Термисторная (позисторная) защита электродвигателей

Зашита асинхронных электродвигателей от перегрева традиционно реализуется на основе, тепловой токовой защиты. В подавляющем большинстве двигателей, находящихся в эксплуатации, используется тепловая токовая защита, которая недостаточно точно учитывает фактические температурные режимы работы электродвигателей, а также его температурные постоянные времени.

В косвенной тепловой защите асинхронного электродвигателя биметаллические пластины включают в цепи питания статорных обмоток асинхронною электродвигателя, а при превышении максимально допустимого тока статора, биметаллические пластины, нагреваясь, отключают питание статора от источника электроэнергии.

Недостатком этого метода является то, что защита реагирует не па температуру нагрева обмоток статора, а на количество выделенного тепла без учета времени работы в зоне перегрузок и реальных условий охлаждения асинхронного электродвигателя. Это не позволяет в полной мере использовать перегрузочную способность электродвигателя и снижает производительность оборудования, работающего в повторно-кратковременном режиме из-за ложных отключений.

Сложность конструкции тепловых реле, недостаточно высокая надежность систем защиты на их основе, привели к созданию тепловой защиты, реагирующей непосредственно на температуру защищаемого объекта. При этом датчики температуры устанавливаются на обмотке двигателя.

Термочувствительные защитные устройства: термисторы, позисторы

В качестве датчиков температуры получили применение термисторы и позисторы — полупроводниковые резисторы, изменяющие свое сопротивление от температуры. . Термисторы представляют собой полупроводниковые резисторы с большим отрицательным ТСК. При увеличении температуры сопротивление термистора уменьшается, что используется для схемы отключения двигателя. Для увеличения крутизны зависимости сопротивления от температуры, термисторы, наклеенные на три фазы, включаются параллельно (рисунок 1).

Позисторы являются нелинейными резисторами с положительным ТСК. При достижении определенной температуры сопротивление позистора скачкообразно увеличивается на несколько порядков.

Для усиления этого эффекта позисторы разных фаз соединяются последовательно. Характеристика позисторов показана на рисунке.

Защита с помощью позистоpoв является более совершенной. В зависимости от класса изоляции обмоток двигателя берутся позисторы на температуру срабатывания =105, 115, 130, 145 и 160 . Эта температура называется классификационной. Позистор резко меняет сопротивление при температура за время не более 12 с. При сопротивление трёх последовательно включенных позисторов должно быть не более 1650 Ом, при температуре их сопротивление должно быть не менее 4000 Ом.

Гарантийный срок службы позисторов 20000 ч. Конструктивно позистор представляет собой диск диаметром 3.5 мм и толщиной 1 мм, покрытый кремне-органической эмалью, создающей необходимую влагостойкость и электрическую прочность изоляции.

Рассмотрим схему позисторной защиты, показанную на рисунке 2.

К контактам 1, 2 схемы (рисунок 2, а) подключаются позисторы, установленные на всех трёх фазах двигателя (рисунок 2, б). Транзисторы VТ1, VT2 включены по схеме триггера Шмидта и работают в ключевом режиме. В цепь коллектора транзистора VT3 оконечного каскада включено выходное реле К, которое воздействует на обмотку пускателя.

При нормальной температуре обмотки двигателя и связанных с ним позисторов сопротивление последних мало. Сопротивление между точками 1-2 схемы также мало, транзистор VT1 закрыт (на базе малый отрицательный потенциал), транзистор VТ2 открыт (большой потенциал). Отрицательный потенциал на коллекторе транзисторе VT3 мал, и он закрыт. При этом ток в обмотке реле К недостаточен для его срабатывания.

При нагреве обмотки двигателя сопротивление позисторов увеличивается, и при определенном значении этого сопротивления отрицательный потенциал точки 3 достигает напряжения срабатывания триггера. Релейный режим триггера обеспечивается эммитерной обратной связью (сопротивление в цепи эммитера VТ1) и коллекторной обратной связью между коллектором VT2 и базой VT1. При срабатывании триггера VТ2 закрывается, а VT3 — открывается. Срабатывает реле К, замыкая цепи сигнализации и размыкая цепь электромагнита пускателя, после чего обмотка статора отключается от напряжения сети.

После охлаждения двигателя его пуск возможен после нажатия кнопки «возврат», при котором триггер возвращается в начальное положение.

В современных электродвигателях позисторы защиты устанавливаются на лобовой части обмоток двигателя. В двигателях прежних разработок позисторы можно приклеивать к лобовой части обмоток.

Достоинства и недостатки термисторной (позисторной) защиты

Термочувствительная защита электродвигателей предпочтительней в тех случаях, когда по току невозможно определить с достаточной точностью температуру электродвигателя. Это касается, прежде всего, электродвигателей с продолжительным периодом запуска, частыми операциями включения и отключения (повторно-кратковременный режим работы) или двигателей с регулируемым числом оборотов (при помощи преобразователей частоты). Термисторная защита эффективна также при сильном загрязнении электродвигателей или выходе из строя системы принудительного охлаждения.

Недостатками термисторной защиты является то, что с термисторами или позисторами выпускаются далеко не все типы электродвигателей. Это особенно касается электродвигателей отечественного производства. Термисторы и позисторы могут устанавливаться в электродвигатели только в условиях стационарных мастерских. Температурная характеристика термистора достаточно инерционна и сильно зависит от температуры окружающей среды и от условий эксплуатации самого электродвигателя.

Термисторная защита требует наличия специального электронного блока: термисторного устройства защиты электродвигателей, теплового или электронного реле перегрузки, в которых находятся блоки настройки и регулировки, а также выходные электромагнитные реле, служащие для отключения катушки пускателя или электромагнитного расцепителя.

СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ОСНАЩЕННЫХ ДАТЧИКАМИ РТС С ЗАЩИТОЙ ТР 211 и ТР 111.

Обозначение TP для электродвигателя с PTC.
Защита электродвигателя 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.

Схемы подключения.
Ниже представлены схемы подключения трёхфазного электродвигателя, оснащённого терморезисторами PTC, с расцепителями Siemens. Для реализации защиты как от постепенной, так и от быстрой перегрузки, рекомендуются 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 что бы 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 перегрузки соответствовали норме. Это достигается при последовательном соединении этих устройств.

Термисторная защита электродвигателей и реле термисторной защиты двигателя

Термисторная (позисторная) защита электродвигателей

Сложность конструкции тепловых реле к пускателям электродвигателей, недостаточная надежность систем защиты на их основе, привели к созданию тепловой защиты, реагирующей непосредственно на температуру обмоток электродвигателя. При этом датчики температуры устанавливаются на обмотке двигателя. Другими словами, осуществляется непосредственный контроль измерения нагрева двигателя. Прямая защита двигателя через контроль температуры обмотки даже при тяжелейших условиях окружающей среды обеспечивает полную защиту двигателя, оснащенного температурными датчиками с положительным коэффициентом сопротивления (PTC). Температурные датчики PTC встроены в обмотки электродвигателя (укладываются в обмотку двигателя изготовителем двигателей).

Термочувствительные защитные устройства: термисторы, позисторы

В качестве датчиков температуры получили применение термисторы и позисторы (РТС – резисторы) — полупроводниковые резисторы, изменяющие свое сопротивление от температуры. Термисторы представляют собой полупроводниковые резисторы с большим отрицательным ТСК. При увеличении температуры сопротивление термистора уменьшается, что используется для схемы отключения двигателя. Для увеличения крутизны зависимости сопротивления от температуры, термисторы, наклеенные на три фазы, включаются параллельно (рисунок 1).

Рисунок 1 – Зависимость сопротивления позисторов и термисторов от температуры: а – последовательное соединение позисторов; б – параллельное соединение термисторов

Позисторы являются нелинейными резисторами с положительным ТСК. При достижении определенной температуры сопротивление позистора скачкообразно увеличивается на несколько порядков.

Для усиления этого эффекта позисторы разных фаз соединяются последовательно. Характеристика позисторов показана на рисунке.

Защита с помощью позистоpoв является более совершенной. В зависимости от класса изоляции обмоток двигателя берутся позисторы на температуру срабатывания =105, 115, 130, 145 и 160 . Эта температура называется классификационной. Позистор резко меняет сопротивление при температура за время не более 12 с. При сопротивление трёх последовательно включенных позисторов должно быть не более 1650 Ом, при температуре их сопротивление должно быть не менее 4000 Ом.

Гарантийный срок службы позисторов 20000 ч. Конструктивно позистор представляет собой диск диаметром 3.5 мм и толщиной 1 мм, покрытый кремне-органической эмалью, создающей необходимую влагостойкость и электрическую прочность изоляции.

Рассмотрим схему позисторной защиты, показанную на рисунке 2.

К контактам 1, 2 схемы (рисунок 2, а) подключаются позисторы, установленные на всех трёх фазах двигателя (рисунок 2, б). Транзисторы VТ1, VT2 включены по схеме триггера Шмидта и работают в ключевом режиме. В цепь коллектора транзистора VT3 оконечного каскада включено выходное реле К, которое подает сигнал на обмотку пускателя электродвигателя.

При нормальной температуре обмотки двигателя и связанных с ним позисторов сопротивление последних мало. Сопротивление между точками 1-2 схемы также мало, транзистор VT1 закрыт (на базе малый отрицательный потенциал), транзистор VТ2 открьт (большой потенциал). Отрицательный потенциал на коллекторе транзисторе VT3 мал, и он закрыт. При этом ток в обмотке реле К недостаточен для его срабатывания.

При нагреве обмотки двигателя сопротивление позисторов увеличивается, и при определенном значении этого сопротивления отрицательный потенциал точки 3 достигает напряжения срабатывания триггера. Релейный режим триггера обеспечивается эммитерной обратной связью (сопротивление в цепи эммитера VТ1) и коллекторной обратной связью между коллектором VT2 и базой VT1. При срабатывании триггера VТ2 закрывается, а VT3 — открывается. Срабатывает реле К, замыкая цепи сигнализации и размыкая цепь электромагнита пускателя, после чего обмотка статора отключается от напряжения сети, двигатель останавливается.

Рисунок 2 – Аппарат позисторной защиты с ручным возвратом: а – принципиальная схема; б – схема подключения к двигателю

После охлаждения двигателя его пуск возможен после нажатия кнопки «возврат», при котором триггер возвращается в начальное положение.

В современных электродвигателях позисторы защиты устанавливаются на лобовой части обмоток двигателя. В двигателях прежних разработок позисторы можно приклеивать к лобовой части обмоток.

Достоинства и недостатки термисторной (позисторной) защиты

• Термочувствительная защита электродвигателей предпочтительней в тех случаях, когда по току невозможно определить с достаточной точностью температуру электродвигателя. Это касается, прежде всего, электродвигателей с продолжительным периодом запуска, частыми операциями включения и отключения (повторно-кратковременный режим работы) или двигателей с регулируемым числом оборотов (при помощи преобразователей частоты). Термисторная защита эффективна также при сильном загрязнении электродвигателей или выходе из строя системы принудительного охлаждения.
• Термисторная защита эффективна также при сильном загрязнении двигателей или выходе из строя принудительного охлаждения. Следующей областью применения термисторной защиты является температурный контроль в трансформаторах, жидкостях и подшипниках для их защиты от перегрева.
• Недостатками термисторной защиты является то, что с термисторами или позисторами выпускаются далеко не все типы электродвигателей. Это особенно касается электродвигателей отечественного производства. Термисторы и позисторы могут устанавливаться в электродвигатели только в условиях стационарных мастерских. Температурная характеристика термистора достаточно инерционна и сильно зависит от температуры окружающей среды и от условий эксплуатации самого электродвигателя.
• Термисторная защита требует наличия специального электронного блока: термисторного устройства защиты электродвигателей, теплового или электронного реле перегрузки, в которых находятся блоки настройки и регулировки, а также выходные электромагнитные реле, служащие для отключения катушки пускателя или электромагнитного расцепителя.

Виды термисторных реле различных производителей:

Реле термисторной защиты двигателя TER-7 ELCO (Чехия)

• контролирует температуру обмотки электродвигателя в температ. интервале, данном сопротивл. PTC термистора фиксированный настроенный уровень коммутации
• в качестве считывающего элемента применяетсчя термистор PTC встроенный в обмотку электродвигателя его производителем, возможно использование внешнего PTC сенсора
• функция ПАМЯТЬ — реле в случае ошибки блокируется до момента вмешательства персонала (наж. кнопки RESET)
  RESET ошибочного состояния:
  a) кнопкой на передней панели
  b) внешним контактом (на расстоянии по двум проводам)
• функция контроля короткого замыкани или отключения сенсора , состояние нарушения сенсора указывает мигающий красный светодиодный индикатор
• выходной контакт 2x переключ. 8 A / 250 V AC1
• состояние превышение температуры обмотки двигателя указывает светящийся красный светодиодный индикатор
• универсальное напряжение питания AC/ DC 24 — 240 V
• клеммы сенсора не изолированы гальванически, но их можно замкнуть с клеммой PE без поломки устройства, в случае питания от сети должен быть подключен нейтраль на клемму A2

Реле термисторной защиты электродвигателя РТ-М01-1-15 (МЕАНДР, Россия)

• контролирует температуру двигателей, оснащенные позисторами (термисторы с положительным температурным коэффициентом — РТС резисторы), встроенные в обмотку двигателя ( производителем).
• коммутируемый ток 5А/250В (пиковый 16А), контакты реле 1з+1р
• индикация рабочих состояний:
• (напряжение питания, срабатывание реле, перегрев двигателя, КЗ датчиков)
• напряжение питания АС 220, 100, 380 (по исполнениям)

Реле контроля температуры двигателя E3TF01 230VAC (PTC), 1 CO, TELE Серия ENYA (Австрия)

• контролируемая величина PTC (контр. температуры двигателя на повышение) от 6 PTC датчиков
• диапазон измерения общее сопр. холодн. Реле контроля температуры двигателя G2TF02 (PTC), 2ПК (требуется модуль TR2)TELE Серия GAMMA (Австрия)

• контролируемая величина PTC (контр. температуры двигателя на повышение) от 6 PTC датчиков
• диапазон измерения общее сопр. холодн. Реле термисторной защиты двигателя CR-810 F&F ЕвроАвтоматика (Белоруссия)

• контроль температуры электродвигателей, генераторов, трансформаторов и защита их от перегрева
• датчики РТС устанавливаются в обмотках электродвигателя производителем и в комплект не входят (термисторы РТС соединенные последовательно от 1 до 6 штук)
• напряжение питания 230V AC и 24V AC/DC
• максимальный комутируемый ток 16А, 1 переключающий контакт
• контроль КЗ в цепи термисторных датчиков
• с ростом температуры электродвигателя растет сопротивление цепи термисторных датчиков, при достижении более 3000 Ом питание отключается (реле разрывает цепь питания катушки контактора), включение происходит автоматически при снижении температуры и соответсвенно сопротивления до 1800 Ом.

Реле контроля температуры двигателя MTR01, MTR02 BMR (Чехия)

• Реле контролирует температуру обмотки электрического двигателя. Принцип действия основан на измерении сопротивления термистора, встроенного в двигатель.
• Устройство также контролирует короткое замыкание или пропадание фазы. Реле имеет один выходной перекидной контакт на ток 8 А.
• Модификация MTR01 24V/ MTR02 24V предназначена для напряжения питания 24 В. Остальные параметры.
• MTR02 с гальванической изоляцией
• Сопротивление PTC в раб. режиме 50 Ω 3,3кΩ или PTC Реле контроля температуры двигателя BTR-12EBTR Electronic Systems, «METZ CONNECT» (Германия)

• реле термистор применяется для защиты моторов от термических перегрузок, возникающих при механических перегрузках в приводах или при использовании электродвигателей под перенапряжением. Для регистрации температуры применяется РТС = сопротивление с позитивным температурным коэффициентом, которые позиционируются в месте наибольшего нагрева.
• выпускается с памятью ошибки и без ЗУ (запоминающее устройство)
• напряжение питания 230V AC / 24V AC/DC
• предельно допустимый ток контактов 6А (1 или 2 переключающих контакта)

Реле термической защиты Grundfos MS 220 C Grundfos/Ziehl (Германия)

• Реле Grundfos MS 220C предназначено для преобразования термисторного сигнала в релейный и передачи его на пускатель в насосах с мощностью двигателя более 3.0 кВт.
• напряжение питания AC/DC 24 — 240V (и др. в зависимости от исполнения 110,400V)
• 1 CO, ток контактов 6А

Реле контроля температуры двигателя серии 71.91 и 71.92 Finder (Италия)

Термисторное реле определения температуры для промышленного применения.

Реле Finder термисторной защиты двигателя [71.91.8.230.0300]

• 1 нормально разомкнутый контакт, без памяти отказов
• Питание 24 В переменного/постоянного тока или 230 В переменного тока
• Защита от перегрузок в соответствии с EN 60204-7-3
• Положительная предохранительная логическая схема размыкает контакт, если значения измерений выходят за пределы приемлемого диапазона
• Индикация состояния с помощью светодиода
• Определение температуры с положительным температурным коэффициентом (PTC)
• Выявление короткого замыкания с помощью PTC
• Выявление обрыва провода с помощью PTC

Реле Finder термисторной защиты двигателя (с памятью) [71.92.8.230.0401]

• Термисторное реле с памятью отказов
• 2 перекидных контакта
• Питание 24 В переменного/постоянного тока или 230 В переменного тока
• Защита от перегрузок в соответствии с EN 60204-7-3
• Положительная предохранительная логическая схема размыкает контакт, если значения измерений выходят за пределы приемлемого диапазона
• Индикация состояния с помощью светодиода
• Определение температуры с положительным температурным коэффициентом (PTC)
• Память отказов выбирается переключателем
• Выявление короткого замыкания с помощью PTC
• Выявление обрыва провода с помощью PTC