Тепловая защита электродвигателя

Тепловая защита электродвигателя. Электротепловое реле.

17 Дек 2014г | Раздел: Электрика

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. В предыдущей статье мы с Вами рассмотрели принципиальные схемы включения магнитного пускателя, обеспечивающие реверс вращения 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.

Устройства встроенной температурной защиты электродвигателей УВТЗ-1 и УВТЗ-4А

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 позистора — 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 температурным коэффициентом сопротивления 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 магнитных пускателей (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.

Поддержка

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

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:

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