一、前言

在电机及相关电气设备的保护系统中，热过载继电器是一个极为重要的元件。它主要用于防止电动机在长时间过载情况下因温度升高而烧毁。很多工程人员在实际工作中知道它的作用，却对其原理、结构、分类及选型缺乏系统认知。本文将从原理、构造、应用到选型全方位解析热过载继电器，帮助读者真正搞懂它。

二、热过载继电器的定义

**热过载继电器（Thermal Overload Relay，简称TOR）**是一种依靠双金属片受热变形原理动作的保护电器。它通常串接在电机回路中，当电机长时间过载运行时，电流的热效应会使双金属片弯曲，从而推动触点动作，切断电机的控制回路，达到保护目的。

简单理解：

• 它不是直接切断电机的主电路，而是通过断开接触器线圈回路来停止电机运行。

• 它主要保护的是过载，而不是短路（短路保护由熔断器或断路器实现）。

三、工作原理解析

热过载继电器的核心是双金属片，它由两种不同膨胀系数的金属材料铆接而成。其工作原理可分为以下几个步骤：

1. 正常运行
   当电机电流在额定范围内，双金属片受热量较小，形变不足以推动触点动作。电机正常运行。

2. 过载状态
   电机负载超过额定值时，电流增大，双金属片迅速升温并发生弯曲变形。

3. 动作触发
   变形达到一定程度后，推动机械结构使常闭触点断开，接触器线圈失电，切断电机电源。

4. 复位
   电机停止，双金属片冷却恢复原形。根据设计，继电器可手动复位或自动复位。

公式上可以用焦耳热效应解释：

$$Q = I^2 \cdot R \cdot t$$

当热量 $Q$ 超过双金属片的动作阈值时，继电器就会跳脱。

四、热过载继电器的结构组成

热过载继电器主要由以下几部分构成：

1. 双金属片
   感知电流热量的核心部件。

2. 发热元件
   一般为绕在双金属片上的电阻丝或串联加热器，通过电流加热双金属片。

3. 触点系统
   包括常闭触点（用于断开控制回路）和常开触点（用于报警或信号输出）。

4. 复位机构
   手动复位按钮或自动复位弹簧机构。

5. 调节机构
   可调节动作电流值，以匹配不同电机的额定电流。

6. 外壳与接线端子
   提供绝缘、防护及接线功能。

五、热过载继电器的分类

1. 按复位方式分

• 手动复位型：动作后需人工按下复位按钮，防止电机自行启动。

• 自动复位型：冷却后自动恢复接通，适用于不影响安全的场景。

2. 按安装方式分

• 独立式：单独安装在控制柜中。

• 直接安装式：直接安装在接触器下方，构成“接触器+继电器”组合。

3. 按动作特性分

• 常温补偿型：在环境温度变化时能保持动作精度。

• 非补偿型：环境温度影响动作特性，需要注意温度修正系数。

六、热过载继电器与其他保护器的区别

七、热过载继电器的选型原则

1. 额定电流匹配
   继电器整定电流应等于或略高于电机额定电流，一般取 $1.05$~$1.2$ 倍额定值。

2. 动作时间特性
   应与电机启动特性匹配，避免电机启动电流造成误动作。

3. 环境温度因素
   如果温度变化较大，建议选用常温补偿型产品。

4. 安装方式
   与接触器是否配套安装要提前确认。

5. 控制回路电压与触点容量
   确保继电器触点可以可靠控制接触器线圈。

6. 复位方式选择
   安全要求高的场景宜用手动复位型。

八、常见应用场景

1. 电动机保护

• 工厂车间三相异步电机

• 输送带驱动电机

• 水泵、风机、压缩机

2. 机械设备控制柜
   与交流接触器、按钮开关组合，实现启动、停止及过载保护。

3. 农业及水处理设备
   长时间运行的水泵电机过载保护。

4. 矿山与冶金行业
   高负载运行机械的电机保护系统。

九、维护与常见故障

1. 常见问题

• 误动作：可能是整定电流过低或环境温度过高。

• 不动作：可能是双金属片疲劳、触点卡滞或内部发热元件断路。

• 触点烧蚀：长期动作导致接触不良。

2. 维护建议

• 定期检测整定电流值是否符合要求。

• 保持外壳清洁、防止灰尘和油污影响散热。

• 定期检查触点状态，必要时更换。

十、发展趋势

现代智能化控制系统中，传统热过载继电器正逐渐被电子式过载继电器替代。电子式产品可实现：

• 更精准的动作电流设定

• 多种保护模式（过载、缺相、不平衡）

• 数据采集与远程监控

• 更小体积与更长寿命

不过，由于热过载继电器结构简单、成本低廉、无需电源，在低成本场合依然有广泛应用。

十一、总结

热过载继电器虽然外形小巧，但在电机保护中作用不可替代。它利用双金属片的热效应原理，在电机过载时及时断开控制回路，防止因过热烧毁绕组。合理选型、正确安装与定期维护，是保证其可靠性的关键。随着技术进步，热过载继电器将与电子式保护器形成互补，共同守护电机的安全运行。