Защита обмотки двигателя от перегрева. Защита электродвигателя: основные виды, схемы подключения и принцип работы. Инструкция как установить своими руками. Защита от пониженного напряжения

Среди выпускаемой продукции компании Sensata особое место занимают термостаты, служащие для отключения различных устройств (электродвигателей, обмоток реле и т.д.) от цепей питания при перегрузке по току или при перегреве. Согласно установившейся традиции Sensata называет такие устройства «мотор-протекторами» (motor-protectors), поскольку основное их назначение состоит именно в защите электромоторов. Однако заложенный в них принцип отключения цепи можно использовать также для защиты и других устройств (в этом случае используется термин «термопротектор»). В некоторых случаях мотор-протекторы Sensata можно применять вместо плавких предохранителей. При этом количество их циклов срабатывания исчисляется тысячами, тогда как плавкий предохранитель представляет собой одноразовое устройство.

Отметим, что в русскоязычной литературе мотор-протекторы принято называть просто «термореле», хотя они представляют собой более широкий класс устройств. Поскольку в статье кроме как о мотор-протекторах ни о каких других термореле речи не идет, то в отношении перечисленных ниже семейств мы в равной степени будем использовать оба термина.

Принцип действия

Как и в термостатах серии 1NT, в мотор-протекторах Sensata используется хорошо известное свойство биметаллической пластины — щелчком изгибаться при достижении некоторого критического порога температуры (что происходит благодаря различным температурным коэффициентам расширения металлов, слагающих биметаллический диск), размыкая электрический контакт, по которому протекает ток.

При снижении температуры до безопасного уровня обратное замыкание контактов происходит автоматически у всех семейств мотор-протекторов, описываемых в этой статье, за исключением одного: 3MP Self-Hold, где обратное замыкание происходит принудительно.

Поскольку протекающий ток нагревает термореле, то при заданной температуре окружающей среды можно измерить силу тока, при которой происходит нагревание до температуры размыкания, и использовать мотор-протектор как предохранитель, отключающий цепь при заданном токе (замена плавкого предохранителя).

Типы мотор-протекторов Sensata

Все мотор-протекторы компании Sensata подразделяются на несколько больших семейств:

2MM- низкопрофильные мотор-протекторы, рассчитанные на малые переменные токи. Нормируемое количество циклов срабатывания: 3000 при 250В и 4 (1,5)А. Здесь и далее в аналогичных случаях в круглых скобках указывается значение индуктивного тока. А перед скобками- значение резистивного тока.
7AM- полнопрофильные мотор-протекторы, рассчитанные на переменные и постоянные токи. Нормируемое количество циклов срабатывания составляет 10000 при 20А постоянного тока и 16В. Те же 10000 циклов гарантируются производителем при следующих трех режимах переменного тока: 22А при 120В; 8А при 277В и 4А при 600В.
15AM- полнопрофильные мотор-протекторы с расширенным набором опций (например, больший набор возможных значений внутренних сопротивлений), рассчитанные только на переменные токи. Нормируемое количество циклов срабатывания составляет 10000 при 13 (5)А и 250В переменного тока.
3MP- полнопрофильные мотор-протекторы, рассчитанные на работу с переменным током, с нагревательным элементом, увеличивающим чувствительность термореле. Нормируемые количества циклов срабатывания: 500 циклов при 27,5А@cos1 и 250В; 1000 циклов при 18А@cos0,6 и 250В; 15000 циклов при 18А@cos0,6 и 120В.
3MP Self-Hold- то же, что и 3MP, но со специальной функцией удержания отключения и рассчитанные на работу с переменным током. Нормируемое значение количества циклов срабатывания: 300 циклов при 18А@cos0,6 и 250В.
6AP- полнопрофильные мотор-протекторы с нагревательным элементом, рассчитанные только на работу с постоянным током. Нормируемое количество циклов срабатывания: 30000 при 30А и 15В или те же 30000 циклов при 15А и 30В.

Отметим, что термин «полнопрофильные» мотор-протекторы специалистами компании Sensata не употребляется. Мы ввели его здесь для того, чтобы при рассмотрении описываемых семейств с точки зрения конструктива противопоставить по внешнему виду и массе семейство 2MM-протекторов всем остальным.

Отличительные черты каждого
из семейств мотор-протекторов Sensata

2MM — самый маленький по размеру из описываемых в этой статье типов термореле . Низкопрофильность является его главным достоинством и недостатком одновременно. Небольшая поверхность устройства ограничивает максимальную величину рассеиваемого тепла, что делает прибор менее мощным по сравнению с его полнопрофильными «собратьями». Нормируемая величина токов отключения не превышает 7…8 А, а гарантируемое количество в 3000 циклов задается при и того более низком токе в 4 (1,5) А. Число опций при заказе термореле 2ММ также минимально. Одна из опций касается длины и типа проводного соединения. Это отражено соответствующим образом в структуре партнамбера (см. рис. 1).

Рис. 1.

Вторая — 2ММ-термореле доступны в двух модификациях: с эпоксидным покрытием и с дополнительным изолирующим чехлом. Внешний вид изделия показан на рис. 2. Длина корпуса датчика составляет не более 28 мм, а ширина 5,3 мм.

Рис. 2.

Графики на рис. 3 и 4 предназначены для выбора образцов в качестве первого приближения (для последующих верификационных тестов). Причем на рисунке 4 представлены кривые для 3-х различных биметаллических пластин с тремя различными температурами размыкания.

Рис. 3.

Рис. 4.

Другие технические характеристики 2ММ:

Диапазон температур размыкания (конкретная температура указывается заказчиком) 70…160°С с шагом в 5°С;
Допуск для температуры размыкания ±10°К;
Максимальная температура внешней среды 175°С;
Дифференциал не менее 20°К.

Небольшие размеры данного семейства определяют его применение. 2ММ предназначены для защиты от перегрузки по току (в том числе в режиме принудительного останова ротора, иначе называемого режимом заторможенного ротора) двигателей небольшой мощности, главным образом однофазных. Эти мотор-протекторы также используются в маломощных трансформаторах, катушках индуктивности, электромагнитных клапанах (соленоидных клапанах), применяющихся как в промышленности, так и в бытовой технике. В однофазных электродвигателях данный тип термореле можно включать прямо в основную цепь, монтируя его как на обмотку, так и внутрь обмотки (последнее применение возможно именно благодаря небольшим размерам данного типа мотор-протекторов).

По сравнению с 2MM полнопрофильные мотор-протекторы (чертежи с габаритными размерами на все мотор-протекторы читатель может найти на сайте производителя, ссылки на соответствующие страницы даны в конце статьи) рассчитаны на большие значения токов срабатывания и протекающих штатных токов. Эти термореле также включают в цепи переменного тока. Единственное исключение — семейство 7AM, которое можно также включать и в цепи постоянного тока. Для 7АМ гарантированное количество циклов срабатывания, равное 10000, нормируется, во-первых, для одного режима использования на постоянном токе и, во-вторых, для трех различных режимов использования на переменном токе.

7AM являются лидерами рынка в своем классе устройств (см. рис. 5). Длина корпуса этого датчика составляет 20 мм, а ширина 10 мм. Основу прибора составляет откалиброванный биметаллический диск, изготовленный по специальной запатентованной технологии Klixon® и реагирующий как на изменение окружающей температуры, так и на изменение тока, протекающего через устройство.

Рис. 5.

Рисунок 6 предназначен для выбора образцов в качестве первого приближения (для последующих верификационных тестов).

Рис. 6.

Биметаллический диск крепится посредством приваренной шпонки. Напротив него находится неподвижный контакт. Нижняя часть корпуса отделена от верхней при помощи изолирующей прокладки, которая одновременно герметизирует собой зазор между двумя половинками корпуса. От термостата идет провод, длина которого определяется заказчиком, что отражено в структуре партнамбера (см. рис. 7). Провод оканчивается разъемом под клемму либо другими предусмотренными для данного мотор-протектора стандартными типами контактов. Компания Sensata рекомендует применять 7АМ в электродвигателях с экранированным полюсом, конденсаторных двигателях, балластах люминесцентных и разрядных ламп высокой интенсивности, трансформаторах, встраиваемых светильниках, портативных батарейных источниках питания, пылесосах, вспомогательных электродвигателях, соленоидах и материнских платах персональных компьютеров. Детальная расшифровка партнамбера представлена на рис. 7.

Рис. 7.

На рис. 6 и рис. 8 представлены два основных семейства кривых, которые определяют режим работы термореле 7АМ. Допустим, температура окружающей среды составляет 25°С, мы хотим, чтобы размыкание цепи происходило при 100°С (разница между температурой размыкания и температурой окружающей среды в 75°С), а ток размыкания составлял 15 А, тогда, судя по рис. 6, мы должны выбрать вариант с биметаллическим диском с низким внутренним сопротивлением. Если мы ориентируемся на ток размыкания в 8 А (при оговоренных только что условиях), то мы должны выбрать уже вариант термореле с высоким внутренним сопротивлением биметаллического диска.

Рис. 8.

График на рис. 8 предназначен для выбора образцов в качестве первого приближения (для последующих верификационных тестов). Здесь представлены кривые для четырех различных вариантов биметаллических дисков, различающихся между собой значениями электрического сопротивления. В структуре партнамбера (рис. 7) сопротивления биметаллических дисков косвенным образом отражены в трехзначных цифровых кодах, следующих непосредственно за корневым обозначением серии: 7AM. Два из них (316 и 020) соответствуют биметаллическому диску с низким сопротивлением (для их размыкания и нагрева требуется больший ток), а два других (219 и 201) — биметаллическому диску с высоким сопротивлением (он нагревается сильнее и при меньших токах).

15AM — один из наиболее массовых мотор-протекторов, выпускаемых компанией Sensata (лидер продаж на европейском рынке защиты электродвигателей переменного тока). Термореле 15AM используются для защиты электродвигателей как промышленного, так и бытового применения. Поскольку корпус этих мотор-протекторов сделан из металла, может возникнуть необходимость изолировать его от других металлических частей устройства, в котором это термореле применяется. Для этого 15АМ может поставляться заказчику уже в изолирующем чехле (литера «А» в партнамбере). 15АМ, в отличие от 7АМ, рассчитаны только на переменный ток и выпускаются с шестью различными вариантами внутреннего сопротивления (а не с двумя, как в случае 2ММ). А значит, можно точнее подобрать режим работы устройства. С другой стороны, 7АМ выдерживают пропитку катушки, а 15АМ — нет. Кроме того, у мотор-протекторов 7АМ провода могут подводиться не только с одной, но и с разных сторон корпуса, а в 15АМ такой модификации нет. Внешне 15АМ похож на 7АМ. Кроме того, 15АМ имеют похожие графики зависимостей, представленных для 7АМ на рис. 6 и рис. 8. Их легко можно найти на сайте производителя. по приведенной в конце этой статьи ссылке на техническое описание семейства 15АМ. Там же приведена структура партнамбера 15АМ.

15AM используются для защиты моторов и насосов моющих (в том числе и посудомоечных) машин, сушильных аппаратов, пылесосов, вентиляторов, зарядных устройств для аккумуляторов и микроволновых печей.

Другие технические характеристики 15АМ:

Диапазон температур размыкания (конкретная температура указывается заказчиком) 65…170°С с шагом в 5°С;
Максимальная температура внешней среды 180°С;
Максимальная температура выводов 185°К.

Серия 3MP отличается тем, что внутри корпуса рядом с биметаллическим диском находится еще и S-образный нагревательный элемент, который обеспечивает лучшую чувствительность (откликаемость) данного устройства при перегреве. Для этого достаточно сравнить кривые зависимости времени размыкания первого цикла при превышении порогового тока для 3MP и 7AM: при меньших значениях тока для 3MP-термореле время срабатывания меньше. Благодаря указанному нагревательному элементу биметаллический диск разогревается быстрее. Однако, это приводит к заметному уменьшению гарантированного количества циклов срабатывания.

Компания Sensata специально сертифицировала 3МР (рис. 9) как устройство, обеспечивающее размыкание электрической цепи при превышении заданного тока и пороговой температуры, что позволяет использовать данную серию в качестве недорогого и эффективного средства защиты тороидальных трансформаторов от перегрузок. Другие применения (они также определяются повышенной чувствительностью данного типа мотор-протекторов): защита при перегреве электродвигателей моющих машин, сушилок, посудомоечных машин и пылесосов.

Рис. 9.

Предполагается, что во всех защищаемых устройствах должно использоваться напряжение 120…250 В переменного тока.

Рис. 10.

На рис. 11. представлены кривые для двух различных значений сопротивлений биметаллического диска.

Рис. 11.

Опционально мотор-протекторы данного семейства могут поставляться в специальном изолирующем чехле, сделанном из мэйлара.

Общая структура партнамбера для 3MP отсутствует, и на сегодняшний день эти устройства вначале поставляются заказчику в качестве опытных образцов, изготовленных на основании его требований. Партнамбер формируется производителем в зависимости от каждого конкретного случая.

Другие технические характеристики 3МР:

Допуск для температуры размыкания ±5°К;
Максимальная температура внешней среды (Тразм + 20)°С;

3MP Self-Hold (мотор-протектор с удержанием отключения) — по сути, тот же мотор-протектор, что и ЗMP, но возвращающийся к исходному состоянию только через некоторое время после ручного отключения цепи питания. Подчеркнем, что речь идет именно о принудительном отключении внешней цепи. Это возможно благодаря тому, что помимо S-образного нагревателя, увеличивающего чувствительность, здесь используется еще один тип нагревательного элемента — PTC-элемент (от англ. Positive Temperature Coefficient ). Он монтируется непосредственно на корпус 3MP и крепится к нему металлической скобой (рис. 12). РТС-элемент блокирует характерное для обычных нормально-замкнутых (open-on-rise) биметаллических термостатов самопроизвольное замыкание контактов при понижении температуры обратно до точки нижнего порога срабатывания. Когда основная цепь размыкается, ток начинает течь параллельно через нагревательный PTC-элемент, обладающий большим сопротивлением.

Рис. 12.

Чтобы биметаллическая пластина остыла и разомкнула цепь, а потом снова замкнула ее, необходимо, чтобы сначала остыл этот нагревательный элемент. В данном случаи переводить термин «Self-Hold» как «самовозврат к исходному состоянию» неправильно. Как раз наоборот, возврат данного термореле к исходному состоянию происходит принудительно, т.е. путем отключения внешней цепи питания. Способность отключаться автоматически (если что-то не так) и включаться назад только принудительно как раз и определяют спектр применения мотор-протекторов семейства 3MP Self-Hold как в индустриальном, так и в бытовом оборудовании: моечные машины, пылесосы, цепные пилы, газонокосилки, насосы. При этом защищаемые электродвигатели должны быть рассчитаны на переменный ток с напряжением питания 120…250 В. Однако усложнение принципа работы данного устройства (появление еще одного нагревательного элемента) приводит к дальнейшему уменьшению гарантированного числа циклов срабатывания до 300. Несмотря на то что внешний вид 3MP Self-Hold сильно отличается от 3МР, мотор-протекторы 3MP Self-Hold имеют аналогичные кривые основных рабочих зависимостей (рис. 10 и 11). Партнамбер же в каждом конкретном случаи вырабатывается производителем для заказчика на основе детального описания режимов работы.

Другие технические характеристики 3МР Self-Hold:

Диапазон температур размыкания (конкретная температура указывается заказчиком) 80…170°С с шагом в 5°К;
Допуск для температуры размыкания ±8°К;
Температура окружающей среды, при которой гарантируется стабильность удержания отключения (при обратном падении температуры окружающей среды ниже температуры размыкания) 0°С;
Максимально допустимая температура (в течение 5 минут) 200°С;
Максимальная температура внешней среды Тразм + 20°С.

6AP рассчитаны строго на использование на постоянном токе. По своему внутреннему устройству 6AP являются почти точной копией мотор-протекторов 3MP, которые рассчитаны на работу на переменном токе. У них также рядом с биметаллическим диском находится S-образный нагревательный элемент, который повышает чувствительность данного элемента, уменьшая величину тока размыкания и время отклика.

Кривые зависимостей максимального тока размыкания от температуры окружающей среды и зависимости времени первого размыкания от силы тока очень близки к аналогичным кривым для 3МР (рис. 10, 11), поэтому мы их здесь не приводим, отсылая читателя к соответствующему техническому описанию.

Другие технические характеристики 6АР:

Диапазон температур размыкания (конкретная температура указывается заказчиком) 100…170°С с шагом в 5°К;
Допуск для температуры размыкания ±5°К;
Максимально допустимая температура (в течение 5 минут) 200°С;
Максимальная температура внешней среды 20°С;
Временная задержка 4…10 сек при температуре окружающей среды 25°С.

Возможность пропитки

Для некоторых применений требуется возможность пропитки индуктивной катушки, которую надо защитить от перегрева и перегрузки по току при помощи термореле. Из описываемых в этой статье термореле для этих целей подходит только серия 7AM, т.к. изолирующая прокладка, соединяющая две половинки корпуса мотор-протекторов данного типа, специально рассчитана на пропитку.

Выбор мотор-протектора Sensata
для конкретного применения

В простых случаях заказчик сможет сам подобрать нужный мотор-протектор для своего применения, а также правильно заказать нужный партнамбер изделия. Материала, представленного в данной статье и технических описаний с сайта компании Sensata вполне достаточно. Например, самостоятельный выбор легко сделать, когда речь идет о применении мотор-протекторов серии 2ММ для стандартных приложений.

В более сложных случаях для заказа необходима консультация инженеров Sensata. В какой форме ее можно получить, и что для этого необходимо сделать — зависит от конкретных технических требований. Иногда заказчику необходимо просто заполнить стандартную анкету (как в случае с серией 3МР), и технические специалисты Sensata сами посоветуют, какой мотор-протектор больше подходит для данных условий применения. В любом случаи технические специалисты компании Sensata помогут заказчику сделать правильный предварительный выбор образцов для последующего тестирования (проведения верификационных тестов и выбора наиболее подходящего из нескольких близких по характеристикам образцов).

Практически нет в эксплуатации техники, где не использовался бы электрический . Этот вид электромеханических приводов самой разной конфигурации применяется повсеместно. С конструктивной точки зрения, электромотор – оборудование несложное, вполне понятное и простое. Однако работа электродвигателя сопровождается значительными нагрузками разного характера. Именно поэтому на практике применяются реле защиты двигателя, функциональность которых также носит разносторонний характер. Степень эффективности, на которую рассчитана защита электрического двигателя, как правило, определяется схемными решениями внедрения реле и датчиков контроля.

Применительно к малозначимым сервисным моторам, для автоматического отключения используется мгновенное реле с обратно-зависимым временем реагирования на фазные перегрузки по току.

Схема защиты двигателя от перегрузки по току и замыканий на землю: 1, 2, 3 — трансформаторы тока; 4, 5, 6 — устройства отсечки по току; Ф1, Ф2, Ф3 — линейные фазы; 7 — земля

Реле чередования фаз обычно настраиваются на 3,5-4 кратное превышение рабочего тока двигателя, с учётом достаточной задержки по времени, чтобы исключить срабатывание в моменты запуска мотора.

Для сервисных двигателей высокой значимости реле тока с обратно-зависимым временем срабатывания, как правило, не используются. Причиной тому является задействованный автоматический выключатель непосредственно в цепи двигателя.

Перегрев статорных обмоток

Критичное состояние, в основном обусловленное непрерывной перегрузкой, торможением ротора или дисбалансом тока статора. Для полной защиты, в данном случае, трёхфазный двигатель необходимо оснастить элементами контроля перегрузки на каждой фазе.

Здесь для защиты малозначимых сервисных двигателей обычно используется защита от перегрузки либо прямое срабатывание на отключение от источника питания в случае перегрузки.

Если номинальная мощность двигателя превышает 1000 кВт, вместо одиночного реле с резистивным датчиком температуры, как правило, используется реле обратно-зависимого времени срабатывания по току.

Термисторы предельной температуры для статора двигателя: 1 — залуженная часть проводника 7-10 мм; 2 — размер длины 510 — 530 мм; 3 — длина термистора 12 мм; 4 — диаметр термистора 3 мм; Дуговые соединения длиной 200 мм

Для значимых моторов автоматическое отключение применяют по желанию. В качестве главного защитника от перегрева статорных обмоток используется тепловое реле.

Фактор перегрева ротора (фазного)

Защита от перегрева ротора часто встречается в двигателях с раневым (фазным) ротором. Увеличение тока ротора отражается на токе статора, что требует включения защиты от превышения тока статора.

Настройка реле защиты статора по току в целом составляет величину, равную току полной нагрузки, увеличенному в 1,6 раза. Этого значения вполне достаточно, чтобы определить перегрев фазного ротора и включить блокировку.

Защита от пониженного напряжения

Электродвигатель потребляет чрезмерный ток при работе под напряжением ниже установленной нормы. Поэтому защита от недостатка напряжения или перенапряжения должна обеспечиваться датчиками перегрузки или чувствительными температурными элементами.

Чтобы избежать перегрева, двигатель необходимо обесточить на 40-50 минут даже в случае небольших перегрузок, превышающих 10 — 15% норматива.

Классический вариант термального контроля статорной обмотки: Т — датчики температуры, встроенные непосредственно среди обмоточных проводников

Защитное реле следует использовать для контроля нагрева ротора двигателя из-за токов обратной последовательности, возникающих в статоре по причине дисбаланса напряжения питания.

Дисбаланс и пофазный сбой

Несбалансированное трехфазное питание также вызывает протекание тока обратной последовательности в обмотках статора двигателя. Подобное состояние вызывает перегрев обмотки статора и ротора (фазного).

Несбалансированное состояние, кратковременно передаваемое двигателю, необходимо контролировать и поддерживать на таком уровне, чтобы избежать появления непрерывного состояния дисбаланса.

Предпочтительно реле контроля межфазного замыкания питать от положительной фазы, а для защиты от замыканий на землю использовать дифференциальное реле мгновенной отсечки, подключенное в цепь контура трансформатора тока.

Непредусмотренный реверс фазы

В некоторых случаях реверс фазы видится опасным явлением для мотора. Например, такое состояние может негативно отражаться на работе лифтового оборудования, кранов, подъемников, некоторых видов общественного транспорта.

Здесь обязательно следует предусматривать защиту от реверса фаз – специализированное реле. Работа реле реверса фазы основана на электромагнитном принципе. Прибор содержит дисковый двигатель, приводимый в движение магнитной системой.

Плата и схема устройства реверса фазы: 1 — автоматический выключатель или плавкая вставка; 2 — защита от перегрузки; 3 — фаза текущая; 4 — реверс фазы; 5 — электродвигатель

Если отмечается правильная последовательность фаз, диск формирует крутящий момент в положительном направлении. Следовательно, вспомогательный контакт удерживается в закрытом положении.

Когда фиксируется реверс фазы, крутящий момент диска изменяется на противоположное направление. Следовательно, вспомогательный контакт переключается в открытое положение.

Эта система коммутации используется для защиты, в частности – для управления автоматическим выключателем.

Традиционная защита асинхронных двигателей

Защиты трехфазных асинхронных двигателей небольшой мощности показана на рисунке ниже. Магнитный контактный пускатель содержит группу кнопок пуска и останова, связанных соответствующими вспомогательными контактами, защитными устройствами перегрузки или недогрузки.

Стартовая кнопка (КН1) представляет собой обычный прямой контактный переключатель, который обычно удерживается в нормально открытом состоянии усилием пружины. В свою очередь кнопка останова (КН2) удерживается в состоянии нормально закрытом также посредством пружины.

Стоит нажать кнопку пуска (замкнуть линию), рабочая катушка контактора получает питание через контакты (ВК) реле перегрузки (Р1-Р3). Образованное магнитное поле катушки притягивает металлический сердечник контактора.

В результате замыкаются три главных контакта (К1-К3) магнитного пускателя, через которые электродвигатель (М) соединяется с трёхфазным источником питания.

Схема пуска, останова и аварийной блокировки: П1, П2, П3 — плавкие предохранители; Р1, Р2, Р3 — токовые реле; ВК — контакты блокировки; КП — катушка пускателя; К1, К2, К3 — контакторы пускателя; КН1 — кнопка пуска; КН2 — кнопка останова; М- мотор

Пока кнопка «пуск» (КН1) замкнута, цепь питания проходит через контакты кнопки «стоп» (КН2) и катушку магнитного пускателя (КП). Между тем, цепь питания катушки индуктивности теперь уже поддерживается иной схемой.

Поддержка осуществляется вспомогательными контактами (ВК) реле с токовым управлением (Р1-Р3), поэтому возврат кнопки «пуск» в исходное положение ситуацию не изменит. Контактор останется замкнутым, а двигатель в работе.

Как работает функционал защиты

Обычно двигатели мощностью до 20 кВт рассматриваются как маломощные аппараты. Максимум защиты таких моторов обеспечивается:

предохранителями с высокой отключающей способностью,
биметаллическими реле и
реле напряжения.

Все эти элементы защиты собраны, как правило, в структуре магнитного пускателя.

Чаще всего выгорание линейных предохранителей защиты двигателя отмечается на одной фазе. Этот обрыв может оставаться не обнаруженным, даже если двигатель защищён обычным биметаллическим реле.

Структура предохранителя: 1 — торцевая крышка; 2 — кремнезём; 3 — фарфоровый корпус; 4 — выступ крепежа; 5 — предохраняющий элемент; 6 — оловянный сплав; 7 — конструкция управления дугой

Обнаружение обрыва фазы зачастую не дают и реле напряжения, подключенные на каждой линии. Несмотря на обрыв одной фазы, схемой обмоток электродвигателя поддерживается значительная обратная ЭДС на клемме фазы, находящейся в обрыве.

Поэтому уровень напряжения на реле остаётся достаточно высоким, что не приводит к срабатыванию. Однако сложности обнаружения подобных дефектов вполне преодолимы.

Достаточно использовать дополнительный набор из трех реле, управляемых по току. Подключение наглядно демонстрирует схема защиты двигателя, показанная выше.

Защитные функции токовых реле

Управляемые током реле — устройства простые, но обладающие эффектом мгновенной отсечки. Конструктивно прибор состоит из следующих деталей:

катушка тока;
один или несколько нормально разомкнутых контактов.

Механизм движения контактов управляются ЭДС катушки тока. Традиционно токовые реле подключаются на каждой фазе последовательно с плавкими защитными предохранителями.

Когда срабатывает магнитный пускатель, электродвигатель запускается, ток питания течёт через катушку. Магнитодвижущая сила катушки (ЭДС) воздействует на механику и замыкает контакты реле. Цепь питания мотора замыкается.

Блокиратор токовой перегрузки: 1 — электрические коннекторы; 2 — индикатор отключения; 3 — тест; 4 — клеммы для проводников двигателя; 5 — сигнальный контакт; 6 — кнопка сброса; 7 — селектор «авто» или «ручной»; 8 — кнопка останова; 9 — шкала установки тока; 10 — механическая защёлка

Если, вдруг, случится обрыв фазы, ток катушки индуктивности снижается, контакты соответствующего реле переключаются в нормально-открытое положение.

Учитывая, что контакты всех трех защитных реле соединяются последовательно, цепь питания мотора разомкнётся.

Защитные функции тепловых реле

Все классические конструкции моторов предполагают использование опорных и упорных подшипников. В зависимости от мощности электродвигателей, может устанавливаться тот или иной вид подшипников, либо оба вида вместе.

Неисправность подшипника любого вида нередко приводит к полной остановке вращения ротора. Внезапное , в свою очередь, провоцирует резкий подъём тока статорной обмотки двигателя и последующий перегрев.

Здесь токовая защита не способна удовлетворительно реагировать на событие. Как правило, этот вид защиты настроен с учётом стартового тока двигателя и короткой временной составляющей. Проблема клина может быть решена только путём внедрения защиты от тепловой перегрузки.

Также защиту в данном случае допустимо обеспечить индивидуальным модулем, настроенным на определенное время срабатывания по току. В случае применения тепловой отсечки, разумно ставить датчик температуры, встроенный непосредственно в подшипниковый узел.

Теоретический минимум по защите электродвигателей

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта . В предыдущей статье мы с Вами рассмотрели принципиальные схемы включения магнитного пускателя, обеспечивающие электродвигателя.

Продолжаем знакомиться с магнитным пускателем и сегодня рассмотрим типовые схемы подключения электротеплового реле типа РТИ , которое предназначено для защиты от перегрева обмоток электродвигателя при токовых перегрузках.

1. Устройство и работа электротеплового реле.

Электротепловое реле работает в комплекте с магнитным пускателем. Своими медными штыревыми контактами реле подключается к выходным силовым контактам пускателя. Электродвигатель, соответственно, подключают к выходным контактам электротеплового реле.

Внутри теплового реле находятся три биметаллические пластины, каждая из которых сварена из двух металлов, имеющих различный коэффициент теплового расширения. Пластины через общее «коромысло» взаимодействуют с механизмом подвижной системы, которая связана с дополнительными контактами, участвующими в схеме защиты электродвигателя:

1. Нормально-замкнутый NC (95 – 96) используют в схемах управления пускателем;
2. Нормально-разомкнутый NO (97 – 98) применяют в схемах сигнализации.

Принцип действия теплового реле основан на деформации биметаллической пластины при ее нагреве проходящим током.

Под действием протекающего тока биметаллическая пластина нагревается и прогибается в сторону металла, имеющего меньший коэффициент теплового расширения. Чем больший ток будет протекать через пластину, тем сильнее она будет греться и прогибаться, тем быстрее сработает защита и отключит нагрузку.

Допустим, что электродвигатель подключен через тепловое реле и работает в нормальном режиме. В первый момент времени работы электродвигателя через пластины течет номинальный ток нагрузки и они нагреваются до рабочей температуры, которая не вызывает их изгиб.

По какой-то причине ток нагрузки электродвигателя стал увеличиваться и через пластины потек ток выше номинального. Пластины начнут сильнее греться и прогибаться, что приведет в движение подвижную систему и она, воздействуя на дополнительные контакты реле (95 – 96 ), обесточит магнитный пускатель. По мере остывания пластины вернутся в исходное положение и контакты реле (95 – 96 ) замкнутся. Магнитный пускатель опять будет готов к запуску электродвигателя.

В зависимости от величины протекающего тока в реле предусмотрена уставка срабатывания по току, влияющая на силу изгиба пластины и регулирующаяся поворотным регулятором, расположенным на панели управления реле.

Помимо поворотного регулятора на панели управления расположена кнопка «TEST », предназначенная для имитации срабатывания защиты реле и проверки его работоспособности до включения в схему.

«Индикатор » информирует о текущем состоянии реле.

Кнопкой «STOP » обесточивается магнитный пускатель, но как в случае с кнопкой «TEST», контакты (97 – 98 ) не замыкаются, а остаются в разомкнутом состоянии. И когда Вы будете задействовать эти контакты в схеме сигнализации, то учитывайте этот момент.

Электротепловое реле может работать в ручном или автоматическом режиме (по умолчанию стоит автоматический режим).

Для перевода в ручной режим необходимо повернуть поворотную кнопку «RESET » против часовой стрелки, при этом кнопка слегка приподнимается.

Предположим, что сработало реле и своими контактами обесточило пускатель.
При работе в автоматическом режиме после остывания биметаллических пластин контакты (95 — 96 ) и (97 — 98 ) автоматически перейдут в исходное положение, тогда как в ручном режиме перевод контактов в исходное положение осуществляется нажатием кнопки «RESET ».

Кроме защиты эл. двигателя от перегрузок по току, реле обеспечивает защиту и в случае обрыва питающей фазы. Например. При обрыве одной из фаз, электродвигатель, работая на оставшихся двух фазах, станет потреблять больше тока, отчего биметаллические пластины нагреются и реле сработает.

Однако электротепловое реле не способно защитить двигатель от токов короткого замыкания и само нуждается в защите от подобных токов. Поэтому при установке тепловых реле необходимо устанавливать в цепь питания электродвигателя автоматические выключатели, защищающие их от токов короткого замыкания.

При выборе реле обращают внимание на номинальный ток нагрузки электродвигателя, который будет защищать реле. В инструкции по эксплуатации, идущей в коробке, есть таблица, по которой выбирается тепловое реле для конкретной нагрузки:

Например.
Реле РТИ-1302 имеет предел регулировки тока уставки от 0,16 до 0,25 Ампер. Значит, нагрузку для реле следует выбирать с номинальным током около 0,2 А или 200 mA.

2. Принципиальные схемы включения электротеплового реле.

В схеме с тепловым реле используют нормально-замкнутый контакт реле КК1.1 в цепи управления пускателем, и три силовых контакта КК1 , через которые подается питание на электродвигатель.

При включении автоматического выключателя QF1 фаза «А », питающая цепи управления, через кнопку SB1 «Стоп» поступает на контакт №3 кнопки SB2 «Пуск», вспомогательный контакт 13НО пускателя КМ1 , и остается дежурить на этих контактах. Схема готова к работе.

При нажатии на кнопку SB2 фаза через нормально-замкнутый контакт КК1.1 поступает на катушку магнитного пускателя КМ1 , пускатель срабатывает и его все нормально-разомкнутые контакты замыкаются, а нормально-замкнутые размыкаются.

При замыкании контакта КМ1.1 пускатель встает на самоподхват. При замыкании силовых контактов КМ1 фазы «А », «В », «С » через контакты теплового реле КК1 поступают на обмотки электродвигателя и двигатель начинает вращение.

При увеличении тока нагрузки через силовые контакты термореле КК1 , реле сработает, контакт КК1.1 разомкнется и пускатель КМ1 обесточится.

Если возникнет необходимость в простой остановке двигателя, то достаточно будет нажать на кнопку «Стоп ». Контакты кнопки разорвутся, фаза прервется и пускатель обесточится.

На фотографиях ниже показана часть монтажной схемы цепей управления:

Следующая принципиальная схема аналогична первой и отличается лишь тем, что нормально-замкнутый контакт термореле (95 – 96 ) разрывает ноль пускателя. Именно эта схема получила наибольшее распространение из-за удобства и экономичности монтажа: ноль сразу заводят на контакт термореле, а со второго контакта реле бросают перемычку на катушку пускателя.

При срабатывании термореле контакт КК1.1 размыкается, «ноль» разрывается и пускатель обесточивается.

И в заключении рассмотрим подключение электротеплового реле в реверсивной схеме управления пускателем.

От типовой схемы она, как и схема с одним пускателем, отличается лишь наличием нормально-замкнутого контакта реле КК1.1 в цепи управления, и тремя силовыми контактами КК1 , через которые запитывается электродвигатель.

При срабатывании защиты контакты КК1.1 разрываются и отключают «ноль». Работающий пускатель обесточивается и двигатель останавливается. При возникновении необходимости в простой остановке двигателя достаточно нажать на кнопку «Стоп ».

Вот и подошел к логическому завершению рассказ о магнитном пускателе.
Понятно, что только одних теоретических знаний мало. Но если Вы будете практиковаться, то сможете собрать любую схему с применением магнитного пускателя.

И уже по сложившейся традиции небольшой видеоролик о применении электротеплового реле.

Для защиты электродвигателей от коротких замыканий и перегрузок используют сочетание предохранителей с магнитными пускателями, а также автоматические выключатели. Отсутствие в ряде случаев технической возможности постоянной настройки тепловой защиты выдвинули новые требования к разработке встроенной температурной защиты.

Как показывает практика, встроенная температурная защита эффективно отключает электродвигатели при длительных перегрузках, неправильных процессах пуска и торможения, повышенной частоте включении, обрыве фаз, колебаниях напряжения сети в пределах 70...110% от номинального значения, заклинивании приводного механизма, включении электродвигателя с заклиненным ротором. Повышенной температуре окружающей среды, нарушениях в системе охлаждения.

Температурная защита состоит из температурных датчиков и управляющего устройства.

Температурными датчиками служат полупроводниковые термосопротивления - позисторы пли резисторы, встроенные в лобовую часть обмотки статора (по одному в каждую фазу).

Характерное свойство - высокая чувствительность в узком интервале температур. Например, промышленный позистор СТ5-1, который можно использовать в схеме встроенной температурной защиты электродвигателя, имеет в интервале температур от 60 до 100° практически постоянное сопротивление, а в интервале от 120 до 130° его сопротивление увеличивается в несколько тысяч раз.

В качестве температурных датчиков для устройств встроенной защиты применяют кобальтомарганцевые термосопротивления типа ТР-33, работающие в релейном режиме. Имеется шесть вариантов рабочих групп термосоиротивлений ТР-33, каждой из которых соответствует своп минимальная и максимальная рабочая температура в пределах 5°.

Встроенную защиту с термосопротивлениями ТР-33 настраивают в зависимости от класса изоляции защищаемого электродвигателя. Настройку осуществляют либо изменением напряжения, подаваемого на термосопротивлеиие. либо шунтированиям термосопротивленнй добавочными сопротивлениями.

Наибольшее практическое применение для датчиков встроенной температурной зашиты электродвигателей находят терморезисторы с положительным CT14-1A (t°ср-130°) или СТ 14-1 Б (t°ср -105°).

Терморезисторы СТ14-1А изготовляют в виде дисков диаметром 3 и толщиной 1,5 мм. Комплект таких датчиков (три диска из расчета один на фазу) является чувствительным органом защиты, подающим сигнал в управляющее устройство.

В настоящее время выпускают два вида устройств встроенной температурой защиты - УВТЗ-1 и УВТЗ-4А. Принцип их действия одинаков, хотя схема и конструктивное оформление различны.

Устройства температурной защиты унифицированы для всех типоразмеров электродвигателей, взаимозаменяемы и не требуют регулировки и настройки при монтаже и эксплуатации.

Управляющее устройство служит для усиления сигнала, поступающего от встроенных в обмотку статора электродвигателя температурных датчиков, и преобразования в сигнал, управляющий отключением (типа ПМЛ, ПМЕ и др.).

Устройство типа УВТЗ-1 состоит из преобразователя и выходного реле. В качестве выходного реле применяют РЗС-6, которое подает сигнал на управление магнитным пускателем.

В схеме автоматически осуществляется самоконтроль за ее работой, то есть обеспечивается гарантия отключения электродвигателя при возникновении неисправности в каком-либо элементе температурной защиты. При выходе из строя датчиков температуры или обрыве цепи их соединения с управляющим устройством последнее не позволяет включить электродвигатель в сеть.

В случае короткого замыкания в цени датчиков с управляющим устройством транзисторы будут закрыты, управляющий переход транзистора обесточен, реле отключается и своими контактами разрывает пень питания катушки магнитного пускателя.

Рис. 1. Схема электрическая принципиальная устройства встроенной температурной защиты электродвигателей УВТЗ-1

Датчики температуры устанавливают в асинхронные двигатели на заводе при их изготовлении или капитальном ремонте, а также в действующие электродвигатели во время эксплуатации. После их установки измеряют сопротивление всей цепи датчиков, которое при температуре 20 ±5° должно быть в пределах 120... 150 Ом.

Измерительный ток применяемого омметра не может превышать 50 мА. а напряжение - 2,5 В. Использовать для этих целей мегомметры не разрешается.

Измеряют сопротивление изоляции датчиков относительно обмотки и корпуса электродвигателя меггомметром на 500 В, причем величина этого сопротивления не должна превышать 0,5 МОм.

Устройство рассчитано для работы в вертикальном положении, допускает установку на стенах и конструкциях, не подверженных ударам или сильной вибрации, и не должно подвергаться постоянному нагреву, в том числе солнечному. Его можно размещать в станциях управления, сборных распределительных устройствах и отдельных шкафах.

Управляющее устройство соединяют с датчиком изолированным проводом сечением не менее 0,5 мм2 для медных проводов и 1,0 мм2 - для алюминиевых.

Проверяют работоспособность смонтированного устройства нажатием кнопки «Пуск» магнитного пускателя. При исправном электродвигателе и правильном соединении датчиков устройства и магнитного пускателя, а также при исправном их состоянии электродвигатель вращается.

Убедившись в его нормальной работе на холостом ходу, необходимо разомкнуть цепь датчиков в коробке выводов электродвигателя. Если при этом электродвигатель отключится от сети, значит, устройство встроенной защиты работает нормально. Повторно проверяют защиту путем замыкания накоротко цепи датчиков в коробке выводов. В этом случае электродвигатель также должен отключиться от сети.

Предистория вопроса. Моя недавно купленная соковыжималка чуть
не оказалась на грани гибели, из-за мякоти груши она всего лишь немного снизила обороты. Сколько я выслушал в свой адрес. Но виноват ли я? Производитель удешевляя продукцию не делает никакой защиты слабого электродвигателя изделия.

Чтобы не допустить повторения данной ситуации, нужно защитить
данный двигатель.
В качестве варианта есть 2 вида защит:
-токовая (когда в цепь включается токовый датчик и по нему контролируется протекающий ток), в критических режимах
ток возрастает;
-тепловая (контролируется температура).

Дополнительная информация

Принцип действия тепловых реле основан на тепловом действии тока, нагревающего биметаллическую пластину, состоящую из двух соединённых плоскими поверхностями металлических полосок с разными коэффициентами линейного расширения. При изменении температуры из-за различного линейного расширения частей, пластина изгибается. При нагревании до определённой температуры, пластина нажимает на защёлку расцепителя и под действием пружины происходит быстрое электрическое разъединение контактов.

Решил делать вариант с тепловой защитой.
Пошарив на Aliexpress я нашел следующие изделия:
1.термовыключатель

2.термовыключатель

3.термовыключатель

По пункту 1 , друзья из Китая прислали вместо 5А целых 10А.
Но решено было всеж испытать и это.

Нагрузив китайское изделие 17Амперной нагрузкой, мы ждали когда
наконец сработает защита, но чуть не сработал автомат защиты
лаборатории и через 20 секунд эксперимент был завершен.
После выигранного спора штучка была разобрана. Ну что сказать
2 биметалические пластины, наверно все вполне работоспособно,
нужно было только достаточное время.

Перехожу к пунктам 2 и 3.

Прозвонка мегометром на 1000v напряжении показало, что изоляция отличная больше 2000МОм.
Для проверки на сработку запасаюсь кострюлей воды. Вода закипает при нормальном давлении
при 100 градусах.Нам надо проверить 95,85 и 80.
Термовыключатели 2 работают отлично срабатываю при близких температурах и размыкаются
через 3 градуса.Вот такой гистерезис. Срабатывают тоже быстро 3с и готово.
Термовыключатель 3 надо греть дольше не менее 10 с, но тоже срабатывает при близких температурах, остывает дольше, отпускает при остывании на 3 градуса, но остывает дольше.

Доработка
Решил ставить термовыключатель 2 на 80 градусов. Наверно это лучший вариант с учетом
тепловой инерции и плоховатой теплопередачи через лак.
Ставим на статорную обмотку двигателя.
Разбираем соковыжималку и видим

чудеса китайских технологий, целый бутерброд из контактов и пластмассового термопредохранителя на 105 градусов.
Разбираем это добро

Делаем свой бутерброд, уже со своим дополнительным датчиком, обернутым в терморезину.

Пока ставлю светодиод сигнализатор о перегреве

Схема подключения

Получилось

Пока так, но в дальнейшем, после приобретения необходимого, буду делать защитное
отключение.Схема

Так можно доработать любой слабосильный электродвигатель, который может подгореть из-за
повышенной нагрузки.