Тепловое реле реагирует на увеличение тока и, в зависимости от его величины, отключает цепь через определенное время, чтобы обмотки двигателя остались неповрежденными. После последующего устранения неисправности двигатель может продолжать работать, если статор находится в хорошем состоянии.
Термисторная защита электродвигателей
Помимо выключателей защиты двигателя и тепловых реле, в современных двигателях для защиты от перегрева также используются термисторы и позисторы.
В отличие от традиционных методов, например, тепловых реле, где защита от перегрузки асинхронных двигателей основана на тепловом эффекте нагрева током биметаллической пластины реле, термисторная защита реагирует непосредственно на температуру обмотки двигателя.
Защита с помощью тепловых реле и автоматических выключателей двигателя является косвенной тепловой защитой, поскольку она не действует непосредственно на обмотки двигателя. То есть он реагирует не на фактическую температуру обмоток статора, а на количество выделяемого тепла, не учитывая время работы в зоне перегрузки и фактические условия охлаждения двигателя.
В некоторых случаях эта защита может быть недостаточно эффективной, поскольку фактическая температура нагрева двигателя не может быть определена с достаточной точностью. Это особенно актуально для двигателей с длительным временем запуска, частыми включениями и выключениями и т.д.
При использовании защиты PTC степень нагрева обмоток статора контролируется напрямую, поскольку датчики встроены в обмотки и, таким образом, находятся в непосредственном контакте с ними.
Это защищает двигатель от перегрузки, асимметрии, потери фазы и недостаточного охлаждения, которые вызывают накопление тепла в обмотках и, следовательно, срабатывание датчика.
Еще одной важной особенностью этого типа защиты является то, что активация зависит только от температуры двигателя, а не от нагрузки на сам двигатель.
Термисторные датчики не защищают двигатель в случае короткого замыкания или нарушения изоляции.
Принцип действия терморезисторов
Термисторы и позисторы — это полупроводниковые термисторы, принцип действия которых основан на изменении сопротивления в зависимости от температуры. В зависимости от типа, они могут иметь прямую или обратную нелинейную характеристику сопротивление-температура.
Датчики с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), также называемые термисторами, представляют собой полупроводниковые резисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (TCR), т.е. их сопротивление резко уменьшается при определенной температуре.
Резисторы PTC (положительный температурный коэффициент), с другой стороны, имеют положительный температурный коэффициент сопротивления (TCR) и характеризуются резким увеличением сопротивления при достижении заданной температуры. Этот тип защиты чаще всего используется в электродвигателях.
Датчик температуры устанавливается на каждую обмотку асинхронного двигателя, т.е. всего три датчика. В зависимости от типа датчики могут быть подключены параллельно для термисторов или последовательно для потенциометров.
Помимо преимуществ, у этой защиты есть и недостаток, если его вообще можно назвать недостатком. Проблема заключается в том, что датчики не могут быть подключены непосредственно к коммутационному устройству, например, контактору. Необходим промежуточный элемент, который сначала оценивает значение температуры датчика, а затем выдает сигнал на активацию или деактивацию. Таким устройством является реле термисторной защиты с термистором.
Реле термисторной защиты
Реле защиты с термисторами позволяют напрямую измерять температуру обмотки двигателя, а некоторые модели имеют функцию контроля неисправности датчиков (прерывания и короткие замыкания).
Рассмотрим работу термисторного реле на примере устройства Siemens 3RN1012-1CK00.
Два встроенных светодиода (READY/TRIPPED) указывают на работу реле или его состояние активации. Реле этого типа можно сбрасывать вручную, автоматически и дистанционно. По умолчанию используется автоматическая настройка. Ручной сброс выполняется нажатием кнопки TEST/RESET на передней панели реле. Если кнопка TEST/RESET нажата более 2 секунд, включается тестовый режим и имитируется маршрут. Для дистанционного сброса необходимо подключить внешний переключатель к клеммам Y1 и Y2.
В нормальном режиме работы реле активации активируется до тех пор, пока сопротивление подключенных датчиков не достигнет порога активации, и сигнал подается на контактор через нормально разомкнутые контакты. Если хотя бы один из датчиков превышает пороговое значение температуры, реле отключается. Возврат в исходное рабочее состояние происходит автоматически после остывания термисторов.
Количество последовательно соединенных датчиков температуры зависит от общего сопротивления в холодном состоянии и не должно превышать 1,5 кОм — Rcomm = R1+R2…+Rn .
Рабочая температура находится в диапазоне от 60°C до 180°C, в зависимости от установленного датчика. Точность работы реле составляет около 6°C.
Тепловая защита электродвигателя: особенности устройства
Тепловое реле защиты двигателя является распространенным решением при перегрузках. Устройства активируются, когда продолжительность перегрузки превышает заданный предел. Устройство также срабатывает при отказе одной фазы.
Основной конструктивной особенностью теплового реле является набор биметаллических исполнительных механизмов. Ток двигателя проходит через пластины. Перегрев и возникающая в результате деформация пластин вызваны перегревом.
Что же вызывает нагрев биметалла, устойчивого к механическому воздействию? Чрезмерный стресс. Если возникает (длительный) пик напряжения, пластина, деформированная высокой температурой, запускает механизм реле. Проще говоря, срабатывает тепловая защита и размыкает цепь.
Наличие температурных компенсаторов позволяет компенсировать влияние температуры окружающей среды. Поскольку большинство промышленных двигателей работают в сложных условиях (например, при высоких температурах окружающей среды), наличие компенсаторов является важной необходимостью.
При каких условиях срабатывает тепловая защита двигателя? Перегрузка более чем на 20% от номинального значения.
Расположение реле зависит от конструкции устройства. Допускается монтаж на корпусе стартера или на панели управления. Обычно тепловое реле устанавливается непосредственно на магнитный контактор.
Следует отметить, что тепловая защита не может защитить двигатель только в случае перегрузки. Причиной является дисбаланс фаз или задержка запуска.
Особенности схемы тепловой защиты двигателя
Утверждение о том, что существует только одна правильная схема, неверно. Практика показывает, что системы тепловой защиты электродвигателей зависят от технических характеристик агрегата и количества подключаемых агрегатов. Рекомендуется подключать реле через катушку стартера. В этом случае устройство быстрее активируется в случае перегрузки. Отключение от источника питания предотвращает перегрев и работу при максимальных значениях. Это увеличивает эксплуатационный запас двигателя.
Тепловая защита двигателя: виды реле
Прежде чем остановить свой выбор на тепловом реле, следует ознакомиться с различными типами защитных устройств.
Следующие типы тепловых реле можно приобрести у специализированных дилеров:
- РТТ. Подойдет для эффективной защиты асинхронных двигателей.
- РТЛ. Устройство хорошо себя зарекомендовало при несимметричности тока (как вариант, при выпадении одной из фаз).
- Реле ТРН. Такой вид реле можно использовать при постоянном токе.
- РТИ. Отличается собственным электропотреблением (хорошая защита при затянутом пуске).
Выбор во многом зависит от условий эксплуатации электродвигателя. Тепловое реле должно быть установлено, если существует угроза повреждения двигателя из-за перепадов напряжения. Даже если угроза вероятна, рисковать не стоит.
Защита дорогостоящего промышленного оборудования обходится дешевле, чем покупка нового оборудования. Более того, выход из строя двигателя обязательно приведет к простою и дополнительным расходам.
Опыт показывает, что тепловое реле помогает ограничить время запуска двигателя при слишком низком напряжении.
Чтобы сделать правильный выбор, ознакомьтесь с техническими характеристиками реле. Всю информацию вы найдете в инструкции по эксплуатации, которая прилагается к устройству. Если вам трудно расшифровать маркировку, попросите специалиста помочь вам решить, какое реле лучше всего подходит для вас. Особенно если двигатель эксплуатируется во взрывоопасной или легковоспламеняющейся рабочей атмосфере. В этом случае перегрев может стать причиной серьезной аварии.
Устройства тепловой защиты, встраиваемые в клеммную коробку
В термопротекторах или термостатах используется биметаллический моментный выключатель в форме диска, который размыкает и замыкает цепь при достижении определенной температуры. Термопротекторы также называют «кликсонами» (в честь торговой марки Texas Instruments). Как только биметаллический диск достигает определенной температуры, он размыкает или замыкает группу контактов в подключенной цепи управления. Термостаты имеют контакты для нормально разомкнутого или нормально замкнутого режима работы, но одно и то же устройство не может использоваться для обоих режимов. Термостаты предварительно калибруются производителем, и их настройки не могут быть изменены. Диски герметично закрыты и расположены на контактной поверхности.
Термостат может подавать напряжение на цепь сигнализации, если он нормально разомкнут, или термостат может отключать двигатель, если он нормально замкнут и подключен последовательно с контактором. Поскольку термостаты расположены на внешней поверхности концов змеевика, они реагируют на температуру в этом месте. Считается, что на трехфазных двигателях термостаты обеспечивают нестабильную защиту при торможении или других условиях с быстрыми изменениями температуры. В однофазных двигателях термостаты служат для защиты от блокировки ротора.
Тепловой автоматический выключатель, встраиваемый в обмотки
В обмотки также могут быть встроены термопротекторы, см. рисунок.
Они служат в качестве сетевых выключателей как для однофазных, так и для трехфазных двигателей. Для однофазных двигателей мощностью до 1,1 кВт устройство тепловой защиты устанавливается непосредственно в главной цепи и служит для защиты обмотки. Clickson и Thermic являются примерами тепловых автоматических выключателей. Эти устройства также называются PTO (Protection Thermique a Ouverture).
Внутренняя установка
В однофазных двигателях используется один тепловой автоматический выключатель. Для трехфазных двигателей два выключателя подключаются последовательно между фазами двигателя. Таким образом, все три фазы находятся в контакте с тепловым выключателем. Тепловые автоматические выключатели могут быть установлены в конце обмоток, но это приводит к увеличению времени срабатывания. Автоматические выключатели должны быть подключены к внешней системе управления. Это защищает двигатель от ползучей перегрузки. Релейный усилитель не требуется при использовании тепловых автоматических выключателей.
Тепловые автоматические выключатели НЕ защищают двигатель, если ротор заблокирован.
Принцип работы теплового выключателя двигателя
На графике справа показана зависимость сопротивления от температуры для типичного термовыключателя. Эта характеристика варьируется от производителя к производителю. TN обычно составляет 150-160 °C.
Подключение трехфазного электродвигателя со встроенным тепловым выключателем и реле перегрузки.
Обозначение ТП на схеме
Защита в соответствии с IEC 60034-11:
TP 111 (постепенная перегрузка). Двигатель должен быть оснащен реле перегрузки для обеспечения защиты от блокировки ротора.
Термисторная защита электродвигателей и реле термисторной защиты двигателя
Сложность конструкции тепловых реле для пускателей двигателей и недостаточная надежность систем защиты на их основе привели к разработке тепловой защиты, реагирующей непосредственно на температуру обмоток двигателя. В этом случае температурные датчики крепятся к обмотке двигателя. Другими словами, измерение нагрева двигателя контролируется напрямую. Прямая защита двигателя путем контроля температуры обмотки двигателя, даже при самых сложных условиях окружающей среды, обеспечивает полную защиту двигателя с помощью датчиков PTC (положительный температурный коэффициент). Температурные датчики PTC встроены в обмотки двигателя (встроены в обмотки двигателя производителем двигателя).
Термочувствительные защитные устройства: термисторы, позисторы
В качестве датчиков температуры используются термисторы и потенциометры (PTC-резисторы) — полупроводниковые резисторы, изменяющие свое сопротивление в зависимости от температуры. Термисторы — это полупроводниковые резисторы с большим отрицательным значением TSC. Когда температура повышается, сопротивление термистора, используемого в цепи активации двигателя, падает. Для увеличения крутизны зависимости сопротивления от температуры термисторы соединяются параллельно в три фазы (рис. 1).
Рисунок 1 — Температурная зависимость сопротивления позисторов и термисторов: a — последовательное соединение позисторов; b — параллельное соединение термисторов.
Позиционеры представляют собой нелинейные резисторы с положительным TSC. При достижении определенной температуры сопротивление позистора увеличивается на несколько порядков.
Для усиления этого эффекта позисторы разных фаз соединяются последовательно. Характеристики позисторов показаны на рисунке.
Защита, обеспечиваемая позисторами, является более совершенной. В зависимости от класса изоляции обмоток двигателя температура срабатывания составляет =105, 115, 130, 145 и 160. Эта температура называется температурой классификации. Сопротивление позиционера резко изменяется при температуре не более чем за 12 с. Сопротивление трех последовательно соединенных позиционеров не должно превышать 1650 Ом, а при температуре их сопротивление должно быть не менее 4000 Ом.
Гарантированный срок службы позиционеров составляет 20000 часов. Позистор состоит из диска диаметром 3,5 мм и толщиной 1 мм, покрытого органическим силиконовым лаком, который обеспечивает необходимую устойчивость к влаге и электрическую изоляцию.
Рассмотрим схему защиты позистора, показанную на рисунке 2.
Клеммы 1 и 2 схемы (Рисунок 2, a) подключены к последовательным резисторам, установленным на всех трех фазах двигателя (Рисунок 2, b). Транзисторы VT1 и VT2 активируются в схеме триггера Шмидта и работают в кратковременном режиме. В коллекторной цепи транзистора VT3 оконечного каскада находится выходное реле К, которое подает сигнал на обмотку стартера электродвигателя.
При нормальной температуре обмотки двигателя и соответствующих последовательных резисторов сопротивление последовательных резисторов низкое. Сопротивление между точками 1-2 схемы также мало, транзистор VT1 закрыт (низкий отрицательный потенциал на базе), а транзистор VT2 открыт (высокий потенциал). Отрицательный потенциал на коллекторе транзистора VT3 низкий и он закрыт. Ток в обмотке реле K недостаточен для включения реле.
Когда обмотка двигателя нагревается, сопротивление терморезистора PTC увеличивается, и при определенном значении этого сопротивления отрицательный потенциал точки 3 достигает напряжения срабатывания. Работа триггерного реле обеспечивается эмиттерной обратной связью (сопротивление в цепи эмиттера VT1) и коллекторной обратной связью между коллектором VT2 и базой VT1. Когда триггер активирован, VT2 закрывается, а VT3 открывается. Реле K срабатывает, замыкает цепь сигнализации и размыкает цепь соленоида стартера, после чего обмотка статора отключается от сетевого напряжения и двигатель останавливается.
Достоинства и недостатки термисторной (позисторной) защиты
- Термочувствительная защита электродвигателей предпочтительней в тех случаях, когда по току невозможно определить с достаточной точностью температуру электродвигателя. Это касается, прежде всего, электродвигателей с продолжительным периодом запуска, частыми операциями включения и отключения (повторно-кратковременный режим работы) или двигателей с регулируемым числом оборотов (при помощи преобразователей частоты). Термисторная защита эффективна также при сильном загрязнении электродвигателей или выходе из строя системы принудительного охлаждения.
- Термисторная защита эффективна также при сильном загрязнении двигателей или выходе из строя принудительного охлаждения. Следующей областью применения термисторной защиты является температурный контроль в трансформаторах, жидкостях и подшипниках для их защиты от перегрева.
- Недостатками термисторной защиты является то, что с термисторами или позисторами выпускаются далеко не все типы электродвигателей. Это особенно касается электродвигателей отечественного производства. Термисторы и позисторы могут устанавливаться в электродвигатели только в условиях стационарных мастерских. Температурная характеристика термистора достаточно инерционна и сильно зависит от температуры окружающей среды и от условий эксплуатации самого электродвигателя.
- Термисторная защита требует наличия специального электронного блока: термисторного устройства защиты электродвигателей, теплового или электронного реле перегрузки, в которых находятся блоки настройки и регулировки, а также выходные электромагнитные реле, служащие для отключения катушки пускателя или электромагнитного расцепителя.
Реле защиты двигателя с термистором TER-7 ELCO (Чехия)
- контролирует температуру обмотки электродвигателя в температ. интервале, данном сопротивл. PTC термистора фиксированный настроенный уровень коммутации
- в качестве считывающего элемента применяетсчя термистор PTC встроенный в обмотку электродвигателя его производителем, возможно использование внешнего PTC сенсора
- функция ПАМЯТЬ — реле в случае ошибки блокируется до момента вмешательства персонала (наж. кнопки RESET) RESET ошибочного состояния: a) кнопкой на передней панели b) внешним контактом (на расстоянии по двум проводам)
- функция контроля короткого замыкани или отключения сенсора, состояние нарушения сенсора указывает мигающий красный светодиодный индикатор
- выходной контакт 2x переключ. 8 A / 250 V AC1
- состояние превышение температуры обмотки двигателя указывает светящийся красный светодиодный индикатор
- универсальное напряжение питания AC/ DC 24 — 240 V
- клеммы сенсора не изолированы гальванически, но их можно замкнуть с клеммой PE без поломки устройства, в случае питания от сети должен быть подключен нейтраль на клемму A2
Реле защиты двигателя с термистором PT-M01-1-15 (МЕАНДР, Россия)
Причины перегрева двигателя
Нагрев может быть вызван множеством различных факторов. Наиболее распространенными причинами являются:
- Эксплуатация в недопустимом режиме. Устройство не должно долгое время работать при повышенной нагрузке, а также подвергаться механическим воздействиям (удары, резкие толчки, вибрация) – от этого нарушается целостность.
- Коррозия, вызванная резкими и частыми перепадами температур и повышенной влажностью. Уменьшение зазора между элементами из-за ржавчины приводит к тому, что электродвигатель не набирает обороты и греется.
- Несоблюдение правил хранения, монтажа и транспортировки. Следует четко следовать инструкциям, приведенным в паспорте.
- Повреждение изоляции обмотки. Оно может произойти при попадании под корпус инородных частиц или при небрежной транспортировке. Последствия бывают разные – локальные короткие замыкания, деформация вала, неравномерное вращение ротора, и как итог – перегрев.
- Эксплуатация при повышенном или пониженном напряжении в сети. Пытаясь найти ответ на вопрос: почему греется электродвигатель 3-хфазный, проверьте проводку и состояние розеток.
- Засорение вентиляционных каналов. Чтобы этого избежать, достаточно регулярно проводить техосмотр и чистку двигателя.
- Постоянная слишком высокая/низкая температура в помещении, где функционирует двигатель.
- Разрушение подшипника. Признаки данной неисправности – неподвижность или плохое прокручивание ротора при включении устройства, полное заклинивание ротора и статора и нагрев корпуса.
Как подобрать электродвигатель: условия
В настоящее время использование электродвигателей широко распространено. Эти устройства используются в широком спектре оборудования (вентиляционные системы, насосные станции или электротранспортное оборудование). Для каждого типа машин требуется правильный выбор и настройка двигателей.
Критерии отбора:
- Тип тока;
- Мощность устройства;
- Работа.
В зависимости от типа электроэнергии электродвигатели делятся на устройства, работающие с переменным током, и устройства, работающие с постоянным током.
Обратите внимание. В настоящее время использование двигателей переменного тока еще не очень широко распространено.
Необходимо отметить, что двигатели постоянного тока зарекомендовали себя с лучшей стороны, но из-за необходимости установки дополнительного оборудования для поддержания их работы требуются дополнительные финансовые затраты.
Двигатели переменного тока нашли широкое применение. Они делятся на два типа (синхронные и асинхронные).
Современные агрегаты используются в устройствах, где важно постоянное вращение (генераторы и компрессоры). Характеристики современных двигателей также различаются. Например, скорость вращения составляет от 120 до 1000 об/мин. Мощность устройств составляет до 10 кВт.
В промышленности широко распространено использование асинхронных двигателей. Следует отметить, что эти устройства имеют более высокую скорость вращения. Для их изготовления в основном используется алюминий, что позволяет создавать легкие роторы.
В связи с тем, что двигатель производит постоянное вращение различных устройств во время работы, необходимо выбрать его мощность. Стоит отметить, что для разных устройств существует определенный тип, в соответствии с которым и осуществляется выбор.
Решающим фактором для нагрузки двигателей является режим работы. Поэтому выбор устройства осуществляется в соответствии с этими характеристиками. Имеется несколько режимов работы, обозначенных (S1 — S9). Каждый из девяти режимов работы подходит для определенной двигательной функции.
Подбор терморегулятора для теплого пола
Для нормальной работы системы напольного отопления необходима установка теплового реле — термостата, который может значительно снизить затраты на отопление. Устройство необходимо только для включения и выключения отопления в определенное время или в ответ на сигнал термометра.
При выборе термостата в первую очередь учитывайте его мощность, которая должна быть равна мощности напольного отопления.
Тип теплового реле также следует выбирать для определенных типов напольного отопления, которые можно разделить на несколько групп:
- устройства, предназначенные только для обеспечения экономичного режима, позволяющие сократить расход электроэнергии;
- приборы с настраиваемым таймером, при помощи которого устанавливаются периоды времени, на протяжении которых будет осуществляться прогрев помещения с определенной интенсивностью;
- аппараты, которые возможно запрограммировать на сложные регламенты функционирования, чередующие периоды работы в экономном режиме и максимального обогрева;
- реле, в котором имеется встроенный ограничитель, предотвращающий чрезмерный нагрев напольного покрытия и греющего элемента.
Выбор термостата для конкретного помещения зависит от размера помещения. Для небольшого помещения больше подойдет простое устройство без сложных настроек и программирования. Для больших помещений необходимо установить более сложное устройство. В таких помещениях обычно используются электронные реле с датчиками температуры, установленными в полу.
