Теплозащита двигателя: Термозащита электродвигателей от перегрева

Содержание

Термозащита электродвигателей от перегрева

Внутренняя защита, встраиваемая в обмотки или клеммную коробку

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

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

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

Обозначение TP

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

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

В электродвигателях насосов, самыми распространёнными обозначениями TP являются:

TP 111: Защита от постепенной перегрузки

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

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

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

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

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

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

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

Устройства тепловой защиты, встраиваемые в клеммную коробку

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

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

Тепловой автоматический выключатель, встраиваемый в обмотки

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

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

Внутренняя установка

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

Тепловые выключатели НЕ ЗАЩИЩАЮТ двигатель при блокировке ротора.

Принцип действия теплового автоматического выключателя

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

Подключение

Подключение трёхфазного электродвигателя со встроенным тепловым выключателем и реле перегрузки.

Обозначение TP на графике

Защита по стандарту IEC 60034-11:

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

Терморезисторы, встраиваемые в обмотки

Второй тип внутренней защиты — это терморезисторы, или датчики с положительным температурным коэффициентом (PTC).

Терморезисторы встраиваются в обмотки электродвигателя и защищают его при блокировке ротора, продолжительной перегрузке и высокой температуре окружающей среды. Тепловая защита обеспечивается с помощью контроля температуры обмоток электродвигателя с помощью PTC датчиков. Если температура обмоток превышает температуру отключения, сопротивление датчика меняется соответственно изменению температуры.

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

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

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

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

Принцип действия терморезистора

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

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

По сравнению с PTO терморезисторы имеют следующие преимущества:

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

Обозначение TP для электродвигателя с PTC

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

Соединение

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

Электродвигатели с защитой TP 111

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

Электродвигатели с защитой TP 211

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

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

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

Дисциплины | Э1 – «Ракетные Двигатели»

105005
«Ракетные двигатели»
Кафедра «Ракетные Двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана
+7 (499) 267-89-03
+7 (499) 263-60-40

Список дисциплин, читаемых преподавателями кафедры «Ракетные двигатели»

Автоматизация проектирования жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)
Автоматизация проектирования ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ)
Автоматика и регулирование жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)
Автоматика и регулирование ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ)
Двигательные установки
Двигательные установки средств выведения космических аппаратов (для каф. ПС4)
Жидкостные ракетные двигатели малой тяги
Испытание и диагностика жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)
Испытание и диагностика ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ)
Конверсия ракетных двигателей
Конструирование жидкостных ракетных двигательных установок (ЖРДУ)
Конструирование ракетных двигательных твердотопливных установок (РДТУ)
Математическое моделирование жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)
Математическое моделирование ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ)
Менеджмент и инновации высоких технологий
Методология научно-исследовательской работы (НИР)
Общая теория двигателей
Основы проектирования ракетных двигателей подводных аппаратов (РДПА)
Основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ)
Основы теории и расчета ядерных энергетических и двигательных установок (ЯЭДУ)
Основы эскпортного контроля
Отработка и надежность жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)
Отработка и надежность ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ)
Прикладная гидрогазодинамика жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)
Прикладная гидрогазодинамика ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ)
Проектирование гибридных ракетных двигателей для летательных аппаратов
Проектирование комбинированных ракетных двигателей
Рабочие процессы в ракетных двигателях на твердом топливе (РДТТ)
Расчет и конструкция камеры ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ)
Теория и проектирование систем подачи топлива (СПТ)
Теория и проектирование турбо-насосных агрегатов (ТНА)
Теплозащита и прочность конструкций жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)
Теплозащита и прочность конструкций ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ)
Теплообменные аппараты
Технология производства и свойства твердых топлив
Топлива и рабочие процессы в жидкостных ракетных двигателях (ЖРД)
Управление техническими системами
Экология и утилизация жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)
Экология и утилизация ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ)
Экономика ракетно-космической отрасли
Энергетические машины и установки

Что такое тепловая защита электродвигателя?

Тимоти Тиле

Тимоти Тиле имеет степень младшего специалиста в области электроники и является местным электриком № 176 IBEW с более чем 30-летним опытом работы в жилых, коммерческих и промышленных электросетях.

Узнайте больше о The Spruce’s Редакционный процесс

Обновлено 30.01.22

Рассмотрено

Ларри Кэмпбелл

Рассмотрено Ларри Кэмпбелл

Ларри Кэмпбелл (Larry Campbell) — подрядчик-электрик с 36-летним опытом работы в области электропроводки в жилых и коммерческих помещениях. Он работал техником-электронщиком, а затем инженером в IBM Corp. и является членом Наблюдательного совета Spruce Home Improvement Review Board.

Узнайте больше о The Spruce’s Наблюдательный совет

scyther5 / Getty Images

Когда вы видите термин «тепловая защита» или «тепловая защита», используемый в описании электродвигателя, он относится к устройству внутри двигателя или компрессора двигателя, которое предназначено для предотвращения опасного перегрева, который может привести к отказу двигателя.

Назначение термозащиты

Этот перегрев обычно происходит, когда двигатель перегружен, когда заедает подшипник, когда что-то блокирует вал двигателя и препятствует его вращению, или когда двигатель просто не запускается должным образом. Невозможность запуска может быть вызвана неисправностью пусковой обмотки двигателя.

Термозащита состоит из одного или нескольких термочувствительных элементов, встроенных в двигатель или мотор-компрессор, а также внешнего устройства управления. Предусмотрена тепловая защита для отключения двигателя при чрезмерном нагреве его цепей. Эта функция безопасности останавливает повышение температуры до того, как двигатель может сгореть.

Термозащита обычно сбрасывается, как только двигатель остывает до безопасной рабочей температуры. Обычно со стороны электропроводки двигателя находится видимая красная кнопка, обычно, хотя и не всегда, напротив вала двигателя. На двигателях, оборудованных таким образом, вы должны нажать эту кнопку для сброса и перезапуска двигателя. На других двигателях без кнопки сброса сброс происходит автоматически по мере остывания двигателя.

Отключение двигателя из-за срабатывания термоограничителя неудобно, но это, безусловно, лучше, чем замена двигателя из-за перегрева. А отключение может предупредить вас о проблемах с двигателем или подключенными устройствами, или о нагрузке, подключенной к двигателю. Когда двигатель не запускается или перегревается во время работы, это может указывать на то, что срок службы двигателя подошел к концу и его необходимо заменить. Но часто вина вовсе не в моторе. Например, на нагрузке, прикрепленной к двигателю, может быть препятствие, что приводит к чрезмерной нагрузке, вызывающей накопление тепла в двигателе.

Примеры двигателей с термозащитой

Дренажный насос — это двигатель, для которого часто возникает этот сценарий. Если откачивающий насос перекачивает воду, наполненную мусором, частицы мусора могут застрять в рабочем колесе и заблокировать вращение двигателя насоса, что приведет к его очень быстрому перегреву. На насосе, оборудованном тепловой защитой, устройство сработает и перекроет подачу тока к обмоткам двигателя. Это позволит мотору остыть и вполне может спасти его от полного выхода из строя. Предупрежденный о проблеме из-за того, что двигатель отключается, вы можете очистить крыльчатку и оставить двигатель дренажного насоса в рабочем состоянии в течение некоторого времени, прежде чем он потребует замены.

Что такое обмотки двигателя?

Обмотки двигателя — это провода внутри двигателя, по которым протекает электрический ток. Обмотки помещаются в катушки и обычно наматываются на железный магнитный сердечник, который образует магнитные полюса, когда на него подается ток.

Тот же сценарий может быть верным для других электродвигателей, которые обрабатывают переменные нагрузки, такие как измельчители мусора, стиральные машины или пылесосы. Без тепловой защиты такие двигатели могут быть более подвержены перегоранию.

Тепловая защита, как правило, является хорошей характеристикой при покупке оборудования с электродвигателями. Защищая двигатель от перегрева, он может значительно продлить срок службы двигателя.