Тверской Городской Форум

Статьи, обзоры и общение

Защита для электродвигателя

Защита электродвигателей от перегрузки

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Перегрузка электродвигателей возникает

· при затянувшемся пуске и самозапуске,

· при перегрузке приводимых механизмов,

· при понижении напряжения на выводах двигателя.

· при обрыве фазы.

Для электродвигателя опасны только устойчивые перегрузки. Сверхтоки, обусловленные пуском или самозапуском электродвигателя, кратковременны и самоликвидируются при достижении нормальной частоты вращения.

Значительное увеличение тока электродвигателя получается также при обрыве фазы, что встречается, например, у электродвигателей, защищаемых предохранителями, при перегорании одного из них.

При номинальной загрузке в зависимости от параметров электродвигателя увеличение тока статора при обрыве фазы будет составлять примерно (1,6…2,5) Iном. Эта перегрузка носит устойчивый характер. Также устойчивый характер носят сверхтоки, обусловленные механическими повреждениями электродвигателя или вращаемого им механизма и перегрузкой самого механизма. Основной опасностью сверхтоков является сопровождающее их повышение температуры отдельных частей, и в первую очередь, обмоток. Повышение температуры ускоряет износ изоляции обмоток и снижает срок службы двигателя. Перегрузочная способность электродвигателя определяется характеристикой зависимости между сверхтоком и допускаемым временем его прохождения:

, (20.5)

где t – допустимая длительность перегрузки, с;

А – коэффициент, зависящий от типа изоляции электродвигателя, а также периодичности и характера сверхтоков; для обычных двигателей А = 150-250;

К – кратность сверхтока, т. е. отношение тока электродвигателя Iдк Iном.

Вид перегрузочной характеристики при постоянной времени нагрева T= 300 с представлен на рис. 20.2.

При решении вопроса об установке РЗ от перегрузки и характере ее действия руководствуются условиями работы электродвигателя, имея в виду возможность устойчивой перегрузки его приводного механизма:

а. На электродвигателях механизмов, не подверженных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях циркуляционных, питательных насосов и т. п.) и не имеющих тяжелых условий пуска или самозапуска, РЗ от перегрузки может не устанавливаться. Однако, ее установка целесообразна на двигателях объектов, не имеющих постоянного обслуживающего персонала, учитывая опасность перегрузки двигателя при пониженном напряжении питания или неполнофазном режиме;

Рис. 20.2. Характеристика зависимости допустимой длительности перегрузки от кратности тока перегрузки

б. На электродвигателях, подверженных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях мельниц, дробилок, насосов и т.п.), а также на электродвигателях, самозапуск которых не обеспечивается, должна устанавливаться РЗ от перегрузки;

в. Защита от перегрузки выполняется с действием на отключение в случае, если не обеспечивается самозапуск электродвигателей или с механизма не может быть снята технологическая перегрузка без останова электродвигателя;

г. Защита от перегрузки электродвигателя выполняется с действием на разгрузку механизма или сигнал, если технологическая перегрузка может быть устранена с механизма автоматически или вручную персоналом без останова механизма, и электродвигатели находятся под наблюдением персонала;

д. На электродвигателях механизмов, которые могут иметь как перегрузку, устраняемую при работе механизма, так и перегрузку, устранение которой невозможно без останова механизма, целесообразно предусматривать действие РЗ от сверхтоков с меньшей выдержкой времени на отключение электродвигателя; в тех случаях, когда ответственные электродвигатели собственных нужд электростанций находятся под постоянным наблюдением дежурного персонала, защиту их от перегрузки можно выполнить с действием на сигнал.

Защита электродвигателей, подверженных технологическойперегрузке, желательно иметь такой, чтобы она, с одной стороны, защищала от недопустимых перегрузок, а с другой – давала возможность наиболее полно использовать перегрузочную характеристику электродвигателя с учетом предшествовавшей нагрузки и температуры окружающей среды.

Наилучшей характеристикой РЗ от сверхтоков являлась бы такая, которая проходила несколько ниже перегрузочной характеристики (пунктирная кривая на рис. 20.2).

20.4. Защита от перегрузки с тепловым реле. Лучше других могут обеспечить характеристику, приближающуюся к перегрузочной характеристике электродвигателя, тепловые реле, которые реагируют на количество тепла Q, выделенного в сопротивлении его нагревательного элемента. Тепловые реле выполняются на принципе использования различия в коэффициенте линейного расширения различных металлов под влиянием нагревания. Основой такого теплового реле является биметаллическая пластина состоящая из спаянных по всей поверхности металлов а и б с сильно различающимися коэффициентами линейного расширения. При нагревании пластина прогибается в сторону металла с меньшим коэффициентом расширения и замыкает контакты реле.

Нагревание пластины осуществляется нагревательным элементом при прохождении по нему тока.

Тепловые реле сложны в обслуживании и наладке, имеют различные характеристики отдельных экземпляров реле, часто не соответствуют тепловым характеристикам электродвигателей и имеют зависимость от температуры окружающей среды, что приводит к нарушению соответствия тепловых характеристик реле и электродвигателя. Поэтому тепловые реле применяются в редких случаях, обычно в магнитных пускателях и автоматах 0,4 кВ.

20.5. Защита от перегрузки с токовыми реле. Для защиты электродвигателей от перегрузки обычно применяются МТЗ с использованием реле с ограниченно зависимыми характеристиками типа РТ-80 или МТЗ с независимыми токовыми реле и реле времени.

Преимуществами МТЗ по сравнению с тепловыми являются более простая их эксплуатация и более легкий подбор и регулировка характеристик РЗ. Однако, МТЗ не позволяют использовать перегрузочные возможности электродвигателей из-за недостаточного времени действия их при малых кратностях тока.

МТЗ с независимой выдержкой времени в однорелейном исполнении обычно применяется на всех асинхронных электродвигателях собственных нужд электростанций, а на промышленных предприятиях — для всех синхронных (когда она совмещена с РЗ от асинхронного режима) и асинхронных электродвигателей, являющихся приводами ответственных механизмов, а также для неответственных асинхронных электродвигателей с временем пуска более 12…13 с.

Релейная защита от перегрузки с зависимой выдержкой времени лучше согласовываются с тепловой характеристикой двигателя, однако, и они недостаточно используют перегрузочную способность двигателей в области малых токов.

Защита от перегрузки с зависимой характеристикой выдержки времени может быть выполнена на реле типа РТ-80 или цифровом реле.

Ток срабатывания защиты от перегрузки устанавливается из условия отстройки от Iномэлектродвигателя:

(20.6)

где котс – коэффициент отстройки, принимается равным 1,05.

Время действия МТЗ от перегрузки t3Пдолжно быть таким, чтобы оно было больше времени пуска электродвигателя tпуск, а у электродвигателей, участвующих в самозапуске, больше времени самозапуска.

Время пуска асинхронных электродвигателей обычно составляет 8…15 с. Поэтому характеристика реле с зависимой характеристикой должна иметь при пусковом токе время, не меньшее 12…15 с. На РЗ от перегрузки с независимой характеристикой выдержка времени принимается 14…20 с.

20.6. Защита от перегрузки с тепловой характеристикой выдержки времени на цифровом реле. В цифровое реле защиты двигателя, например, типа MiCOM Р220 заложена тепловая модель двигателя из составляющих прямой и обратной последовательности тока, потребляемого двигателем таким образом, чтобы учесть тепловое воздействие тока в статоре и роторе. Составляющая обратной последовательности токов, протекающих в статоре, наводит в роторе токи значительной амплитуды, которые создают существенное повышение температуры в обмотке ротора. Результатом сложения, проведенного MiCOM Р220 является эквивалентный тепловой ток Iэкв, отображающий повышение температуры, вызванное током двигателя. Ток Iэкввычисляется в соответствии с зависимостью:

(20.7)

Кэ– коэффициент усиление влияния тока обратной последовательности учитывает повышенное воздействие тока обратной последовательности по сравнению с прямой последовательности на нагрев двигателя. При отсутствии необходимых данных принимается равным 4 — для отечественных двигателей и 6 – для зарубежных.

Дополнительные функции реле MiCOM P220, связанные с тепловой перегрузкой двигателяследующие.

· Запрет отключения от тепловой перегрузки при пуске двигателя.

· Cигнализация тепловой перегрузки.

· Запрет пуска.

· Затяжной пуск.

· Заклинивание ротора.

Заклинивание ротора двигателя может произойти при пуске двигателя или в процессе его работы.

Функция заклинивание ротора при работающем двигателе вводится автоматически при его успешном развороте после истечения заданной выдержки времени.

В цифровых реле Sepam 2000 защита двигателя от затяжного пуска и заклинивания ротора выполнена иначе. Первая защита срабатывает и отключает двигатель, если ток двигателя от начала процесса пуска превышает значение 3Iном в течение заданного времени t1 = 2tпуска. Начало пуска обнаруживается в момент увеличения потребляемого тока от 0 до значения 5% номинального тока. Вторая защита срабатывает, если пуск завершен, двигатель работает нормально, и в установившемся режиме неожиданно ток двигателя достигает значения более 3Iном и держится в течение заданного времени t2 = 3-4с.

Несимметрия. Защита двигателя от перегрузки токами обратной последовательности защищает двигатель от подачи напряжения с обратным чередованием фаз, от обрыва фазы, от работы при длительной несимметрии напряжений.

При подаче на двигатель напряжения с обратным чередованием фаз двигатель начинает вращаться в обратную сторону, приводимый в действие механизм может быть заклинен или вращаться с моментом сопротивления, отличающимся от момента прямого вращения. Таким образом, величина тока обратной последовательности двигателя может колебаться в широких пределах. При обрыве фазы двигатель уменьшает вращающий момент в 2 раза и для компенсации у него в 1,5…2 раза увеличивается ток.

При несимметрии питающих напряжений ток обратной последовательности может иметь различную величину до самых малых значений. Появление тока обратной последовательности более всего влияет на нагрев ротора двигателя, где он наводит токи двойной частоты. Таким образом, целесообразно иметь защиту по I2, которая отключала бы двигатель для предотвращения его перегрева.

Защита имеет 2 ступени:

Ступень Iобр> с независимой выдержкой времени. Ток срабатывания принимается равным (0,2…0,25)Iномдвигателя. Выдержка времени должна обеспечить отключение несимметричных коротких замыканий в прилегающей сети, для чего она должна быть на ступень больше, чем защита питающего трансформатора:

(20.8)

Ступень Iобр>>сзависимой характеристикой выдержки времениможет быть использована для повышения чувствительности защиты, если известны реальные тепловые характеристики двигателя по току обратной последовательности.

Потеря нагрузки. Функция позволяет обнаружить расцепление двигателя с приводимым им в движение механизмом вследствие обрыва муфты, ленты транспортера, выпуск воды из насоса и т.д. по уменьшению рабочего тока двигателя.

Уставка минимального тока:

где Iхх– ток холостого хода двигателя с механизмом определяется при испытаниях.

Выдержка времени минимального тока двигателя tI< определяется исходя из технологических особенностей механизма – возможных кратковременных сбросов нагрузки, при отсутствии таких соображений принимается равным:

Выдержка времени запрета автоматики минимального тока двигателя tзапр.задерживает ввод автоматики при пуске двигателя, если нагрузка подключается к двигателю после его разворота или определяется исходя из технологии подачи нагрузки на двигатель, если нагрузка подключена к двигателю постоянно. Уставка должна быть равна времени разворота двигателя плюс необходимый запас:

Количество пусков двигателя.При отсутствии конкретных данных по двигателю можно руководствоваться следующими общими соображениями:

− Согласно ПТЭ, отечественные двигатели обязаны обеспечивать 2 пуска из холодного состояния и 1 из горячего состояния.

− Постоянная времени охлаждения двигателя равна 40мин.

− Можно выполнить следующие уставки в автоматике подсчета пусков:

Уставка по времени, в течение которого считаются пуски: Тотсчета= 30 мин.

Количество горячих пусков –1. Количество холодных пусков – 2.

Уставка по времени, в течение которого повторный пуск запрещен Тзапрет=5 мин. Минимальное время между пусками не использовать.

Время разрешения самозапуска. Самозапуск двигателей на электростанциях должен обеспечиваться, при времени перерыва питания 2,5с. По этим данным производится расчетная проверка обеспечения самозапуска при перерыве питания двигателей на электростанциях.

Таким образом, для электростанций можно принять Тсамозап= 2,5 с.

Для других условий следует определить время, на которое возможен перерыв питания, например время действия АВР, произвести расчетную проверку самозапуска, и если он обеспечивается при таком перерыве питания, установить указанное время на устройстве. Если самозапуск не обеспечивается при любом перерыве питания, или он запрещается, функция «разрешение самозапуска» не вводится.

Контрольные вопросы

1. Какие защиты должны иметь асинхронные двигатели в соответствии с ПУЭ?

2. Какие защиты должны иметь синхронные двигатели в соответствии с ПУЭ?

3. Как осуществляется защита и выбираются уставки защиты от междуфазных КЗ двигателей?

4. Как осуществляется защита и выбираются уставки защиты от перегрузки двигателей?

5. Как осуществляется защита и выбираются уставки защиты минимального напряжения двигателей?

6. Каковы особенности защиты синхронных двигателей?

7. Основные характеристики цифровых реле зарубежных фирм для защиты двигателей.

Тепловое реле (англ. thermal relay) — реле, которое реагирует на изменение тепловых величин (температуры, теплового потока и т.п.).

Существуют тепловые реле основанные на механических, электрических, оптических и акустических принципах действия.

Тепловые реле основанные на механическом принципе, используют либо линейное или объемное расширение, либо переход веществ из твердого в жидкое или из жидкого в газообразное состояние, либо изменение плотности или вязкости газов. Тепловые реле использующие линейное расширение состоят из двух стержней (или трубки и внутреннего стержня), изготовленных из материалов с различным температурным коэффициентом линейного расширения. Разность удлинений стержней (или трубки и стержня) увеличивается с помощью рычага 4, который приводит в действие подвижный контакт группы контактов 2 (см. Рис.)

Широко распространены биметаллические тепловые реле, у которых пластина, состоящая из двух слоев металла, обладающих различными коэффициентами линейного расширения, и закрепленная одним концом, изгибается свободным концом в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. Свободный конец пластины связан с подвижным контактом, который при заданной температуре замыкает электрическую цепь. Используются связка различных металлов: латунь-инвар, сталь-инвар и т.д. Биметаллическая пластина чаще всего выполняется в виде плоской пластинки, а иногда в виде плоской или винтовой спирали.

Тепловые реле использующие объемное расширение, имеют резервуар (ампулу), наполненный жидкостью (например ртутью) или газом. Ртуть, расширяясь, поднимается по трубке, соединенной с ампулой, доходит при заданной температуре до неподвижного контакта, впаянного в трубку и замыкает управляемую цепь. При нагревании газа нагревательным элементом в резервуаре, ртуть вытесняется и размыкает контакты.

В тепловых реле использующих переход веществ (обычно металлов) из твердого состояния в жидкое, конец стержня с лопаткой, находящихся под действием пружины, вставлен в некоторый объем легкоплавкого вещества. При повышении температуры в камере до температуры плавления вещества пружина выдергивает (или поворачивает) стержень и замыкает контакт.

В тепловых реле, у которых используется переход из веществ из жидкого состояния в газообразное, имеется баллон, наполненный легкоиспаряющейся жидкостью (например хлористый этил — для температуры от 40° до 160°С и хлористый метил — от 0° до 150°С) и соединенная капиллярной трубкой (длинной до 10 м) с манометрическим элементом (коробкой с мембраной или сильфоном). Капиллярная трубка заполнена передаточной мало испаряющейся и мало сжимаемой жидкостью — смесью глицерина, этилового спирта и воды или гликоля и винного спирта. При повышении температуры баллона жидкость, заключенная в ней, испаряясь, вызывает повышение давления паров, которое через жидкость, заполняющую капиллярную трубку, передается сильфону. Последний перемещается и воздействует при этом на ртутный контакт.

Тепловые реле, использующие зависимость плотности газа от температуры, состоят из маленького насоса, засасывающего в единицу времени постоянное количество воздуха через сужение, находящееся в месте, где контролируется температура. Изменение перепада давления после сужения пропорционально контролируемой температуре.

Тепловые реле использующие оптические принципы, применяются для измерения температуры движущихся тел или очень высоких температур. Поток энергии, попадающий на тепловой воспринимающий орган, пропорционален где — температура контролируемого тела, — температура воспринимающего элемента. В случае оптического воспринимающего органа используется либо весь спектр излучения, падающий на воспринимающий орган, либо только его часть, пропущенная через соответствующий светофильтр.

Тепловые реле основанные на электрических принципах, используют изменение удельного сопротивления проводниковых либо полупроводниковых материалов, изменение диэлектрической постоянной или магнитной проницаемости или термоЭДС в зависимости от изменения температуры.

Тепловые реле работающие на изменении удельного сопротивления, имеют проводниковое или полупроводниковое сопротивление (термосопротивление, термистор), включенное обычно в качестве плеча дифференциальной или мостовой схемы.

Иногда используют нелинейность вольтамперных характеристик полупроводниковых термосопротивлений (термисторов), вызывающую скачкообразное изменение тока (релейный эффект) в цепи, в которую включено полупроводниковое сопротивление.

Тепловые реле основанные на изменении диэлектрической постоянной, имеют конденсатор с диэлектриком, резко меняющую свою диэлектрическую постоянную при изменении температуры в заданных пределах. Конденсатор включается в цепь переменного тока последовательно с нагрузкой или в контур генератора электрических колебаний.

Защита электродвигателей

При достижении заданной температуры происходит резкое изменение тока в цепи нагрузки либо срыв колебаний генератора.

Тепловые реле работающие на изменении магнитной проницаемости, имеют сердечник из ферромагнитного сплава, точка Кюри которого соответствует (или близка) заданному значению температуры срабатывания. Обмотка сердечника включена в цепь переменного тока последовательно с нагрузкой или в контур генератора электрических колебаний. При достижении заданной температуры в цепи нагрузки резко изменяется либо происходит срыв колебаний генератора.

Тепловые реле, использующие изменение величины термоЭДС в зависимости от температуры горячего спая термопары, состоят из термопары и высокочувствительного электрического реле, срабатывающего при достижении температурой (и, следовательно, термоЭДС) заданного значения. Для усиления ЭДС, подводимой к электрическому реле, используют усилителя постоянного или переменного (с предварительной модуляцией и последующей демодуляцией) тока, термопары из полупроводниковых материалов или помещают горячий спай в магнитное поле.

Тепловые реле , использующие акустические принципы не нашли применения в промышленности.

Литература

  • Волошин И.Ф. Касперович А.С. Шашков А.Г. Полупроводниковые термосопротивления. — Минск, 1959.
  • Нечаев Г.К. Удалов Н.П. Реле и датчик с полупроводниковыми термосопротивлениями. — 1961.
  • Туричин А.М. Электрические измерения неэлектрических величин. — 1959.
  • Агейкин Д.И. Костина Е.Н. Кузнецова Н.Н. Датчики систем автоматического контроля и регулирования. — Москва, 1959.

Условное графическое изображение теплового реле согласно ЕСКД

Электродвигатель, как любое электротехническое устройство, не застрахован от аварийных ситуаций. Если меры вовремя не приняты, т.е. не установлена защита электродвигателя от перегрузок, то поломка его может привести к выходу из строя других элементов.

{ ArticleToC: enabled=yes }

Проблема, связанная с надежной защитой электродвигателей, как и устройств, в которые их устанавливают, продолжает оставаться актуальной и в наше время. Касается это в первую очередь предприятий, где частенько нарушаются правила эксплуатации механизмов, что приводит к перегрузкам изношенных механизмов и авариям.

Чтобы избежать перегрузок, необходима установка защиты, т.е. устройств, которые могут вовремя среагировать и предотвратить аварию.

Типы защиты от перегрузок

Их несколько:

  • тепловая;
  • токовая;
  • температурная;
  • фазочувствительная и пр.

К первой, т.е. тепловой защите электродвигателя относят установку теплового реле, которое разомкнет контакт, в случае перегрева.

Температурная защита от перегрузок, реагирующая на повышение температуры. Для ее установки нужны температурные датчики, которые разомкнут цепь в случае сильного нагрева частей мотора.

Токовая защита, которая бывает минимальной и максимальной. Осуществить защиту от перегрузки можно, применив токовое реле. В первом варианте реле срабатывает, размыкает цепь, если в статорной обмотке превышено допустимое значение тока.

Во втором, реле реагируют на исчезнувший ток, вызванный, к примеру, обрывом цепи.

Эффективную защиту электродвигателя от повышения тока в обмотке статора, следовательно, перегрева осуществляют при помощи автоматического выключателя.

Электродвигатель может выходить из строя из-за перегрева.

Отчего он случается? Вспоминая школьные уроки физики, все понимают, что, протекая по проводнику, ток его нагревает.

Выбираем защиту электродвигателя от перегрузок

Электродвигатель не перегреется при номинальном токе, значение которого указывается на корпусе.

Если же в обмотке ток по разным причинам начинает увеличиваться, двигателю грозит перегрев. Если мер не предпринять, он выйдет из строя из-за короткого замыкания между проводниками, у которых расплавилась изоляция.

Поэтому, нужно не допустить роста тока, т.е. установить тепловое реле — эффективную защиту двигателя от перегрева. Конструктивно оно является тепловым расцепителем, биметаллические пластины которого изгибаются под воздействием тепла, размыкая цепь. Для компенсации тепловой зависимости у реле есть компенсатор, благодаря которому происходит обратный прогиб.

У реле шкала прокалибрована в амперах и соответствует значению номинального тока, а не величине тока срабатывания. В зависимости от конструкции монтируют реле на щиты, на магнитные пускатели или в корпус.

Грамотно подобранные, они не просто не допустят перегрузки электродвигателя, но предотвратят перекос фаз и заклинивание ротора.

Защита автомобильного двигателя

Перегрев электродвигателя грозит и водителям автомобилей с наступлением жары, да еще с последствиями разной сложности – от поездки, которую придется отменить, до капитального ремонта мотора, у которого от перегрева прихватить может поршень в цилиндре или деформироваться головка.

Во время езды охлаждается электродвигатель воздушным потоком, а когда авто попадает в пробки этого не происходит, что и вызывает перегрев. Чтобы его распознать вовремя, периодически следует посматривать на датчик (при наличии такового) температуры. Как только стрелка окажется в красной зоне, необходимо немедленно остановиться для выявления причины.

Нельзя пренебрегать сигналом аварийной лампочки, потому что за ним почувствуется запах выкипевшей охлаждающей жидкости. Затем, из-под капота появится пар, свидетельствующий о критической ситуации.

Как быть в подобной ситуации? Остановиться, заглушив электродвигатель и подождать, пока прекратится кипение, открыть капот. На это уходит обычно до 15 минут. При отсутствии признаков протекания, доливают жидкость в радиатор, и пробуют завести мотор. Если же температура начнет резко расти, осторожно движутся для выяснения причины в сервис для диагностики.

Причины, вызывающие перегрев

На первом месте стоят неисправности радиатора. Это могут быть: простое загрязнение тополиным пухом, пылью, листвой. Устранив загрязнения, решат проблему. Более проблематично бороться с внутренним загрязнением радиатора — накипью, появляющейся при использовании герметиков.

Решением будет замена этого элемента.

Затем следуют:

  • Разгерметизация системы, вызванная треснувшим шлангом, недостаточно затянутыми хомутами, неисправностью краника отопителя, состарившимся уплотнителем насоса и пр.;
  • Неисправный термостат или краник. Определить это легко, если при горячем двигателе осторожно ощупать шланг или радиатор. Если шланг холодный – причина в термостате и потребуется его замена;
  • Помпа, работающая неэффективно или вовсе неработающая. Это приводит к слабой циркуляции по охлаждающей системе;
  • Сломанный вентилятор, т.е. не включающийся из-за вышедшего из строя мотора, муфты включения, датчика, отошедшего провода. Не крутящаяся крыльчатка тоже вызывает перегрев электродвигателя;
  • Наконец, недостаточное уплотнение камеры сгорания. Это последствия перегрева, приводящие к сгоранию прокладки головки, образованию трещин и деформированию головки цилиндра и гильзы. Если из бачка с охлаждающей жидкостью заметно вытекание, приводящее к резкому повышению давления при запуске охлаждения, или появилась в картере маслянистая эмульсия, значит, причина в этом.

Дабы не попасть в аналогичную ситуацию, необходимо проводить профилактику, способную спасти от перегрева и поломки. «Слабое звено» определяют методом исключения, т.е. проверяют последовательно подозрительные детали.

Может стать причиной перегрева неправильно выбранный режим эксплуатации, т.е. пониженная передача и высокие обороты.

Защита от перегрева мотор-колеса

Мотор — колесо велосипеда тоже приходит в негодность после «перенесенного» перегрева. Если в жаркий день на максимальной мощности ехать какое-то время на предельной скорости, обмотки мотор-колеса перегреются и начнут плавиться, как и любого электрического мотора, испытывающего перегрузки.

Далее, наступит очередь короткого замыкания и остановка двигателя, для восстановления работоспособности которого, нужна перемотка. Чтобы его не допустить, существуют контроллеры большой мощности, увеличивающие крутящий момент. Ремонт мотор-колеса, вышедшего из строя, дорогостоящая операция, соизмеримая по финансовым затратам с покупкой нового.

Можно было бы теоретически установить термодатчик, который не допустит перегрева, но производители этого не делают по ряду причин. Одной из них является усложнение конструкции контроллера и удорожания мотор-колеса в целом. Остается одно – тщательно подбирать контроллер в соответствии с мощностью мотор-колеса.

Видео: Перегрев двигателя, причины перегрева.

Для безопасности эксплуатации электротехнического оборудования должны использоваться специальные приспособления, которые контролируют соответствие условий и параметров работы нормативным требованиям. Одним из таких устройств является тепловое реле, не допускающее перегрев приборов.

Разновидности приспособлений

Применение находят разнообразные типы тепловых реле, которые имеют разные параметры действия и свою сферу использования:

РТЛ – является трехфазной модификацией. Она эффективна при защите моторов электрического типа от перегрузок, роторного заклинивания, фазного перекоса или длительного запуска. Такое реле можно крепить на клеммы ПМЛ на пускателе или непосредственно на КРЛ при самостоятельной эксплуатации.

РТТ – также трехфазный вариант, но применяют его при создании систем безопасности эксплуатации короткозамкнутых моторов. Реле может защитить от продолжительного запуска или заклинивания. Крепится на пускатель ПМЕ и ПМА в корпусной его части или же на отдельную панель при самостоятельной работе.

РТИ – работает при наличии трехфазного питания и защищает двигатели от тяжелых режимов. Для установки используется корпус пускателя типа КМИ или КМТ.

ТРН – устройство на 2 фазы для контроля пуска и последующего функционирования. Предусмотрен ручной способ перевода контактов в первоначальный вид. Преимущество – отсутствие влияния температурного режима вовне.

Твердотельное 3-х фазное с подвижными элементами. Работает с той же целью, что и другие модификации, но может эксплуатироваться даже в условиях риска взрывных явлений. Это обусловлено нечувствительностью к состоянию среды.

РТК – отслеживает состояние и изменение одного показателя, а сам термоконтроль производится щупом.

РТЭ – является непосредственным элементом конструкции агрегата. Оно состоит из проводника, изготовленного из особого сплава. При достижении температурой определенного уровня материал начинает плавиться.

На фото теплового реле можно рассмотреть особенности конструкции отдельных их видов. Эти отличия нужно принимать во внимание при выборе необходимого вам для конкретной ситуации компонента.

Как выбирать

Перед тем, как изучать инструкцию для подключения теплового реле, необходимо изучить основные критерии, на основании которых это устройство выбирается. Важным параметром является связь между нагрузочным током и периодом срабатывания устройства.

Учитывают также и состояние, которое станет сигналом для активизации реле – холодное или перегретое. При этом нагревательные компоненты отличаются термической неустойчивостью в ситуации, когда действуют токи короткого замыкания.

Показатель номинальной нагрузки двигателя является основой для расчета требуемого тока реле.

Как правило, термореле будет срабатывать, если в течение 20-30 минут имеет место перегрузка в 20-30%. Причем постоянная компонента периода нагревания электродвижка находится в зависимости от времени перегрузки.

Если такое превышение нормативной нагрузки незначительно по времени, то постоянная будет равна 5-10 минутам. А вот в ситуации длительных отклонений в нагреве будет задействована не одна обмотка, а вся масса движка. Тогда параметр постоянной нагрева растет до 40 минут или 1 часа.

Учитывают и зависимость нагрева пластины от температуры среды. Если окружающее пространство нагревается, то и ток, при котором реле активизируется, будет меньше. Поэтому при отклонении температуры от номинала требуется дополнительная регулировка реле. Также его следует ставить в тех же условиях, в которых работает и сам агрегат.

Существуют и другие значимые характеристики тепловых реле:

  • напряжение силового типа;
  • параметры регулировочных контактов;
  • мощность при запуске контактов;
  • пределы срабатывания;
  • восприимчивость фазных перекосов;
  • класс выключения.

Конструктивные особенности

В основе устройства и принципа действия теплового реле (ТР) лежит закон Джоуля-Ленца — выделяемое на участке электроцепи количество тепла пропорционально сопротивлению этого участка и квадрату силы тока. Это физическое явление сегодня активно применяется в тепловых разъединителях. Небольшой участок электрической цепи, выступающий в роли излучателя, наматывается на изолятор спиралью.

Проходящий через электрооборудование ток протекает и в этом участке. Рядом со спиралью расположена пластина, изготовленная из биметаллического сплава. При достижении определенной температуры она изгибается и воздействует на группу контактов.

Особенность пластины заключается в том, что она изготовлена из двух металлов, обладающих разными показателями коэффициента теплового расширения, которые составляют один элемент.

Конструкция прибора показана на рисунке.

К проводникам подсоединены три фазы питания электромотора. Обмотка нагрева находится над биметаллической пластиной, что позволяет уменьшить число ложных срабатываний прибора. Пластины упираются в подвижный элемент конструкции, который воздействует на механизм разъединителя. В верхней части прибора расположены две группы контактов (закрытые NC и открытые NO), а также регулятор токовой нагрузки пружинного типа.

Особенности теплового реле

Но, в отличие от автоматического защитного выключателя, ТР не размыкает силовые цепи питания, а разрывает цепь самоподхвата магнитного пускателя. Нормально замкнутый контакт защитного устройства действует аналогично кнопке «Стоп», и подключается последовательно с ней.

Тандем контактора и теплового реле

Поскольку тепловое реле подключается сразу же после магнитного пускателя, то нет нужды дублировать функции контактора при аварийном размыкании цепей. При таком выборе реализации защиты достигается ощутимая экономия материала для контактных силовых групп – значительно проще коммутировать небольшой ток в одной цепи управления, чем разрывать три контакта под большой токовой нагрузкой.

Тепловое реле не разрывает силовые цепи напрямую, а лишь выдает сигнал управления в случае превышения нагрузки – данную особенность следует помнить при подключении устройства.

Как правило, в тепловом реле присутствует два контакта – нормально замкнутый и нормально разомкнутый. При срабатывании устройства данные контакты одновременно меняют свое состояние.

Нормально разомкнутые и нормально замкнутые контакты

Характеристики теплового реле

Выбор ТР следует производить, сопоставляя типичные характеристики данного защитного устройства соответственно имеющейся нагрузке и условиям эксплуатации электродвигателя:

  • Номинальный ток защиты;
  • Предел регулировки уставки тока срабатывания;
  • Напряжение силовой цепи;
  • Количество и тип вспомогательных контактов управления;
  • Мощность коммутации контактов управления;
  • Порог срабатывания (коэффициент отношения к номинальному току)
  • Чувствительность к асимметричности фаз;
  • Класс отключения;

Схема подключения

В большинстве схем при подключениях теплового реле к магнитному пускателю используется нормально замкнутый контакт, который подключается последовательно с кнопкой «Стоп» пульта управления. Обозначением данного контакта является сочетание букв NC (normal connected) или НЗ (нормально замкнутый).

Схема подключения ТР к контактору в магнитном пускателе

Нормально разомкнутый контакт (NO) при данной схеме подключения может использоваться для сигнализации о срабатывании тепловой защиты электродвигателя. В более сложных автоматических схемах управления он может использоваться для инициализации аварийного алгоритма останова конвейерной цепи оборудования.

Для самостоятельного подключения теплового реле для защиты электродвигателя, не имея опыта работы с подобным оборудованием, будет правильно сначала ознакомиться с принципом работы и подключением магнитного пускателя на данном сайте.

В независимости от типа подключения электродвигателя и количества контакторов магнитного пускателя (прямой и реверсивный запуск), внедрение теплового реле в схему является достаточно простым. Оно устанавливается после контакторов перед электродвигателем, а размыкающийся (нормально замкнутый) контакт подключается последовательно с кнопкой «Стоп».

Тепловое реле в схеме реверсивного подключения контакторов

Элементы подключения, управления и настройки ТР

По ГОСТ клеммы контактов управления имеют обозначение 95-96 (нормально замкнутый) и 97-98 (нормально разомкнутый).

На данном рисунке показана схема теплового реле с обозначением выводов и элементов управления. Кнопка «Тестирование служит для проверки работоспособности механизма.

Кнопка «Стоп» служит для ручного выключения устройства защиты.

Функция «Повторный взвод» позволяет заново запустить электродвигатель после срабатывания защиты. Многие ТР поддерживают два варианта – автоматический (возвращение в исходное состояние происходит после остывания биметаллических пластин) и ручной взвод, требующий непосредственного действия оператора для нажатия соответствующей кнопки.

Управление повторным взводом

Уставка тока срабатывания позволяет сделать выбор значения перегрузки, при котором реле отключит катушку контактора, который обесточит электродвигатель.

Регулировка уставки срабатывания относительно метки

При выборе устройства защиты нужно помнить, что по аналогии с автоматическим выключателем у тепловых реле также имеется времятоковая характеристика. То есть, при превышении уставленного тока на некоторое значение, отключение произойдет не сразу, а по истечению некоего времени. Быстрота срабатывания будет зависеть от кратности превышения тока уставки.

Графики времятоковой характеристики

Разные графики соответствуют характеру нагрузки, количеству фаз и температурному режиму.

Как видно из графиков, при двукратном превышении нагрузки может пройти больше минуты времени, прежде, чем защита сработает. Если же выбрать ТР недостаточно мощным, то двигатель может не успеть разогнаться при многократном стартовом превышении уставки тока перегрузки.

Также у некоторых тепловых реле имеется флажок срабатывания защиты.

Защитное закрывающееся стекло служит одновременно для нанесения маркировки и защиты настроек при помощи пломбирования,

Защита настроек и маркировка

Блок: 2/3 | Кол-во символов: 4872

Основные характеристики

Каждое ТР имеет индивидуальные технические характеристики (ТХ). Реле нужно выбирать согласно характеристикам по нагрузке и условиям применения при работе электродвигателя или другого потребителя электроэнергии:

  1. Значение Iн.
  2. Диапазон регулировки I срабатывания.
  3. Напряжение.
  4. Дополнительное управление работой ТР.
  5. Мощность.
  6. Граница срабатывания.
  7. Чувствительность к фазному перекосу.
  8. Класс отключения.

Номинальное значение тока – значение I, на которое рассчитано ТР. Выбирается по значению Iн потребителя, к которому непосредственно подключается. Кроме того, нужно выбирать с запасом по Iн и руководствоваться следующей формулой: Iнр = 1.5 * Iнд, где Iнр – Iн ТР, который должен быть больше номинального тока двигателя (Iнд) в 1.5 раза.

Граница регулировки I срабатывания является одним из важных параметров устройства термозащиты. Обозначение этого параметра является диапазоном регулировки значения Iн.

Напряжение – значение силового напряжения, на которое рассчитаны контакты реле; при превышении допустимой величины произойдет выход из строя устройства.

Некоторые виды реле снабжены отдельными контактами для управления работой устройства и потребителя. Мощность – это один из основных параметров ТР, которое определяет выходную мощность подключенного потребителя или группы потребителей.

Граница срабатывания или порог срабатывания является коэффициентом, зависящим от номинального тока. В основном его значение находится в диапазоне от 1,1 до 1,5.

Чувствительность к фазному перекосу (асимметрии фаз) показывает процентное соотношение фазы с перекосом к фазе, по которой протекает номинальный ток необходимой величины.

Класс отключения – параметр, представляющий среднее время срабатывания ТР в зависимости от кратности тока уставки.

Основной характеристикой, по которой нужно выбирать ТР, является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки.

Блок: 3/6 | Кол-во символов: 1878

Подключение и установка ТР

Как правило, современные тепловые реле имеют защиту по всем трем фазам, в отличие от распространенных в советское время тепловых реле, имеющих обозначения ТРН, где контроль тока производился только в двух проводах, идущих к электродвигателю.

Тепловое реле ТРН с контролем тока только в двух фазах

По типу подключения тепловые реле можно разделить на две разновидности:

  • Устанавливаемые рядом с магнитным пускателем, и подключаемые при помощи перемычек (ТРН, РТТ).Реле РТТ, подключенное при помощи жестких пластинчатых перемычек
  • Монтируемые непосредственно на контактор магнитного пускателя (современные модели).Реле устанавливается непосредственно на контакторе

Входные токопроводящие выводы в современных моделях одновременно служат частью крепежа теплового реле к контактору магнитного пускателя. Они вставляются в выходные клеммы контактора.

Подключение теплового реле к контактору

Как видно из фото внизу, в некоторых пределах можно изменять расстояние между выводами, чтобы подстраиваться под различные виды контакторов.

Подстройка выводов под клеммы контактора

Для дополнительной фиксации ТР предусмотрены соответствующие выступы на самом устройстве и на контакторе.

Элемент крепежа на корпусе теплового релеСпециальный паз крепления на контакторе

Механика теплового реле

Существует много разновидностей ТР, но принцип действия у них одинаков – при протекании увеличенного тока через биметаллические пластины они искривляются и воздействуют через систему рычагов на спусковой механизм контактных групп.

Рассмотрим для примера устройство теплового реле LR2 D1314 фирмы «Schneider Electric».

ТР в разобранном виде

Условно данное устройство можно разделить на две части: блок биметаллических пластин и система рычагов с контактными группами. Биметаллические пластины состоят из двух полос различных сплавов, соединенных в одну конструкцию, имеющих разный тепловой коэффициент расширения.

Изгибающаяся биметаллическая пластина

Благодаря неравномерному расширению при больших значениях тока данная конструкция расширяется неравномерно, что заставляет ее изгибаться. При этом один конец пластины зафиксирован неподвижно, а подвижная часть воздействует на систему рычагов.

Система рычагов

Если убрать рычаги, то будут видны контактные группы теплового реле.

Коммутационный узел ТР

Не рекомендуется сразу же включать тепловое реле после срабатывания и заново запускать электродвигатель – пластинам нужно время, чтобы остыть и вернуться в первоначальное состояние. К тому же, будет благоразумней сначала найти причину срабатывания защиты.

Блок: 3/3 | Кол-во символов: 2561

>Назначение

Сразу же хотелось бы сказать о том, что существуют различные виды и типы тепловых реле и соответственно область применения каждой классификации своя собственная.

Защита электродвигателя: основные виды, схемы подключения и принцип работы. Инструкция как установить своими руками

Вкратце поговорим о назначении основных разновидностей устройств.

РТЛ — трехфазное, предназначено для защиты электродвигателя от перегрузок, перекоса фаз, затянутого пуска или заклинивания ротора. Крепятся на контакты пускатели ПМЛ или как самостоятельное устройство с клеммами КРЛ.

РТТ — на три фазы, предназначены для защиты короткозамкнутых двигателей от токов перегрузки, перекоса фаз, заклинивания ротора двигателя, затянутого запуска механизма. Может крепиться на ПМА и ПМЕ пускатели, а также самостоятельно устанавливаться на панели.

РТИ — защищают электромотор от перегрузки, асимметрии фаз, длинного пуска и заклинивания машины. Трехфазное тепловое реле, крепится на пускатели серии КМТ и КМИ.

ТРН — двухфазное реле, контролирует режим работы и пуска, имеет только ручной возврат контактов, работа устройства мало зависит от температуры окружающей среды.

Твердотельные трехфазное реле, не имеют подвижных деталей, не зависят от состояния окружающей среды, применяют во взрывоопасных местах. Следит за током нагрузки, разгоном, обрывом фаз, заклиниванием механизма.

РТК — контроль температуры происходит щупом, расположенным в корпусе электроустановки. Представляет собой термо реле, и контролирует только один параметр.

РТЭ — реле плавления сплава, электропроводящий проводник выполнен из сплава металла, при определенной температуре плавится и механически разрывает цепь. Данное тепловое реле встраивается непосредственно в контролируемое устройство.

Как видно из нашей статьи, существует большое разнообразие контроля за состоянием электроустановок, отличающихся типом и внешним видом, но одинаково выполняющих защиту электрооборудования.

Блок: 4/4 | Кол-во символов: 2016

Процесс подключения

Ниже приведена схема подключения ТР с обозначениями. На ней можно найти сокращение КК1.1. Оно обозначает контакт, который в нормальном состоянии является замкнутым. Силовые контакты, через которые ток поступает на двигатель обозначены сокращением KK1. Автоматический выключатель, который находится в ТР обозначен как QF1. При его задействовании происходит подача питания по фазам. Фаза 1 управляется отдельной клавишей, которая обозначена маркировкой SB1. Она выполняет аварийную ручную остановку в случае возникновения непредвиденной ситуации. От нее контакту уходит на клавишу, которая обеспечивает пуск и обозначена сокращением SB2. Дополнительный контакт, который отходит от клавиши пуска, находится в дежурном состоянии. Когда выполняется запуск, тогда ток от фазы через контакт поступает на магнитный пускатель через катушку, которая обозначается KM1. Происходит срабатывание пускателя. При этом те контакты, которые в нормальном положении являются разомкнутыми замыкаются и наоборот.

Когда замыкаются контакты, которые на схеме находятся под сокращением KM1, тогда происходит включение трех фаз, которые пускают ток через тепловое реле на обмотки двигателя, который включается в работу. Если сила тока будет расти, тогда из-за воздействия контактных площадок ТР под сокращением KK1 произойдет размыкание трех фаз и пускатель обесточивается, а соответственно останавливается и двигатель. Обычная остановка потребителя в принудительном режиме происходит посредством воздействия на клавишу SB1. Она разрывает первую фазу, которая прекратит подачу напряжения на пускатель и его контакты разомкнутся. Ниже на фото можно увидеть импровизированную схему подключения.

Есть еще одна возможная схема подключения этого ТР. Разница заключается в том, что контакт реле, который в нормальном состоянии является замкнутым при срабатывании разрывает не фазу, а ноль, который уходит на пускатель. Ее применяют чаще всего в силу экономичности при выполнении монтажных работ. В процессе нулевой контакт подводится к ТР, а с другого контакта монтируется перемычка на катушку, которая запускает контактор. При срабатывании защиты происходит размыкание нулевого провода, что приводит к отключению контактора и двигателя.

Реле может быть смонтировано в схему, где предусмотрено реверсивное движение двигателя. От схемы, которая была приведена выше различие заключается в том, что присутствует НЗ контакт, в реле, которое обозначено KK1.1.

Если реле срабатывает, тогда происходит разрыв нулевого провода контактами под обозначением KK1.1. Пускатель обесточивается и прекращает питания двигателя. В экстренной ситуации кнопка SB1 поможет быстро разорвать цепь питания, чтобы остановить двигатель.

Блок: 4/5 | Кол-во символов: 2751

Рекомендации по выбору

При выборе прибора необходимо ориентироваться на область его использования, а также имеющийся функционал. Проблем с поиском нужного защитного устройства практически никогда не возникает. Особое внимание в это время нужно уделить следующим моментам:

  • Однофазные ТР с автоматическим сбросом возвращаются в исходное состояние по истечении определенного отрезка времени. Если электродвигатель в этот момент еще перегружен, прибор сработает повторно.
  • Реле, имеющие систему компенсации температуры окружающей среды, способны работать в широком температурном диапазоне.
  • Некоторые модели приборов обладают способностью контролировать состояние фаз. Они сработают не только при перегреве мотора, но также, если был обнаружен обрыв фаз, их разворот либо дисбаланс.
  • Существуют ТР, способные срабатывать при недогрузке электрооборудования. Такая ситуация возможна, например, когда насос начал функционировать всухую.

Стоимость реле находится в широком ценовом диапазоне. Во время выбора прибора нужно внимательно изучить его технические характеристики. В паспорте можно также найти и рекомендации по подключению ТР. Впрочем, этот процесс не является сложным, и проблемы возникают крайне редко.

Кол-во блоков: 10 | Общее кол-во символов: 17696
Количество использованных доноров: 5
Информация по каждому донору:

  1. http://infoelectrik.ru/elektrotexnicheskie-ustrojstva/podklyuchenie-teplovogo-rele.html: использовано 2 блоков из 3, кол-во символов 7433 (42%)
  2. https://odinelectric.ru/equipment/printsip-raboty-i-shema-podklyucheniya-teplovogo-rele: использовано 1 блоков из 6, кол-во символов 1878 (11%)
  3. https://2proraba.com/elektrika/teplovoe-rele-dlya-elektrodvigatelya-sxema-podklyucheniya.html: использовано 2 блоков из 5, кол-во символов 3462 (20%)
  4. https://samelectrik.ru/chto-takoe-teplovoe-rele.html: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 2405 (14%)
  5. https://220v.guru/elementy-elektriki/princip-raboty-i-podklyuchenie-teplovogo-rele-dlya-elektrodvigatelya.html: использовано 2 блоков из 6, кол-во символов 2518 (14%)

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

ссылка

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.

9.4 ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

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.
Все. Выслушиваю ваши коментарии.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *