导轨式热继电器在橡胶挤出机设备中的应用解析



一、导轨式热继电器概述

1.1 基本定义
导轨式热继电器（DIN-Rail Mounted Thermal Overload Relay）是一种安装在标准35mm DIN导轨上的电动机过载保护器件，通过双金属片受热弯曲原理实现过载保护。

1.2 与传统热继电器对比

| 特性 | 传统热继电器 | 导轨式热继电器 |
|||--|
| 安装方式 | 螺丝固定在面板上 | 卡扣式安装于DIN导轨 |
| 体积 | 较大 | 紧凑小巧 |
| 布线方式 | 独立接线 | 与配电端子排集成 |
| 维护更换 | 拆装复杂 | 快速拔插更换 |
| 适用场景 | 大型控制柜 | 紧凑型控制柜/现代设备 |
| 典型品牌 | 正泰JR36、德力西 | 施耐德LRD、ABB TA、西门子3RU |



二、橡胶挤出机电气系统架构

2.1 典型橡胶挤出机电机配置


┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ 橡胶挤出机电气主回路 │
├─────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 主电机（螺杆驱动） ─→ 大功率（几十~几百kW） │
│ 喂料电机 ─→ 中功率（几~几十kW） │
│ 牵引/输送电机 ─→ 中小功率 │
│ 冷却风机电机 ─→ 小功率 │
│ 切粒机电机 ─→ 小功率 │
│ 加热区温控（非电机） ─→ 固态继电器/调功器 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────┘


2.2 橡胶挤出机的负载性

| 特点 | 对电气保护的要求 |
||-|
| 高扭矩启动 | 需承受较大启动电流（6~7倍额定电流） |
| 负载波动大 | 胶料粘度变化导致电流剧烈波动 |
| 连续运行 | 长时间满负荷甚至超负荷运行 |
| 多段温控加热 | 加热系统故障可能导致电机堵转 |
| 粉尘/高温环境 | 保护器件需耐受恶劣工况 |
| 频繁启停 | 热继电器需有良好的反复动作特性 |



三、导轨式热继电器在挤出机中的具体应用

3.1 主螺杆驱动电机保护（核心应用）

选型要点


选型公式：
I_setting = (1.05 ~ 1.15) × I_rated（电动机额定电流）

例：一台132kW橡胶挤出主电机
额定电流 I_rated ≈ 250A
热继电器整定范围需覆盖：260A ~ 290A
→ 选择 LR9F5371（施耐德）或 TA250DU（ABB）等大电流型号


关键参数设定

| 参数 | 推荐设定 | 说明 |
||||
| 整定电流 | 1.05~1.15倍额定电流 | 考虑胶料波动余量 |
| 脱扣等级 | Class 10A（标准型） | 橡胶挤出启动时间长 |
| 复位方式 | 自动/手动可选 | 推荐手动复位，防误重启 |
| 辅助触点 | 1NO+1NC 或 2NO+2NC | 接入PLC/控制回路 |
| 断相保护 | 必须具备 | 三相缺相时必须可靠动作 |

3.2 辅助电机保护（喂料/牵引/冷却）


喂料电机（5.5kW，I≈11A） → 导轨式热继电器 9~13A整定
牵引电机（7.5kW，I≈15A） → 导轨式热继电器 12~18A整定
冷却风机（1.5kW，I≈3.5A）→ 导轨式热继电器 2.5~4A整定
切粒电机（4kW，I≈8.5A） → 导轨式热继电器 7~10A整定


3.3 典型接线方案


三相电源 L1/L2/L3
│ │ │
┌───┴───┴───┴───┐
│ 断路器(QF) │ ← 短路保护
└───┬───┬───┬───┘
│ │ │
┌───┴───┴───┴───┐
│ 接触器(KM) │ ← 启停控制
└───┬───┬───┬───┘
│ │ │
┌───┴───┴───┴───┐
│导轨式热继电器(FR)│ ← 过载保护
│ (35mm DIN导轨) │
└───┬───┬───┬───┘
│ │ │
电动机 M (三相)

辅助触点接线：
FR(NC) ──→ 串联至接触器KM线圈回路（过载时断开）
FR(NO) ──→ 送入PLC/报警系统（故障信号）




四、选型与工程设计要点

4.1 品牌与型号推荐

| 电流范围 | 施耐德 | ABB | 西门子 | 正泰（国产） |
||--|--|-|--|
| 0.1~32A | LRD08~35 | TA25DU~75 | 3RU2112~2144 | JRS2-25/Z |
| 9~95A | LRD35~436 | TA42DU~176 | 3RU2112~2144 | JRS2-63/F |
| 40~630A | LR9D/F系列 | TA75DU~630 | 3RU1116~2146 | JRS1-370 |

4.2 橡胶挤出机考量

① 环境适应性
- 耐温等级：控制柜内温度可达50~60°C，需选-25°C~+70°C工作范围的型号
- 防护等级：IP20（柜内）基本满足，但需注意粉尘防护
- 海拔修正：高海拔地区需降容使用

② 启动特性匹配

橡胶挤出机特点：
- 启动时间：30~120秒（远长于普通电机的5~15秒）
- 建议选择 Class 10A 脱扣等级（允许10秒内承受7.2倍整定电流）
- 避免选择 Class 10（5秒）型号，可能误动作


③ 与变频器的配合

场景：挤出机螺杆采用变频调速驱动

方案A：变频器自带过载保护（电子热保护）
→ 可不再单独配热继电器
→ 但建议保留作为后备保护

方案B：工频运行 + 变频器旁路
→ 必须配导轨式热继电器
→ 注意：变频输出含高次谐波，热继电器需选
"变频专用型"或验证兼容性


4.3 导轨安装规范


┌──────────────────────────────┐
│ DIN 35mm 标准导轨 │
│ ┌────────┐ ┌────────┐ │
│ │ 断路器 │ │接触器 │ │
│ └────────┘ └────────┘ │
│ ┌──────────────────────┐ │
│ │ 导轨式热继电器(FR) │ │
│ │ ← 卡扣锁紧，不可松动 →│ │
│ └──────────────────────┘ │
│ ┌────────┐ ┌────────┐ │
│ │端子排 │ │PLC模块 │ │
│ └────────┘ └────────┘ │
└──────────────────────────────┘

安装要点：
✅ 相邻器件间距 ≥ 5mm（散热）
✅ 垂直安装，发热元件朝上
✅ 接线端子紧固力矩按规格（通常0.5~0.8N·m）
✅ 导轨两端需有挡板固定




五、常见问题与解决方案

5.1 典型故障分析

| 故障现象 | 可能原因 | 解决方案 |
||||
| 频繁误跳闸 | ①整定值过低 ②环境温度过高 ③谐波干扰 | 重新整定；改善通风；加装滤波器 |
| 堵转不保护 | ①整定值过高 ②热继电器已损坏 ③选型错误 | 重新选型；更换；检查电流匹配 |
| 一相烧电机 | 断相保护失效 | 更换带断相保护功能型号；检查接线 |
| 复位后又跳 | 电机轴承损坏/机械卡死 | 先排查机械故障，再复位电气 |
| 触点接触不良 | 氧化/松动 | 定期清洁紧固；更换辅助触点模块 |

5.2 橡胶挤出机问题


问题：胶料冷启动时电流，热继电器反复动作

分析：
- 冷态胶料粘度 → 启动转矩需求大 → 启动电流持续时间长
- 热继电器双金属片在反复大电流下可能"记忆效应"

解决：
1. 整定值适当上调至1.15~1.2倍额定电流
2. 选用可调式双金属片结构
3. 控制系统增加"冷启动延时"逻辑（PLC延时30~60秒投入保护）
4. 机械上预热螺杆降低启动负荷




六、与其他保护方案的对比

6.1 橡胶挤出机电机保护方案比较

| 保护方式 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|||||
| 导轨式热继电器 | 成本低、直观、维护简单 | 精度±5%、动作慢、无法通信 | 中小功率、工频驱动 |
| 电子式过载继电器 | 精度高±2%、可通信、可记录 | 成本高、需供电 | 大功率、自动化产线 |
| 变频器电子保护 | 无额外器件、参数可调 | 依赖变频器可靠性 | 变频驱动主电机 |
| 智能电动机保护器 | 保护、通信功能、趋势分析 | 成本 | 高端/智能挤出产线 |

6.2 推荐组合方案


【经济型方案】
断路器 + 接触器 + 导轨式热继电器
→ 适用：传统橡胶挤出机改造

【标准方案】
断路器 + 接触器 + 导轨式热继电器 + PLC
→ 适用：大多数橡胶挤出生产线

【高端方案】
断路器 + 接触器 + 电子式过载继电器 + PLC + HMI
→ 适用：智能化橡胶挤出产线




七、工程实施建议

7.1 选型计算示例


【案例】Φ150橡胶挤出机

主电机：Y280M-4，90kW，380V，I=168A
喂料电机：Y132S-4，5.5kW，I=11.6A
牵引电机：Y160M-4，11kW，I=22.6A
冷却风机：Y90S-4，1.5kW，I=3.6A

选型：
┌──────────────┬──────────────┬─────────────────┐
│ 电机 │ 额定电流 │ 推荐热继电器 │
├──────────────┼──────────────┼─────────────────┤
│ 主电机90kW │ 168A │ LR9F5361(150-210A)│
│ 喂料5.5kW │ 11.6A │ LRD21C(9-13A) │
│ 牵引11kW │ 22.6A │ LRD32C(17-25A) │
│ 冷却1.5kW │ 3.6A │ LRD07C(2.5-4A) │
└──────────────┴──────────────┴─────────────────┘

整定：
主电机：168 × 1.1 = 185A → 拨至185A
喂料：11.6 × 1.1 = 12.8A → 拨至12.5A或13A
牵引：22.6 × 1.1 = 24.9A → 拨至25A
冷却：3.6 × 1.1 = 4.0A → 拨至4A


7.2 维护保养周期

| 项目 | 周期 | 内容 |
||||
| 外观检查 | 每月 | 有无烧蚀、变形、变色 |
| 整定值核验 | 每季度 | 与电机铭牌对比，防止漂移 |
| 触点检查 | 每半年 | 辅助触点通断测试 |
| 动作试验 | 每年 | 模拟过载测试脱扣功能 |
| 更换 | 5~8年 | 双金属片老化后必须更换 |



八、总结

> 导轨式热继电器在橡胶挤出机中的核心价值：
>
> 1. 标准化安装——适配现代控制柜设计，节省空间
> 2. 可靠过载保护——针对挤出机高负荷、波动大的特点提供基本保障
> 3. 经济实用——相比电子式保护器成本低60%~80%
> 4. 快速维护——拔插式更换，停机时间短

核心建议：导轨式热继电器适合作为橡胶挤出机基本过载保护层，对于大功率主电机或高自动化要求的产线，建议与电子式保护器或变频器保护形成双重保护策略，设备安全与生产连续性。