組老化，縮短電動機的使用壽命，嚴重時甚至會使電動機繞組燒毀。所以，這種過載是電動機不能承受的。
6.2熱元件額定電流的選擇和整定：
6.2.1通常將熱繼電器的整定電流調整到電動機的額定電流；
6.2.2對過載能力差的電動機，可將熱元件整定值調整到電動機額定電流的0.6-0.8倍；
6.2.3當熱繼電器用以保護長期工作制或間斷長期工作制的電動機時，一般按電動機的額定電流來選用。一般取熱繼電器整定電流的0.95～1.05 倍或中間值等於電動機額定電流。
6.2.4當電動機起動時間較長、拖動衝擊負載或不允許停車時，可將熱元件整定電流調節到電動機額定電流的1.1~1.15倍；
對於電機綜合保護器來說，熱繼電器其實就是是最早的電動機過載保護器。它的結構簡單，價格低廉，所以很快就被人們所接受和應用。只是它自身的保護功能比較少，很多情況下都無法起到保護作用。而且熱繼電器還存在重複性差、大電流過載故障之後不能再次使用、調整誤差大等缺陷。
目前，很多電動機保護器已經發展到電子及數字時代。相對於熱繼電器而言，它更具有可靠性和方便性。尤其在當今倡導節能減排的時期，電動機保護器的優勢要更加凸顯。不僅節能，而且動作靈敏，精確度高。除此之前，其重複性還好，保護功能比較齊全，壽命也很長。只不過相對而言，電動機保護器的生產成本就要高很多，以致於它的使用範圍還不是很廣泛。
但是熱繼電器的淘汰是行業發展的必然趨勢。
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