Тепловая защита двигателя асинхронного: Простая защита электродвигателя от перегрузки по току — БилдоМан

Содержание

Защита электродвигателя. Виды, схемы, принцип действия защиты электродвигателя.

Для чего нужна защита двигателя?

Для того чтобы избежать непредвиденных сбоев, дорогостоящего ремонта и последующих потерь из-за простоя электродвигателя, очень важно оборудовать двигатель защитным устройством.

Защита двигателя имеет три уровня:

• Внешняя защита от короткого замыкания установки. Устройства внешней защиты, как правило, являются предохранителями разных видов или реле защиты от короткого замыкания. Защитные устройства данного типа обязательны и официально утверждены, они устанавливаются в соответствии с правилами безопасности.

• Внешняя защита от перегрузок, т.е. защита от перегрузок двигателя насоса, а, следовательно, предотвращение повреждений и сбоев в работе электродвигателя. Это защита по току.

• Встроенная защита двигателя с защитой от перегрева, чтобы избежать повреждений и сбоев в работе электродвигателя. Для встроенного устройства защиты всегда требуется внешний выключатель, а для некоторых типов встроенной защиты двигателя требуется даже реле перегрузки.

Возможные условия отказа двигателя

Во время эксплуатации могут возникать различные неисправности. Поэтому очень важно заранее предусмотреть возможность сбоя и его причины и как можно лучше защитить двигатель. Далее приведён перечень условий отказа, при которых можно избежать повреждений электродвигателя:

• Низкое качество электроснабжения:

• Высокое напряжение

• Пониженное напряжение

• Несбалансированное напряжение/ ток (скачки)

• Изменение частоты

• Неверный монтаж, нарушение условий хранения или неисправность самого электродвигателя

• Постепенное повышение температуры и выход её за допустимый предел:

• недостаточное охлаждение

• высокая температура окружающей среды

• пониженное атмосферное давление (работа на большой высоте над уровнем моря)

• высокая температура рабочей жидкости

• слишком большая вязкость рабочей жидкости

• частые включения/отключения электродвигателя

• слишком большой момент инерции нагрузки (свой для каждого насоса)

• Резкое повышение температуры:

• блокировка ротора

• обрыв фазы

Для защиты сети от перегрузок и короткого замыкания при возникновении каких-либо из перечисленных выше условий отказа необходимо определить, какое устройство защиты сети будет использоваться. Оно должно автоматически отключать питание от сети. Плавкий предохранитель является простейшим устройством, выполняющим две функции. Как правило, плавкие предохранители соединяются между собой при помощи аварийного выключателя, который может отключить двигатель от сети питания. На следующих страницах мы рассмотрим три типа плавких предохранителей с точки зрения их принципа действия и вариантов применения: плавкий предохранительный выключатель, быстродействующие плавкие предохранители и предохранители с задержкой срабатывания.

Плавкий предохранительный выключатель

Плавкий предохранительный выключатель — это аварийный выключатель и плавкий предохранитель, объединённые в едином корпусе. С помощью выключателя можно размыкать и замыкать цепь вручную, в то время как плавкий предохранитель защищает двигатель от перегрузок по току. Выключатели, как правило, используются в связи с выполнением сервисного обслуживания, когда необходимо прервать подачу тока.

Аварийный выключатель имеет отдельный кожух. Этот кожух защищает персонал от случайного контакта с электрическими клеммами, а также защищает выключатель от окисления. Некоторые аварийные выключатели оборудованы встроенными плавкими предохранителями, другие аварийные выключатели поставляются без встроенных плавких предохранителей и оснащены только выключателем.

Устройство защиты от перегрузок по току (плавкий предохранитель) должно различать перегрузки по току и короткое замыкание. Например, незначительные кратковременные перегрузки по току вполне допустимы. Но при дальнейшем увеличении тока устройство защиты должно срабатывать немедленно. Очень важно сразу предотвращать короткие замыкания. Выключатель с предохранителем — пример устройства, используемого для защиты от перегрузок по току. Правильно подобранные плавкие предохранители в выключателе размыкают цепь при токовых перегрузках.

Плавкие предохранители быстрого срабатывания

Быстродействующие плавкие предохранители обеспечивают отличную защиту от короткого замыкания. Однако кратковременные перегрузки, такие как пусковой ток электродвигателя, могут вызвать поломку плавких предохранителей такого вида. Поэтому быстродействующие плавкие предохранители лучше всего использовать в сетях, которые не подвержены действию значительных переходных токов. Обычно такие предохранители выдерживают около 500% своего номинального тока в течение одной четвёртой секунды. По истечении этого времени вставка предохранителя плавится и цепь размыкается. Таким образом, в цепях, где пусковой ток часто превышает 500% номинального тока предохранителя, быстродействующие плавкие предохранители использовать не рекомендуется.

Плавкие предохранители с задержкой срабатывания

Данный тип плавких предохранителей обеспечивает защиту и от перегрузки, и от короткого замыкания. Как правило, они допускают 5-кратное увеличение номинального тока на 10 секунд, и даже более высокие значения тока на более короткое время. Обычно этого достаточно, чтобы электродвигатель был запущен и плавкий предохранитель не открылся. С другой стороны, если возникают перегрузки, которые продолжаются больше, чем время плавления плавкого элемента, цепь также разомкнётся.

Время срабатывания плавкого предохранителя

Время срабатывания плавкого предохранителя — это время плавления плавкого элемента (проволоки), которое требуется для того, чтобы цепь разомкнулась. У плавких предохранителей время срабатывания обратно пропорционально значению тока — это означает, что чем больше перегрузки по току, тем меньше период времени для отключения цепи.

В общем, можно сказать, что у электродвигателей насосов очень короткое время разгона: меньше 1 секунды. В этой связи для электродвигателей подойдут предохранители с задержкой времени срабатывания с номинальным током, соответствующим току полной нагрузки электродвигателя.

Иллюстрация справа демонстрирует принцип формирования характеристики времени срабатывания плавкого предохранителя. Ось абсцисс показывает соотношение между фактическим током и током полной нагрузки: если электродвигатель потребляет ток полной нагрузки или меньше, плавкий предохранитель не размыкается. Но при величине тока, в 10 раз превышающей ток полной нагрузки, плавкий предохранитель разомкнётся практически мгновенно (0,01 с). На оси ординат отложено время срабатывания.

Во время пуска через индукционный электродвигатель проходит достаточно большой ток. В очень редких случаях это приводит к выключению посредством реле или плавких предохранителей. Для уменьшения пускового тока используются различные методы пуска электродвигателя.

Что такое автоматический токовый выключатель и как он работает?

Автоматический токовый выключатель является устройством защиты от перегрузок по току. Он автоматически размыкает и замыкает цепь при заданном значении перегрузки по току. Если токовый выключатель применяется в диапазоне своих рабочих параметров, размыкание и замыкание не наносит ему никакого ущерба. Сразу же после возникновения перегрузки можно легко возобновить работу автоматического выключателя — он просто устанавливается в исходное положение.

Различают два вида автоматических выключателей: тепловые и магнитные.

Тепловые автоматические выключатели

Тепловые автоматические выключатели — это самый надёжный и экономичный тип защитных устройств, которые подходят для электродвигателей. Они могут выдержать большие амплитуды тока, которые возникают при пуске электродвигателя, и защищают электродвигатель от сбоев, таких как блокировка ротора.

Магнитные автоматические выключатели

Магнитные автоматические выключатели являются точными, надёжными и экономичными. Магнитный автоматический выключатель устойчив к изменениям температуры, т.е. изменения температуры окружающей среды не влияют на его предел срабатывания. По сравнению с тепловыми автоматическими выключателями, магнитные автоматические выключатели имеют более точно определённое время срабатывания. В таблице приведены характеристики двух типов автоматических выключателей.

Рабочий диапазон автоматического выключателя

Автоматические выключатели различаются между собой уровнем тока срабатывания. Это значит, что всегда следует выбирать такой автоматический выключатель, который может выдержать самый высокий ток короткого замыкания, который может возникнуть в данной системе.

Функции реле перегрузки

Реле перегрузки:

• При пуске электродвигателя позволяют выдерживать временные перегрузки без разрыва цепи.

• Размыкают цепь электродвигателя, если ток превышает предельно допустимое значение и возникает угроза повреждения электродвигателя.

• Устанавливаются в исходное положение автоматически или вручную после устранения перегрузки.

IEC и NEMA стандартизуют классы срабатывания реле перегрузки.

Обозначение класса срабатывания

Как правило, реле перегрузки реагируют на условия перегрузки в соответствии с характеристикой срабатывания. Для любого стандарта (NEMA или IEC) деление изделий на классы определяет, какой период времени требуется реле на размыкание при перегрузке. Наиболее часто встречающиеся классы: 10, 20 и 30. Цифровое обозначение отражает время, необходимое реле для срабатывания. Реле перегрузки класса 10 срабатывает в течение 10 секунд и менее при 600% тока полной нагрузки, реле класса 20 срабатывает в течение 20 секунд и менее, а реле класса 30 — в течение 30 секунд и менее.

Угол наклона характеристики срабатывания зависит от класса защиты электродвигателя. Электродвигатели IEC обычно адаптированы к определённому варианту использования. Это означает, что реле перегрузки может справляться с избыточным током, величина которого очень близка к максимальной производительности реле. Класс 10 — самый распространённый класс для электродвигателей IEC. Электродвигатели NEMA имеют внутренний конденсатор большей ёмкости, поэтому класс 20 для них применяется чаще.

Реле класса 10 обычно используется для электродвигателей насосов, так как время разгона электродвигателей составляет около 0,1-1 секунды. Для многих высокоинерционных промышленных нагрузок необходимо для срабатывания реле класса 20.

Сочетание плавких предохранителей с реле перегрузки

Плавкие предохранители служат для того, чтобы защитить установку от повреждений, которые могут быть вызваны коротким замыканием. В связи с этим плавкие предохранители должны иметь достаточную ёмкость. Более низкие токи изолируются с помощью реле перегрузки. Здесь номинальный ток плавкого предохранителя соответствует не рабочему диапазону электродвигателя, а току, который может повредить наиболее слабые составляющие установки. Как было упомянуто ранее, плавкий предохранитель обеспечивает защиту от короткого замыкания, но не защиту от перегрузок при низком токе.

На рисунке представлены наиболее важные параметры, формирующие основу согласованной работы плавких предохранителей в сочетании с реле перегрузки.

Очень важно, чтобы плавкий предохранитель сработал прежде, чем другие детали установки получат тепловое повреждение в результате короткого замыкания.

Современные наружные реле защиты двигателя

Усовершенствованные наружные системы защиты двигателя также обеспечивают защиту от перенапряжения, перекоса фаз, ограничивают число включений/выключений, устраняют вибрации. Кроме того, они позволяют контролировать температуру статора и подшипников через датчик температуры (PT100), измерять сопротивление изоляции и регистрировать температуру окружающей среды. В дополнение к этому усовершенствованные наружные системы защиты двигателя могут принимать и обрабатывать сигнал от встроенной тепловой защиты. Далее в этой главе мы рассмотрим устройство тепловой защиты.

Наружные реле защиты двигателя предназначены для защиты трёхфазных электродвигателей при угрозе повреждения двигателя за короткий или более длительный период работы. Кроме защиты двигателя, наружное реле защиты имеет ряд особенностей, которые обеспечивают защиту электродвигателя в различных ситуациях:

• Подаёт сигнал прежде, чем возникает неисправность в результате всего процесса

• Диагностирует возникшие неисправности

• Позволяет выполнять проверку работы реле во время техобслуживания

• Контролирует температуру и наличие вибрации в подшипниках

Можно подключить реле перегрузки к центральной системе управления зданием для постоянного контроля и оперативной диагностики неисправностей. Если в реле перегрузки установлено наружное реле защиты, сокращается период вынужденного простоя из-за прерывания технологического процесса в результате поломки. Это достигается благодаря быстрому обнаружению неисправности и недопущению повреждений электродвигателя.

Например, электродвигатель может быть защищён от:

• Перегрузки

• Блокировки ротора

• Заклинивания

• Частых повторных пусков

• Разомкнутой фазы

• Замыкания на массу

• Перегрева (с помощью сигнала, поступающего от электродвигателя через датчик PT100 или терморезисторы)

• Малого тока

• Предупреждающего сигнала о перегрузке

Настройка наружного реле перегрузки

Ток полной нагрузки при определённом напряжении, указанном в фирменной табличке, является нормативом для настройки реле перегрузки. Так как в сетях разных стран присутствует различное напряжение, электродвигатели для насосов могут использоваться как при 50 Гц, так и при 60 Гц в широком диапазоне напряжений. В связи с этим в фирменной табличке электродвигателя указывается диапазон тока. Если нам известно напряжение, мы можем вычислить точную допустимую нагрузку по току.

Пример вычисления

Зная точную величину напряжения для установки, можно рассчитать ток полной нагрузки при 254 / 440 Y B, 60 Гц.

Данные отображаются в фирменной табличке, какпоказано в иллюстрации.

Вычисления для 60 Гц

Коэффициент усиления напряжения определяется следующими уравнениями:

Расчет фактического тока полной нагрузки (I):

(Значения тока для подключения по схеме «треугольник» и «звезда» при минимальных значениях напряжения)

(Значения тока для подключения по схеме «треугольник» и «звезда» при максимальных значениях напряжения)

Теперь с помощью первой формулы можно рассчитать ток полной нагрузки:

I для «треугольника»:

I для «звезды»:

Величины для тока полной нагрузки соответствуют допустимому значению тока полной нагрузки электродвигателя при 254 Δ/440 Y В, 60 Гц.

Внимание: наружное реле перегрузки электродвигателя всегда устанавливается на номинальное значение тока, указанное в фирменной табличке.

Однако если электродвигатели сконструированы с учётом коэффициента нагрузки, который затем указывается в фирменной табличке, напр., 1.15, заданное значение тока для реле перегрузки может быть увеличено на 15% по сравнению с током полной нагрузки или коэффициентом нагрузки в амперах (SFA — service factor amps), который, как правило, указывается в фирменной табличке.

Внутренняя защита, встраиваемая в обмотки или клеммную коробку

Для чего нужна встроенная защита двигателя, если электродвигатель уже оснащён реле перегрузки и плавкими предохранителями? В некоторых случаях реле перегрузки не регистрирует перегрузку электродвигателя. Например, в ситуациях:

• Когда электродвигатель закрыт (недостаточно охлаждается) и медленно нагревается до опасной температуры.

• При высокой температуре окружающей среды.

• Когда наружная защита двигателя настроена на слишком высокий ток срабатывания или установлена неправильно.

• Когда электродвигатель перезапускается несколько раз в течение короткого периода времени и пусковой ток нагревает электродвигатель, что в конечном счёте, может его повредить.

Уровень защиты, который может обеспечить внутренняя защита, указывается в стандарте IEC 60034-11.

Обозначение TP

TP — аббревиатура «thermal protection» — тепловая защита. Существуют различные типы тепловой защиты, которые обозначаются кодом TP (TPxxx). Код включает в себя:

• Тип тепловой перегрузки, для которой была разработана тепловая защита (1-я цифра)

• Число уровней и тип действия (2-я цифра)

• Категорию встроенной тепловой защиты (3-я цифра)

В электродвигателях насосов, самыми распространёнными обозначениями TP являются:

TP 111: Защита от постепенной перегрузки

TP 211: Защита как от быстрой, так и от постепенной перегрузки.


Обозначение	Техническая егрузка и ее варианты (1-я цифра)	Количество уровней и функциональная область (2-я цифра)	Категория 1 (3-я цифра)
ТР 111	Только медленно (постоянная перегрузка)	1 уровень при отключении	1
ТР 112			2
ТР 121		2 уровня при аварийном сигнале и отключении	1
ТР 122			2
ТР 211	Медленно и быстро (постоянная перегрузка, блокировка)	1 уровень при отключении	1
ТР 212			2
ТР 221 ТР 222		2 уровня при аварийном сигнале и отключении	1
			2
ТР 311 ТР 321	Только быстро (блокировка)	1 уровень при отключении	1
			2

Изображение допустимого температурного уровня при воздействии на электродвигатель высокой температуры. Категория 2 допускает более высокие температуры, чем категория 1.

Все однофазные электродвигатели Grundfos оснащены защитой двигателя по току и температуре в соответствии с IEC 60034-11. Тип защиты двигателя TP 211 означает, что она реагирует как на постепенное, так и на быстрое повышение температуры.

Сброс данных в устройстве и возврат в начальное положение осуществляется автоматически. Трёхфазные электродвигатели Grundfos MG мощностью от 3.0 кВт стандартно оборудованы датчиком температуры PTC.

Эти электродвигатели были испытаны и одобрены как электродвигатели TP 211, которые реагируют и на медленное, и на быстрое повышение температуры. Другие электродвигатели, используемые для насосов Grundfos (MMG модели D и E, Siemens, и т.п.), могут быть классифицированы как TP 211, но, как правило, они имеют тип защиты TP 111.

Необходимо всегда учитывать данные, указанные на фирменной табличке. Информацию о типе защиты конкретного электродвигателя можно найти на фирменной табличке — маркировка с буквенным обозначением TP (тепловая защита) согласно IEC 60034-11. Как правило, внутренняя защита может быть организована при помощи двух типов устройств защиты: Устройств тепловой защиты или терморезисторов.

Устройства тепловой защиты, встраиваемые в клеммную коробку

В устройствах тепловой защиты, или термостатах, используется биметаллический автоматический выключатель дискового типа мгновенного действия для размыкания и замыкания цепи при достижении определённой температуры. Устройства тепловой защиты называют также «кликсонами» (по названию торговой марки от Texas Instruments). Как только биметаллический диск достигает заданной температуры, он размыкает или замыкает группу контактов в подключённой схеме управления. Термостаты оснащены контактами для нормально разомкнутого или нормально замкнутого режима работы, но одно и то же устройство не может использоваться для двух режимов. Термостаты предварительно откалиброваны производителем, и их установки менять нельзя. Диски герметично изолированы и располагаются на контактной колодке.

Через термостат может подаваться напряжение в цепи аварийной сигнализации — если он нормально разомкнут, или термостат может обесточивать электродвигатель — если он нормально замкнут и последовательно соединён с контактором. Так как термостаты находятся на наружной поверхности концов катушки, то они реагируют на температуру в месте расположения. Применительно к трёхфазным электродвигателям термостаты считаются нестабильной защитой в условиях торможения или в других условиях быстрого изменения температуры. В однофазных электродвигателях термостаты служат для защиты при блокировке ротора.

Тепловой автоматический выключатель, встраиваемый в обмотки

Устройства тепловой защиты могут быть также встроены в обмотки, см. иллюстрацию.

Они действуют как сетевой выключатель как для однофазных, так и для трёхфазных электродвигателей. В однофазных электродвигателях мощностью до 1,1 кВт устройство тепловой защиты устанавливается непосредственно в главном контуре, чтобы оно выполняло функцию устройства защиты на обмотке. Кликсон и Термик — примеры тепловых автоматических выключателей. Эти устройства называют также PTO (Protection Thermique a Ouverture).

Внутренняя установка

В однофазных электродвигателях используется один одинарный тепловой автоматический выключатель. В трёхфазных электродвигателях — два последовательно соединённых выключателя, расположенных между фазами электродвигателя. Таким образом, все три фазы контактируют с тепловым выключателем. Тепловые автоматические выключатели можно установить на конце обмоток, однако это приводит к увеличению времени реагирования. Выключатели должны быть подключены к внешней системе управления. Таким образом электродвигатель защищается от постепенной перегрузки. Для тепловых автоматических выключателей реле — усилителя не требуется.

Тепловые выключатели НЕ ЗАЩИЩАЮТ двигатель при блокировке ротора.

Принцип действия теплового автоматического выключателя

На графике справа показана зависимость сопротивления от температуры для стандартного теплового автоматического выключателя. У каждого производителя эта характеристика своя. TN обычно лежит в интервале 150-160 °C.

Подключение

Подключение трёхфазного электродвигателя со встроенным тепловым выключателем и реле перегрузки.

Обозначение TP на графике

Защита по стандарту IEC 60034-11:

TP 111 (постепенная перегрузка). Для того чтобы обеспечить защиту при блокировке ротора, электродвигатель должен быть оборудован реле перегрузки.

Терморезисторы, встраиваемые в обмотки

Второй тип внутренней защиты — это терморезисторы, или датчики с положительным температурным коэффициентом (PTC). Терморезисторы встраиваются в обмотки электродвигателя и защищают его при блокировке ротора, продолжительной перегрузке и высокой температуре окружающей среды. Тепловая защита обеспечивается с помощью контроля температуры обмоток электродвигателя с помощью PTC датчиков. Если температура обмоток превышает температуру отключения, сопротивление датчика меняется соответственно изменению температуры.

В результате такого изменения внутренние реле обесточивают контур управления внешнего контактора. Электродвигатель охлаждается, и восстанавливается приемлемая температура обмотки электродвигателя, сопротивление датчика понижается до исходного уровня. В этот момент происходит автоматическое приведение модуля управления в исходное положение, если только он предварительно не был настроен на сброс данных и повторное включение вручную.

Если терморезисторы установлены на концах катушки самостоятельно, защиту можно классифицировать только как TP 111. Причина в том, что терморезисторы не имеют полного контакта с концами катушки, и, следовательно, не могут реагировать так быстро, как если бы они изначально были встроены в обмотку.

Система, чувствительная к температуре терморезистора, состоит из датчиков с положительным температурным коэффициентом (PTC), устанавливаемых последовательно, и твердотельного электронного выключателя в закрытом блоке управления. Набор датчиков состоит из трёх — по одному на фазу. Сопротивление в датчике остаётся относительно низким и постоянным в широком диапазоне температур, с резким увеличением при температуре срабатывания. В таких случаях датчик действует как твердотельный тепловой автоматический выключатель и обесточивает контрольное реле. Реле размыкает цепь управления всего механизма для отключения защищаемого оборудования. Когда температура обмотки восстанавливается до допустимого значения, блок управления можно привести в прежнее положение вручную.

Все электродвигатели Grundfos мощностью от 3 кВт и выше оснащены терморезисторами. Система терморезисторов с положительным температурным коэффициентом (PTC) считается устойчивой к отказам, так как в результате выхода из строя датчика или отсоединении провода датчика возникает бесконечное сопротивление, и система срабатывает так же, как при повышении температуры, — происходит обесточивание контрольного реле.

Принцип действия терморезистора

Критические значения зависимости сопротивление/ температура для датчиков системы защиты электродвигателя определены в стандартах DIN 44081/ DIN 44082.

На кривой DIN показано сопротивление в датчиках терморезистора в зависимости от температуры.

По сравнению с PTO терморезисторы имеют следующие преимущества:

• Более быстрое срабатывание благодаря меньшему объёму и массе

• Лучше контакт с обмоткой электродвигателя

• Датчики устанавливаются на каждой фазе

• Обеспечивают защиту при блокировке ротора

Обозначение TP для электродвигателя с PTC

Защита двигателя TP 211 реализуется, только когда терморезисторы PTC полностью установлены на концах обмоток на заводе-изготовителе. Защита TP 111 реализуется только при самостоятельной установке на месте эксплуатации. Электродвигатель должен пройти испытания и получить подтверждение о соответствии его маркировке TP 211. Если электродвигатель с терморезисторами PTC имеет защиту TP 111, он должен быть оснащён реле перегрузки для предотвращения последствий заклинивания.

Соединение

На рисунках справа представлены схемы подключения трёхфазного электродвигателя, оснащённого терморезисторами PTC, с расцепителями Siemens. Для реализации защиты как от постепенной, так и от быстрой перегрузки, мы рекомендуем следующие варианты подключения электродвигателей, оснащённых датчиками PTC, с защитой TP 211 и TP 111.

Электродвигатели с защитой TP 111

Если электродвигатель с терморезистором имеет маркировку TP 111, это значит, что электродвигатель защищён только от постепенной перегрузки. Для того чтобы защитить электродвигатель от быстрой перегрузки, электродвигатель должен быть оборудован реле перегрузки. Реле перегрузки должно подключаться последовательно к реле PTC.

Электродвигатели с защитой TP 211

Защита TP 211 двигателя обеспечивается, только если терморезистор PTC полностью встроен в обмотки. Защита TP 111 реализуется только при самостоятельном подключении.

Терморезисторы разработаны в соответствии со стандартом DIN 44082 и выдерживают нагрузку Umax 2,5 В DC. Все отключающие элементы предназначены для приёма сигналов от терморезисторов DIN 44082, т.

е терморезисторов компании Siemens.

Обратите внимание: Очень важно, чтобы встроенное устройство PTC было последовательно соединено с реле перегрузки. Многократные повторные включения реле перегрузки могут привести к сгоранию обмотки в случае блокировки электродвигателя или пуска при высокой инерции. Поэтому очень важно, чтобы температурные показатели и данные по потребляемому току устройства PTC и реле

Защита электродвигателя

В электродвигателях, как и в многих других электротехнических, устройствах, могут возникать аварийные ситуации. Если вовремя не принять меры, то в худшем случае, из-за поломки электродвигателя, могут выйти из строя и другие элементы энергосистемы.

Для повышения ресурса безаварийной работы двигателя и повышения эксплуатационной надежности, концерн Русэлпром предлагает использовать защиту двигателей.

Применение защиты удорожает двигатель, поэтому выбор типа и количества защит определяется не только технической, но и экономической целесообразностью их установки.

Правильный выбор защиты двигателя позволяет получить необходимый эффект с обоснованными затратами.

Как правило, для двигателей напряжением до 1000 Вт предусматривается:

защита от коротких замыканий;
защита от перегрузки.

Короткое замыкание в электродвигателе может привести к росту тока, более чем в 12 раз в течение очень короткого промежутка времени (около 10 мс). Для защиты двигателей от коротких замыканий должны применяться предохранители или автоматические выключатели.

Защита от перегрузки устанавливается в тех случаях, когда возможна перегрузка механизма по технологическим причинам, а также при тяжелых условиях пуска и для ограничения длительности пуска при пониженном напряжении.

Для защиты двигателя от перегрузки используется:

Тепловая защита;
Температурная защита;
Максимально токовая защита;
Минимально токовая защита;
Фазочувствительная защита.

Температурная защита

Наиболее эффективной защитой двигателей является

температурная защита.

Температурная защита реагирует на увеличение температуры наиболее нагретых частей двигателя с мощью встроенных температурных датчиков и через устройства температурной защиты воздействует на цепь управления контактора или пускателя и отключает двигатель.

Любой двигатель производства концерна «Русэлпром» по заказу потребителя может быть укомплектован встроенными температурными датчиками для защиты двигателей в аварийных режимах, следствием которых может быть нагрев обмотки до недопустимой температуры.

В качестве датчиков используются полупроводниковые терморезисторы с положительным температурным коэффициентом — позисторы. Датчики встраиваются в лобовые части обмотки статора со стороны противоположной вентилятору наружного обдува по одному в каждую фазу, соединяются последовательно. Концы цепи датчиков выводятся на специальные клеммы в коробке выводов.

К этим клеммам подключают реле или иной аппарат, реагирующий на сигнал датчиков.

Датчики реагируют только на температуру, и их действие не зависит от причин возникновения опасного нагрева. Поэтому такая система обеспечивает защиту двигателя как в режимах с медленным нагреванием (перегрузка, работа на двух фазах), так и в режимах с быстрым нагреванием (заклинивание ротора, выход из строя подшипников и другое).

Согласно требованиям ГОСТ 27895 (МЭК 60034$11) температура срабатывания защиты должна соответствовать значениям, приведенным в таблице.

Пороги термозащиты

Тепловой режим	Значение температуры обмотки статора для систем изоляции класса нагревостойкости, град. С
Тепловой режим	B	F	H
Установившийся (Предельно допустимое среднее значение)	120	140	165
Медленной нагревание (Срабатывание защиты)	145	170	195
Быстрое нагревание (Срабатывание защиты)	200	225	250

Характеристики датчиков температурной защиты

Двигатели с датчиками температурной защиты имеют встроенные в каждую фазу обмотки и соединённые последовательно терморезисторы типа СТ14-2-145 по ТУ11-85 ОЖО468.

165ТУ или другие терморезисторы с аналогичными параметрами.

В вводном устройстве двигателей предусмотрены клеммы для подсоединения цепи терморезисторов к исполнительному устройству температурной защиты.

Температура срабатывания датчиков температурной защиты:

Класс нагревостойкости изоляции двигателя	Обозначения типа позистора по ТУ11-85 ОЖО468.165ТУ	Пороговая температура срабатывания позистора, град. С.
В	CТ-14А-2-130	130
F	CТ-14А-2-145	145
H	CТ-14А-2-160	160

Срабатывание температурной защиты происходит при возрастании температуры обмотки до значения, указанного в таблице 13, и температуре позистора, указанной в таблице 13. 1. Время срабатывания защиты не превышает 15 с. Исполнительное устройство температурной защиты должно отключать силовую цепь двигателя при достижении сопротивления цепи термодатчиков 2100- 450 Ом.

Сопротивление одного позистора составляет 30 — 140 Ом при 25 градусах C, сопротивление цепи из 3 позисторов составляет 250±160 Ом.

Сопротивление изоляции цепи терморезисторов относительно обмоток статора двигателя при температуре окружающей среды (25 +5)°C составляет:

В практически холодном состоянии двигателя находится в пределах от 120 до 480 Ом. Измерительное напряжение при контроле не более 2,5 В.
В номинальном режиме работы двигателей при установившемся тепловом состоянии (температура обмотки двигателя <= 140 °C) не более 1650 Ом.

Напряжение, подаваемое на цепь терморезисторов, не более 7,5 В.

Исполнительные устройства

В качестве исполнительного устройства температурной защиты применяется любое устройство позволяющее отключать силовую цепь двигателя при достижении цепью терморезисторов сопротивления в диапазоне 1650-2400 Ом. Время срабатывания устройства температурной защиты при этом должно быть не более 1 с.

Защита асинхронного двигателя — способы и схемы

Асинхронный двигатель является наиболее надёжным из всех электродвигателей. Он просто устроен, поэтому при правильной эксплуатации может прослужить очень долго. Но чтобы это произошло, потребуется защита от тех или иных проблем, которые могут сократить срок его службы. Если случается аварийный режим необходимо своевременно и быстро отключить электродвигатель, чтобы авария не получила разрушительного развития.

Наиболее распространёнными аварийными ситуациями и соответствующими им видами защиты являются:

Короткие замыкания. В такой ситуации превышение заданных величин токов в обмотках должно вызвать срабатывание защиты, которая выполнит отключение от сети.
Перегрузка, в результате которой температура всего движка увеличивается.
Проблемы с напряжением, которое либо уменьшается, либо пропадает.
Исчезновение напряжения на одной из фаз.

В схемах защиты используются плавкие предохранители, реле и магнитные пускатели с автоматическими выключателями. Схема может быть построена таким образом, что будет выполняться сразу несколько видов защиты асинхронного двигателя. Например, могут быть использованы автоматические выключатели с коммутациями и при перегрузках, и при коротких замыканиях. Плавкие предохранители имеют одноразовое действие и требуют вмешательства оператора для замены.

Реле и магнитные пускатели срабатывают многократно, но могут отличаться по способу восстановления исходного состояния. Для них возможен либо автоматический самовозврат, либо установка вручную. Защиту надо выбирать, основываясь на:

предназначении привода, в котором работает асинхронный двигатель;
электромеханических параметрах привода;
условиях окружающей среды;
возможности обслуживания персоналом.
Главными качествами защиты должна быть простота в эксплуатации и надёжность.

Любой асинхронный двигатель должен иметь защиту от коротких замыканий. При этом она должна быть спроектирована и настроена с учётом тока пуска и торможения, которые могут превышать номинальный ток почти в десять раз. Но необходимо учитывать и возможность замыканий в обмотке движка в разных местах. При таких ситуациях защитное срабатывание должно произойти при величине тока меньшей, чем при пуске асинхронного двигателя. Поскольку такие требования противоречат друг другу защиту приходится делать с задержкой отключения. Если за это время ток, который двигатель потребляет из сети, существенно увеличится, она сработает.

Требования к защите при коротких замыканиях в асинхронных двигателях заложены в ПУЭ, которые требуют следующее (показано на изображении ниже).

Место установки – перед зажимами движка на ответвлении к нему.
Надёжное отключение при коротких замыканиях на его зажимах.

Точки на изображении:

К1 – однофазное замыкание на землю в сетях с заземлением нейтрали;
К2 – двухфазное замыкание;
К3 – трёхфазное короткое замыкание.

Ток перегрузки движка надо учитывать только в тех приводах, в которых возможны нарушения нормального технологического процесса с большими внешними усилиями, приложенными к валу. При этом надо учитывать перегрузочную способность электродвигателя. Если защита от перегрузки срабатывает слишком часто, вероятнее всего то, что мощность движка не соответствует назначению. В таких случаях недопустимы ложные срабатывания, которые устраняются правильным выбором и качественной регулировкой компонентов защиты.

Короткие замыкания и защита от перегрузок

Простейшая защита от замыканий содержит только плавкие предохранители. Они применяются в диапазоне мощностей двигателей до 100 кВт. Однако при их использование возможно перегорание не всех трёх предохранителей. Поэтому движок может искусственно оказаться с одной или двумя отключенными фазными обмотками. В зависимости от назначения электропривода существуют разные критерии выбора предохранителей.

Если у привода нагрузка вентиляторного типа, для которой характерен лёгкий пуск, номинальный ток плавкой вставки выбирается не менее 40% от величины пускового тока. Этот критерий применим для металлорежущих станков, вентиляторов, насосов и т.п. у которых переходный процесс длится от двух до пяти секунд. Если время переходного процесса более длительное от десяти до двадцати секунд номинальный ток плавкой вставки должен быть не менее 50% от величины пускового тока. Этот критерий применим для приводов с валом заторможенных нагрузкой. К ним можно отнести дробилки, центрифуги, шаровые мельницы.

Если имеется группа из нескольких электродвигателей, предохранители ставятся на каждый из них и на распределительный щит. На нём в каждой фазе устанавливается предохранитель с номинальным током равным сумме номинальных токов предохранителей всех движков. Если величина пускового тока не известна, а мощность Р асинхронного двигателя менее 100 кВт, можно выбрать приблизительное значение номинального тока I предохранителя таким способом:

при напряжении 500 Вольт I=4,5Р;
при напряжении 380 Вольт I=6Р;
при напряжении 220 Вольт I=10,5Р.

Для более точного срабатывания и для всего диапазона мощностей асинхронных двигателей применяются схемы защиты с реле. Такие схемы позволяют учесть токи пуска и торможения и не реагировать на них. Срабатывание реле приводит к выключению магнитного пускателя и обесточиванию двигателя. Эти так называемые «максимальные» реле в зависимости от конструкции имеют катушку, рассчитанную на токи от десятых долей Ампера до сотен Ампер, а так же контакты, отключающие ток в катушке магнитного пускателя.

Погрешность их срабатывания обычно не превышает десяти процентов. Возврат в исходное состояние конструктивно наиболее часто сделан вручную. Типовая схема защиты показана на изображении. РМ – обозначения максимальных реле, Л – обозначение магнитного пускателя.

Максимальные реле также применяются и для защиты от перегрузки. Но при этом в схему вводится реле времени, которое позволяет сделать настройку её без учёта пусковых токов.

Тепловая защита

Тепловое реле является альтернативным способом защиты электродвигателя с определённой инерцией срабатывания. Принцип действия основан на использовании биметаллической пластины, которая нагревается током обмоток двигателя. Деформация пластины приводит к срабатыванию контактов, необходимых для отключения движка.

Надёжность такой защиты зависит от подобия тепловых процессов в реле и в двигателе. Такое возможно только при достаточно длительном перерыве между включениями и выключениями движка. Условия окружающей среды для двигателя и для элементов тепловой защиты должны быть одинаковыми.

Скорость срабатывания тепловых реле тем меньше, чем больше ток, протекающий через нагревательные элементы или же саму пластину в зависимости от конструкции. При больших значениях токов в обмотках асинхронного двигателя подключение выполняется с использованием трансформаторов тока. Существуют модели магнитных пускателей со встроенными в них тепловыми реле.

Основными электрическими параметрами являются

номинальное напряжение. Это максимальное напряжение в сети допустимое для использования реле.
Номинальный ток, при котором реле работает длительно и не срабатывает при этом.

Тепловая защита не способна реагировать на токи короткого замыкания и недопустимые кратковременные перегрузки. Поэтому её надо использовать совместно хотя бы с плавкими предохранителями.

Более совершенной разновидностью защиты электродвигателя от недопустимого нагрева является схема с использованием специального датчика тепла. Такой тепловой сенсор располагается на самом движке в том или ином месте. Некоторые модели двигателей имеют встроенный биметаллический сенсор – контакт, подключаемый к защите.

Понижение напряжения и пропадание фазы

Полностью нагруженный асинхронный двигатель, работающий при пониженном напряжении, быстро нагревается. Если в нём есть встроенный тепловой сенсор, сработает тепловая защита. Если такового нет, необходима защита от понижения напряжения. Для этих целей служат реле, которые срабатывают при снижении напряжения и подают сигнал на отключение движка. На схеме ниже это РН.

Восстановление исходного состояния защиты обычно выполняется вручную или автоматически, но с задержкой во времени для каждого двигателя при их группе. Иначе одновременный групповой запуск после восстановления опять-таки может вызвать повторное понижение напряжения в сети и новое отключение.

Специальная защита от пропадания фазы, то есть от работы только на двух фазах ПУЭ предусматривает только в таких приводах, где возможны неприемлемые по своей тяжести последствия. Экономически целесообразно не изготовление и установка такой защиты, а ликвидация причин, приводящих к такому режиму работы.

Самыми последними техническими решениями в построении защиты электродвигателей являются автоматические выключатели с воздушным гашением дуги. Некоторые модели совмещают в себе возможности рубильника, контактора, максимального и теплового реле и выполняют соответствующие защитные функции. В таком автомате контакты размыкаются мощной взведенной пружиной. Освобождение её происходит в зависимости от типа исполнительного элемента — электромагнитного или теплового.

Термозащита электродвигателей от перегрева

Внутренняя защита, встраиваемая в обмотки или клеммную коробку

Когда электродвигатель закрыт (недостаточно охлаждается) и медленно нагревается до опасной температуры.
При высокой температуре окружающей среды.
Когда наружная защита двигателя настроена на слишком высокий ток срабатывания или установлена неправильно.
Когда электродвигатель перезапускается несколько раз в течение короткого периода времени и пусковой ток нагревает электродвигатель, что в конечном счёте, может его повредить.

Уровень защиты, который может обеспечить внутренняя защита, указывается в стандарте IEC 60034-11.

Обозначение TP

Тип тепловой перегрузки, для которой была разработана тепловая защита (1-я цифра)
Число уровней и тип действия (2-я цифра)
Категорию встроенной тепловой защиты (3-я цифра)

В электродвигателях насосов, самыми распространёнными обозначениями TP являются:

TP 111: Защита от постепенной перегрузки

TP 211: Защита как от быстрой, так и от постепенной перегрузки.

Обозначение	Техническая егрузка и ее варианты (1-я цифра)	Количество уровней и функциональная область (2-я цифра)	Категория 1 (3-я цифра)
ТР 111	Только медленно (постоянная перегрузка)	1 уровень при отключении	1
ТР 112			2
ТР 121		2 уровня при аварийном сигнале и отключении	1
ТР 122			2
ТР 211	Медленно и быстро (постоянная перегрузка, блокировка)	1 уровень при отключении	1
ТР 212			2
ТР 221 ТР 222		2 уровня при аварийном сигнале и отключении	1
			2
ТР 311 ТР 321	Только быстро (блокировка)	1 уровень при отключении	1
			2

Устройства тепловой защиты, встраиваемые в клеммную коробку

Тепловой автоматический выключатель, встраиваемый в обмотки

Устройства тепловой защиты могут быть также встроены в обмотки, см. иллюстрацию.

Внутренняя установка

Тепловые выключатели НЕ ЗАЩИЩАЮТ двигатель при блокировке ротора.

Принцип действия теплового автоматического выключателя

Подключение

Подключение трёхфазного электродвигателя со встроенным тепловым выключателем и реле перегрузки.

Обозначение TP на графике

Защита по стандарту IEC 60034-11:

Терморезисторы, встраиваемые в обмотки

Принцип действия терморезистора

На кривой DIN показано сопротивление в датчиках терморезистора в зависимости от температуры.

По сравнению с PTO терморезисторы имеют следующие преимущества:

Более быстрое срабатывание благодаря меньшему объёму и массе
Лучше контакт с обмоткой электродвигателя
Датчики устанавливаются на каждой фазе
Обеспечивают защиту при блокировке ротора

Обозначение TP для электродвигателя с PTC

Соединение

Электродвигатели с защитой TP 111

Электродвигатели с защитой TP 211

Обратите внимание: Очень важно, чтобы встроенное устройство PTC было последовательно соединено с реле перегрузки. Многократные повторные включения реле перегрузки могут привести к сгоранию обмотки в случае блокировки электродвигателя или пуска при высокой инерции. Поэтому очень важно, чтобы температурные показатели и данные по потребляемому току устройства PTC и реле.

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. <1,5kΩ клеммы T1-T2 или T1-T3
напряжений питания 230V AC
максимальный коммутируемый ток 250V, 5A AC (1 перекидной)

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. <1,5kΩ клеммы T1-T2
диапазон напряжений питания спомощью модуля питания TR2 или SNT2 * (устанавливается в реле)
напряжений питания 230V AC
максимальный коммутируемый ток 250V, 5A AC (2 перекидных)

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 < PTC < 3,3 кΩ
Сопротивление PTC в авар. режиме PTC > 3,3кΩ или PTC < 50Ω
Отключение аварийного режима PTC < 1,8 кΩ + RESET
Номинальный ток 8 A (15А — пиковый ток), 1 перекидной контакт

Реле контроля температуры двигателя BTR-12E BTR 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

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ

Привод исполнительных механизмов различных технологических процессов, как правило, осуществляется от электродвигателей.

Двигатель относится к основным компонентам электропривода, в наибольшей степени подвергающимся в процессе эксплуатации воздействию неблагоприятных факторов различного характера.

Причины вероятных отклонений от нормального режима работы электродвигателя можно разделить на три основные группы:

проблемы в исполнительных механизмах, вызывающие торможение и перегрузку приводного электродвигателя;
нарушение качества электроэнергии, питающей электродвигатель;
дефекты, возникающие внутри самого двигателя.

Для обеспечения надёжной эксплуатации, электродвигатель должен быть оборудован автоматическими защитами в необходимом объёме, реагирующими на опасные отклонения рабочих параметров и перегрузки по любой причине из перечисленных групп и действующими на отключение выключателя.

Минимальный объём автоматических устройств защиты электродвигателей определяется правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Электрические двигатели различаются по номинальной мощности, напряжению питания, роду потребляемого тока, а также конструктивными особенностями.

В соответствии с этими различиями, а также исходя из условий работы, для каждой модели электрической машины производится выбор автоматической защиты электродвигателя. Различные виды автоматических устройств действуют как на отключение выключателя, так и на включение предупредительной сигнализации.

По роду потребляемого тока электродвигатели делятся на:

В быту и производстве распространены двигатели переменного тока, которые бывают асинхронными и синхронными.

По уровню номинального напряжения электрические машины переменного тока делятся на две основные группы:

низковольтные, питающиеся напряжением до 1000 В;
высоковольтные, рассчитанные на работу в сетях выше 1000 В.

Наиболее массовое распространение имеют асинхронные машины с номинальным напряжением 0,4 кВ.

Защищаются они посредством автоматического выключателя, имеющего электромагнитный и тепловой расцепители от короткого замыкания и перегрузки.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЗАЩИТ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ДО 1000 В

Токовая отсечка.

Из всех аварийных режимов наиболее опасным является междуфазное короткое замыкание. Данный вид повреждения требует немедленного отключения асинхронного двигателя выключателем от питающей сети.

В соответствии с действующими правилами, асинхронные двигатели до 1000 В должны защищаться от коротких замыканий плавкими предохранителями или электромагнитными и тепловыми расцепителями автоматических выключателей.

Как обычно, правила отстают от фактических реалий. На вновь вводимых объектах асинхронные электрические машины комплектуются выносными многофункциональными блоками автоматической релейной защиты электродвигателя на базе микроконтроллеров, воздействующими на отключение выключателя.

Основной сути это не меняет. Автоматические защитные устройства от междуфазных коротких замыканий реагируют на сверхтоки и не имеют выдержки времени отключения выключателя. Такие устройства по-прежнему называют токовыми отсечками, защитные реле срабатывают при КЗ в обмотке статора либо на выводах асинхронного двигателя.

Контроль протекающего электротока осуществляется посредством традиционных токовых преобразователей – трансформаторов тока (ТТ) или более современных датчиков электротока.

Зоной действия защищающего устройства является участок электросети, расположенный после ТТ или датчика. Обычно кроме самого асинхронного двигателя в защищаемой зоне находится и питающий кабель.

Параметры срабатывания токовой отсечки должны быть надёжно отстроены от пусковых токов. С другой стороны, автоматическое защитное устройство должно обладать достаточной чувствительностью при межвитковых замыканиях в любой части обмотки статора асинхронной машины.

Перегрузка.

Данный вид ненормального режима возникает при неисправностях или перегрузке исполнительного механизма. Перегрузка двигателя также может происходить по причине его недостаточной мощности. Режим перегрузки характеризуется повышенным уровнем токового потребления с относительно небольшой кратностью по сравнению с номинальным значением.

Токовая уставка автоматической защиты электродвигателя от перегрузки меньше значения пусковых токовых параметров, поэтому должна быть осуществлена отстройка от режима запуска путём искусственной задержки времени срабатывания и отключения автоматического выключателя.

Защищённость электромашины от перегрузки может быть реализована с применением следующих устройств:

теплового расцепителя автоматического выключателя защиты электродвигателя;
выносного защитного комплекта с токовым реле и реле времени, воздействующего на отключение выключателя при перегрузке;
блока комплексной защитной автоматики двигателя на микроконтроллере, при срабатывании воздействующего на расцепитель выключателя.

В случае применения автоматического выключателя требуется просто подобрать подходящий по номинальному току и характеристике автомат. Тепловой расцепитель выключателя защиты электродвигателя обеспечивает интегральную зависимость времени отключения выключателя от величины токовой перегрузки.

Защитный автоматический релейный комплект с выносными электромагнитными реле настраивается на фиксированные ток и время срабатывания защиты.

В этом варианте, в отличие от теплового расцепителя, токовые и временные параметры между собой не связаны. Выходные реле выносных комплектов релейной защиты должны воздействовать на независимый (не тепловой) расцепитель автоматического выключателя.

ЗАЩИТА ОТ НЕПОЛНОФАЗНОГО РЕЖИМА

Этот вид автоматического защитного устройства не предписан ПУЭ как обязательный, хотя является весьма желательным. При работе трёхфазного электродвигателя на двух фазах происходит постепенный перегрев обмоток, приводящий к разрушению изоляции обмоточного провода.

Возникнуть такой режим может, например, при потере контакта в одной из фаз выключателя.

Самое плохое в этой ситуации то, что потребляемый ток при этом может быть сравним с номинальной величиной, то есть токовые защиты электродвигателя, в том числе расцепители теплового типа, защищающие от перегрузки на этот режим могут не среагировать.

Некоторые модели электрических машин содержат встроенные (температурные) датчики обмотки.

Такие модификации электрических машин можно оснастить специальным устройством защиты электродвигателя, осуществляющие контроль теплового состояния электромашины.

Тепловые защитные устройства способны помочь и в случае перегрева при работе на двух фазах.

ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА ДВИГАТЕЛЕЙ ВЫШЕ 1000 ВОЛЬТ

Защищённость высоковольтных электрических машин обеспечивается только выносными релейными устройствами. Тепловой и электромагнитный расцепители являются прерогативой низковольтных устройств.

Принцип действия и расчёт уставок токовой отсечки и защиты от перегрузки такой же, как для низковольтных машин. Но кроме этого существуют специфические защитные устройства, не применяемые на низких напряжениях.

Защита от однофазных замыканий на землю.

Особенностью сетей высокого напряжения (6 – 10 кВ) является работа в режиме изолированной нейтрали. В таких сетях величина Iз замыкания на землю может составлять всего единицы ампер, что находится вне зоны чувствительности максимальных токовых защит от перегрузки.

Однофазные замыкания на землю характеризуются наличием токов нулевой последовательности, протекающих в одном направлении во всех трёх фазах.

Реле земляной защиты электродвигателя (это её название на жаргоне релейщиков) подключается к специальному трансформатору нулевой последовательности, представляющему собой тор (бублик), через который проходит кабель питания.

При этом через тор не должен проходить вывод экранирующей оболочки высоковольтного кабеля, в противном случае имеют место ложные срабатывания устройства с отключением выключателя.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Повышение эффективности тепловых устройств защиты асинхронных двигателей Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Сведения об авторах

Сыркин Владимир Анатольевич — старший преподаватель кафедры «Электрификация и автоматизация АПК», ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (г. Кинель, Российская Федерация). Тел.: 8 (846) 634-63-46. E-mail: [email protected].

Васильев Сергей Иванович — кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрификация и автоматизация АПК», ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (г. Кинель, Российская Федерация). Тел.: 8 (846) 634-63-46. E-mail: [email protected].

Машков Сергей Владимирович — кандидат экономических наук, декан инженерного факультета, ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (г. Кинель, Российская Федерация). Тел.: 8 (846) 634-63-46. E-mail:[email protected].

Фатхутдинов Марат Рафаилевич — кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрификация и автоматизация АПК», ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (г. Кинель, Российская Федерация). Тел.: 8 (846) 634-63-46. E-mail: fathutdinov_mr@mail. ru.

Information about the authors Syrkin Vladimir Anatolievich — senior lecturer of the Electrification and automation of agroindustrial complex department, FSBEI HE «Samara State Agricultural Academy» (Kinel, Russian Federation). Phone: 8 (846) 634-63-46. E-mail: [email protected].

Vasilev Sergey Ivanovich — Candidate of Technical Sciences, associate professor of Electrification and automation of agroindustrial complex department, FSBEI HE «Samara State Agricultural Academy» (Kinel, Russian Federation). Phone: 8 (846) 634-63-46. E-mail: [email protected].

Mashkov Sergey Vladimirovich — Candidate of Economic Sciences, dean of engineering faculty, FSBEI HE «Samara State Agricultural Academy» (Kinel, Russian Federation). Phone: 8 (846) 634-63-46. E-mail: [email protected].

Fatkhutdinov Marat Rafailevich — Candidate of Technical Sciences, associate professor of Electrification and automation of agroindustrial complex department, FSBEI HE «Samara State Agricultural Academy» (Kinel, Russian Federation). Phone: 8 (846) 634-63-46. E-mail: [email protected].

УДК 621.314.11:621.316.925.4

Рассмотрены вопросы повышения эффективности защиты асинхронных двигателей, работающих в электроприводах сельскохозяйственных установок и машин. Несмотря на большое количество существующих и вновь разрабатываемых устройств защиты двигателей, аварийность последних в сельском хозяйстве остается высокой. При этом большинство новых аппаратов защиты проектируются с функционалом микропроцессорной техники, с трудом отвечая требованиям к аппаратам защиты: эффективность, простота конструкции и низкая стоимость. Наиболее подходящими под эти требования устройствами защиты являются тепловые реле, в основу работы и описания принципа действия которых положено физическое моделирование косвенного способа измерения температуры статарной обмотки двигателя. В силу присущих тепловым реле недостатков, они имеют невысокие измерительные и функциональные свойства. Поэтому для улучшения эксплуатационных свойств реле был проведен анализ дифференциальных уравнений, описывающих теплообмен между элементами в асинхронном двигателе и тепловом реле. Это позволило установить связь параметров реле с протекающим по нему току двигателя и выявить, что необходимо соответствующее изменение тока реле относительно тока двигателя. Для реализации этого способа повышения эффективности защиты асинхронного двигателя тепловым реле было спроектировано устройство защиты, содержащее цифровой нелинейный преобразователь тока с подключенным к нему тепловым реле. Был разработан алгоритм работы устройства и получена функция преобразования выходного тока цифрового нелинейного преобразователя тока, что дало возможность добиться практически полного совпадения время-токовых характеристик теплового реле и асинхронного двигателя, т.е. повысить измерительные и функциональные свойства реле.

Ключевые слова: асинхронный двигатель, тепловое реле, дифференциальные уравнения, время-токовые характеристики, цифровой нелинейный преобразователь тока.

The questions of increase of efficiency of protection of the asynchronous motors working in electric drives of agricultural installations are considered. Despite the large number of existing and newly developed engine protection devices, their accident rate in agriculture remains high. At the same time, most of the new protection devices are based on microprocessor technology, which hardly meet the requirements for protection devices: efficiency, simplicity of design and low cost. The most suitable for these requirements are protection devices thermal relays, which are based on the physical simulation of indirect way of measuring the temperature of the stator winding of the engine. Due to inherent deficiencies, thermal relays have low measuring and functional properties. Therefore, to improve these properties of the relay, the differential equations describing the heat transfer between the elements in the asynchronous motor and the thermal relay were analyzed. This made it possible to establish a connection between the relay parameters and the motor current flowing through it and to identify that a corresponding change in the relay current relative to the motor current is necessary. To implement this method of improving the protection efficiency of the asynchronous motor thermal relay was developed a protection device containing a digital nonlinear current converter with a thermal relay connected to it. The algorithm of the device operation was developed and the function of converting the output current of a digital nonlinear current converter was obtained. This made it possible to achieve almost complete coincidence of the time-current characteristics of the thermal relay of the asynchronous and the motor, i.e. to increase the functional measurement and properties of the relay.

Keywords: asynchronous motor, thermal relay, differential equations, time-current characteristics, digital nonlinear current converter.

Введение. Сельскохозяйственное производство сегодня не может обойтись без электропривода, основным элементом которого, в большинстве случаев, являются асинхронные электродвигатели. Накопленный опыт эксплуатации последних показал, что ежегодно, вследствие возникновения различных аварийных и ненормальных режимов работы, из строя выходит значительное количество этих двигателей [1]. Поэтому необходимы разработка и принятие мер, направленных на сокращение выхода их из строя.

Одной из таких мер является подбор аппаратов защиты двигателей, которые должны быть максимально эффективными, простыми и дешевыми. Анализ существующих конструкций аппаратов для защиты двигателей показал, что в настоящее время нет универсального устройства защиты, несмотря на то, что самыми совершенными и наиболее перспективными являются микропроцессорные устройства защиты [2-5], но они сложно устроены и дорогие, а самими распространенными, из-за простоты конструкции и низкой стоимости, являются тепловые реле (ТР). Поэтому, именно ТР для защиты асинхронных двигателей в сельскохозяйственном производстве следует рассматривать в качестве технических средств, удовлетворяющих заявленным ранее требованиям.

Результаты исследований и их обсуждение. ТР будет эффективным в том случае, когда его

7 7 7 £ £ £

рабочие параметры правильно согласованы с параметрами двигателя. Такое согласование возможно только при максимальном совпадении времени достижения предельно допустимой температуры двигателя и температуры срабатывания ТР.

Асинхронный двигатель (АД), с точки зрения теории нагрева, представляет собой сложную термодинамическую систему, неоднородную по своим тепловым параметрам. Исследование такой системы возможно с помощью составления ее математической модели, которая описывается дифференциальными уравнениями [6].

В основу работы ТР положено физическое моделирование косвенного способа измерения температуры двигателя. Тепловые процессы, протекающие при этом в ТР, состоящем из нагревателя и биметаллической пластинки, также описываются соответствующими дифференциальными уравнениями [6].

Анализ систем дифференциальных уравнений показал, что наиболее подходящим способом согласования параметров АД и ТР является изменение тока реле относительно тока двигателя [7-9].

Для реализации этого способа было разработано «Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки по току» (патент РФ на ПМ № 183431 [10]), блок-схема которого показана на рисунке 1.

5ИГ

/ !

1 — цифровой нелинейный преобразователь тока; 2 — электротепловое реле; 3 — трансформаторы тока; 4 — блок управления; 5 — блок питания; 6 — силовой блок; 7 — входные зажимы; 8 — выходные зажимы; 9 — силовые шины Рисунок 1 — Блок-схема устройства для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки по току

Разработанное устройство дает возможность получить для конкретного ТР семейство время-токовых характеристик (ВТХ) и работает согласно следующему алгоритму: трансформаторами тока контролируется ток в каждой фазе, и если он попадает в заданный предел 1,05-1нд ^ 1п ^ 1,5-1Нд, то цифровой нелинейный преобразователь тока изменяет выходной ток устройства в соответствии с функцией преобразования выходного тока /р = Щ. Если ток находится за пределами выбранного интервала, то /р = 1$.

Для исследования были выбраны двигатель АИР71В4УЗ и реле РТЛ 100704, ВТХ которых приведены на рисунке 2.

Анализ поведения кривых на рисунке 2 показывает, что при протекании одинакового тока по обмоткам АД и ТР наблюдается значительное расхождение их время-токовых характеристик. Поэтому необходимо изменение тока РТ относительно тока АД. Например, при 5%-й перегрузке по току двигатель достигает предельно допустимой температуры нагрева за 700 с, а

ТР сработает за это же время, но при кратности тока 1,15. Для 10%-й перегрузки время составляет 475 с, при этом кратность тока реле должна составлять 1,187. Анализ для остальных токов перегрузки аналогичен. Зависимость тока реле от тока двигателя приведена на рисунке 3.

Выходная характеристика цифрового нелинейного преобразователя тока была аппроксимирована полиномом третьей степени и получена функция преобразования выходного тока, протекающего по ТР: 1Р(1д)=0,488-(1д)3 — 2,5252-(1д)2 + 4,67131д~ 1,5398. (1)

1,С

800

600

400

200

Рисунок 2 — Время-токовые характеристики двигателя АИР71В4УЗ и теплового реле PTJ1100704

1.5 1,4 1,3 1,2 1,1

1р,о.е.

у =0.488 х3 — 2,5252 К: = x2 + 4,ó7i: ) 996? (х — 1,5398

1,1

1,2

1,3

1,4

1.5

1д,о. е.

Рисунок 3 — Выходная характеристика цифрового нелинейного преобразователя тока в диапазоне ¡а = 1.05 — 1,5

Данная функция преобразования имеет коэффициент детерминации Н2=0,9%2. Затем была проведена компиляция в программе «MPI.ABXIDEv5.05»

с функцией преобразования тока и последующим программированием микроконтроллера (рисунок 4).

221 222

223

224

225

226 227 223

у/***************************************************************************

void Polinom {void) // функция преобразования выходного тока (НПТ)

? Í

Poli = 0. 488+pow(Id,3>-2.5252*pow¡Idp2>+4.6713*Id-1.5338;

// где Id — текущеее значение тока двигателя

} // конец функции

//***********************+*+*■**■************+************+*+*■**+**************

Рисунок 4 — Код программы с функцией преобразования тока, записанный на языке программирования «С»

Полученная время-токовая характеристика устройства для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки по току показана на рисунке 5.

Характер поведения кривых на рисунке 5 показывает, что совместное использование теплового реле

РТЛ100704 и цифрового нелинейного преобразователя тока с выходной характеристикой, соответствующей выражению (1), позволяет добиться практически полного совпадения время-токовых характеристик реле и двигателя.

800 600 400 200 о

m ■BTX АД

P .TX TP .TX устр

_ _ _

1,1 1,2 1.3 1.4 1,5 ,

1д,о.е.

Рисунок 5 — Время-токовые характеристики

Выводы. Из всего сказанного следует, что современное сельское хозяйство еще не готово полностью переходить на микропроцессорные устройства защиты из-за их высокой стоимости и нехватки квалифицированного персонала для их обслуживания, поэтому требуется постепенное внедрение цифровых устройств, одним из которых вполне может стать спроектированное устройство для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки по току, которое объединило в себе всем хорошо известное и проверенное годами эксплуатации тепловое реле и несложные цифровые компоненты, позволяющие в комплексе существенно повысить эффективность защиты двигателя.

Литература

1. Киреева, Э.А. Возможные неисправности асинхронных электродвигателей и их ремонт / Э.А. Киреева // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. — 2008. -№6. -С. 37-41.

2. Heising, C.R. Digital Relay Software Quality / C.R. Heising, R.C. Patterson, E.Y. Weintraub. — General Electric, GER_3660. — Edinburgh, UK, 1989. -14 p.

3. Heising, C.R. Reliability Expectations for Protective Relays. Developments in Power Protection / C.R. Heising, R.C. Patterson // Fourth International Conference in Power Protection, 11-13 Apr., 1989.-Edinburgh, UK, 1989.-P. 23-26.

4. Ward, S. Improving Reliability for Power System Protection / S. Ward, T. Dahlin II 58th Annual Protective Relay Conference, Atlanta, GA, April 28-30, 2004.

5. Gurevich, V. Reliability of microprocessor — based protective devices — revisited / V. Gurevich II Journal of Electrical Engineering. — 2009. — Vol. 60. — № 5. — P. 295-300.

6. Волобуев, С. В. Эффективность зашиты асинхронных электродвигателей тепловыми реле / С.В. Волобуев II Механизация и электрификация с.х. —2011. — № 6. — С. 24-25.

7. Волобуев, С.В. Согласование кривых нагрева и время-токовых характеристик асинхронных двигателей и тепловых реле второго порядка / С.В. Волобуев II Промышленная энергетика. — 2012. — № 6. — С. 30-33.

8. Волобуев, С.В. Дифференциальные уравнения и характеристики нагрева электродвигателей и тепловых реле / С.В. Волобуев, И.Я. Сомов, В В. Мусцевой II Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. — 2012. — № 2 (26). -С. 215-219.

9. Волобуев, С.В. Поиск совокупности параметров теплового реле, дающей требуемую кривую нагрева / С.В. Волобуев II Научные основы стратегии развития АПК и сельских территорий в условиях ВТО: материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию образования ВолГАУ, 28-30 января 2014 г., г. Волгоград. — Волгоград, 2014. — Т. 3. — С. 419-426.

10. Пат. 183431 РФ, МПК Н02Н 5/04. Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от перегрузки по току / Волобуев С.В., Феклистов А.С., Юдаев И.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ. -№ 2018124407: заявл. 03.07.2018; опубл. 27.09.2018. Бюл. №27.

References

1. Kireeva Je.A. Vozmozhnye neispravnosti asinhron-nyh elektrodvigatelej i ih remont [Possible faults of induction motors and their repair], Elektrooborudovanie: espluatacija i remont, 2008, No 6, pp. 37-41. (In Russian)

2. Heising C.R. Patterson R.C., Weintraub E.Y. Digital Relay Software Quality, General Electric, GER-3660, — Edinburgh, UK, 1989. 14 p.

3. Heising C.R. Patterson R.C. Reliability Expectations for Protective Relays, Developments in Power Protection, Fourth International Conference in Power Protection, 11-13 Apr., 1989, Edinburgh, UK, 1989, pp. 23-26.

4. Ward S., Dahlin T. Improving Reliability for Power System Protection, 58th Annual Protective Relay Conference, Atlanta, GA, April 28-30, 2004.

5. Gurevich V. Reliability of microprocessor — based protective devices — revisited, Jounal of Electrical Engineering, 2009, Vol. 60, No 5, pp. 295-300.

6. Volobuev S.V. Effektivnost’ zashhity asinhronnyh elektrodvigatelej teplovymi rele [Efficiency of protection of asynchronous electric motors by thermal relays], Mehanizacija i elek-trifikacija s. h., 2011, No 6, pp. 24-25. (In Russian)

7. Volobuev S.V. Soglasovanie krivyh nagreva i vremja tokovyh harakteristik asinhronnyh dvigatelej i teplovyh rele vtorogo porjadka [Coordination of heating curves and time-current characteristics of asynchronous motors and second-order thermal relays], Promyshlennaja jenergetika, 2012, No 6, pp. 30-33. (In Russian)

8. Volobuev S.V., Somov I.Ja., Muscevoj V.V. Differen-cial’nye uravnenija i harakteristiki nagreva elektrodvigatelej i teplovyh rele [Differential equations and heating characteristics of electric motors and thermal relays], Izvestija Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional’noe obrazovanie, 2012, No 2 (26), pp. 215-219. (In Russian)

9. Volobuev S.V. Poisk sovokupnosti parametrov tep-lovogo rele, dajushhej trebuemuju krivuju nagreva [Search for a set of parameters of the thermal relay, which gives the required heating curve], Nauchnye osnovy strategii razvitija APK / seiskih territorij v uslovijah VTO: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konfeencii, posvjashhennoj 70-letiju obrazovanija VolGAU, 28-30 janvarja 2014 g, Volgograd, 2014, T. 3, pp. 419-426. (In Russian)

10. Volobuev S.V., Feklistov A.S., Judaev I.V. Ustrojstvo dlja zashhity trehfaznogo elektrodvigatelja ot peregruzki po toku [Device for protection of three-phase electric motor against over-current], pat. 183431 RF, MPK N02N 5/04, zajavitel’ i patentoob-ladatel’ FGBOU VO Volgogradskij GAU, No 2018124407; zajavl. 03.07.2018; opubl. 27.09.2018, Bjul. No 27. (In Russian)

Сведения об авторах

Юдаев Игорь Викторович — доктор технических наук, профессор кафедры «Теплоэнергетика и информационно-управляющие системы», заместитель директора по научной работе, Азово-Черноморский инженерный институт — филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: 8-902-381-83-39. E-mail:[email protected].

Волобуев Сергей Васильевич — старший преподаватель кафедры «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий АПК», ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (Российская Федерация). Тел.: 8-927-506-40-43. E-mail:[email protected].

Феклистов Андрей Сергеевич — ассистент кафедры «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий АПК» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (Российская Федерация). Тел.: (8442) 41-16-04. E-mail: [email protected].

Information about the authors Yudaev Igor Viktorovich — Doctor of Technical Sciences, professor of the Heat power engineering and information control systems department, Deputy Director for scientific work, Azov-Black Sea Engineering Institute — a branch of the FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: 8-902-381-83-39. E-mail: [email protected].

Volobuev Sergey Vasilievich — senior lecturer of the Electrotechnology and electrical equipment in the agriculture department, FSBEI HE «Volgograd State Agrarian University» (Russian Federation). Phone: 8-927-506-40-43. E-mail: [email protected].

Feklistov Andrey Sergeevich — assistant of the Electrotechnology and electrical equipment in the agriculture department, FSBEI HE «Volgograd State Agrarian University» (Russian Federation). Phone: (8442) 41-16-04. E-mail: [email protected].

Защита двигателя от тепловой перегрузки | Electrical4U

Для понимания защиты двигателя от тепловой перегрузки в асинхронном двигателе мы можем обсудить принцип работы трехфазного асинхронного двигателя. Имеется один цилиндрический статор и трехфазная обмотка, симметрично распределенная по внутренней периферии статора. Благодаря такому симметричному распределению, когда на обмотку статора подается трехфазное питание, создается вращающееся магнитное поле. Это поле вращается с синхронной скоростью.В асинхронном двигателе ротор образован в основном множеством сплошных медных стержней, которые закорочены с обоих концов таким образом, что образуют цилиндрическую клетку. Вот почему этот двигатель также называют асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. В любом случае, давайте подойдем к основному вопросу о трехфазном асинхронном двигателе, который поможет нам четко понять, что такое защита от тепловой перегрузки двигателя .

По мере того, как вращающийся магнитный поток разрезает каждый стержневой проводник ротора, будет индуцированный циркулирующий ток, протекающий через стержневые проводники.При запуске ротор неподвижен, а поле статора вращается с синхронной скоростью, относительное движение между вращающимся полем и ротором максимальное.
Следовательно, скорость отсечки магнитного потока стержнями ротора максимальна, наведенный ток максимален в этом состоянии. Но поскольку причиной индуцированного тока является эта относительная скорость, ротор будет пытаться уменьшить эту относительную скорость и, следовательно, он начнет вращаться в направлении вращающегося магнитного поля, чтобы поймать синхронную скорость. Как только ротор достигнет синхронной скорости, эта относительная скорость между ротором и вращающимся магнитным полем станет равной нулю, следовательно, не будет никакого дальнейшего сокращения магнитного потока и, следовательно, не будет никакого индуцированного тока в стержнях ротора.Когда индуцированный ток становится равным нулю, больше не будет необходимости поддерживать нулевую относительную скорость между ротором и вращающимся магнитным полем, следовательно, скорость ротора падает.

Как только скорость ротора падает, относительная скорость между ротором и вращающимся магнитным полем снова приобретает ненулевое значение, которое снова вызывает индуцированный ток в стержнях ротора, тогда ротор снова пытается достичь синхронной скорости, и это будет продолжаться до тех пор, пока двигатель включен. Из-за этого явления ротор никогда не достигает синхронной скорости, а также никогда не прекращает работу во время нормальной работы.Разница между синхронной скоростью и скоростью ротора относительно синхронной скорости называется скольжением асинхронного двигателя.

Скольжение в нормально работающем асинхронном двигателе обычно варьируется от 1% до 3% в зависимости от условий нагрузки двигателя. Теперь попробуем изобразить скоростные и токовые характеристики асинхронного двигателя — на примере большого вентилятора котла.

В характеристической оси Y принимается время в секундах, ось X берется как% от тока статора.Когда ротор неподвижен, то есть в состоянии пуска, проскальзывание является максимальным, следовательно, индуцированный ток в роторе максимален, и из-за действия преобразования статор также будет потреблять сильный ток от источника питания, и он будет составлять около 600% от номинального. ток статора при полной нагрузке. По мере ускорения ротора скольжение уменьшается, следовательно, ток ротора, следовательно, ток статора падает примерно до 500% от номинального тока полной нагрузки в течение 12 секунд, когда скорость ротора достигает 80% от синхронной скорости.После этого ток статора быстро падает до номинального значения, когда ротор достигает своей нормальной скорости.

Теперь мы обсудим около тепловой перегрузки электродвигателя или проблему перегрева электродвигателя и необходимость защиты от тепловой перегрузки электродвигателя .
Когда мы думаем о перегреве двигателя, первое, что приходит в голову, — это перегрузка. Из-за механической перегрузки двигатель потребляет более высокий ток от источника питания, что приводит к чрезмерному перегреву двигателя.Двигатель также может быть чрезмерно перегрет, если ротор механически заблокирован, то есть становится неподвижным под действием любой внешней механической силы. В этой ситуации двигатель будет потреблять слишком большой ток от источника питания, что также приведет к тепловой перегрузке электродвигателя или чрезмерному перегреву. Еще одна причина перегрева — низкое напряжение питания. Поскольку мощность, потребляемая двигателем от источника питания, зависит от условий нагрузки двигателя, при более низком напряжении питания двигатель будет потреблять более высокий ток из сети для поддержания необходимого крутящего момента. Однофазное переключение также вызывает тепловую перегрузку двигателя . Когда одна фаза источника питания не работает, остальные две фазы потребляют более высокий ток для поддержания требуемого момента нагрузки, что приводит к перегреву двигателя. Состояние дисбаланса между тремя фазами питания также вызывает перегрев обмотки двигателя, поскольку система дисбаланса приводит к току обратной последовательности в обмотке статора. Опять же, из-за внезапной потери и восстановления напряжения питания может возникнуть чрезмерный нагрев двигателя.Поскольку из-за внезапной потери напряжения питания двигатель разгоняется, и из-за внезапного восстановления напряжения двигатель ускоряется для достижения своей номинальной скорости и, следовательно, для этого двигателя потребляется более высокий ток от источника питания.

Поскольку тепловая перегрузка или перегрев двигателя может привести к нарушению изоляции и повреждению обмотки, следовательно, для надлежащей защиты двигателя от тепловой перегрузки двигатель должен быть защищен от следующих условий

Механическая перегрузка,
Остановка вала двигателя,
Низкое напряжение питания,
Однофазное подключение питающей сети,
Несимметрия питающей сети,
Внезапная потеря и восстановление напряжения питания.

Самая основная схема защиты двигателя — это защита от тепловой перегрузки, которая в первую очередь охватывает защиту всех вышеупомянутых состояний. Чтобы понять основной принцип защиты от перегрева, рассмотрим принципиальную схему управления двигателем.

На рисунке выше, когда кнопка ПУСК замкнута, на катушку стартера подается напряжение через трансформатор. Когда катушка стартера находится под напряжением, нормально разомкнутые (NO) контакты 5 замыкаются, следовательно, двигатель получает напряжение питания на своем выводе и начинает вращаться.Эта пусковая катушка также замыкает контакт 4, что приводит к включению катушки стартера даже при отпускании контакта кнопки ПУСК из закрытого положения. Для остановки двигателя имеется несколько нормально замкнутых (NC) контактов, соединенных последовательно с катушкой стартера, как показано на рисунке. Один из них — контакт кнопки СТОП. При нажатии кнопки СТОП этот контакт кнопки размыкается и прерывает цепь катушки стартера, следовательно, обесточивает катушку стартера. Следовательно, контакты 5 и 4 возвращаются в свое нормально разомкнутое положение.Затем при отсутствии напряжения на клеммах двигателя он в конечном итоге прекратит работу. Аналогичным образом любой из других размыкающих контактов (1, 2 и 3), подключенных последовательно с катушкой стартера, если они разомкнуты; это также остановит двигатель. Эти нормально замкнутые контакты электрически связаны с различными реле защиты, чтобы остановить работу двигателя в различных ненормальных условиях.

Давайте посмотрим на реле тепловой перегрузки и его функцию в защите двигателя от тепловой перегрузки.
Вторичная обмотка трансформаторов тока, включенных последовательно с цепью питания двигателя, соединена с биметаллической полосой реле тепловой защиты (49).Как показано на рисунке ниже, когда ток через вторичную обмотку любого из трансформаторов тока пересекает заданные значения в течение заданного времени, биметаллическая полоса перегревается и деформируется, что в конечном итоге приводит к срабатыванию реле 49. Как только реле 49 срабатывает, замыкающие контакты 1 и 2 размыкаются, что обесточивает катушку стартера и, следовательно, останавливает двигатель.

Еще одна вещь, о которой нужно помнить при обеспечении защиты двигателя от тепловой перегрузки . Фактически каждый двигатель имеет заранее определенное значение допуска перегрузки.Это означает, что каждый двигатель может работать сверх своей номинальной нагрузки в течение определенного допустимого периода в зависимости от условий нагрузки. Как долго двигатель может безопасно работать при определенной нагрузке, указывается производителем. Соотношение между различными нагрузками на двигатель и соответствующими допустимыми периодами его работы в безопасных условиях называется кривой теплового ограничения двигателя. Давайте посмотрим на кривую конкретного двигателя, приведенную ниже.

Здесь ось Y или вертикальная ось представляет допустимое время в секундах, а ось X или горизонтальная ось представляет процент перегрузки. Из кривой видно, что двигатель может безопасно работать без каких-либо повреждений из-за перегрева в течение длительного периода при 100% номинальной нагрузке. Он может безопасно работать 1000 секунд при 200% нормальной номинальной нагрузки. Он может безопасно работать 100 секунд при 300% нормальной номинальной нагрузки. Он может безопасно работать 15 секунд при 600% нормальной номинальной нагрузки. Верхняя часть кривой представляет нормальное рабочее состояние ротора, а самая нижняя часть представляет состояние механической блокировки ротора.

Теперь кривая рабочего времени Vs срабатывания выбранного реле тепловой защиты от перегрузки должна располагаться ниже кривой предельного теплового режима двигателя для удовлетворительной и безопасной работы.Давайте обсудим более подробную информацию —

Запомните характеристики пускового тока двигателя — Во время запуска асинхронного двигателя ток статора превышает 600% от нормального номинального тока, но остается в течение 10-12 секунд после этого. ток статора внезапно падает до нормального номинального значения. Таким образом, если реле тепловой перегрузки сработает до этого 10–12 секунд для тока 600% от номинального, двигатель не может быть запущен. Следовательно, можно сделать вывод, что кривая рабочего тока срабатывания Vs выбранного реле тепловой защиты от перегрузки должна располагаться ниже кривой теплового ограничения двигателя, но выше кривой характеристик пускового тока двигателя.Вероятное положение характеристик теплового реле ограничено этими двумя указанными кривыми, как показано на графике выделенной областью.

При выборе реле тепловой перегрузки следует помнить еще о одном. Это реле не является реле мгновенного действия. У нее минимальная задержка срабатывания, так как биметаллической полосе требовалось минимальное время для нагрева и деформации для достижения максимального значения рабочего тока. Из графика видно, что тепловое реле сработает через 25–30 секунд, если либо ротор внезапно механически заблокируется, либо двигатель не запустится. В этой ситуации двигатель потребляет большой ток от источника питания. Если двигатель не отключить раньше, может произойти более серьезное повреждение.

Эта проблема решается за счет использования реле максимальной токовой защиты с высоким срабатыванием. Временные характеристики этих реле максимального тока выбраны таким образом, чтобы при более низком значении перегрузки реле не срабатывало, так как реле тепловой перегрузки срабатывает раньше. Но при более высоком значении перегрузки и времени блокировки ротора будет срабатывать реле перегрузки вместо теплового реле, потому что первое сработает намного раньше второго.
Таким образом, для полной защиты двигателя от тепловой перегрузки предусмотрены как биметаллическое реле перегрузки, так и реле максимальной токовой защиты.
Есть один главный недостаток биметаллического теплового реле защиты от перегрузки, так как скорость нагрева и охлаждения биметалла зависит от температуры окружающей среды, характеристики реле могут отличаться для различных температур окружающей среды. Эту проблему можно решить, используя RTD или резистивный датчик температуры. Более крупные и сложные двигатели более точно защищены от тепловой перегрузки с помощью термометров сопротивления.В пазах статора РДТ размещаются вместе с обмоткой статора. Сопротивление RTD изменяется при изменении температуры, и это измененное значение сопротивления измеряется мостовой схемой Уитстона.
Эта схема защиты двигателя от тепловой перегрузки очень проста. RTD статора используется как одно плечо уравновешенного моста Уитстона. Величина тока через реле 49 зависит от степени разбалансировки моста. По мере увеличения температуры обмотки статора электрическое сопротивление детектора увеличивается, что нарушает сбалансированное состояние моста.В результате ток начинает течь через реле 49, и реле срабатывает после заранее определенного значения этого несимметричного тока, и в конечном итоге контакт стартера размыкается, чтобы прекратить подачу питания на двигатель.

Основы встроенной защиты двигателя для начинающих

Зачем нужна защита двигателя?

Во избежание неожиданных поломок, дорогостоящего ремонта и последующих потерь из-за простоя двигателя важно, чтобы двигатель был оснащен каким-либо защитным устройством. В этой статье речь пойдет о встроенной защите двигателя с тепловой защитой от перегрузки, чтобы избежать повреждения и поломки двигателя.

Основы встроенной защиты двигателя для начинающих (на фото: вид установленного внутри двигателя термостата; кредит: johndearmond.com)

Для встроенной защиты всегда требуется внешний автоматический выключатель, в то время как для некоторых встроенных типов защиты двигателя даже требуется реле перегрузки.

Внутренняя защита / Встроенная в двигатель

Зачем нужна встроенная защита двигателя, если двигатель уже оснащен реле перегрузки и предохранителями? Иногда реле перегрузки не регистрирует перегрузку двигателя.

Вот пара примеров этого:

Если двигатель накрыт и медленно нагревается до высокой температуры.
В целом высокая температура окружающей среды.
Если внешняя защита двигателя настроена на слишком высокий ток отключения или установлена неправильно.
Если двигатель в течение короткого периода времени перезапускается несколько раз, ток заблокированного ротора нагревает двигатель и в конечном итоге приводит к его повреждению.

Степень защиты, которую обеспечивает внутреннее защитное устройство, классифицируется в стандарте IEC 60034-11.

Обозначение TP

TP — сокращение для тепловой защиты. Существуют различные типы тепловой защиты, которые идентифицируются кодом TP (TPxxx) , который указывает:

Тип тепловой перегрузки, на которую рассчитана тепловая защита (1 цифра)
Количество уровней и тип действие (2 цифры)
Категория встроенной тепловой защиты (3 цифры)

Что касается моторов насосов, наиболее распространенными обозначениями TP являются:

TP 111 — Защита от замедления перегрузка
TP 211 — защита как от быстрой, так и от медленной перегрузки.

Внутренняя защита, встроенная в обмотки

Индикация допустимого уровня температуры, когда двигатель подвергается тепловой перегрузке. Категория 2 допускает более высокие температуры, чем категория 1.

Символ (TP)	Техническая перегрузка с изменением (1 цифра)	Количество уровней и функциональная область (2 цифры)	Категория (3 цифры)
TP 111	Только медленный (т.е. постоянная перегрузка)	1 уровень при отключении	1
TP 112		1 уровень при отключении	2
TP 121		2 уровня при аварийном сигнале и отключении	1
TP7 122 2		2 уровня при аварийном сигнале и отключении
TP7 122 2
TP 211	Медленный и быстрый (т.е. постоянная перегрузка и состояние блокировки)	1 уровень при отключении	1
TP 212		1 уровень при отключении	2
TP 221		2 уровня при аварийном сигнале и отключении	1
TP 222		2 уровня при аварийном сигнале и отключении	2
TP 311	Только быстро (т. е.е. состояние блокировки)	1 уровень при отключении	1
TP 312	Только быстро (т. е.е. состояние блокировки)	1 уровень при отключении	2

Информация о том, какой тип защиты применен к двигателю, может быть найдена на паспортной табличке с использованием TP (тепловая защита ) обозначение согласно IEC 60034-11 .

Как правило, внутренняя защита может быть реализована с использованием двух типов протекторов:

Тепловые защиты или
Термисторы.

Термозащитные устройства — встроены в клеммную коробку

В термозащитных устройствах или термостатах используется биметаллический дисковый переключатель мгновенного действия для размыкания или замыкания цепи при достижении определенной температуры. Термозащитные устройства также называются Klixons (торговая марка Texas Instruments).

Когда биметаллический диск достигает заданной температуры , он размыкает или замыкает набор контактов в цепи управления под напряжением. Доступны термостаты с контактами для нормально разомкнутого или нормально замкнутого режима, но одно и то же устройство нельзя использовать для обоих.

Термостаты предварительно откалиброваны производителем и не могут быть отрегулированы. Диски герметично закрыты и размещаются на клеммной колодке.

Верхняя паспортная табличка: TP 211 в двигателе MG 3,0 кВт, оборудованном PTC; Нижняя паспортная табличка: TP 111 в двигателе Grundfos MMG мощностью 18,5 кВт, оборудованном PTC.
Символы теплового выключателя двигателя

Символы (слева направо):

Термовыключатель без нагревателя
Термовыключатель с нагревателем
Термовыключатель без нагревателя для трехфазных двигателей (защита нейтрали)

Термостат может активировать цепь аварийной сигнализации , если нормально разомкнут, или отключить контактор двигателя , если нормально замкнут и включен последовательно с контактором.

Поскольку термостаты расположены на внешней поверхности концов змеевика, они определяют температуру в этом месте. В случае трехфазных двигателей термостаты считаются нестабильной защитой от останова или других быстро меняющихся температурных условий.

В однофазных двигателях термостаты действительно защищают от блокировки ротора.

Вернуться к указателю ↑

Термовыключатель — встроен в обмотки

В обмотки также могут быть встроены термозащитные устройства, см. Рисунок ниже.Они работают как чувствительные выключатели питания как для однофазных, так и для трехфазных двигателей. В однофазных двигателях мощностью до около 1,1 кВт он может быть установлен непосредственно в главной цепи в качестве устройства защиты на обмотке.

Обозначение тепловой защиты

Тепловая защита, подключаемая последовательно к обмотке или к цепи управления в двигателе.

Тепловая защита, встроенная в обмотки

Klixon и Thermik являются примерами теплового реле. Эти устройства также называются PTO (Protection Thermique à Ouverture).

Термовыключатели, чувствительные к току и температуре: Вверху: Klixons; Внизу: Thermik — PTO

Внутренний фитинг

В однофазных двигателях используется один термовыключатель. В трехфазных двигателях между фазами двигателя размещены 2 последовательно включенных термовыключателя. Таким образом, все три фазы контактируют с термовыключателем.

Термовыключатели могут быть установлены на конце змеевика, но в результате увеличивается время реакции. Коммутаторы должны быть подключены к внешней системе мониторинга.Таким образом двигатель защищен от медленной перегрузки. Термовыключатели не требуют реле усилителя.

Термовыключатели НЕ МОГУТ защитить от заблокированного ротора.

Вернуться к индексу ↑

Как работает термовыключатель?

Кривая справа показывает сопротивление как функцию температуры для типичного термовыключателя. В зависимости от производителя термовыключателя кривая меняется.

TN обычно составляет около 150–160 ° C.

Зависимость сопротивления от температуры для типичного термовыключателя

Вернуться к указателю ↑

Подключение

Подключение трехфазного двигателя со встроенным термовыключателем и реле перегрузки.

Обозначение TP на схеме

Защита по стандарту IEC 60034-11: TP 111 (медленная перегрузка) . Для работы с заблокированным ротором двигатель должен быть оснащен реле перегрузки.

Автоматическое повторное включение (слева) и ручное повторное включение (справа)

Где:

S1 — Выключатель
S2 — Выключатель
K 1 — Контактор
t — Термовыключатель в двигателе
M — Двигатель
MV — Реле перегрузки

Термовыключатели могут быть нагружены следующим образом:

U _max = 250 В переменного тока
I _N = 1.5 A

I _max = 5,0 A (ток включения и отключения)

Вернуться к индексу ↑

Термисторы — также встроены в обмотки

Второй тип внутренней защиты — это термисторы или датчики с положительным температурным коэффициентом (PTC) . Термисторы встроены в обмотки двигателя и защищают двигатель от заблокированного ротора, длительной перегрузки и высокой температуры окружающей среды.

В этом случае тепловая защита достигается путем контроля температуры обмоток двигателя с помощью датчиков PTC.Если обмотки превышают номинальную температуру срабатывания, датчик претерпевает быстрое изменение сопротивления относительно изменения температуры.

В результате этого изменения внутренние реле обесточивают управляющую катушку контактора внешнего прерывания линии. По мере охлаждения двигателя и восстановления приемлемой температуры обмотки двигателя сопротивление датчика снижается до уровня сброса.

На этом этапе модуль автоматически перезагружается, если только он не был настроен на ручной сброс.Когда термисторы устанавливаются на концах катушки, термисторы могут быть классифицированы только как TP 111 . Причина в том, что термисторы не имеют полного контакта с концами катушки, и поэтому они не могут реагировать так быстро, как если бы они были изначально установлены в обмотку.

Термистор / PTC

Термисторная система измерения температуры состоит из датчиков положительного температурного коэффициента (PTC), установленных последовательно из трех — по одному между каждой фазой — и согласованного твердотельного электронного переключателя в закрытом модуле управления.Набор датчиков состоит из трех датчиков, по одному на фазу.

Защита PTC, встроенная в обмотки

Только температурно-чувствительный. Термистор должен быть подключен к цепи управления, которая может преобразовывать сигнал сопротивления, который снова должен отключать двигатель. Используется в трехфазных двигателях.

Сопротивление датчика остается относительно низким и постоянным в широком диапазоне температур и резко увеличивается при заранее определенной температуре или точке срабатывания.

Когда это происходит, датчик действует как твердотельный термовыключатель , а отключает питание пилотного реле .

Реле размыкает цепь управления машиной для отключения защищаемого оборудования. Когда температура обмотки возвращается к безопасному значению, модуль разрешает ручной сброс.

Вернуться к индексу ↑

Ссылка // Grundfos — Motor Book (Загрузить здесь)

Тепловая защита двигателя | КЭБ

Тепловая защита обмоток двигателей — ключевой компонент в оперативном автоматизированном оборудовании. Это создает уровень защиты от чрезмерной температуры обмотки, которая в конечном итоге может привести к необратимому пробою и повреждению изоляции обмотки.У EASA есть хорошая страница с хорошими фотографиями типичных неисправностей двигателей — вы же не хотите, чтобы это были вы.

Давайте рассмотрим гипотетический пример — компания-производитель использует серводвигатель на новом сборочном станке. Машина начинает работать хорошо, но затем компания решает, что им требуется более высокая производительность, поэтому рабочий цикл двигателя увеличивается. Через некоторое время более высокая частота цикла приводит к более высокому среднеквадратичному току двигателя. Этот более высокий среднеквадратичный ток создает накопленное количество энергии в виде тепла внутри обмоток двигателя.

Двигатель со временем начинает перегреваться. В конечном итоге обмотки двигателя выходят из строя, и производственная линия выходит из строя. Двигатель необходимо отправить в мастерскую для перемотки или полной замены. После расследования компания-производитель определила, что серводвигатель имел термисторную защиту обмотки PTC, но он не был подключен к источнику теплового контроля. Провал можно было полностью предотвратить.

Датчики температуры встраиваются в обмотку двигателя

Что такое тепловая защита обмотки?

Тепловая защита обмоток может быть в нескольких вариантах, но основной принцип остается тем же.В защите обмотки используется датчик, который регистрирует тепловое состояние обмоток статора двигателя, и при возникновении тепловой перегрузки тепловая защита обмотки вызывает отключение двигателя.

встроенная тепловая защита двигателя

В зависимости от используемого устройства тепловой защиты методика тепловых измерений и способ взаимодействия устройства защиты с частотно-регулируемым приводом (VFD) KEB могут различаться. Здесь мы рассмотрим некоторые распространенные устройства тепловой защиты обмоток и датчики температуры.

Биметаллическое тепловое реле перегрузки

Биметаллическая лента — это рабочий компонент теплового реле перегрузки двигателя. Реле тепловой перегрузки — одно из наиболее распространенных и экономичных устройств защиты двигателя от перегрузки, особенно для однофазных двигателей. Как уже упоминалось, тепловые реле перегрузки содержат биметаллическую полосу, а биметаллическая полоса представляет собой механическое устройство, преобразующее изменение температуры в механическое смещение. Биметаллическая полоса состоит из двух разных металлических частей, которые имеют разную степень теплового расширения.Две полосы скрепляются друг с другом с помощью клепки или сварки по всей длине. При нагревании разные свойства теплового расширения заставляют два металла расширяться с разной скоростью. Это заставляет биметаллическую полосу изгибаться / изгибаться в одном направлении при нагревании выше температуры окружающей среды.

Тепловые реле перегрузки устанавливаются в цепи двигателя, и ток, идущий к двигателю, проходит через биметаллический отключающий элемент. Протекающий ток нагревает биметаллическую полосу, что приводит к изгибу биметаллического материала, и после определенной температуры биметаллическая полоса размыкает реле.После размыкания реле ток, протекающий к двигателю, будет отключен, и двигатель и цепь двигателя будут отключены. Реле тепловой перегрузки имеют классификацию, называемую классом отключения, который представляет время реакции на состояние перегрузки. Обычно классы отключения — это класс 10, 20 или 30.

Тепловые реле перегрузки с биметаллическими полосами относительно недороги и не требуют дополнительных средств управления для считывания информации. Они в основном двоичные с состояниями ВКЛ / ВЫКЛ.Обратной стороной является то, что мало что можно сделать, чтобы отреагировать на повышение температуры перед полным отключением.

Датчик термистора PTC

Один из распространенных датчиков температуры, используемых в двигателях KEB, — это термисторный датчик PTC. Датчик PTC — это резистор, сопротивление которого зависит от температуры, а PTC означает «положительный температурный коэффициент». Это означает, что сопротивление увеличивается с повышением температуры. Существует два типа термисторов PTC: линейные и переключаемые.Разница между ними основана на материале, конструкции и производстве. В данном обсуждении мы сосредоточимся только на терморезисторах с положительным температурным коэффициентом переключения.

В терморезисторах PTC с переключением типа

используется поликристаллический керамический материал, который имеет очень нелинейную кривую сопротивления в зависимости от температуры. В зависимости от окружающей температуры и сопротивления терморезистор PTC переключаемого типа может немного уменьшать сопротивление с повышением температуры, но затем при определенной температуре, называемой критической температурой, T _C, реакция сопротивления резко возрастает.Типичная критическая температура термистора PTC переключаемого типа составляет 60–140 ° C. При достижении критической температуры сопротивление PTC резко возрастает до значений более 1000 Ом.

Нелинейная характеристика термисторов PTC имеет преимущество. В критическом диапазоне небольшая разница температур означает большое изменение сопротивления, которое можно измерить и контролировать с помощью частотно-регулируемого привода или контроллера.

Это высокое сопротивление действует как разрыв цепи и размыкает цепь контроля температуры между клеммами T1 и T2 (или T + и T-) на частотно-регулируемом приводе KEB.Эта разомкнутая цепь вызовет отказ привода E.dOH, который остановит двигатель и отключит регулирующий ток. После того, как двигателю и термистору PTC будет дано достаточно времени для охлаждения, двигатель и датчик термистора PTC можно будет снова использовать. Таким образом, термисторный датчик PTC действует как сбрасываемый предохранитель.

Датчик температуры KTY

Датчик температуры KTY — это тип кремниевого датчика, который также имеет положительный температурный коэффициент, аналогичный термистору PTC. Однако зависимость между сопротивлением и температурой для датчика KTY приблизительно линейна. Диапазон рабочих температур может варьироваться в зависимости от производителя сенсора KTY, но обычно он составляет от -50 ° C до 200 ° C.

В пределах диапазона рабочих температур сопротивление датчика может быть вычислено для различных температур с помощью уравнения второго порядка. Как только сопротивление найдено, можно определить температурный коэффициент, а затем, используя температурный коэффициент, можно вычислить температуру на датчике, используя уравнение, которое оценивает приблизительно линейную зависимость сопротивления от температуры.

Датчики температуры KTY все чаще используются в критически важных приложениях — особенно с большими дорогостоящими двигателями, такими как моментные двигатели и двигатели с водяным охлаждением.

Причина в том, что датчики KTY позволяют получать более глубокую информацию по показаниям температуры. Например, предупреждения и сокращенные рабочие состояния легче реализовать благодаря точности и линейности результатов измерения температуры.

Датчик PT1000 (RTD) Датчики

PT1000 представляют собой датчики температуры сопротивления (RTD) или платиновые термометры сопротивления (PRT) и поддерживаются стандартом IEC 60751: 2008.Многие датчики RTD сконструированы с использованием проводящего провода, намотанного на керамический сердечник, а в случае датчиков PT1000 материал провода — платина. PT обозначает материал платиновой проволоки, а 1000 обозначает сопротивление в Ом при 0 ° C.

Платина

используется в резистивных датчиках температуры, поскольку она имеет линейную зависимость сопротивления от температуры, которая хорошо воспроизводима в диапазоне рабочих температур. Связь между сопротивлением и температурой рассчитывается по уравнению Каллендара-Ван Дюзена, которое можно упростить до линейного уравнения.Поскольку платиновый датчик подвергается воздействию повышенной температуры, сопротивление платины увеличивается прямо пропорционально повышению температуры. При подключении к ЧРП KEB, аналогично датчику KTY, датчик PT1000 может отображать точные данные о температуре двигателя в реальном времени.

Тепловая защита обмоток и частотно-регулируемые приводы KEB

Как видите, многие распространенные датчики температуры могут служить устройствами защиты от перегрева обмоток для сервоприводов и асинхронных двигателей. Однако наличие двигателя с тепловой защитой обмотки — это только часть решения.Если тепловая защита обмотки не подключена к контрольному устройству или схеме, тепловая защита обмотки не имеет значения.

К счастью, частотно-регулируемые приводы KEB имеют клеммы T1 и T2 (или T + и T-) для подключения датчика тепловой защиты обмотки. В зависимости от типа датчика, как описано выше, привод может контролировать сопротивление или выводить температурный отклик обмоток двигателя.

Входы датчика тепловой защиты двигателя на KEB VFD

Затем, если обмотки двигателя становятся слишком горячими во время работы, частотно-регулируемый привод KEB вызывает ошибку, которая, в свою очередь, останавливает двигатель, позволяя двигателю остыть до безопасного рабочего состояния.

Приводы нового поколения и тепловая защита

В настоящее время для наших приводов серии F5 мы можем поддерживать оценку KTY или PTC. Для нашей серии продуктов F6 / S6 / G6 следующего поколения мы можем контролировать несколько типов датчиков температуры. Например, для F6 мы можем попеременно контролировать PTC, KTY или PT1000 с помощью простого изменения параметров. Если новый двигатель вводится в эксплуатацию и в нем используется другая тепловая защита обмотки, следующее поколение F6 может легко адаптировать и поддерживать новый тип датчика.

Семейство F6 / S6 / G6, являющееся частью нашей серии приводов следующего поколения, предлагает уникальные онлайн-мастера через наше программное обеспечение COMBIVIS 6 для ПК. Внутри этих онлайн-мастеров пользователи могут не только настраивать данные двигателя и рабочие параметры, но также устанавливать пределы и реакции на событие перегрева двигателя.

Расширенное управление температурой двигателя упрощается с помощью программного обеспечения KEB Combivis

. Для оценки KTY и PT1000 вы можете установить уровень температуры предупреждения, уровень температуры ошибки, а также настроить реакцию на уровень температуры ошибки.Также в этих онлайн-мастерах вы можете настроить тип оценки датчика температуры в соответствии с вашим конкретным приложением и двигателем.

Заключение

Возвращаясь к примеру компании-производителя с самого начала, что они могли сделать иначе, чтобы избежать поломки двигателя? Используя частотно-регулируемый привод KEB следующего поколения, такой как F6 / S6 / G6, они могли бы установить тепловую защиту проводов на клеммы KEB T1 и T2 (или T + и T-), а затем скорректировать оценку датчика температуры в соответствии со своими потребностями.Затем, когда двигатель достигнет состояния перегрева, привод отключит двигатель, позволяя двигателю остыть, а производственная компания решит проблему перегрева.

Приводы KEB имеют вход датчика температуры двигателя

Вы заинтересованы в модернизации вашей системы автоматизации с помощью тепловой защиты обмотки?

Если да, свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить это с одним из наших инженеров по применению.

Ресурсы и дополнительная литература

http: // www.resistorguide.com/ptc-thermistor/

https://www.mouser.com/pdfDocs/AAS-PTC-Thermistors-Training.pdf

http://www.hit-karlsruhe.de/hit-mic/projekte/eierkocher/links/183482-in-01-en-Temperatursensor_KTY11.pdf

https://www.ephy-mess.de/fileadmin/Daten/Downloads/Produktkataloge_EN/EPHY-MESS_GmbH_Catalog_Semiconductor_thermistors.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Resistance_thermometer

https://en.wikipedia.org/wiki/Bimetallic_strip

https: // www.ecmweb.com/content/basics-selecting-overload-relays

http://www.ourdoconline.com/lpcp/1SBC100192C02/mobile/index.html#p=718

онлайн-курсов PDH. PDH для профессиональных инженеров. PDH Engineering.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экология или экономия энергии

курсов. «

Russell Bailey, P. E.

Нью-Йорк

«Он укрепил мои текущие знания и научил меня еще нескольким новым вещам

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации.»

Стивен Дедак, P.E.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

очень быстро отвечу на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова. Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по вашей роте

имя другим на работе «

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что уже знаком с вами

с деталями Канзас

Несчастный случай City Hyatt. «

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

информативно и полезно

на моей работе »

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

— лучшее, что я нашел ».

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что этот подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал «

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

«Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от отказов »

John Scondras, P. E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения. «

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.э., позволяя

студент для отзыва по курсу

материалов до оплаты и

получает викторину. «

Арвин Свангер, P.E.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил огромное удовольствие «

Mehdi Rahimi, P.E.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

на связи

курса.»

Уильям Валериоти, P. E.

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

обсуждаемые темы »

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Очень рекомендую

всем инженерам »

Джеймс Шурелл, P.E.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании какой-то неясной секции

законов, которые не применяются

до «нормальная» практика. «

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор.

, организация. «

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

а онлайн формат был очень

Доступно и просто

использовать. Большое спасибо. «

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Joseph Frissora, P. E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь печатный тест во время

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

Предоставлено фактических случая «

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Очень полезен документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «.

тест действительно потребовал исследований в

документ но ответы были

в наличии »

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов

в транспортной инженерии, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, P. E.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роудс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курса со скидкой.»

Кристина Николас, P.E.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать дополнительный

курса. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

в пути «.

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

Инженеры получат блоки PDH

в любое время. Очень удобно ».

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время искать, где на

получить мои кредиты от. «

Кристен Фаррелл, P.E.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теории »

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

мой собственный темп во время моего утро

до метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П. Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

по ваш промо-адрес электронной почты который

сниженная цена

на 40% «

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P. E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

коды и Нью-Мексико

регламентов. «

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

при необходимости дополнительных

Сертификация . «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! «

Джефф Ханслик, P. E.

Оклахома

«CEDengineering предоставляет удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материал был кратким и

в хорошем состоянии »

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

хороший справочный материал

для деревянного дизайна. «

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефону.»

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

Здание курс и

очень рекомендую . «

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

хорошо подготовлены. »

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы по номеру

обзор везде и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Поддерживаю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, без глупостей. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

материала. Полное

и всесторонний ».

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили этот курс

поможет по телефону

работ.»

Рики Хефлин, P.E.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я определенно буду использовать этот сайт снова».

Анджела Уотсон, P.E.

Монтана

«Легко выполнить. Никаких путаниц при прохождении теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличный освежитель ».

Luan Mane, P. E.

Conneticut

«Мне нравится подход к регистрации и возможность читать материалы в автономном режиме, а затем

вернись, чтобы пройти викторину. »

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях «

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

успешно завершено

курс.»

Ира Бродская, П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайтом легко пользоваться, вы можете скачать материал для изучения, а потом возвращаться

и пройдите викторину. Очень

удобно а на моем

собственный график. «

Майкл Глэдд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Деннис Фундзак, П.Е.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

сертификат. Спасибо за изготовление

процесс простой. »

Фред Шейбе, P.E.

Висконсин

«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и прошел

часовой PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилась возможность скачать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея для оплаты

материал . «

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не занимающихся электричеством».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

процесс, требующий

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

сертификат. «

Марлен Делейни, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — очень удобный способ доступа к информации по номеру

многие различные технические зоны за пределами

по своей специализации без

надо ехать. «

Hector Guerrero, P.E.

Грузия

Математическое моделирование комбинированной тепловой защиты глубинного асинхронного двигателя

Сидельников Л.Г., Афанасьев Д.О. Обзор методов контроля технического состояния асинхронных двигателей в процессе эксплуатации // Геология и геофизика. Нефтегаз. Горн. Дело , №7, 127 — 137 (2013).

Сивокобыленко В.Ф., Ткаченко С.Н. Совершенствование систем диагностики и релейной защиты электрооборудования для собственных нужд электростанций на базе информационных технологий // Электр.Станции , № 8, 46 — 52 (2016).

Правила проектирования электроустановок. Все актуальные разделы 6-го и 7-го изданий с изменениями и дополнениями до 1 февраля 2016 г. [на русском языке], КНОРУС, Москва (2016).

IEEE Std 3004.8–2016. Рекомендуемая практика IEEE для защиты двигателей в промышленных и коммерческих энергосистемах , Институт инженеров по электротехнике и электронике (2016).

Хосе Л. Гонсалес-Кордоба, А. Роке Осорнио-Риос, Давид Гранадос-Либерман, Рене де Х. Ромеро-Тронкосо и Мартин Вальтиерра-Родригес, «Защита асинхронных двигателей от теплового удара в условиях несимметрии напряжения», IEEE Trans. Energy Convers. , 33, (4), 1748 — 1756 (2018).

Э. Лебенхафт, М. Целлер, «Тепловая защита недокументированных двигателей переменного тока», в: Proc. 55-я техническая конференция IEEE по нефтяной и химической промышленности (2008 г. ), стр.1 — 7.

P. Whatley, M. Ланье, Л. Андервуд и С. Зохолл, «Усиленная защита двигателя с тепловой моделью, зависящей от скольжения: пример из практики», в: Protective Relay Engineers, 61-я ежегодная конференция (2008), стр. 204–214.

Анибал М. Валенсуэла и Пабло Рейес, «Простая и надежная модель тепловой защиты приводов с самовентилируемыми асинхронными двигателями с регулируемой скоростью», IEEE Trans. Промышленность Appl. , 46, (2), 70 — 77 (2010).

Артикул Google ученый

Салах А. Абдель Максуд, Татьяна В. Честюнина, «Моделирование и экспериментальное воздействие повышенной температуры на параметры асинхронного двигателя», В: Proc. 2018 XIV Междунар. Научно-техн. Конф. по актуальным проблемам электронного приборостроения ( APEIE ) (2018), стр. 258 — 263.

10.

Б. Венкатараман, Б. Годси, В. Премерлани, Э. Шульман, М. Такур, М. Р.Миденс, «Основы тепловой модели двигателя и ее применение в защите двигателя», в: GE Global Research, Приложения для защиты тепловой модели двигателя (2008), стр. 41-55.

11.

Зюзев AM и В.П. Метелков, «О нагреве ротора асинхронного двигателя при пуске высокоинерционных механизмов» // В сб .: Тр. 2018 17-я Международная выставка Уральская конф. по электроприводам переменного тока ( ACED ) (2018), с. 1 — 5.

12.

К. Федорова, В. Подзорова, И. Гуляев, А. Анучин, «Тепловая модель ротора для постоянной защиты в регулируемых асинхронных двигателях», В: Proc. 2018 53-й Междунар. Univ. Power Eng. Конф. ( UPEC ) (2018), стр. 1 — 4.

13.

Бешта А.С., Худолей С.С., Нойбергер Н., Нолле Э. Диагностика теплового состояния асинхронного двигателя. : Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика, , ДГТУ, Днепродзержинск (2007), с. 469 — 471.

14.

М.Ю. Петушков, “Тепловая модель асинхронного двигателя”, Изв. Вузов. Сев.-Кавказ. Область, край. Техн. Науки , №4, 48 — 50 (2011).

15.

З. Гао, Р. С. Колби, Т. Г. Хабетлер и Р. Г. Харли, «Перспектива сокращения модели на тепловых моделях реле перегрузки индукционных машин», IEEE Trans. Ind. Electronics , 55 (10), 3525-3534 (2008)

Артикул Google ученый

16.

З. А. Гао, Р. С. Колби, Т. Г. Хабетлер и Р. Г. Харли, «Комплексный пространственно-векторный подход к оценке температуры ротора для асинхронных машин с нарушенным охлаждением и дисбалансом», IEEE Trans. Ind. Electronics , 56 (1), 239 — 247 (2009).

Артикул Google ученый

17.

Р. Бегуэнане и М. Э. Х. Бенбузид, «Тепловой контроль асинхронных двигателей посредством определения сопротивления ротора», IEEE Trans.Energy Convers. , 14, (3), 566 — 570 (1999).

Артикул Google ученый

org/ScholarlyArticle»> 18.

Сивокобыленко В.Ф., Ткаченко С.Н. Тепловая защита асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при несимметричном питающем напряжении // Вестн. Кременчуг. Гос. Политехн. Univ. я. М. Остроградского , № 3 (56), часть 2, 74 — 78 (2009).

19.

Сивокобыленко В.Ф., Ткаченко С.Н.,Деркачев В. Определение параметров цепей смещения и характеристик асинхронных двигателей // Электричество . 2014. № 10. С. 38–44.

20.

В. Ф. Сивокобыленко, В. К. Лебедев, Переходные процессы в системах электроснабжения собственных нужд электростанций , ДонНТУ, Донецк (2002).

Google ученый

Реле перегрузки | Что такое защита от перегрузки?

Введение в двигатели

Электродвигатели являются неотъемлемой частью промышленного оборудования, игрушек, транспортных средств и электронных устройств. Они предназначены для преобразования электрической энергии в механическую. Эти устройства могут питаться от источников переменного или постоянного тока. Воздуходувки, вентиляторы, компрессоры, краны, экструдеры и дробилки — это несколько важных устройств, оснащенных электродвигателями.

Что такое асинхронный двигатель?

Асинхронный двигатель, также называемый синхронным двигателем, является одним из основных типов электродвигателей переменного тока, используемых в коммерческих и промышленных средах. Эти двигатели оснащены обмотками Armortisseur и работают по принципу электромагнитной индукции.Электромагнитное поле в роторе создается вращающимся полем статора. Короче говоря, мощность передается на обмотку ротора от статора через индукцию. Существует два основных типа асинхронных двигателей
— однофазные асинхронные двигатели и трехфазные асинхронные двигатели.

Введение в трехфазные асинхронные двигатели

Это один из наиболее широко используемых типов электродвигателей; и является неотъемлемой частью почти 80% промышленных приложений. Его популярность обусловлена прочной конструкцией, отличными рабочими характеристиками, регулировкой скорости и отсутствием коммутатора. Как и любой обычный асинхронный двигатель, этот двигатель также состоит из статора и ротора.

Статор: Это неподвижный элемент асинхронного двигателя. Статор представляет собой небольшую цилиндрическую раму, на которой установлен цилиндрический сердечник ротора. Он имеет различные штамповки с прорезями для размещения трехфазных обмоток. Обмотки статора разделены на 120 градусов.
Ротор: Это вращающаяся часть двигателя. Ротор имеет многослойные цилиндрические пазы с медными или алюминиевыми проводниками, соединенными концами. Это вал двигателя.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя классифицируется как ротор с фазовой обмоткой или ротор с контактным кольцом и ротор с короткозамкнутым ротором. Среди этих двух ротор с короткозамкнутым ротором является одним из самых распространенных.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором известны как асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.Они получили свое название, потому что ротор напоминает вращающуюся цилиндрическую «клетку», которую вы можете найти в клетке для домашней белки или хомяка. Эти двигатели доступны в размерах от долей лошадиных сил (л.с.) менее одного киловатта до 10 000 л.с. (десятки мегаватт). Такие факторы, как простота, прочная конструкция и постоянная скорость при различных размерах нагрузки, способствовали их популярности. Как и другие асинхронные двигатели, двигатель с короткозамкнутым ротором состоит из:

Ротор: Это элемент цилиндрической формы, установленный на валу.Он содержит продольно организованные токопроводящие шины. Стержни сделаны из меди или алюминия и вставлены в канавки, которые соединяются на концах, образуя структуру, подобную клетке. Ротор имеет многослойный сердечник, который помогает избежать потерь мощности из-за гистерезиса и вихревых токов. Провода ротора перекошены, что предотвращает зазубрины при запуске оборудования. Кроме того, этот перекос обеспечивает улучшенный коэффициент трансформации между ротором и статором.
Статор: Он состоит из трехфазной обмотки вдоль сердечника.Статор помещен в металлический корпус. Обмотки статора организованы так, что они разнесены в пространстве на 120 градусов, и установлены на многослойном железном сердечнике. Этот железный сердечник обеспечивает путь сопротивления для потока, создаваемого токами переменного тока.

Что такое защита от перегрузки?

Когда двигатель потребляет избыточный ток, это называется перегрузкой. Это может вызвать перегрев двигателя и повредить обмотки двигателя. В связи с этим важно защитить двигатель, параллельную цепь двигателя и компоненты параллельной цепи двигателя от условий перегрузки.Реле перегрузки защищают двигатель, параллельную цепь двигателя и компоненты параллельной цепи двигателя от чрезмерного нагрева в условиях перегрузки. Реле перегрузки являются частью пускателя двигателя (сборка контактора плюс реле перегрузки). Они защищают двигатель, контролируя ток, протекающий в цепи. Если ток превышает определенный предел в течение определенного периода времени
, реле перегрузки срабатывает, приводя в действие вспомогательный контакт, который прерывает цепь управления двигателем, отключая контактор.Это приводит к отключению питания двигателя. Без питания двигатель и его компоненты цепи не перегреваются и не выходят из строя. Реле перегрузки можно сбросить вручную, а некоторые реле перегрузки автоматически сбрасываются через определенный период времени. После этого мотор можно перезапустить.

Как работает реле перегрузки

Реле перегрузки подключено последовательно с двигателем, поэтому ток, который течет к двигателю во время работы двигателя, также проходит через реле перегрузки.Он сработает на определенном уровне, когда через него протекает избыточный ток. Это приводит к размыканию цепи между двигателем и источником питания. Реле перегрузки можно сбросить вручную или автоматически по истечении заданного времени. Двигатель может быть перезапущен после выявления и устранения причины перегрузки.

Типы реле перегрузки

Биметаллическое реле перегрузки

Многие реле перегрузки содержат биметаллические элементы или биметаллические полосы, также называемые нагревательными элементами.Биметаллические полоски изготовлены из двух типов металлов: один с низким коэффициентом расширения, а другой с высоким коэффициентом расширения. Эти биметаллические полосы нагреваются за счет намотки на биметаллическую полосу, по которой проходит ток. Обе металлические полоски расширятся из-за тепла. Однако металл с высоким коэффициентом расширения будет расширяться больше по сравнению с металлом с низким коэффициентом расширения. Такое разное расширение биметаллических полос вызывает изгиб биметалла в сторону металла с низким коэффициентом расширения.Когда полоса изгибается, она приводит в действие механизм вспомогательного контакта и вызывает размыкание нормально замкнутого контакта реле перегрузки. В результате цепь катушки контактора прерывается. Количество выделяемого тепла можно рассчитать по закону нагрева Джоуля. Он выражается как H ∝ I2Rt.

I — это ток перегрузки, протекающий через обмотку вокруг биметаллической ленты реле перегрузки.
R — электрическое сопротивление обмотки биметаллической ленты.
t — это период времени, в течение которого ток I протекает через обмотку вокруг биметаллической ленты.

Вышеупомянутое уравнение определяет, что тепло, выделяемое обмоткой, будет прямо пропорционально периоду времени прохождения максимального тока через обмотку. Другими словами, чем ниже ток, тем больше времени потребуется реле перегрузки для срабатывания, и чем выше ток, тем быстрее сработает реле перегрузки, фактически оно сработает намного быстрее, потому что срабатывание реле является функцией текущий квадрат.

Биметаллические реле перегрузки часто используются, когда требуется автоматический сброс цепи, и происходит потому, что биметалл остыл и вернулся в исходное состояние (форму). Как только это произойдет, двигатель можно будет перезапустить. Если причина перегрузки не устранена, реле снова отключится и сбрасывается через заданные интервалы. При выборе реле перегрузки важно соблюдать осторожность, поскольку повторное отключение и сброс могут сократить механический срок службы реле и вызвать повреждение двигателя.

Во многих случаях электродвигатель устанавливается в месте с постоянной температурой окружающей среды, а реле перегрузки и пускатель электродвигателя могут быть установлены в другом месте, которое подвержено различным температурам окружающей среды. В таких приложениях точка срабатывания реле перегрузки может варьироваться в зависимости от нескольких факторов. Ток, протекающий через двигатель, и температура окружающего воздуха являются двумя факторами, которые могут вызвать преждевременное отключение. В таких случаях используются биметаллические реле перегрузки с компенсацией внешней среды.Реле этого типа имеют два типа биметаллических полос — компенсированную биметаллическую полосу и первичную нескомпенсированную биметаллическую полосу. При температуре окружающей среды обе эти полоски изгибаются одинаково, предотвращая ложное срабатывание реле перегрузки. Однако первичная биметаллическая полоса — единственная полоса, на которую влияет ток, протекающий через нагревательный элемент и двигатель. В случае перегрузки расцепитель будет задействован основной биметаллической полосой.

Реле перегрузки эвтектики

Реле перегрузки этого типа состоит из обмотки нагревателя, механического механизма для активации механизма отключения и эвтектического сплава.Эвтектический сплав — это комбинация двух или более материалов, которая затвердевает или плавится при определенной известной температуре.

В реле перегрузки эвтектический сплав находится в трубке, которая часто используется вместе с подпружиненным храповым колесом для активации отключающего механизма во время операций перегрузки. Ток двигателя проходит через небольшую обмотку нагревателя. Во время перегрузки трубка из эвтектического сплава нагревается обмоткой нагревателя. Сплав плавится под действием тепла, освобождая храповое колесо и позволяя ему вращаться.Это действие инициирует размыкание замкнутых вспомогательных контактов в реле перегрузки.

Реле перегрузки Eutectic можно сбросить вручную только после срабатывания. Этот сброс обычно выполняется с помощью кнопки сброса, которая расположена на крышке реле. Установленный на реле нагреватель выбирается исходя из тока полной нагрузки двигателя.

Твердотельное реле перегрузки

Эти реле обычно называют электронными реле перегрузки.В отличие от биметаллических и эвтектических реле перегрузки, эти электронные реле перегрузки измеряют ток электронным способом. Несмотря на то, что они доступны в различных исполнениях, они имеют общие особенности и преимущества. Безнагревная конструкция — одно из главных преимуществ этих реле. Такая конструкция помогает снизить затраты и усилия по установке. Кроме того, конструкция без обогревателя нечувствительна к изменению температуры окружающей среды, что помогает свести к минимуму ложные срабатывания. Эти реле также обеспечивают защиту от потери фазы — более эффективно, чем реле перегрузки из биметаллических или эвтектических сплавов.Эти реле могут легко обнаружить обрыв фазы и задействовать вспомогательный контакт для размыкания цепи управления двигателем. Твердотельные реле перегрузки позволяют легко регулировать время срабатывания и уставки.

Срабатывание реле перегрузки

Время срабатывания реле перегрузки будет уменьшаться при увеличении тока. Эта функция нанесена на график обратной зависимости времени ниже и называется классом отключения. Класс отключения также указывает время, необходимое реле для размыкания в условиях перегрузки.

Классы отключения 5, 10, 20 и 30 являются общими. Эти классы предполагают, что реле перегрузки сработает через 5, 10, 20 и 30 секунд. Это отключение обычно происходит, когда двигатель работает на 720% от своей полной нагрузки. Класс отключения 5 подходит для двигателей, требующих быстрого отключения, тогда как класс 10 обычно предпочтителен для двигателей с низкой тепловой мощностью, таких как погружные насосы. Классы 10 и 20 используются для приложений общего назначения, тогда как класс 30 используется для нагрузок с высокой инерцией. Реле класса 30 помогают избежать ложных срабатываний.

Мы надеемся, что эта короткая статья дала вам хорошее базовое представление о реле перегрузки. Поищите другие информационные документы от c3controls на c3controls.com/blog.

Отказ от ответственности:
Содержимое, представленное в этом техническом документе, предназначено исключительно для общих информационных целей и предоставляется при том понимании, что авторы и издатели здесь не участвуют в предоставлении технических или других профессиональных консультаций или услуг. Инженерная практика определяется обстоятельствами конкретного объекта, уникальными для каждого проекта.Следовательно, любое использование этой информации должно осуществляться только после консультации с квалифицированным и лицензированным специалистом, который может учесть все соответствующие факторы и желаемые результаты. Информация в этом техническом документе была размещена с разумной тщательностью и вниманием. Однако возможно, что некоторая информация в этих официальных документах является неполной, неверной или неприменимой к конкретным обстоятельствам или условиям. Мы не несем ответственности за прямые или косвенные убытки, возникшие в результате использования информации, содержащейся в этом техническом документе, или действий на ее основе.

IRJET-Запрошенная вами страница не найдена на нашем сайте

IRJET приглашает статьи из различных инженерных и технологических и научных дисциплин для Тома 8, выпуск 2 (февраль-2021)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 2 , Февраль 2021 г. Публикация в процессе …

Обзор статей

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для свою систему управления качеством.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 2 (февраль-2021 г. )

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 2, февраль 2021 г. Публикация продолжается …

Просмотр Документы

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 2, февраль 2021 г. Публикация продолжается …

Просмотр Документы

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 2, февраль 2021 г. Публикация продолжается …

Просмотр Документы

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 2, февраль 2021 г. Публикация продолжается …

Просмотр Документы

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 2, февраль 2021 г. Публикация продолжается …

Просмотр Документы

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 2, февраль 2021 г. Публикация продолжается …

Просмотр Документы

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 2 (февраль-2021 г.

Защита электродвигателя. Виды, схемы, принцип действия защиты электродвигателя.

Для чего нужна защита двигателя?

Что такое автоматический токовый выключатель и как он работает?

Функции реле перегрузки

Современные наружные реле защиты двигателя

Настройка наружного реле перегрузки

Внутренняя защита, встраиваемая в обмотки или клеммную коробку

Принцип действия теплового автоматического выключателя

Принцип действия терморезистора

Обозначение TP для электродвигателя с PTC

Защита электродвигателя

Защита электродвигателя

Температурная защита

Пороги термозащиты

Характеристики датчиков температурной защиты

Температура срабатывания датчиков температурной защиты:

Исполнительные устройства

Защита асинхронного двигателя — способы и схемы

Короткие замыкания и защита от перегрузок

Тепловая защита

Понижение напряжения и пропадание фазы

Термозащита электродвигателей от перегрева

Обозначение TP

Устройства тепловой защиты, встраиваемые в клеммную коробку

Тепловой автоматический выключатель, встраиваемый в обмотки

Внутренняя установка

Терморезисторы, встраиваемые в обмотки

Принцип действия терморезистора

Обозначение TP для электродвигателя с PTC

Соединение

Электродвигатели с защитой TP 211

Термисторная защита электродвигателей и реле термисторной защиты двигателя

Термисторная (позисторная) защита электродвигателей

Термочувствительные защитные устройства: термисторы, позисторы

Достоинства и недостатки термисторной (позисторной) защиты

Виды термисторных реле различных производителей:

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЗАЩИТ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ДО 1000 В

ЗАЩИТА ОТ НЕПОЛНОФАЗНОГО РЕЖИМА

ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА ДВИГАТЕЛЕЙ ВЫШЕ 1000 ВОЛЬТ

Защита двигателя от тепловой перегрузки | Electrical4U

Основы встроенной защиты двигателя для начинающих

Зачем нужна защита двигателя?

Внутренняя защита / Встроенная в двигатель

Обозначение TP

Термозащитные устройства — встроены в клеммную коробку

Термовыключатель — встроен в обмотки

Внутренний фитинг

Как работает термовыключатель?

Подключение

Обозначение TP на схеме

Термисторы — также встроены в обмотки

Тепловая защита двигателя | КЭБ

онлайн-курсов PDH. PDH для профессиональных инженеров. PDH Engineering.

Математическое моделирование комбинированной тепловой защиты глубинного асинхронного двигателя

Реле перегрузки | Что такое защита от перегрузки?

IRJET-Запрошенная вами страница не найдена на нашем сайте

Добавить комментарий Отменить ответ