Биметаллические элементы электрических аппаратов и электроприборов

Биметаллический элемент представляет собой жесткое соединение двух металлов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения.

Если такой элемент нагреть, то каждый из двух указанных металлов будет удлиняться на определенную величину, характеризующуюся коэффициентами линейного расширения. Так как эти коэффициенты неодинаковый металлы жестко связаны друг с другом биметаллический элемент будет изгибаться в сторону металла, имеющего меньшее значение коэффициента линейного расширения.

Этим свойством биметалла пользуются для построения реле и регуляторов, предназначенных приходить в действие или от температуры среды, в которой расположен элемент, или от величины тока, питающего защищаемый объект.

В последнем случае этот ток пропускают или непосредственно через биметалл (при малых токах), пли через специальный нагреватель (обычно металлическую спираль), охватывающий биметалл.

При нагреве биметаллический элемент деформируется и размыкает электрическую цепь или непосредственно, или приводит в действие механизм, размыкающий контакты данной цепи (например, отбрасывает собачку, удерживающую контакты во включенном положении).

Принцип действия биметаллического элемента:

Биметаллический элемент чаще всего имеет (в холодном состоянии) форму прямых или U-образных пластин, реже — выполняется в форме плоских спиралей или цилиндрических пружин.

В зависимости от рода и назначения аппарата, в котором применяется биметалл, к последнему могут предъявляться различные требования: давать равные отклонения в широком диапазоне изменения температур, для чего необходима по возможности линейная зависимость между прогибом биметалла и его температурой во всем диапазоне последней, или обеспечить определенную чувствительность только при определенной температуре.

Конструкция биметаллического теплового расцепителя автоматического выключателя:

Изготовить биметалл для второго случая работы, очевидно, легче, чем для первого. Для некоторых случаев требуется, кроме того, определенный минимум отклонения, обеспечивающий надежное отключение цепи, а также — определенный минимум механической силы (или изгибающего момента), развиваемой биметаллом.

Все эти требования должны быть учтены при выборе формы и материала биметаллического элемента.

Соединение металлов между собой лучше всего производить с помощью сварки и в дальнейшем — прокатки. Спайка дает несколько худшие качества соединения. Составляющие биметалла должны приблизительно иметь одинаковую механическую прочность, чтобы при прокатке, обработке и нагреве получить одинаковые напряжения в материалах. Кроме того, для хорошей работы биметалла необходимо, чтобы он не имел остаточных деформаций, т. е. обладал высокими упругими свойствен.

Биметаллические пластины используются в электротепловых реле для защиты электродвигателей от токовых перегрузок. При возрастании тока через пластину, она нагревается, изгибается и отключает контакты реле, которые находятся в цепи катушки магнитного пускателя .

Электротепловое реле РТЛ:

Биметаллические пластины используются в тепловых расцепителях автоматических выключателей .

Биметаллическая пластина в конструкции автоматических выключателей ПАР :

Очевидно, чем больше разность коэффициентах линейного расширения металлов, тем при прочих равных условиях получим большую чувствительность биметалла, т. е. большее значение стрелы прогиба. Поэтому нужно подбирать пару металлов с большой разностью этих коэффициентов.

В качестве металла с низким коэффициентом линейного расширения обычно берут железо-никелевые сплавы (от 36 до 46% никеля). Очень распространен для этого случая так называемый инвар (36,1% Ni+ 63,1Fe + 0,4%Mn + 0,4%Cu) и ему подобные сплавы.

В качестве термоактивной компоненты могут быть использованы различные металлы: медь, латунь, константан и т. д.

Толщина металлических пластин, образующих биметалл, обычно не превосходит десятых долей миллиметра.