Термисторная (позисторная) защита электродвигателей
Зашита асинхронных электродвигателей от перегрева традиционно реализуется на основе, тепловой токовой защиты. В подавляющем большинстве двигателей, находящихся в эксплуатации, используется тепловая токовая защита, которая недостаточно точно учитывает фактические температурные режимы работы электродвигателей, а также его температурные постоянные времени.
В косвенной тепловой защите асинхронного электродвигателя биметаллические пластины включают в цепи питания статорных обмоток асинхронною электродвигателя, а при превышении максимально допустимого тока статора, биметаллические пластины, нагреваясь, отключают питание статора от источника электроэнергии.
Недостатком этого метода является то, что защита реагирует не па температуру нагрева обмоток статора, а на количество выделенного тепла без учета времени работы в зоне перегрузок и реальных условий охлаждения асинхронного электродвигателя. Это не позволяет в полной мере использовать перегрузочную способность электродвигателя и снижает производительность оборудования, работающего в повторно-кратковременном режиме из-за ложных отключений.
Сложность конструкции тепловых реле, недостаточно высокая надежность систем защиты на их основе, привели к созданию тепловой защиты, реагирующей непосредственно на температуру защищаемого объекта. При этом датчики температуры устанавливаются на обмотке двигателя.
Термочувствительные защитные устройства: термисторы, позисторы
В качестве датчиков температуры получили применение термисторы и позисторы — полупроводниковые резисторы, изменяющие свое сопротивление от температуры. . Термисторы представляют собой полупроводниковые резисторы с большим отрицательным ТСК. При увеличении температуры сопротивление термистора уменьшается, что используется для схемы отключения двигателя. Для увеличения крутизны зависимости сопротивления от температуры, термисторы, наклеенные на три фазы, включаются параллельно (рисунок 1).
Позисторы являются нелинейными резисторами с положительным ТСК. При достижении определенной температуры сопротивление позистора скачкообразно увеличивается на несколько порядков.
Для усиления этого эффекта позисторы разных фаз соединяются последовательно. Характеристика позисторов показана на рисунке.
Защита с помощью позистоpoв является более совершенной. В зависимости от класса изоляции обмоток двигателя берутся позисторы на температуру срабатывания =105, 115, 130, 145 и 160 . Эта температура называется классификационной. Позистор резко меняет сопротивление при температура за время не более 12 с. При сопротивление трёх последовательно включенных позисторов должно быть не более 1650 Ом, при температуре их сопротивление должно быть не менее 4000 Ом.
Гарантийный срок службы позисторов 20000 ч. Конструктивно позистор представляет собой диск диаметром 3.5 мм и толщиной 1 мм, покрытый кремне-органической эмалью, создающей необходимую влагостойкость и электрическую прочность изоляции.
Рассмотрим схему позисторной защиты, показанную на рисунке 2.
К контактам 1, 2 схемы (рисунок 2, а) подключаются позисторы, установленные на всех трёх фазах двигателя (рисунок 2, б). Транзисторы VТ1, VT2 включены по схеме триггера Шмидта и работают в ключевом режиме. В цепь коллектора транзистора VT3 оконечного каскада включено выходное реле К, которое воздействует на обмотку пускателя.
При нормальной температуре обмотки двигателя и связанных с ним позисторов сопротивление последних мало. Сопротивление между точками 1-2 схемы также мало, транзистор VT1 закрыт (на базе малый отрицательный потенциал), транзистор VТ2 открыт (большой потенциал). Отрицательный потенциал на коллекторе транзисторе VT3 мал, и он закрыт. При этом ток в обмотке реле К недостаточен для его срабатывания.
При нагреве обмотки двигателя сопротивление позисторов увеличивается, и при определенном значении этого сопротивления отрицательный потенциал точки 3 достигает напряжения срабатывания триггера. Релейный режим триггера обеспечивается эммитерной обратной связью (сопротивление в цепи эммитера VТ1) и коллекторной обратной связью между коллектором VT2 и базой VT1. При срабатывании триггера VТ2 закрывается, а VT3 — открывается. Срабатывает реле К, замыкая цепи сигнализации и размыкая цепь электромагнита пускателя, после чего обмотка статора отключается от напряжения сети.
После охлаждения двигателя его пуск возможен после нажатия кнопки «возврат», при котором триггер возвращается в начальное положение.
В современных электродвигателях позисторы защиты устанавливаются на лобовой части обмоток двигателя. В двигателях прежних разработок позисторы можно приклеивать к лобовой части обмоток.
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.
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.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник
Термисторная защита электродвигателей
2021-04-03 
Промышленное 
3 комментария
Наряду с автоматами защиты двигателей, тепловыми реле, в современных двигателях для защиты от перегрева применяются температурные датчики на основе термисторов и позисторов.
В отличии от традиционных способов, например тех же тепловых реле, где защита асинхронных двигателей от перегрузки осуществляется на основе теплового воздействия тока, нагревающего биметаллическую пластину реле, термисторная защита реагирует непосредственно на температуру обмоток двигателя.
Защита при помощи тепловых реле, автоматов защиты двигателей, является косвенной тепловой защитой, так как не взаимодействует непосредственно с обмотками двигателя. То есть она реагирует не на фактическую температуру нагрева обмоток статора, а на количество выделенного тепла без учета времени работы в зоне перегрузок и реальных условий охлаждения двигателя.
В определенных случаях такая защита может быть не достаточно эффективна, так как не позволяет определить с достаточной точностью действительную температуру нагрева электродвигателя. Это относится, в частности, к электродвигателям с продолжительным периодом запуска, частыми включениями-выключениями и т.д.
В случае защиты на основе PTC-датчиков, контроль за степенью нагрева обмоток статора осуществляется напрямую, так как датчики встроены в обмотки, то есть имеют с ней непосредственный контакт.
Благодаря этому обеспечивается защита двигателя от перегрузки, асимметрии и обрыва фаз, недостаточного охлаждения, так как все эти причины так или иначе приводят к нагреву обмоток, а следовательно к срабатыванию датчиков.
Также важной особенностью такого типа защиты является то, что срабатывание зависит только от температуры двигателя и не зависит от нагрузки на сам двигатель.
Термисторные датчики не защищают электродвигатель в случае короткого замыкания, а также пробоя изоляции.
Принцип действия терморезисторов
Термисторы и позисторы относятся к полупроводниковым термосопротивлениям, принцип работы которых основан на изменении сопротивления в зависимости от температуры. В зависимости от типа, они могут иметь как прямую, так и обратную нелинейную характеристику зависимости сопротивления от температуры.
NTC (Negative Temperature Coefficient) датчики, они же термисторы представляют собой полупроводниковые резисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). То есть при при достижении заданной температуры их сопротивление резко уменьшается.
PTC (Positive Temperature Coefficient ) позисторы наоборот, имеют положительный температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Для данного типа характерно резкое увеличение своего сопротивления при достижении заданной температуры. Для электродвигателей чаще применяется именно этот тип защиты.
На каждую обмотку асинхронного двигателя монтируется по одному температурному датчику, то есть всего получается три датчика. Подключение датчиков, в зависимости от типа, может быть выполнено как параллельно, в случае применения термисторов, так и последовательно, в случае позисторов.
Помимо достоинств, есть у данной защиты и один недостаток, если это можно назвать недостатком. Дело в том, что датчики нельзя напрямую подключить к коммутационному устройству, например контактору. Требуется некое промежуточное звено, которое в начале проанализирует значение температуры с датчика, а потом уже выдаст сигнал на включение или отключение. Таким устройством является реле термисторной защиты.
Реле термисторной защиты
Реле термисторной защиты обеспечивает прямое измерение температуры обмотки двигателя, некоторые модели имеют функцию контроля исправности датчиков (обрыв и короткое замыкания).
Рассмотрим работу термисторного реле на примере устройства Siemens 3RN1012-1CK00.
Для индикации работы встроены два светодиода (READY/TRIPPED), сигнализирующие соответственно о рабочем состоянии реле и его срабатывании. Данный тип реле имеет возможность ручного, автоматического и дистанционного сброса в исходное состояние. По умолчанию осуществляется автоматический сброс. Ручной сброс производится кнопкой TEST/RESET на передней панели реле. При нажатии кнопки TEST/RESET более 2 секунд вызывается функция тестирования и происходит симуляция расцепления. Для дистанционного сброса необходимо подключить внешний выключатель на клеммы Y1 и Y2.
В нормальном режиме работы, пока сопротивление подключенных датчиков не достигает порога срабатывания, исполнительное реле включено и через NO контакты сигнал приходит на контактор. При превышении температурного порога, хотя бы одного из датчиков, реле выключается. Возврат в исходное рабочее состояние происходит автоматически после охлаждения термисторов.
Число включаемых последовательно температурных датчиков зависит от суммарного сопротивления в холодном состоянии и не должно превышать 1,5 кОм — Rобщ = R1+R2…+Rn
Источник
Термисторная защита электродвигателей и реле термисторной защиты двигателя
Термисторная (позисторная) защита электродвигателей
Сложность конструкции тепловых реле к пускателям электродвигателей, недостаточная надежность систем защиты на их основе, привели к созданию тепловой защиты, реагирующей непосредственно на температуру обмоток электродвигателя. При этом датчики температуры устанавливаются на обмотке двигателя. Другими словами, осуществляется непосредственный контроль измерения нагрева двигателя. Прямая защита двигателя через контроль температуры обмотки даже при тяжелейших условиях окружающей среды обеспечивает полную защиту двигателя, оснащенного температурными датчиками с положительным коэффициентом сопротивления (PTC). Температурные датчики PTC встроены в обмотки электродвигателя (укладываются в обмотку двигателя изготовителем двигателей).
Термочувствительные защитные устройства: термисторы, позисторы
В качестве датчиков температуры получили применение термисторы и позисторы (РТС – резисторы) — полупроводниковые резисторы, изменяющие свое сопротивление от температуры. Термисторы представляют собой полупроводниковые резисторы с большим отрицательным ТСК. При увеличении температуры сопротивление термистора уменьшается, что используется для схемы отключения двигателя. Для увеличения крутизны зависимости сопротивления от температуры, термисторы, наклеенные на три фазы, включаются параллельно (рисунок 1).
Рисунок 1 – Зависимость сопротивления позисторов и термисторов от температуры: а – последовательное соединение позисторов; б – параллельное соединение термисторов
Позисторы являются нелинейными резисторами с положительным ТСК. При достижении определенной температуры сопротивление позистора скачкообразно увеличивается на несколько порядков.
Для усиления этого эффекта позисторы разных фаз соединяются последовательно. Характеристика позисторов показана на рисунке.
Защита с помощью позистоpoв является более совершенной. В зависимости от класса изоляции обмоток двигателя берутся позисторы на температуру срабатывания =105, 115, 130, 145 и 160 . Эта температура называется классификационной. Позистор резко меняет сопротивление при температура за время не более 12 с. При сопротивление трёх последовательно включенных позисторов должно быть не более 1650 Ом, при температуре их сопротивление должно быть не менее 4000 Ом.
Гарантийный срок службы позисторов 20000 ч. Конструктивно позистор представляет собой диск диаметром 3.5 мм и толщиной 1 мм, покрытый кремне-органической эмалью, создающей необходимую влагостойкость и электрическую прочность изоляции.
Рассмотрим схему позисторной защиты, показанную на рисунке 2.
К контактам 1, 2 схемы (рисунок 2, а) подключаются позисторы, установленные на всех трёх фазах двигателя (рисунок 2, б). Транзисторы VТ1, VT2 включены по схеме триггера Шмидта и работают в ключевом режиме. В цепь коллектора транзистора VT3 оконечного каскада включено выходное реле К, которое подает сигнал на обмотку пускателя электродвигателя.
При нормальной температуре обмотки двигателя и связанных с ним позисторов сопротивление последних мало. Сопротивление между точками 1-2 схемы также мало, транзистор VT1 закрыт (на базе малый отрицательный потенциал), транзистор VТ2 открьт (большой потенциал). Отрицательный потенциал на коллекторе транзисторе VT3 мал, и он закрыт. При этом ток в обмотке реле К недостаточен для его срабатывания.
При нагреве обмотки двигателя сопротивление позисторов увеличивается, и при определенном значении этого сопротивления отрицательный потенциал точки 3 достигает напряжения срабатывания триггера. Релейный режим триггера обеспечивается эммитерной обратной связью (сопротивление в цепи эммитера VТ1) и коллекторной обратной связью между коллектором VT2 и базой VT1. При срабатывании триггера VТ2 закрывается, а VT3 — открывается. Срабатывает реле К, замыкая цепи сигнализации и размыкая цепь электромагнита пускателя, после чего обмотка статора отключается от напряжения сети, двигатель останавливается.
Рисунок 2 – Аппарат позисторной защиты с ручным возвратом: а – принципиальная схема; б – схема подключения к двигателю
После охлаждения двигателя его пуск возможен после нажатия кнопки «возврат», при котором триггер возвращается в начальное положение.
В современных электродвигателях позисторы защиты устанавливаются на лобовой части обмоток двигателя. В двигателях прежних разработок позисторы можно приклеивать к лобовой части обмоток.
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.
Виды термисторных реле различных производителей:
Реле термисторной защиты двигателя 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 термисторной защиты электродвигателя РТ-М01-1-15 (МЕАНДР, Россия)
- контролирует температуру двигателей, оснащенные позисторами (термисторы с положительным температурным коэффициентом — РТС резисторы), встроенные в обмотку двигателя ( производителем).
- коммутируемый ток 5А/250В (пиковый 16А), контакты реле 1з+1р
- индикация рабочих состояний:
- (напряжение питания, срабатывание реле, перегрев двигателя, КЗ датчиков)
- напряжение питания АС 220, 100, 380 (по исполнениям)
Реле контроля температуры двигателя E3TF01 230VAC (PTC), 1 CO, TELE Серия ENYA (Австрия)
- контролируемая величина PTC (контр. температуры двигателя на повышение) от 6 PTC датчиков
- диапазон измерения общее сопр. холодн. Реле контроля температуры двигателя G2TF02 (PTC), 2ПК (требуется модуль TR2)TELE Серия GAMMA (Австрия)
- контролируемая величина PTC (контр. температуры двигателя на повышение) от 6 PTC датчиков
- диапазон измерения общее сопр. холодн. Реле термисторной защиты двигателя CR-810 F&F ЕвроАвтоматика (Белоруссия)
- контроль температуры электродвигателей, генераторов, трансформаторов и защита их от перегрева
- датчики РТС устанавливаются в обмотках электродвигателя производителем и в комплект не входят (термисторы РТС соединенные последовательно от 1 до 6 штук)
- напряжение питания 230V AC и 24V AC/DC
- максимальный комутируемый ток 16А, 1 переключающий контакт
- контроль КЗ в цепи термисторных датчиков
- с ростом температуры электродвигателя растет сопротивление цепи термисторных датчиков, при достижении более 3000 Ом питание отключается (реле разрывает цепь питания катушки контактора), включение происходит автоматически при снижении температуры и соответсвенно сопротивления до 1800 Ом.
Реле контроля температуры двигателя MTR01, MTR02 BMR (Чехия)
- Реле контролирует температуру обмотки электрического двигателя. Принцип действия основан на измерении сопротивления термистора, встроенного в двигатель.
- Устройство также контролирует короткое замыкание или пропадание фазы. Реле имеет один выходной перекидной контакт на ток 8 А.
- Модификация MTR01 24V/ MTR02 24V предназначена для напряжения питания 24 В. Остальные параметры.
- MTR02 с гальванической изоляцией
- Сопротивление PTC в раб. режиме 50 Ω 3,3кΩ или PTC Реле контроля температуры двигателя BTR-12EBTR Electronic Systems, «METZ CONNECT» (Германия)
- реле термистор применяется для защиты моторов от термических перегрузок, возникающих при механических перегрузках в приводах или при использовании электродвигателей под перенапряжением. Для регистрации температуры применяется РТС = сопротивление с позитивным температурным коэффициентом, которые позиционируются в месте наибольшего нагрева.
- выпускается с памятью ошибки и без ЗУ (запоминающее устройство)
- напряжение питания 230V AC / 24V AC/DC
- предельно допустимый ток контактов 6А (1 или 2 переключающих контакта)
Реле термической защиты Grundfos MS 220 C Grundfos/Ziehl (Германия)
- Реле Grundfos MS 220C предназначено для преобразования термисторного сигнала в релейный и передачи его на пускатель в насосах с мощностью двигателя более 3.0 кВт.
- напряжение питания AC/DC 24 — 240V (и др. в зависимости от исполнения 110,400V)
- 1 CO, ток контактов 6А
Реле контроля температуры двигателя серии 71.91 и 71.92 Finder (Италия)
Термисторное реле определения температуры для промышленного применения.
Реле Finder термисторной защиты двигателя [71.91.8.230.0300]
- 1 нормально разомкнутый контакт, без памяти отказов
- Питание 24 В переменного/постоянного тока или 230 В переменного тока
- Защита от перегрузок в соответствии с EN 60204-7-3
- Положительная предохранительная логическая схема размыкает контакт, если значения измерений выходят за пределы приемлемого диапазона
- Индикация состояния с помощью светодиода
- Определение температуры с положительным температурным коэффициентом (PTC)
- Выявление короткого замыкания с помощью PTC
- Выявление обрыва провода с помощью PTC
Реле Finder термисторной защиты двигателя (с памятью) [71.92.8.230.0401]
- Термисторное реле с памятью отказов
- 2 перекидных контакта
- Питание 24 В переменного/постоянного тока или 230 В переменного тока
- Защита от перегрузок в соответствии с EN 60204-7-3
- Положительная предохранительная логическая схема размыкает контакт, если значения измерений выходят за пределы приемлемого диапазона
- Индикация состояния с помощью светодиода
- Определение температуры с положительным температурным коэффициентом (PTC)
- Память отказов выбирается переключателем
- Выявление короткого замыкания с помощью PTC
- Выявление обрыва провода с помощью PTC
Источник