Защита асинхронного двигателя — способы и схемы

Если правильно эксплуатировать асинхронный двигатель, он прослужит очень долго. Однако существуют факторы, способные сократить срок его службы, и их требуется нейтрализовать. В случае входа в аварийный режим электромотор должен быть быстро и своевременно отключен, иначе он сгорит.

К стандартным и часто встречающимся аварийным ситуациям относятся:

• Короткое замыкание (КЗ). В этом случае срабатывает защита, которая отключает мотор от сети.
• Перегрузка, из-за которой происходит перегрев двигателя.
• Уменьшение или исчезновение напряжения.
• Отсутствие напряжения на одной фазе.

Для защиты служат плавкие предохранители, магнитные пускатели или реле. Плавкие предохранители является одноразовыми, и после сгорания их приходится заменять. Автоматические переключатели с коммутациями срабатывают и при перегрузках, и при КЗ. Реле и магнитные пускатели бывают многократного действия с автоматическим самовозвратом или с ручным возвратом.

Защита от КЗ настраивается с учетом 10-кратного превышения номинального тока токами пуска и торможения. При местных замыканиях в обмотках мотора защита должна срабатывать, когда ток меньше, чем при пуске. В защите также предусматривают задержку отключения, и она срабатывает, если за это время потребляемый из сети ток сильно возрастет. Если защита от перегрузки действует слишком часто, скорее всего, мощность мотора не соответствует его назначению. Ложные срабатывания устраняют, соответственно выбирая и регулируя компоненты защиты.

Следует помнить, что любые способы и схемы защиты асинхронного электродвигателя должны быть не только просты, но и надежны.

Короткие замыкания, а также защита от перегрузок

Плавкие вставки – простейшая защита от коротких замыканий для моторов мощностью до 100 кВт. Если перегорят не все 3 предохранителя, могут отключиться только 1 или 2 фазные обмотки.

Если переходный процесс длится 2-5 секунд, номинальный ток предохранителя не должен быть меньше 40 % величины пускового тока, а если 10-20 секунд – то минимум 50 %. При неизвестной величине пускового тока и мощности Р мотора меньше 100 кВт примерная величина номинального тока I вставки выбирается так:

• при U 500 вольт I = 4,5 Р;
• при U 380 вольт I = 6 Р;
• при U 2200 вольт I = 10,5 Р.

Тепловая защита

Тепловое реле – это биметаллическая пластина, нагреваемая током обмоток мотора. Деформируясь, она активизирует контакты, отключающие мотор. Тепловые реле могут встраиваться в магнитные пускатели. Следует принимать в расчет максимальное напряжение в сети, при котором допускается применение теплового реле, и ток, при котором реле работает долгое время и не активизируется.

Тепловое реле не может реагировать на токи короткого замыкания. Не действуют на него и недолгие перегрузки, которые недопустимы. Поэтому рекомендуется совмещать использование теплового реле с плавкими вставками.

Специальный датчик тепла защищает электромотор от перегрева еще успешнее. Он устанавливается на самом электромоторе. Некоторые двигатели имеют встроенный биметаллический датчик, представляющий собой контакт, который подключен к защите.

Понижение напряжения и исчезновение фазы

Если асинхронный электромотор работает с полной нагрузкой, а напряжение при этом понижено, то он начинает быстро нагреваться. Если в него встроен температурный сенсор, включится тепловая защита.

Если же температурного сенсора не имеется, надо обеспечить защиту электродвигателя от падения напряжения. В таком случае используются реле. Когда уменьшается напряжение, они срабатывают и подают сигнал на отключение электродвигателя. Исходное состояние защиты может восстанавливаться вручную или автоматически; при этом происходит задержка во времени для каждого электромотора при их группе. В противном случае при одновременном групповом запуске после восстановления напряжение в сети может снова понизиться, и произойдет новое отключение.

Правила устройства и эксплуатации электроустановок требуют защиты от исчезновения фазы тока только в случаях экономически нецелесообразных последствий. Экономически выгоднее не изготавливать и устанавливать такую защитную систему, а устранить причины, приводящие к режиму работы только на двух фазах.

Новейшими устройствами для защиты электромоторов можно назвать автоматические выключатели, способные к воздушному гашению дуги. В некоторых конструкциях совмещаются возможности рубильника, контактора, максимального реле и термореле. В подобных моделях мощная взведенная пружина размыкает контакты. Ее освобождение зависит от того, каков исполнительный элемент – электромагнитный или тепловой.

Таким образом, защита асинхронного двигателя, способы и схемы которой изложены выше, должна реализовываться пользователем в обязательном порядке.

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.

Тепловая защита электродвигателя | Полезные статьи

В процессе эксплуатации электродвигателя могут возникнуть неполадки, причиной которых являются тепловые перегрузки. Они появляются в результате пропадания одной из фаз, питающих двигатель. При этом ток в два раза превышает номинальный, что и приводит к перегреву обмотки статора. Еще одной причиной могут стать проблемы, в результате которых вал вращается с затруднением. Это происходит, когда электродвигатель работает под большой нагрузкой или выходят из строя подшипники. В результате перегрева разрушается изоляция обмотки статора, следствием чего становится короткое замыкание и выход оборудования из строя. Чтобы этого не произошло, используется тепловая защита двигателя, позволяющая своевременно обеспечить технику при появлении больших токов. Когда необходима тепловая защита электродвигателя. Сегодня тепловая защита электродвигателя устанавливается на всем промышленном оборудовании, на бытовой технике и электроинструментах. Она отлично зарекомендовала себя в следующих случаях:

• при неправильных процессах во время пуска или торможения двигателя;
• во время длительных перегрузок;
• при повышенной частоте включения;
• при значительных колебаниях напряжения электросети;
• во время обрыва фаз;
• при включении оборудования с заклиненным ротором;
• при заклинивании приводных механизмов оборудования.

Для надежной защиты используют тепловое реле для электродвигателя, автоматические выключатели, предохранители с магнитными пускателями, плавкие вставки. Максимальную эффективность дает комплексное использование этих элементов. Принцип действия теплового реле электродвигателя. Встроенная тепловая защита электродвигателя базируется на применении реле с биметаллической пластиной. Она состоит из двух частей, созданных из металлов с различным коэффициентом линейного расширения. Ток оказывает на пластину тепловое воздействие и в результате неравномерного расширения составных частей она изгибается. При определенной температуре, на которую настроено реле, изогнутая пластина достигает положение, при котором воздействует на защелку расцепителя. Это действие, усиленное пружиной, позволяет максимально быстро разъединить цепь. В обратное положение пластину можно вернуть нажатием предназначенной для этого кнопки. Конструкция и выбор теплового релеКонструкция тепловой защиты зависит от ее назначения, рабочего тока и способа установки реле. Производители выпускают сегодня тепловые реле как в составе автоматических выключателей и пускателей, так и в виде отдельных электроустановочных изделий. Есть возможность выбрать реле с ручным возвратом или с автоматическим самовозвратом в исходное положение.Выбор теплового реле для электродвигателя зависит от потребляемого тока. Регулируется величина срабатывания в небольшом диапазоне, поэтому подбирать реле нужно тщательно. Нагревается пластина при прохождении тока по специальной спирали, намотанной на пластину. При включении двигателя пусковой ток в несколько раз сильнее номинальной величины, но волноваться, что реле сработает не стоит. Нагревается пластина медленно и кратковременные мощные токи не успевают привести защиту в действие. Время срабатывания регулируется длиной токопроводящей спирали: чем оно больше, тем больше витков на пластине. В ряде случаев нагревательным элементом может выступить непосредственно биметаллическая пластина. Выбор реле производится либо по марке двигателя, на который она будет установлена, либо по специальным таблицам, учитывающим номинальный ток.

Для оформления заказа позвоните менеджерам компании Кабель.РФ^® по телефону +7 (495) 646-08-58 или пришлите заявку на электронную почту [email protected] с указанием требуемой модели электродвигателя, целей и условий эксплуатации. Менеджер поможет Вам подобрать нужную марку с учетом Ваших пожеланий и потребностей.  

Как выбрать тепловое реле для двигателя по мощности и току

Продолжительная работа механизма на максимуме вызывает перегрев обмоток и порчу изоляции, в результате чего происходит межвитковое замыкание, перерастающее в обширное выгорание полюсов двигателя и дорогостоящий ремонт. Чтобы этого не происходило, в цепь питания устанавливается реле, которое называют тепловым или «теплушкой». По цепи питания данный аппарат контролирует величину тока и при длительном отклонении от номинала установки, размыкает контакты, лишая питания цепь управления, размыкая пусковое устройство. В этой статье мы расскажем, как выбрать тепловое реле для двигателя по мощности и току.

Методика выбора

Чтобы правильно выбрать номинал теплового реле нам необходимо узнать его In (рабочий, номинальный ток) и уже опираясь на эти данные можно подобрать правильный диапазон уставки аппарата.

Правилами технической эксплуатации ПУЭ оговорен этот момент и допускается устанавливать до 125% от номинального тока во взрывобезопасных помещениях, и 100%, т.е. не выше номинала двигателя во взрывоопасных.

Как узнать In? Эту величину можно посмотреть в паспорте электродвигателя, табличке на корпусе.

Как видно на табличке (для увеличения нажмите на картинку) указаны два номинала 4.9А/2.8А для 220В и 380В. Согласно нашей схеме включения нужно выбрать ампераж, ориентируясь на напряжение, и по таблице подобрать реле для защиты электродвигателя с нужным диапазоном.

Для примера рассмотрим, как выбрать тепловую защиту для асинхронного двигателя АИР 80 мощностью 1.1 кВт, подключенного к трехфазной сети 380 вольт. В этом случае наш In будет 2.8А, а допустимый максимальный ток «теплушки» 3.5А (125% от In). Согласно каталогу нам подходит РТЛ 1008-2 с регулируемым диапазоном 2.5 до 4 А.

Что делать, если паспортные данные не известны?

Для этого случая рекомендуем использовать токовые клещи или мультиметр С266, конструкция которого также включает токоизмерительные клещи. С помощью данных приборов нужно определить ток мотора в работе, измерив его на фазах.

В том случае, когда на таблице частично читаются данные, размещаем таблицу с паспортными данными асинхронных двигателей широко распространенных в народном хозяйстве (тип АИР). С помощью нее возможно определить In.

Кстати, недавно мы рассмотрели принцип действия и устройство тепловых реле, с чем настоятельно рекомендуем вам ознакомиться!

В зависимости от токовой нагрузки будет различаться и время срабатывания защиты, при 125% должно быть порядка 20 минут. В диаграмме ниже указана векторная кривая зависимости кратности тока от In и времени срабатывания.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Надеемся, прочитав нашу статью, вам стало понятно, как выбрать тепловое реле для двигателя по номинальному току, а также мощности самого электродвигателя. Как вы видите, условия выбора аппарата не сложные, т.к. можно без формул и сложных вычислений подобрать подходящий номинал, используя таблицу!

Советуем также прочитать:

Тепловая защита электродвигателя. Электротепловое реле.

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.

Удачи!

Способ косвенной защиты от перегрева для электроприводов горно-шахтных установок Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.313.33: 62-5

СПОСОБ КОСВЕННОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРЕВА ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ГОРНО-ШАХТНЫХ УСТАНОВОК

Брейдо Иосиф Вульфович1,

[email protected]

Семыкина Ирина Юрьевна2,

[email protected]

Нурмаганбетова Гулим Сахитовна1,

[email protected]

1 Карагандинский государственный технический университет, Казахстан, 100027, г. Караганда, Бульвар Мира, 56.

2 Институт энергетики Кузбасского государственного технического университета им. Т.Ф. Горбачева, Россия, 650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработать надежную тепловую защиту нерегулируемых асинхронных электроприводов машин и установок горной промышленности, в частности для оборудования подземных горных работ и процессов обогащения. Ключевой особенностью данной задачи является функционирование горно-шахтного электрооборудования в заведомо сложных условиях высокой запыленности и загазованности, включая риск взрыва или пожара вследствие перегрева наружных поверхностей из-за возникновения неисправности, а также эксплуатацию таких электроприводов в повторно-кратковременных режимах с частыми пусками и тяжелыми условиями работы, характеризующимися изменением нагрузки в широких пределах, длительной работой при нагрузках, выше номинального значения, остановами с последующим запуском двигателя с максимально допустимым моментом сопротивления. Применение для решения данной задачи методов непосредственного измерения температуры оказывается невозможным, поскольку большая часть рассматриваемых асинхронных двигателей не оснащается встроенными термодатчиками. Прямые методы защиты асинхронных электродвигателей от перегрева на основе время-токовой и тепловой токовой защиты не учитывают температуру окружающей среды, различные варианты тепло-отвода в электродвигателях горно-шахтных установок, обусловленные условиями их эксплуатации, а в случае останова двигателя после перегрева вследствие перегрузки, при нормализации нагрузки допустят запуск неостывшего двигателя, поскольку фактически эти способы контролируют величину тока, протекающего в питающей цепи, но не нагрев двигателя. Таким образом, тепловая защита электроприводов таких установок, как скребковые и ленточные конвейеры, буровые установки, очистные и проходческие комбайны, компрессорные установки, пульпонасосы и аналогичных, может быть построена только на базе косвенных методов, один из которых рассматривается в данной работе. Внедрение результатов исследования позволит снизить аварийность электроприводов горнодобывающей промышленности, добиться увеличения срока эксплуатации электрооборудования и обеспечит повышение безопасности ведения горных работ.

Цель: разработка устройства защиты от перегрева статорных обмоток для нерегулируемых асинхронных электродвигателей машин и установок горной промышленности на базе косвенных методов.

Объекты: асинхронный электродвигатель нерегулируемого электропривода машин и установок горной промышленности; устройство косвенной защиты от перегрева.

Методы: положения теории электропривода; компьютерное моделирование динамических процессов; планирование эксперимента и обработка результатов.

Результаты. Доказана связь количества пусковых пульсаций тока в асинхронных электродвигателях с температурой нагрева обмоток электродвигателя. Выявлена линейная зависимость между количеством пусковых пульсаций тока и нагревом обмоток электродвигателей в повторно-кратковременных режимах работы в диапазоне температур до 200 °С. Установлена предельная мощность электродвигателя, для которой определение температуры обмоток предлагаемым методом проводится с погрешностью менее 2 %.

Ключевые слова:

Горно-шахтное электрооборудование, нерегулируемый электропривод, асинхронный электродвигатель, тепловая защита, температура нагрева обмоток статора, пульсации пусковых токов.

Введение

Горная промышленность является одной из ключевых ресурсных отраслей Российской Федерации. Согласно [1], с учетом транспортировки полезных ископаемых, энергоснабжения, производства материальных ресурсов и прочих видов деятельности, связанных с добычей полезных ископаемых, вклад этой отрасли в ВВП может достигать 50-60 %, а стоимость продукции, создаваемой одним работником горной промышленности, эквива-

лентна 130 среднедушевым доходам. Однако в настоящее время в связи с задачами импортозамеще-ния в отрасли назревает острая необходимость внедрения современного оборудования, произведенного в России или союзных государствах, в особенности в части оборудования подземных горных работ и процессов обогащения.

Важное место в решении этой задачи занимает разработка электротехнических элементов и систем, обеспечивающих нормальное функциониро-

вание технологического оборудования, например, скребковых и ленточных конвейеров, буровых установок, очистных и проходческих комбайнов, компрессорных установок, пульпонасосов и т. д. При этом следует учитывать, что горно-шахтное электрооборудование эксплуатируется в заведомо сложных условиях высокой запыленности и загазованности, включая вероятность взрыва или пожара вследствие возникновения неисправности. В связи с этим к горно-шахтному электрооборудованию предъявляются повышенные требования по обеспечению надежности срабатывания защитной аппаратуры.

По статистике эксплуатации горно-шахтного электрооборудования [2] наиболее распространенными являются следующие аварии и неисправности: утечка на землю и короткие замыкания между фазами; обрыв или повреждение силовых цепей и цепей управления; нарушение целостности заземления; перегрузка по току. Последнее представляет собой большую опасность, поскольку вследствие длительных перегрузок, ухудшения условий охлаждения, обрыва фазы сети или работы в не-полнофазном режиме, частых или затянувшихся пусков электродвигателей, а также заклинивания их ротора возможен недопустимый нагрев наружных поверхностей электрооборудования.

Все указанные факторы свидетельствуют о необходимости разработки надежных современных устройств защиты горно-шахтного электрооборудования от перегрузки. При этом важно учитывать, что подавляющее большинство рассматриваемых электроприемников носит характер асинхронной электродвигательной нагрузки, а значительная часть асинхронных двигателей (АД) установок горнодобывающей промышленности работают в повторно-кратковременных режимах (83, 84 и 85) с частыми пусками и остановками и имеют крайне тяжелые режимы нагружения, в которых возможно изменение нагрузки в широких пределах, в том числе частые перегрузки, длительная работа при нагрузках выше номинального значения, останов и запуск двигателя с максимальной нагрузкой и т. п. Помимо угрозы взрыва и пожара вследствие перегрева поверхностей, вызванного длительной перегрузкой, особенности режима на-гружения электроприводов вызывают перегрев самого АД и сокращают срок его эксплуатации [3].

Следует отметить, что модернизация электроприводов горной промышленности в последние годы идет достаточно активно, причем как для оборудования подземного взрывозащищенного исполнения и обогатительных производств, так и для вспомогательного оборудования. Однако поскольку в большинстве применяемых АД отсутствуют встроенные датчики температуры [4-7], необходимость в защите от перегрева вследствие перегрузок для таких электродвигателей может быть реализована только с использованием косвенных методов защиты от перегрева, основанных на измерениях тока статора. Разработка для нерегулируемых

асинхронных электродвигателей горно-шахтного оборудования устройств защиты от перегрева ста-торных обмоток на базе косвенных методов позволит значительно повысить надежность и продолжительность работы АД в режимах с частыми пусками [8] и обеспечит повышение безопасности ведения горных работ.

Анализ существующих методов

Применяемые в настоящее время методы тепловой защиты нерегулируемых электроприводов можно разделить на непосредственные, прямые и косвенные.

Непосредственные методы предполагают установку на двигателе приборов и устройств, определяющих либо реагирующих на температуру какой-либо конструктивной части двигателя. Это могут быть как стандартные встроенные датчики -биметаллические пластины либо терморезисторы, так и интеллектуальные устройства. Например, «умный датчик» [9], обеспечивающий удаленный мониторинг состояния низковольтных асинхронных двигателей с передачей данных по беспроводным сетям. Это устройство предполагает накладной монтаж на двигатель и представляет собой объединенный в едином корпусе набор чувствительных элементов, а также интеллектуальную систему со специальным алгоритмом, способным определять ряд технических параметров двигателя, влияющих на его работоспособность, в том числе температуру поверхности двигателя. Недостатком интеллектуальных устройств является недопустимость их установки и эксплуатации в условиях некоторых производств, например, в горнодобывающей промышленности.

Прямые методы защиты асинхронных электродвигателей от перегрева в настоящее время реализованы на основе время-токовой и тепловой токовой защиты.

Время-токовая защита [10-12] основана на измерении величины тока статора и вычислении времени задержки на отключение электродвигателя от источника электроэнергии в функции величины тока. Кроме того, этот способ не учитывает температуру окружающей среды, что не позволяет в полной мере использовать нагрузочную способность электродвигателя.

В подавляющем большинстве двигателей, находящихся в эксплуатации, используется тепловая токовая защита [12-15]. К недостаткам данного способа следует отнести большую погрешность в определении температурных постоянных времени электродвигателя и отсутствие контроля температуры окружающей среды, что значительно снижает эффективность защиты и надежность электропривода в целом.

Общий недостаток этих способов заключается в том, что не учитываются различные варианты те-плоотвода в электродвигателях, обусловленные условиями эксплуатации, включая температуру окружающей среды. Кроме того, в случае запуска

двигателя после длительного перегруза и последующего останова, когда двигатель еще не успел остыть, но нагрузка уже пришла в пределы нормы, такие защиты не смогут предотвратить функционирование перегретого двигателя, поскольку фактически эти способы контролируют величину тока, протекающего через силовые контакты пускателей, но не нагрев электродвигателей.

Косвенные методы защиты основаны на оценивании температуры статора т3 или ротора тв двигателя. Их общая классификация показана в [16].

Некоторые косвенные методы направлены на оценку температурного режима АД посредством анализа информации о его токах и напряжениях с последующим использованием этих данных в тепловой модели двигателя. Например, в [17] предложены варианты определения температуры статора т3 и ротора тв двигателя с использованием его электрической, механической и тепловой моделей, построенные на оценке тепловых потерь двигателя по токам статора и ротора. Особенностью подхода является то, что в модели двигателя учитывается изменение сопротивления обмотки ротора Вв в зависимости от скольжения, т. е. областью применения такого метода определения температуры являются глубокопазные двигатели. В связи с этим метод [17] мог бы быть применим для двигателей, использующихся в горнодобывающей промышленности, однако область его применения является предметом отдельного исследования, поскольку следует отметить, что в модели двигателя не учитывается зависимость сопротивления обмоток от температуры.

Несколько иной подход применяется и в [16], где автор использует гибридную тепловую и электромеханическую модель двигателя полного порядка, в которой также анализируются токи и напряжения двигателя, оцениваются сопротивление статора Вв и индуктивность статора Ь8, а учитывая взаимосвязь этих параметров с температурой, с помощью тепловой модели определяется т3. Недостатком данного подхода является необходимость выполнять достаточно сложные вычисления для решения динамических моделей высокого порядка.

Близкими, по сути, являются косвенные методы определения температуры, в основе работы которых лежит только электромеханическая динамическая модель АД, а для функционирования используется паспортные данные двигателя и измеренные токи и напряжения. Например, в [18] предлагается следующий способ оценки температуры ротора. На основе анализа векторов тока и напряжения определяется основная частота питающего напряжения и составляющие токов прямой последовательности. Из этих данных путем анализа динамической модели АД определяется постоянная времени ротора Тв, из которой вычисляется температура ротора тв. Способ эффективен как в статических, так и в динамических режимах работы, однако направлен в первую очередь на определение параметров двигателя. Хотя дальнейшее использо-

вание информации о параметрах двигателя и температуре его обмоток может служить основой для устройства тепловой защиты, предусмотренный в [18] гармонический анализ требует достаточно высокой вычислительной мощности, что негативно скажется на стоимости.

Другая группа косвенных методов предполагает оценивание температуры двигателя через В8, которое определяется по реакции двигателя на добавочные низковольтные сигналы. Так, например, авторы [19] предлагают оценивать В3 путем подачи на одну из фаз двигателя низковольтного добавочного сигнала постоянного тока. При определении сопротивления статора предусмотрена компенсация погрешности, вызванной влиянием сопротивления питающего кабеля. Однако метод [19] нацелен в большей степени не на температурную защиту, а на диагностирование условий охлаждения двигателя, таких как исправность охлаждающего вентилятора, отсутствие препятствий для свободной циркуляции воздуха, а также скопившаяся пыль или загрязнения, или блокирование вентиляционных отверстий посторонними предметами.

Подобный подход применяется в [20], где предлагается непрерывный температурный мониторинг двигателя через В8, для оценки которого в статорную цепь вводится добавочный сигнал переменного тока, частота которого не совпадает с основной питающей частотой двигателя, а параметры определяются с использованием синхронизирующего усилителя. В [21] также используется добавочный высокочастотный сигнал, однако принципиально особенностью этого метода является использование модели двигателя, в которой отдельно описываются стержни короткозамкнутого ротора.

Необходимость дополнительных элементов питания, независимо постоянного или переменного тока, снижает удобство использования методов [19-21] в составе устройства защиты и ограничивает их применимость в специфических условиях, например, для электроприводов горнодобывающей промышленности.

Поскольку, в соответствии с требованиями безопасности, все нерегулируемые электроприводы промышленных производств оборудуются автоматическими выключателями со встроенными системами время-токовой и тепловой токовой защиты, учитывая проведенный анализ, при повторно-кратковременных режимах работы двигателей частыми пусками для повышения эффективности тепловой зашиты в конструкцию автоматических выключателей следует добавить дополнительное устройство, определяющее температуру обмоток при пуске, построенное на базе косвенных методов, однако не предусматривающее добавочных сигналов и не предъявляющее высоких вычислительных требований к реализации.

Теоретическая база

Для решения поставленной задачи предлагается наблюдатель температуры обмотки статора АД,

основанный на измерении амплитудных значении сигналов тока статора для АД малой мощности, работающих в повторно-кратковременных режимах работы, который позволяет косвенно определить температуру асинхронного электродвигателя. 1

¿т

гр>

я, Л

йг

¿яТя

Шгр +

0 = -:

т

+-Ш

: гр т г о

¿я йш

0 = — —¡я+ — Ш „■

гр гр т гр

В О

йш

гр

йг

рСО Шг а

тйа ¿т

= Р — (Шга’,р-Ш

йг ¿я

грРца.

) — Мь

(1)

сорных вычислительных устройств, что значительно удорожает электропривод. Применительно к тепловой защите, поскольку при нагреве двигателя уменьшается электромагнитная постоянная времени обмотки статора [23], разрешением данного противоречия является оценка г3 не по В3, а по изменению параметров протекания переходных процессов по току статора, поскольку такие изменения являются индикатором постоянной времени Т3, которая косвенно зависит от температуры.

Гипотеза о возможности оценивания г3 по току статора будет правомерна, если окажется возможным раздельная оценка тепловых и электромагнитных переходных процессов. Чтобы в полной мере оценить эту возможность необходима тепловая модель двигателя. В данной работе рассматривается упрощенная одномассовая тепловая модель [16], в которой тепловые потери выражены через переменные состояния электромеханической модели двигателя (1), а также принято допущение равной теплоемкости всех элементов двигателя и равенства температур обмотки ротора тв и обмотки статора г3:

+Пр(т .+¿ЯГ

ШГа + ШГр

¿яТя

¿яТя

(Шга’а+Шгр’р ) =

с

= {тs -Тл) + ст

й{Тц -Тл)

йг ‘

(2)

где и8а, и„р — составляющие вектора напряжения статора; ¿8а, 1Ф и щ.а, — составляющие векторов тока статора и потокосцепления ротора соответственно; а — угловая скорость; Ыь — момент нагрузки на валу; J — момент инерции ротора; р — число пар полюсов; В8, Вв — активные сопротивления статора и ротора; Ьв, ЬБ — полные индуктивности ротора и статора; Ьт — взаимная индуктивность; Т3, Тв — постоянные времени обмоток статора и ротора:

Т = ; Тя = . ь о о

яБ яя

Важно, что параметры АД в процессе эксплуатации всегда отличаются от паспортных. В связи с этим значение температуры тб через сопротивление обмотки статора ВБ и другие параметры двигателя в конкретный момент времени можно получить только с применением каких-либо методов оценивания параметров. Однако выше было показано, что использовать оценивание для нерегулируемых асинхронных двигателей неоправданно, т. к. это требует достаточно точных датчиков тока и напряжения, высокоскоростных микропроцес-

где та — температура окружающего воздуха; СТ -теплоемкость двигателя; ТТ — тепловая постоянная времени двигателя.

Согласно [16], постоянная времени ТТ может составлять от 20 до 35,5 секунд, а исходя из [4-7] значения Т3 и Тв лежат в диапазоне от 0,5 до 10 миллисекунд. Исходя из этого и анализируя (1) и (2) совместно, можно утверждать, что для асинхронных двигателей динамика электромагнитных процессов существенно выше, чем для тепловых. Это позволяет разделить динамические процессы на «быстрые» и «медленные», на основании чего изменением температуры АД в начале электромагнитных и электромеханических переходных процессов можно пренебречь, следовательно, оценка температуры при пуске по изменению параметров протекания переходных процессов тока статора является правомерной.

Результаты исследования

Исследования выполнялись с помощью имитационного моделирования и эксперимента. В качестве объекта рассмотрены АД с номинальной частотой вращения п, 1500 об/мин, и мощностью Р от 3 до 45 кВт для температур от 80 до 250 °С. Анализу подвергались переходные процессы амплитуды тока статора. Пример данных для анализа приведен на рис. 1.

Рис. 1. Переходной процесс амплитуды тока статора при пуске АД мощностью 3 кВт при температуре 80 °C: выделенная область показывает окончание равномерных пульсаций тока

Fig. 1. Transients of the stator current amplitude at start-up for the 3 kW motor and stator temperature 80 °C: the selected area shows the completion of uniform current pulsations

В ходе исследований было установлено, что повышение температуры нагрева обмоток электродвигателя приводит к увеличению количества пульсаций тока статора m. Некоторые из результатов определения m представлены в таблице, а обобщенная зависимость количества пульсаций в функции температуры обмотки статора для двигателя мощностью 30 кВт показана на рис. 2, который свидетельствует, что зависимость m от ts близка к линейной в пределах до 200 °C. Использование показанной зависимости для двигателя типа 4A180M4 обеспечивает определение температуры нагрева обмоток с относительной погрешностью не более 1,5 %.

Таблица. Результаты определения пульсаций тока для разных температур Table. Results of determination of currentpulsations at différent temperatures

Тип двигателя Motor type P, кВт kW n, об/мин rpm rs, °C m, ед. units Погрешность, °С Accuracy, °С

4A180M4 3 80 81 1,7

250 110

4A180M4 30 1500 80 36 3

250 73

4A200L4Y3 45 80 11 8,5

250 31

m, сд. 80 70 60 50 40 30 20 10 0,

m = 0,2893 rs+ 13,093 R: = 0,9999 \ j**

0

50

100

150

200

250 г» «C

Рис. 2. Зависимость количества пульсаций тока от температуры статорных обмоток в режиме пуска для двигателя 4A180M4

Fig. 2. Dependence of current pulsation number on stator temperature at start-up for 4A180M4 motor type

Аналогичный характер данной зависимости т от т3 подтвержден с помощью моделирования в диапазоне мощностей двигателя от 3 до 200 кВт. Однако с увеличением мощности количество пульсаций тока уменьшается, что приводит к повышению погрешности определения температуры предложенным методом. Руководствуясь критерием обеспечения точности определения температуры для построения косвенной тепловой защиты, был задан порог относительной погрешности метода, равный 2 %. Исходя из этого установлено, что с учетом дискретности ряда мощностей АД предельная мощность электродвигателя, для которой предложенный метод будет обеспечивать заданную точность, равна 30 кВт.

Поскольку установленная зависимость количества пульсаций пускового тока от температуры обмоток линейна в диапазоне изменения температуры обмоток до 200 °С, можно утверждать, что предлагаемый способ температурной защиты подходит для асинхронных электродвигателей с любым классом изоляции от Y (90 °С) до С (более 180 °С).

Рис. 3. Блок-схема устройства температурной защиты: М -асинхронный электродвигатель; 1 — датчик тока; 2 -вычислитель производной сигналов тока; 3 — нуль орган; 4 — фильтр; 5 — счетчик, 6 — задатчик уставки; 7 — устройство логического сравнения; 8 — обмотка пускателя

Fig. 3. Thermal protection device block diagram: M is the induction motor; 1 is the current sensor; 2 is the derivation of current signals; 3 is the null detector; 4 is the filter; 5 is the counter, 6 is the setpoint adjuster; 7 is the logical comparison; 8 is the solenoid starter

Блок-схема устройства, обеспечивающего измерение количества пульсаций тока, представлена на рис. 3. Она предполагает следующий принцип работы. При каждом пуске АД осуществляется измерение амплитудных значений сигналов тока статора посредством датчика тока. Сигнал с датчика тока поступает на вход вычислителя производной сигналов тока, на выходе которого с помощью нуль-органа выделяют сигналы, равные нулю. С помощью фильтра выделяются пульсации перерегулирования тока, которые суммируются с помощью счетчика. Полученное таким образом число пульсаций логически сравнивается с заданным максимальным количеством, определяемым уставкой, а в случае превышения формируется команда на отключение обмотки пускателя, что приводит к отключению напряжения на статорной обмотке двигателя.

Заключение

В результате исследования установлено, что количество пусковых пульсаций тока в асинхронных

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Твердов А.А., Никишичев С.Б., Захаров В.Н. Проблемы и перспективы импортозамещения в горной отрасли // Горная Промышленность. — 2015. — № 5 (123). — С. 54-59.

2. Курбатова О.А., Павлюченко В.М. Монтаж и ремонт горных машин и электрооборудования. — Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2004. — 286 с.

3. Homce G.T. Early Detection of Insulation Failure: Report of Investigations. — Washington: United State department of the interior, bureau of mines, 1993. — 16 p.

4. Лихачев В.Л. Электродвигатели асинхронные. — М.: СОЛОН-Р, 2002. — 304 с.

5. Технический каталог. Научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электромашиностроения. — Владимир: НИПТИЭМ, 2015. — 64 с.

6. Low voltage. General performance motors, 2016, 9АКК105789 EN 06-2016. URLt: http://www.abb.com/motors&generators (дата обращения 10.10.2017).

7. SIMOTICS FD Low-Voltage Motors, 2016. Catalog D 81.8. URL: http://www.siemens.com/simotics-fd (дата обращения 10.10.2017).

8. Брейдо И.В., Каверин В.В., Нурмаганбетова Г.С. Определение зависимостей параметров динамической электромеханической характеристики в функции температуры // Наука настоящего и будущего: Материалы III Научно-технической конференции с международным участием. — СПб.: Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ», 2015. — С. 38-41.

9. ABB Ability™ Smart Sensor. Condition monitoring solution for low voltage motors: service note, 2017, 9AKK106713A3853 EN 04-2017. URL: http://www.abb.com/smartsensor (дата обращения 10.10.2017).

10. Юндин М.А. Токовая защита электроустановок. 2-е изд., испр. — СПб.: Изд-во «Лань», 2011. — 288 с.

11. Басс Э.И., Дорогунцев В.Г. Релейная защита электроэнергетических систем / под ред. А.Ф. Дьякова. — М.: Изд-во МЭИ, 2002. — 296 с.

12. Martin W., Eason A., Patel A.G. Low Voltage Motor Protection. — Milwaukee: Rockwell Automation, 201б. — 30 p.

электродвигателях, работающих в повторно-кратковременных режимах (S3, S4, S5), связано с температурой нагрева обмоток электродвигателя. Выявлена линейная зависимость между количеством пусковых пульсаций тока и нагревом обмоток электродвигателей в диапазоне температуры до 200 С. Установлено, что для двигателей мощностью до 30 кВт погрешность в определении температуры обмоток по количеству пульсаций тока составляет порядка 1,5 %.

Предлагаемый способ определения температуры статорных обмоток по количеству пусковых пульсаций тока позволяет создать эффективную тепловую защиту для асинхронных двигателей малой и средней мощности без использования встроенных датчиков температуры на основе датчиков тока статора. Данная разработка для горнодобывающей промышленности позволит не только добиться увеличения срока эксплуатации электрооборудования, но и обеспечит повышение безопасности ведения горных работ.

13. Киреева Э.А., Цырук С.А. Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем. — М.: Академия, 2013. — 288 с.

14. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. — М.: Высшая школа, 2006. — 640 с.

15. Plesca A.T. Thermal Analysis of Overload Protection Relays using Finite Element Method // Indian Journal of Science and Technology. — 2013. — V. 6. — Iss. 8. — P. 5120-5125.

16. Zhi Gao. Sensorless Stator Winding Temperature Estimation for Induction Machines: PhD Diss. — Atlanta, 2006. — 220 p.

17. Abdelwanis M.I., Selim F., El-Sehiemy R.A. An Efficient Sensor-less Slip Dependent Thermal Motor Protection Schemes applied to Submersible Pumps // International Journal on Power Engineering and Energy (IJPEE). — 2015. — V. 6. — № 3. — P. 566-571.

18. Zhi Gao, Turner L.A., Colby R.S. Method and apparatus for estimating induction motor electrical parameters: United States Patent no. US 8,102,140 B2; Provisional application no. 61/053,941; Filed on 16.05.2008; Date of Patent 24.01.2012. — 36 p.

19. Lee Sang-Bin, Habetler T.G. A Remote and Sensorless Thermal Protection Scheme for Small Line-Connected AC Machines // IEEE Transactions on Industry Applications. — 2003. — V. 39. -№5. — P. 1323-1332.

20. Online Sensorless Induction Motor Temperature Monitoring / M.O. Sonnaillon, G. Bisheimer, C. de Angelo, G.O. Garcia // IEEE Transactions On Energy Conversion. — 2010. — V. 25. — № 2. -P. 273-280.

21. Cho Kyung-Rae, Seok Jul-Ki. Induction Motor Rotor Temperature Estimation Based on a High-Frequency Model of a Rotor Bar // IEEE Transactions On Industry Applications. — 2009. — V. 45. -№4. — P. 1267-1275.

22. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MаtLаb 6.0. — СПб: Корона принт, 2001. -320 с.

23. Брейдо И.В., Нурмаганбетова Г.С. Косвенная защита статор-ной обмотки асинхронного электродвигателя от превышения температуры нагрева // Автоматика. Информатика. — 2013. -№ 2 (33). — С. 21-24.

Поступила 22.10.2017 г.

Информация об авторах

Брейдо И.В., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой автоматизации производственных процессов Карагандинского государственного технического университета.

Семыкина И.Ю., доктор технических наук, доцент кафедры электропривода и автоматизации, директор Института энергетики Кузбасского государственного технического университета им. Т.Ф. Горбачева.

Нурмаганбетова Г.С., докторант, старший преподаватель кафедры автоматизации производственных процессов Карагандинского государственного технического университета.

UDC 621.313.33: 62-5

METHOD OF INDIRECT OVERHEATING PROTECTION FOR ELECTRIC DRIVES OF MINING INSTALLATIONS

Iosif V. Breido1,

[email protected]

Irina Yu. Semykina2,

[email protected]

Gulim S. Nurmaganbetova1,

[email protected]

1 Karaganda State Technical University,

56, Mira Boulevard, Karaganda, 100027, Republic of Kazakhstan.

2 T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University, 28, Vesennyaya Street, Kemerovo, 650000, Russia.

The relevance of the research is caused by the necessity of reliable thermal protection for noncontrolled induction motor drives of mining machinery and installations, especially for underground mining and enrichment processes. The key feature of this task is operating of mining electrical equipment at obviously arduous conditions with two factors. The first is the high content of dust and gas in the air that raises up the explosion hazard due to overheating of external surfaces caused by fault inception and its progression. The second is the electric drives intermittent duty with frequent starting and shutdown of mining installations in heavy loading conditions involving a wide range of load variation, frequent overloads including long-term operation, motor shutdown and starting with maximum load. The application of direct temperature measurement methods for solving this problem is impossible because the most part of induction motors under consideration is not equipped with built-in thermal sensors. In-situ methods of induction motors overheating protection based on the time-current protection or the thermal current protection do not take into account the ambient temperature and the different variants of electric motors heat removal in mining machinery and installations caused by conditions of their operation. In addition, in case of motor shutdown after overload-caused overheating, when the load normalizes, both these protection types will allow the motor to start even if it has not chilled yet, because these in-situ methods control the current of the supply circuit, but not the heating of the motor. Thus, the electric drive thermal protection for such installations as chain-and-flight or belt conveyors, drill rigs, shearers and road headers, compressor units, slime pumps and similar could be built only on the basis of indirect methods one of which is considered in this paper. Implementation of the research results could decrease the amount of failure for electric drives in the mining industry, will ensure the longer operating life of electrical equipment and in addition the mining safety.

The main aim of the research is the development of thermal protection device for the stator winding of noncontrolled induction motor drives for mining machinery and installations based on an indirect method.

Objects of the research are the induction motor in the noncontrolled electric drives of mining machinery and installations; the thermal protection device based on an indirect method.

Methods: basics of electric drive theory; computer simulation of dynamic processes; experimental design techniques and results processing. Results. The authors have verified the relation between the pulsations of motor starting current and the stator temperature. In intermittent periodic duty, it was found out that the dependence of the number of pulsation on the stator temperature is linear in a range up to 200 °C. The authors prescribed the motor capacity limit within the boundaries of which the stator temperature is calculated with inaccuracy up to 2 %.

Key words:

Mining electrical equipment, noncontrolled drive, induction motor, thermal protection, stator temperature, pulsations of starting current.

REFERENCES

1. Tverdov A. A., Nikishichev S.B., Zakharov V.N. Problems and prospects of import substitution in mining sector» Gornaya Pro-myshlennost, 2015, no. 5 (123), pp. 54-59. In Rus.

2. Kurbatova O.A., Pavlyuchenko V.M. Montazh i remont gornykh mashin i elektrooborudovaniya [Installation and repair of mining machines and electrical equipment]. Vladivostok, DVGSU Publ., 2004.286 p.

3. Homce G.T. Early Detection of Insulation Failure. Report of Investigations. Washington, United State department of the interior, bureau of mines, 1993. 16 p.

4. Lihachev V.L. Elektrodvigateli asinkhronnye [Induction motors]. Moscow, SOLON-R Publ., 2002. 304 p.

5. Tekhnicheskiy katalog [Technical catalogue]. Science-research design and technological institute of electric machine industry. Vladimir, NIPTIEM Publ., 2015. 64 p.

6. Low voltage. General performance motors, 2016, 9AKK105789 EN 06-2016. Available at: http://www.abb.com/motors&gen-erators (accessed 10 October 2017).

7. SIMOTICS FD Low-Voltage Motors, 2016. Catalog D 81.8. Available at: http://www.siemens.com/simotics-fd (accessed 10 October 2017).

8. Breido I.V., Kaverin V.V., Nurmaganbetova G.S. Opredelenie za-visimostey parametrov dinamicheskoy elektromekhanicheskoy kharakteristiki v funktsii temperatury [Determination of dependence of dynamic electromechanical characteristic parameters in temperature function]. Materialy III Nauchno-tekhnicheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem. Nauka nastoyahsche-go i budushchego [Proc. of the III Scientific and technical conference with international participation. Science of present and future]. St. Petersburg, LETI Publ., 2015. pp. 38-41.

9. ABB Ability™ Smart Sensor. Condition monitoring solution for low voltage motors. Service note, 2017, 9AKK106713A3853 EN

04-2017. Available at: http://www.abb.com/smartsensor (accessed 10 October 2017).

10. Yundin M.A. Tokovaya zashchita elektroustanovok [Current protection of electrical installations]. St. Petersburg, Lan Publ., 2011.288 p.

11. Bass E.I., Doroguncev V.G. Releynaya zashchita elektroenerget-icheskikh sistem [Relay protection of electric power systems]. Moscow, MPEI Publ., 2002. 296 p.

12. Martin W., Eason A., Patel A.G. Low Voltage Motor Protection. Milwaukee, Rockwell Automation, 2016. 30 p.

13. Kireeva E.A., Cyruk S.A. Releinaya zashchita i avtomatika elek-troenergeticheskikh sistem [Relay protection and automation of electric power systems]. Moscow, Akademiya Publ., 2013. 288 p.

14. Andreev V.A. Releinaya zashchita i avtomatika sistem elektro-snabzheniya [Relay protection and automation of power supply systems]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 2006. 640 p.

15. Plesca A.T. Thermal Analysis of Overload Protection Relays using Finite Element Method. Indian Journal of Science and Technology, 2013, vol. 6, Iss. 8, pp. 5120-5125.

16. Zhi Gao. Sensorless Stator Winding Temperature Estimation for Induction Machines. PhD Diss. Atlanta, 2006. 220 p.

17. Abdelwanis M.I., Selim F., El-Sehiemy R.A. An Efficient Sensor-less Slip Dependent Thermal Motor Protection Schemes applied to Submersible Pumps. International Journal on Power Engineering and Energy (IJPEE), 2015, vol. 6, no. 3, pp. 566-571.

18. Zhi Gao, Turner L.A., Colby R.S. Method and apparatus for estimating induction motor electrical parameters. United States Patent no. US 8,102,140 B2, 2012.

19. Lee Sang-Bin, Habetler T.G. A Remote and Sensorless Thermal Protection Scheme for Small Line-Connected AC Machines. IEEE Transactions on Industry Applications, 2003, vol. 39, no. 5, pp. 1323-1332.

20. Sonnaillon M.O., Bisheimer G., De Angelo C., Garcia G.O. Online Sensorless Induction Motor Temperature Monitoring. IEEE Transactions On Energy Conversion, 2010, vol. 25, no. 2, pp. 273-280.

21. Cho Kyung-Rae, Seok Jul-Ki. Induction Motor Rotor Temperature Estimation Based on a High-Frequency Model of a Rotor Bar. IEEE Transactions On Industry Applications, 2009, vol. 45, no. 4, pp. 1267-1275.

22. German-Galkin S.G. Kompyuternoe modelirovanie poluprovodni-kovykh sistem v MatLab 6.0 [Computer simulation of semiconductor systems in MatLab 6.0]. St. Petersburg, Korona print Publ., 2001. 320 p.

23. Breido I.V., Nurmaganbetova G.S. Indirect Overheating Protection of Asynchronous Motor Stator Winding. Avtomatika. Informatisa, 2013, no. 2 (33), pp. 21-24. In Rus.

Received: 22 October 2017.

Information about the authors

Iosif V. Breido, Dr. Sc., professor, Karaganda State Technical University.

Irina Yu. Semykina, Dr. Sc., associate professor, T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University. Gulim S. Nurmaganbetova, postgraduate student, Karaganda State Technical University.

Защита электродвигателя от перегрузки с помощью теплового реле. термисторная (позисторная) защита электродвигателей что такое тепловая защита двигателя

Схема защиты электродвигателя при подключении его через магнитный пускатель с катушкой 380В и тепловым реле (нереверсивная схема подключения)

Схема состоит: из QF
— автоматического выключателя;KM1
— магнитного пускателя; P
— теплового реле; M — асинхронного двигателя; ПР
— предохранителя; кнопки управления (С-стоп, Пуск)
. Рассмотрим работу схемы в динамике.

Включаем питание QF — автоматическим выключателем, нажимаем кнопку «Пуск» своим нормально разомкнутым контактом подает напряжение на катушку КМ1 — магнитного пускателя. КМ1 – магнитный пускатель срабатывает и своими нормально разомкнутыми, силовыми контактами подает напряжение на двигатель. Для того чтобы не удерживать кнопку «Пуск», чтобы двигатель работал, нужно ее зашунтировать, нормально разомкнутым блок контактом КМ1 – магнитного пускателя. При срабатывании пускателя блок контакт замыкается и можно отпустить кнопку «Пуск» ток побежит через блок контакт на КМ1 — катушку. Отключаем двигатель, нажимаем кнопу «С – стоп», нормально замкнутый контакт размыкается и прекращается подача напряжение к КМ1 – катушке, сердечник пускателя под действием пружин возвращается в исходное положение, соответственно контакты возвращаются в нормальное состояние, отключая двигатель. При срабатывании теплового реле — «Р», размыкается нормально замкнутый контакт «Р», отключение происходит аналогично.

Автоматическая защита двигателя

Автоматы для защиты электродвигателей помогают обезопасить обмотку от появления короткого замыкания, защищают от нагрузки либо обрыва любой из фаз. Их всегда используют в качестве первого звена защиты в сети питания мотора. Потом используется магнитный пускатель, если необходимо он дополняется тепловым реле.

Каковы критерии выбора, подходящего автомата:

• Необходимо учитывать величину рабочего тока электродвигателя;
• Количество, использующихся обмоток;
• Возможность автомата справляться с током в результате короткого замыкания. Обычные версии работают на уровне до 6 кА, а лучшие до 50 кА. Стоит учитывать и скорость срабатывания у селективных менее 1 секунды, нормальных меньше 0,1 секунды, быстродействующих около 0,005 секунды;
• Размеры, поскольку большая часть автоматов можно подключать с помощью шины на основе фиксированного типа;
• Вид расцепления цепи – обычно применяется тепловой либо электромагнитный способ.

Защита от перегрева мотор-колеса

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.

Тепловая защита

Тепловое реле является альтернативным способом защиты электродвигателя с определённой инерцией срабатывания. Принцип действия основан на использовании биметаллической пластины, которая нагревается током обмоток двигателя. Деформация пластины приводит к срабатыванию контактов, необходимых для отключения движка.

Надёжность такой защиты зависит от подобия тепловых процессов в реле и в двигателе. Такое возможно только при достаточно длительном перерыве между включениями и выключениями движка. Условия окружающей среды для двигателя и для элементов тепловой защиты должны быть одинаковыми.

Скорость срабатывания тепловых реле тем меньше, чем больше ток, протекающий через нагревательные элементы или же саму пластину в зависимости от конструкции. При больших значениях токов в обмотках асинхронного двигателя подключение выполняется с использованием трансформаторов тока. Существуют модели магнитных пускателей со встроенными в них тепловыми реле.

Основными электрическими параметрами являются

• номинальное напряжение. Это максимальное напряжение в сети допустимое для использования реле.
• Номинальный ток, при котором реле работает длительно и не срабатывает при этом.

Тепловая защита не способна реагировать на токи короткого замыкания и недопустимые кратковременные перегрузки. Поэтому её надо использовать совместно хотя бы с плавкими предохранителями.

Более совершенной разновидностью защиты электродвигателя от недопустимого нагрева является схема с использованием специального датчика тепла. Такой тепловой сенсор располагается на самом движке в том или ином месте. Некоторые модели двигателей имеют встроенный биметаллический сенсор – контакт, подключаемый к защите.

Полностью нагруженный асинхронный двигатель, работающий при пониженном напряжении, быстро нагревается. Если в нём есть встроенный тепловой сенсор, сработает тепловая защита. Если такового нет, необходима защита от понижения напряжения. Для этих целей служат реле, которые срабатывают при снижении напряжения и подают сигнал на отключение движка. На схеме ниже это РН

.

Восстановление исходного состояния защиты обычно выполняется вручную или автоматически, но с задержкой во времени для каждого двигателя при их группе. Иначе одновременный групповой запуск после восстановления опять-таки может вызвать повторное понижение напряжения в сети и новое отключение.

Специальная защита от пропадания фазы, то есть от работы только на двух фазах ПУЭ предусматривает только в таких приводах, где возможны неприемлемые по своей тяжести последствия. Экономически целесообразно не изготовление и установка такой защиты, а ликвидация причин, приводящих к такому режиму работы.

Самыми последними техническими решениями в построении защиты электродвигателей являются автоматические выключатели с воздушным гашением дуги. Некоторые модели совмещают в себе возможности рубильника, контактора, максимального и теплового реле и выполняют соответствующие защитные функции. В таком автомате контакты размыкаются мощной взведенной пружиной. Освобождение её происходит в зависимости от типа исполнительного элемента — электромагнитного или теплового.

Из-за чего отказывает электродвигатель?

Можете ознакомиться с фото защиты электродвигателя различного типа чтобы иметь представление о том, как она выглядит.

Рассмотрим случаи отказа электродвигателей в которых с помощью защиты можно избежать серьезных повреждений:

• Недостаточный уровень электрического снабжения;
• Высокий уровень подачи напряжения;
• Быстрое изменение частоты подачи тока;
• Неправильный монтаж электродвигателя либо хранения его основных элементов;
• Увеличение температуры и превышение допустимого значения;
• Недостаточная подача охлаждения;
• Повышенный уровень температуры окружающей среды;
• Пониженный уровень атмосферного давления, если эксплуатация двигателя происходит на увеличенной высоте на основе уровня моря;
• Увеличенная температура рабочей жидкости;
• Недопустимая вязкость рабочей жидкости;
• Двигатель часто выключается и включается;
• Блокирование работы ротора;
• Неожиданный обрыв фазы.

Часто для этого используется плавкая версия предохранителя, поскольку она отличается простотой и способна выполнить много функций:

Версия на основе плавкого предохранительного выключателя представлена аварийным выключателем и плавким предохранителем, соединенных на основе общего корпуса. Выключатель позволяет размыкать либо замыкать сеть с помощью механического способа, а плавкий предохранитель создает качественную защиту электродвигателя на основе воздействия электрического тока. Однако выключателем пользуются в основном для процесса сервисного обслуживания, когда необходимо остановить передачу тока.

Плавкие версии предохранителей на основе быстрого срабатывания считаются отличными защитниками от коротких замыканий. Но непродолжительные перегрузки могут привести к поломке предохранителей этого вида. Из-за этого рекомендуется использовать их на основе воздействия незначительного переходного напряжения.

Плавкие предохранители на основе задержки срабатывания способны защитить от перегрузки либо различных коротких замыканий. Обычно они способны выдержать 5-краткое увеличение напряжения в течение 10-15 секунд.

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.

Принцип действия

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

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

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

Короткие замыкания и защита от перегрузок

Простейшая защита от замыканий содержит только плавкие предохранители. Они применяются в диапазоне мощностей двигателей до 100 кВт. Однако при их использование возможно перегорание не всех трёх предохранителей. Поэтому движок может искусственно оказаться с одной или двумя отключенными фазными обмотками. В зависимости от назначения электропривода существуют разные критерии выбора предохранителей.

Если у привода нагрузка вентиляторного типа, для которой характерен лёгкий пуск, номинальный ток плавкой вставки выбирается не менее 40% от величины пускового тока. Этот критерий применим для металлорежущих станков, вентиляторов, насосов и т.п. у которых переходный процесс длится от двух до пяти секунд. Если время переходного процесса более длительное от десяти до двадцати секунд номинальный ток плавкой вставки должен быть не менее 50% от величины пускового тока. Этот критерий применим для приводов с валом заторможенных нагрузкой. К ним можно отнести дробилки, центрифуги, шаровые мельницы.

Если имеется группа из нескольких электродвигателей, предохранители ставятся на каждый из них и на распределительный щит. На нём в каждой фазе устанавливается предохранитель с номинальным током равным сумме номинальных токов предохранителей всех движков. Если величина пускового тока не известна, а мощность Р

асинхронного двигателя менее 100 кВт, можно выбрать приблизительное значение номинального тока I

предохранителя таким способом:

• при напряжении 500 Вольт I
  
  =4,5Р
  
  ;
• при напряжении 380 Вольт I
  
  =6Р
  
  ;
• при напряжении 220 Вольт I
  
  =10,5Р
  
  .

Для более точного срабатывания и для всего диапазона мощностей асинхронных двигателей применяются схемы защиты с реле. Такие схемы позволяют учесть токи пуска и торможения и не реагировать на них. Срабатывание реле приводит к выключению магнитного пускателя и обесточиванию двигателя. Эти так называемые «максимальные» реле в зависимости от конструкции имеют катушку, рассчитанную на токи от десятых долей Ампера до сотен Ампер, а так же контакты, отключающие ток в катушке магнитного пускателя.

Погрешность их срабатывания обычно не превышает десяти процентов. Возврат в исходное состояние конструктивно наиболее часто сделан вручную. Типовая схема защиты показана на изображении. РМ – обозначения максимальных реле, Л – обозначение магнитного пускателя.

Максимальные реле также применяются и для защиты от перегрузки. Но при этом в схему вводится реле времени, которое позволяет сделать настройку её без учёта пусковых токов.

Математическое моделирование комбинированной тепловой защиты глубинного асинхронного двигателя

1.

Сидельников Л.Г., Афанасьев Д.О. Обзор методов контроля технического состояния асинхронных двигателей в процессе эксплуатации // Геол. Нефтегаз. Горн. Дело , №7, 127 — 137 (2013).

2.

Сивокобыленко В.Ф., Ткаченко С.Н. Совершенствование систем диагностики и релейной защиты электрооборудования для собственных нужд электростанций на базе информационных технологий.Станции , № 8, 46 — 52 (2016).

3.

Правила устройства электроустановок. Все актуальные разделы 6-го и 7-го изданий с изменениями и дополнениями до 1 февраля 2016 г. , КНОРУС, Москва (2016).

4.

IEEE Std 3004.8–2016. Рекомендуемая практика IEEE для защиты двигателей в промышленных и коммерческих энергосистемах , Институт инженеров по электротехнике и электронике (2016).

5.

Хосе Л. Гонсалес-Кордоба, А. Роке Осорнио-Риос, Давид Гранадос-Либерман, Рене де Х. Ромеро-Тронкосо и Мартин Вальтиерра-Родригес, «Защита асинхронных двигателей от теплового удара в условиях несимметрии напряжения», IEEE Trans. Energy Convers. , 33 (4), 1748 — 1756 (2018).

6.

Э. Лебенхафт, М. Целлер, «Тепловая защита недокументированных двигателей переменного тока», в: Proc. 55-я техническая конференция IEEE по нефтяной и химической промышленности (2008 г.), стр.1 — 7.

7.

P. Whatley, M. Ланье, Л. Андервуд и С. Зохолл, «Усиленная защита двигателя с помощью тепловой модели, зависящей от скольжения: пример из практики», в: Protective Relay Engineers, 61-я ежегодная конференция (2008), стр. 204–214.

8.

Анибал М. Валенсуэла и Пабло Рейес, «Простая и надежная модель тепловой защиты приводов с самовентилируемыми асинхронными двигателями с регулируемой скоростью», IEEE Trans. Промышленность Appl. , 46 (2), 70 — 77 (2010).

Артикул Google ученый

9.

Салах А. Абдель Максуд, Татьяна В. Честюнина, «Моделирование и экспериментальное воздействие повышенной температуры на параметры асинхронного двигателя», В: Proc. 2018 XIV Междунар. Научно-техн. Конф. по актуальным проблемам электронного приборостроения ( APEIE ) (2018), стр. 258 — 263.

10.

Б. Венкатараман, Б. Годси, В. Премерлани, Э. Шульман, М. Такур и Р.Миденс, «Основы тепловой модели двигателя и ее применение в защите двигателя», в: GE Global Research, Применение тепловой модели двигателя (2008), стр. 41–55.

11.

Зюзев А.М. и В.П. Метелков, «О нагреве ротора асинхронного двигателя при пуске высокоинерционных механизмов», В кн .: Тр. 2018 17-я Междунар. Уральская конф. по электроприводам переменного тока ( ACED ) (2018), с. 1 — 5.

12.

К. Федорова, В. Подзорова, И.Гуляев, А.А. Анучин, «Тепловая модель ротора для постоянной защиты в регулируемых асинхронных двигателях», В: Proc. 2018 53-й Междунар. Univ. Мощность англ. Конф. ( UPEC ) (2018), стр. 1–4.

13.

Бешта А.С., Худолей С.С., Нойбергер Н., Нолле Э. Диагностика теплового состояния асинхронного двигателя. : Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика , ДГТУ, Днепродзержинск (2007), с. 469 — 471.

14.

М.Ю. Петушков, “Тепловая модель асинхронного двигателя”, Изв. Вузов. Сев.-Кавказ. Область. Техн. Науки , №4, 48 — 50 (2011).

15.

З. Гао, Р. С. Колби, Т. Г. Хабетлер и Р. Г. Харли, «Перспективы редукции тепловых моделей для реле перегрузки индукционных машин», IEEE Trans. Ind. Electronics , 55 (10), 3525 — 3534 (2008)

Артикул Google ученый

16.

З. А. Гао, Р. С. Колби, Т. Г. Хабетлер и Р. Г. Харли, «Комплексный пространственно-векторный подход к оценке температуры ротора для асинхронных машин с нарушенным охлаждением и дисбалансом», IEEE Trans. Ind. Electronics , 56 (1), 239 — 247 (2009).

Артикул Google ученый

17.

Р. Бегуэнане и М. Э. Х. Бенбузид, «Тепловой мониторинг асинхронных двигателей посредством идентификации сопротивления ротора», IEEE Trans.Energy Convers. , 14 (3), 566 — 570 (1999).

Артикул Google ученый

18.

Сивокобыленко В. Ф., Ткаченко С. Н. Тепловая защита асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при несимметричном питающем напряжении // Вестн. Кременчуг. Гос. Политехн. Univ. я. М. Остроградского , № 3 (56), часть 2, 74 — 78 (2009).

19.

Сивокобыленко В.Ф., Ткаченко С.Н.,Деркачев В. Определение параметров цепей смещения и характеристик асинхронных двигателей // Электричество , 2014. № 10. С. 38 — 44.

20.

В. Ф. Сивокобыленко, В. К. Лебедев, Переходные процессы в системах электроснабжения собственных нужд электростанций , ДонНТУ, Донецк (2002).

Google ученый

«Микропроцессорная защита асинхронных двигателей с использованием теплового, механического оборудования», Надер С.Мохарари

Председатель комитета

Элтом, Ахмед Х.

Член комитета

Карни, Терренс М .; Parten, Clifford R .; Смуллен, Стефани А.

Колледж

Колледж инженерии и информатики

Издатель

Университет Теннесси в Чаттануге

Место публикации

Чаттануга (Теннесси)

Абстрактные

В этом исследовании исследуются характеристики асинхронного двигателя в различных условиях системы и нагрузки.Компьютерное моделирование используется для описания поведения двигателя при нормальной работе, при заблокированном роторе, нагрузке с высокой инерцией и условиях перегрузки. Оценивается температура двигателя в критических точках. Предложена микропроцессорная схема защиты по температуре двигателя. Предыдущие исследования предполагали линейную зависимость между импедансом двигателя и частотой при расчете температуры двигателя. В этом исследовании электрическая модель, основанная на уравнениях Максвелла, используется в сочетании с механической моделью для представления двигателя в условиях динамического состояния.Модель учитывает скин-эффект стержня ротора при изменении скорости двигателя. Потери двигателя, рассчитанные с использованием электрической модели, передаются в тепловую модель. Рассчитаны температуры статора, ротора и сердечника. Представлены кривые тепловых пределов. Исследуются стратегии защиты. Рекомендуется микропроцессорная схема. Схема реагирует на температуру двигателя и отключает двигатель только в критических условиях. Схема оптимальна, проста и легко реализуема. Диагностические возможности этой работы также ценны.Например, с помощью компьютерного моделирования можно рассчитать время разгона двигателя для заданной нагрузки. Таким образом, изменение времени ускорения указывает на неисправность подшипника двигателя или какой-либо другой механической части.

градусов

M. S .; Диссертация подана на факультет Университета Теннесси в Чаттануге при частичном выполнении требований степени магистра наук.

Тема

Электродвигатели индукционные

Дисциплина

Электротехника и вычислительная техника

Тип документа

Магистерские диссертации

Телефонный номер

LB2369.2 .M61 1989

Права

https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/?language=en

Лицензия

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/

Рекомендуемое цитирование

Мохарари, Надер С., «Микропроцессорная защита асинхронных двигателей с использованием тепловых, механических и электрических моделей с использованием скин-эффекта для прогнозирования повышения температуры двигателя» (1989). кандидатских и докторских диссертаций.
https: // ученый.utc.edu/theses/445

Как использовать датчики предельной температуры PTC | Примечание по применению

Термисторы

PTC обладают тем свойством, что их сопротивление значительно возрастает при превышении определенной температуры. Это свойство делает их пригодными для использования в качестве устройств защиты от перегрева, которые обнаруживают определенные высокие температуры для защиты цепей от перегрева.
TDK предлагает различные типы датчиков предельной температуры PTC и датчиков защиты двигателя, которые содержат термисторы PTC и служат в качестве устройств защиты от перегрева.В этой статье описаны типичные применения таких датчиков.

Преимущества датчиков предельной температуры PTC

Термисторы

PTC — это терморезисторы на основе специальной полупроводниковой керамики с высоким положительным температурным коэффициентом (PTC). Они демонстрируют относительно низкие значения сопротивления при комнатной температуре, но их сопротивление значительно возрастает, когда они нагреваются внешним источником тепла до температуры выше определенной (температуры Кюри).
Благодаря этому уникальному свойству термисторы PTC используются для защиты компонентов и устройств от перегрева.Широкий ассортимент высококачественных и высоконадежных датчиков предельной температуры PTC от TDK включает в себя SMD, свинцовые диски и саморезы, поэтому подходящий компонент доступен практически для любых требований по обнаружению перегрева. Датчики защиты двигателя представляют собой датчики предельной температуры PTC специальной формы, позволяющие монтировать их непосредственно внутри обмоток (со стороны статора) электродвигателей.

Ниже приведены приложения для датчиков предельной температуры PTC и датчиков защиты двигателя.
* В следующих статьях и схемах датчики предельной температуры PTC и датчики защиты двигателя для краткости именуются термисторами PTC. Также упрощены принципиальные схемы.

Применение датчиков предельной температуры PTC

Применение: Защита от перегрева транзисторных цепей

Датчики предельной температуры

PTC могут использоваться как простой и удобный способ защиты транзисторных цепей от повышения температуры окружающей среды или от тепла, выделяемого самим транзистором.
В схемах транзисторных усилителей, подобных показанной на следующей диаграмме, температуры выше номинальной могут ухудшить характеристики транзисторов.
Термистор PTC, используемый в таких схемах, обнаруживает повышение температуры окружающей среды и переходит в высокоомное состояние. В результате напряжение база-эмиттер транзистора падает, и транзистор отключает ток нагрузки. Когда температура окружающей среды возвращается к нормальному уровню, термистор PTC возвращается в исходное состояние с низким сопротивлением.

Рисунок 1 Защита от перегрева транзисторных цепей

Применение: Защита от перегрева для силовых полупроводниковых приборов

На схеме ниже показан пример схемы защиты от перегрева, в которой термистор PTC термически соединен с радиатором (радиатором). При превышении определенной температуры сопротивление термистора PTC значительно возрастает, а базовое напряжение силового транзистора падает.В результате ток коллектора уменьшается, и выделение тепла подавляется, тем самым защищая силовой транзистор от перегрева.

Рисунок 2 Защита от перегрева для силовых полупроводниковых приборов

Применение: Защита от перегрева однофазных / трехфазных асинхронных двигателей

Однофазные и трехфазные асинхронные двигатели, которые используются во многих электронных устройствах, включая промышленное оборудование, содержат устройства защиты от перегрузки по току и перегрева.В частности, термисторы PTC используются в качестве датчиков защиты двигателя для защиты двигателей от перегрева. Высоконадежная защита может быть реализована путем термического соединения трех датчиков защиты двигателя с обмоткой двигателя (со стороны статора), как показано на схеме ниже. Когда термистор PTC нагревается до определенной температуры, срабатывает расцепитель (автоматический выключатель) для отключения источника питания.

Рисунок 3 Защита от перегрева для трехфазных асинхронных двигателей

Связанные страницы

■ Датчики предельной температуры PTC Порталы продуктов

Защита от тепловой перегрузки для асинхронного двигателя переменного тока на основе комплексного вейвлета Морле

[1] Чангчун.Chi: Исследование математической модели и алгоритма защиты от перегрузок. Технологический университет Хэбэя, 2008. На китайском языке.

[2] Сяоцян.Ву: Дискретный алгоритм, основанный на принципе защиты от тепловых воздействий и перегрузок. Электрические машины и приложения управления. 2014 г. На китайском.

[3] Дэн Лю, Цзин Ван, Юйфэн Ван: Исследование алгоритма Морле микрозащиты на основе DSP.Шахтные механические и электрические технологии, 2012. На китайском языке.

[4] Цзюньлиу Хай, Цзиньлун Ван и Фангди Бао: Моделирование трехфазного асинхронного двигателя на основе MATLAB / Simulink.ICMECE (2012).

[5] Рэнсом, Дэниел Л. Гамильтон, Рэнди: Продление срока службы двигателя с помощью обновленной тепловой модели защиты от перегрузки, IAS (2011).

DOI: 10.1109 / ias.2011.6074475

Обзор технологии электродвигателей переменного тока и мотор-редукторов

Структура стандартных электродвигателей переменного тока

На следующем рисунке показана конструкция стандартного двигателя переменного тока.

1.Фланцевый кронштейн Кронштейн из литого под давлением алюминия с механической обработкой, запрессованный в корпус двигателя

2. Статор Состоит из сердечника статора из электромагнитных стальных пластин, медной катушки с полиэфирным покрытием и изоляционной пленки

3. Корпус двигателя Литой под давлением алюминий с механической обработкой внутри

4. Ротор Пластины из электромагнитной стали из литого под давлением алюминия

5. Выходной вал Доступен с круглым валом и валом-шестерней.В валу используется металл S45C. Вал с круглым валом имеет плоский вал (выходная мощность 25 Вт, 1/30 л.с. и более), а вал шестерни подвергается прецизионной шлифовке.

6. Подшипник шариковый

7. Выводные провода Выводные провода с термостойким полиэтиленовым покрытием

8. Покраска Запеченная акриловая или меламиновая смола

Тормозной механизм реверсивных двигателей

Реверсивный двигатель имеет встроенный фрикционный тормозной механизм (фрикционный тормоз) сзади.Этот механизм предназначен для следующих целей:

• Для улучшения характеристик мгновенного реверсирования путем добавления фрикционной нагрузки
• Для уменьшения выбега

Конструкция тормозного механизма показана на рисунке выше. Винтовая пружина оказывает постоянное давление, позволяя тормозной колодке скользить по направлению к тормозному диску. Этот механизм обеспечивает определенную степень удерживающего тормозного усилия, но сила ограничена из-за конструкции механизма, как описано выше.Тормозное усилие, создаваемое тормозным механизмом реверсивного двигателя Oriental Motor, составляет примерно 10% от выходного крутящего момента двигателя.

Конструкция электромагнитного тормоза

Двигатель с электромагнитным тормозом оборудован электромагнитным тормозом с отключенным питанием. Как показано на рисунке, когда на катушку магнита подается напряжение, якорь притягивается к электромагниту против силы пружины, тем самым отпуская тормоз и позволяя валу двигателя свободно вращаться.Когда напряжение не подается, пружина прижимает якорь к ступице тормоза и удерживает вал двигателя на месте, тем самым приводя в действие тормоз.

Устройство и работа двигателя выключателя

На рисунке справа показана конструкция двигателя C · B. Когда 24 В постоянного тока не подается ни на катушку сцепления, ни на тормозную катушку, выходной вал может свободно вращаться.

• Операция: Когда на катушку сцепления подается 24 В постоянного тока, якорь катушки сцепления притягивается к диску сцепления, передавая вращение двигателя на выходной вал.Двигатель продолжает вращаться.
• Остановка и удержание нагрузки: При снятии возбуждения катушки сцепления, после определенного временного интервала, подача 24 В постоянного тока на тормозную катушку приведет к тому, что якорь на тормозе войдет в контакт с тормозным диском, что приведет к выходу выходного вала. остановиться. Во время торможения выходной вал отсоединяется от двигателя, поэтому инерция двигателя не влияет. Мотор постоянно вращается.

На рисунке ниже показана взаимосвязь между работой вала двигателя и выходного вала и состоянием возбуждения катушек сцепления и тормоза.

Эксплуатация

Когда операция переключается с удержания нагрузки на перемещение нагрузки, требуется задержка в 20 мс или более после отпускания тормоза и перед подачей напряжения на сцепление (это необходимо для предотвращения одновременного включения сцепления и тормоза. ). Время, необходимое выходному валу сцепления / тормоза для достижения постоянной скорости после подачи напряжения на сцепление, называется временем включения и запуска (t5) и рассчитывается путем сложения следующих элементов времени:

1. Время притяжения якоря t2 Время, необходимое для контакта якоря с муфтой после подачи напряжения на муфту.

2. Фактическое время включения t4 Время, необходимое для того, чтобы выходной вал сцепления / тормоза, который ускоряется динамическим моментом трения, полностью зацепился с валом двигателя после того, как якорь входит в контакт со сцеплением.

3. Время разгона после включения t3 Время, необходимое для ускорения до требуемой скорости, когда к двигателю внезапно прикладывается нагрузка во время фактического времени включения, описанного в (2) , что вызывает временное падение скорости.

Торможение

Когда операция переключается с вращения на остановку или удержание нагрузки, требуется задержка в 20 мс или более после отпускания сцепления и перед подачей напряжения на тормоз. Время, необходимое для остановки выходного вала сцепления / тормоза после подачи напряжения на тормоз, называется временем торможения (t7) и рассчитывается путем сложения следующих элементов времени:

1. Время притяжения якоря t2 Время, необходимое для контакта якоря с тормозной пластиной после подачи напряжения на тормоз.

2. Фактическое время торможения t6 Время, необходимое для остановки вращения выходного вала муфты / тормоза после контакта якоря с тормозным диском.

Характеристики включения и запуска (справочное значение):

Характеристики торможения (справочное значение):

Скоростные характеристики асинхронных двигателей

На рисунке ниже показаны характеристики скорости — момента асинхронных двигателей.

Без нагрузки двигатель вращается со скоростью, близкой к синхронной. По мере увеличения нагрузки скорость двигателя падает до уровня (P), при котором достигается баланс между нагрузкой и крутящим моментом двигателя (Tp). Если нагрузка увеличивается и достигает точки M, двигатель не может создавать больший крутящий момент и останавливается в точке R.

Другими словами, двигатель может работать в стабильном диапазоне между M и O, тогда как диапазон между R и M подвержен нестабильности.

Асинхронные двигатели

выпускаются двух типов: однофазные (конденсаторные) и трехфазные асинхронные двигатели. У однофазного двигателя пусковой крутящий момент обычно меньше рабочего крутящего момента, в то время как трехфазный двигатель имеет относительно больший пусковой крутящий момент.

Крутящий момент, который двигатель производит, изменяется пропорционально примерно вдвое большему напряжению источника питания.

Например, если 110 В подается на двигатель с номинальным напряжением 100 В, крутящий момент, создаваемый двигателем, увеличивается примерно до 120%.В этом случае температура двигателя повысится и может превысить допустимый диапазон.

Если на тот же двигатель подается 90 В, крутящий момент, создаваемый двигателем, уменьшается примерно до 80%. В этом случае двигатель может не работать с автоматическим оборудованием должным образом.

По указанным выше причинам напряжение источника питания должно поддерживаться в пределах ± 10% от номинального напряжения. В противном случае, когда напряжение источника питания колеблется за пределами вышеупомянутого диапазона, температура двигателя может вырасти за пределы допустимого диапазона или крутящий момент двигателя может упасть и тем самым сделать работу оборудования нестабильной.

Скоростные характеристики реверсивных двигателей

Реверсивный двигатель — это конденсаторный однофазный асинхронный двигатель, который имеет те же характеристики скорости и момента, что и асинхронный двигатель, как описано выше. Однако реверсивный двигатель имеет более высокий пусковой момент, чем асинхронный двигатель, чтобы улучшить характеристики мгновенного реверсирования.

Характеристики крутящего момента моментных двигателей

На рисунке ниже показаны характеристики крутящего момента моментных двигателей.Моментные характеристики моментных двигателей отличаются от характеристик асинхронных двигателей или реверсивных двигателей. Как показано на графике, они имеют наклонные характеристики (крутящий момент максимален при нулевой скорости и неуклонно уменьшается с увеличением скорости), что обеспечивает стабильную работу в широком диапазоне скоростей, от пусковой скорости до скорости холостого хода.

Крутящий момент, создаваемый во время реверсирования двигателя, представляет собой большой положительный крутящий момент в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле. Когда двигатель, который вращается в одном направлении, блокируется нагрузкой, а двигатель вращается в противоположном направлении, этот крутящий момент действует как сила (тормозная сила), препятствующая вращению двигателя в обратном направлении.

Повышение температуры в стандартных электродвигателях переменного тока

Повышение температуры двигателей

Когда двигатель работает, все потери энергии (потери в меди, потери в железе и т. Д.) Преобразовываются в тепло, вызывая повышение температуры двигателя.

• Асинхронные двигатели (непрерывный режим) достигают точки насыщения при повышении температуры после двух или трех часов работы, после чего его температура стабилизируется.
• Реверсивные двигатели (30 минут) достигают предела повышения температуры через 30 минут работы.Если работа будет продолжена, температура еще больше повысится.

Измерение повышения температуры

Ниже приводится описание методов, которые Oriental Motor использует для измерения температуры и определения максимально допустимого превышения температуры двигателя.

Температура, при которой повышение температуры во время работы двигателя становится насыщенным, измеряется с помощью термометра или термопары, прикрепленной к центру корпуса двигателя.Повышение температуры определяется как разница между температурой окружающей среды и измеренной температурой.

При использовании метода изменения сопротивления температура обмотки измеряется в соответствии с изменением значения сопротивления. Измеритель сопротивления и термостат используются для измерения сопротивления обмотки двигателя и температуры окружающей среды до и после работы, на основании которых определяется повышение температуры обмоток двигателя.

Время работы и повышение температуры — реверсивные двигатели

Реверсивные двигатели рассчитаны на «30 минут».Однако время работы меняется в зависимости от условий эксплуатации, даже при кратковременной кратковременной работе. При использовании реверсивного двигателя с перебоями в течение короткого периода времени протекает большой ток, который вызывает большое количество тепла при запуске или реверсе. Однако, поскольку эффект естественного охлаждения двигателя высок, когда двигатель остается остановленным на более длительный период времени, вы можете сдерживать повышение температуры.

Температура корпуса двигателя равна повышению температуры двигателя плюс температура окружающей среды.Как правило, если температура корпуса двигателя составляет 90 ° C (194 ° F) или меньше, возможна непрерывная работа двигателя при тех же рабочих условиях, учитывая класс изоляции обмотки двигателя. Однако чем ниже температура двигателя, тем дольше срок службы смазки подшипника. Температура двигателя меняется в зависимости от таких условий, как нагрузка, рабочий цикл, способ монтажа двигателя и температура окружающей среды.

Устройство защиты от перегрева

Если двигатель, работающий в рабочем режиме, блокируется из-за перегрузки, температура окружающей среды быстро повышается или по какой-либо причине увеличивается входной ток, температура двигателя резко повышается.Если оставить двигатель в этом состоянии, характеристики изоляции внутри двигателя могут ухудшиться, что приведет к сокращению его срока службы и, в крайних случаях, к ожогу обмотки и возникновению пожара. Чтобы защитить двигатель от таких тепловых аномалий, наши двигатели, признанные стандартами UL и CSA и соответствующие стандартам EN и IEC, оснащены следующим устройством защиты от перегрева.

Двигатели с тепловой защитой

Двигатели с размером корпуса 70 мм (2.76 дюймов) кв., 80 мм (3,15 дюйма) кв., 90 мм (3,54 дюйма) кв. Или 104 мм (4,09 дюйма) кв. Содержат встроенную тепловую защиту с автоматическим возвратным типом. Структура термозащиты показана на рисунке ниже.

В термозащитных устройствах используются биметаллические контакты, в которых используется сплошное серебро. Твердое серебро имеет самое низкое электрическое сопротивление из всех материалов, а также уступает только меди по теплопроводности.

◇ Рабочая температура термозащиты

Открыто ··· 130 ± 5˚C (266 ± 9˚F)
[рабочая температура варьируется в зависимости от модели,
e.г., серия BH: 150 ± 5 ° C (302 ± 9 ° F)]

Close ··· 82 ± 15˚C (179,6 ± 27˚F)
[рабочая температура варьируется в зависимости от модели,
например, серия BH: 96 ± 15˚C (204,8 ± 27˚F)]

Температура обмотки двигателя, при которой срабатывает тепловая защита, немного выше, чем рабочая температура, указанная выше.

Двигатели с защитным сопротивлением

Двигатели с размером корпуса 60 мм (2,36 дюйма) кв. Или меньше оснащены защитой по сопротивлению.Двигатели с защитным импедансом спроектированы с более высоким импедансом в обмотках двигателя, поэтому даже в случае блокировки двигателя увеличение тока (входа) будет минимальным, а температура не поднимется выше определенного уровня.

Конденсатор

Однофазные двигатели переменного тока

Oriental Motor относятся к типам с постоянными разделенными конденсаторами. Двигатели с постоянным разделенным конденсатором содержат вспомогательную обмотку, смещенную на 90 электрических градусов от основной обмотки. Конденсатор включен последовательно со вспомогательной обмоткой, вызывая опережение фазы тока во вспомогательной обмотке.

В двигателях

используются конденсаторы с электродами для осаждения из паровой фазы, признанные UL. Конденсатор этого типа, в котором в качестве элемента используется металлизированная бумага или пластиковая пленка, также известен как «самовосстанавливающийся (SH) конденсатор» из-за свойства самовосстановления элемента конденсатора.

Хотя в большинстве предыдущих конденсаторов использовались бумажные элементы, в последние годы конденсаторы с пластиковой пленкой стали широко распространенной моделью из-за растущего спроса на компактную конструкцию.

• Емкость: Использование конденсатора с другой емкостью может вызвать чрезмерную вибрацию двигателя и тепловыделение или может привести к падению крутящего момента и нестабильной работе.Обязательно используйте конденсатор, поставляемый с двигателем. Емкость конденсатора выражается в микрофарадах (мкФ).
• Номинальное напряжение: Использование конденсатора, напряжение которого превышает номинальное, может вызвать повреждение, задымление или возгорание. Обязательно используйте конденсатор, поставляемый с двигателем. Номинальное напряжение конденсатора выражается в вольтах (В). Номинальное напряжение конденсатора указано на поверхности корпуса конденсатора. Примите надлежащие меры предосторожности, поскольку номинальное напряжение конденсатора отличается от номинального напряжения двигателя.
• Номинальное время проводимости: Номинальное время проводимости — это минимальный расчетный срок службы конденсатора при работе при номинальной нагрузке, номинальном напряжении, номинальной температуре и номинальной частоте. Стандартная продолжительность жизни 25 000 часов. Конденсатор, который ломается в конце срока службы, может задымиться или загореться. Мы рекомендуем заменять конденсатор по истечении расчетного времени проводимости. Рассмотрите возможность применения отдельной меры защиты, чтобы предотвратить негативное влияние на оборудование в случае отказа конденсатора.
• Функция безопасности конденсатора: Некоторые конденсаторы оснащены функцией безопасности, которая позволяет безопасно и полностью удалить конденсатор из цепей для предотвращения дыма и / или возгорания в случае пробоя диэлектрика. В продукции Oriental Motor используются конденсаторы с признанными UL функциями безопасности, которые прошли проверку UL 810 на ток короткого замыкания на 10000 А.

A Удаленный и бессенсорный метод оценки температуры обмотки статора для тепловой защиты асинхронного двигателя: журнал Computer Science & IT Journal, статья

Предварительный просмотр статьи

Наверх

1.Введение

Асинхронный двигатель является критически важным компонентом многих промышленных процессов, и он очень важен для поддержки промышленности в производстве продукта. Он также часто интегрируется с любым коммерчески доступным оборудованием и самим процессом (Widodo et al., 2009). Мониторинг состояния асинхронных двигателей был предметом изучения в последние десятилетия. Актуальность этой темы обусловлена ​​тем фактом, что асинхронные двигатели являются ключевыми элементами в большинстве промышленных процессов и в некоторых задачах повседневной жизни (Cabal-Yepez et al., 2012). Изоляция обмотки статора обычно является наиболее слабым элементом при тепловой перегрузке, поскольку ее тепловой предел достигается раньше, чем у любого другого компонента двигателя. Около 35-40% отказов асинхронных двигателей связаны с нарушением изоляции обмотки статора (Enany et al., 2013). Нарушения изоляции статора обычно являются результатом длительного термического старения, поскольку ухудшение изоляции зависит как от времени, так и от температуры.

Точный мониторинг температуры обмотки статора имеет решающее значение для упреждающей защиты двигателя, поэтому оценка температуры обмотки статора (Ts) имеет большое значение, как объяснил Бойс и др.(1994). Для оценки температуры статора асинхронного двигателя используются методы, основанные на тепловой модели. Первая оценка температуры ротора по сопротивлению ротора с использованием электрической модели двигателя предложена Gao et al. (2009), а затем оцените температуру статора. Тем не менее, эти подходы по-прежнему требуют идентификации тепловых параметров, что легче сказать, чем сделать, потому что идентификация должна выполняться для каждого двигателя при каждом режиме охлаждения.Bousbaine et al. (1995) предложили тепловые модели более высокого порядка для моделирования теплового поведения различных компонентов асинхронного двигателя, поскольку тепловые модели второго порядка могут моделировать только статор и ротор двигателя. Nestler et al. (1993) предложили пример пятикомпонентной тепловой модели асинхронного двигателя. Staton et al. (2005) предложили рассчитывать тепловые параметры исходя из габаритов двигателя. Тем не менее идентификация тепловых параметров, связанных с конвективным режимом теплопередачи, затруднена, что ограничивает точность идентификации тепловых параметров с использованием этого подхода.Как правило, практические применения этих тепловых моделей более высокого порядка ограничены из-за сложности оценки потерь двигателя и идентификации тепловых параметров. Более того, учитывая, что эти подходы не могут адаптироваться к изменению охлаждающей способности двигателя, идентификация тепловых параметров требуется в каждом рабочем состоянии с использованием встроенных датчиков, как показано в Staton et al. (2005). Поэтому это часто непрактично, особенно для асинхронных двигателей малого и среднего размера, по экономическим причинам.

A Удаленный и бессенсорный метод оценки температуры обмотки статора для тепловой защиты асинхронного двигателя

Автор

Включено в список:

• T. A. Enany

  (инженер-электрик в EHCSS, Бани-Суф, Египет)

• W. I. Wahba

  (Университет Файюма, Египет)

• М. А. Мустафа Хассан

  (Каирский университет, Египет)

Реферат

Трехфазные асинхронные двигатели — «рабочие лошадки» в промышленности; они являются наиболее широко используемой электрической машиной; из-за простой конструкции и высокой надежности.В этой статье предлагается новый метод моделирования обмотки статора асинхронного двигателя в программном обеспечении Matlab Simulink®. Это моделирование асинхронного двигателя будет иметь тепловое поведение его обмотки статора; изучить оценку температуры асинхронного двигателя с использованием метода, основанного на параметрах двигателя. Модифицированная модель используется для проверки методики дистанционной и бессенсорной оценки температуры обмотки статора; Таким образом обеспечивается тепловая защита устройства плавного пуска, подключенного к асинхронным двигателям.Устройство плавного пуска используется для подачи сигнала постоянного тока на клеммы напряжения и тока асинхронного двигателя. Сопротивление / температура обмотки статора оценивается по подаче сигнала постоянного тока путем изменения сигналов управления затвором тиристора в устройстве плавного пуска. Уровень вводимого сигнала постоянного тока регулируется значением угла задержки. Точность определения температуры обмотки статора увеличивалась с увеличением уровня сигнала постоянного тока; однако пульсация выходного крутящего момента также увеличилась. Температурное поведение моделируется с помощью блока терморезисторов из программного обеспечения Matlab Simscape ™.Он используется для замены постоянного резистора модели асинхронного двигателя в Matlab Simulink. Схема теплового мониторинга была подтверждена на основе результатов моделирования асинхронного двигателя мощностью 7,5 кВт при различных условиях нагрузки.

Рекомендуемая ссылка

Т. А. Энани, В. И. Вахба и М. А. Мустафа Хассан, 2014. « A Удаленный и бессенсорный метод оценки температуры обмотки статора для тепловой защиты асинхронного двигателя », Международный журнал приложений системной динамики (IJSDA), IGI Global, vol.3 (3), страницы 53-72, июль.

Дескриптор: RePEc: igg: jsda00: v: 3: y: 2014: i: 3: p: 53-72

Скачать полный текст от издателя

Исправления

Все материалы на этом сайте предоставлены соответствующими издателями и авторами. Вы можете помочь исправить ошибки и упущения. При запросе исправления укажите дескриптор этого элемента: RePEc: igg: jsda00: v: 3: y: 2014: i: 3: p: 53-72 . См. Общую информацию о том, как исправить материал в RePEc.

По техническим вопросам, касающимся этого элемента, или для исправления его авторов, заголовка, аннотации, библиографической информации или информации для загрузки, обращайтесь:. Общие контактные данные провайдера: https://www.igi-global.com .

Если вы создали этот элемент и еще не зарегистрированы в RePEc, мы рекомендуем вам сделать это здесь. Это позволяет привязать ваш профиль к этому элементу. Это также позволяет вам принимать потенциальные ссылки на этот элемент, в отношении которых мы не уверены.

У нас нет библиографических ссылок на этот товар. Вы можете помочь добавить их, используя эту форму .

Если вам известно об отсутствующих элементах, цитирующих этот элемент, вы можете помочь нам создать эти ссылки, добавив соответствующие ссылки таким же образом, как указано выше, для каждого ссылочного элемента. Если вы являетесь зарегистрированным автором этого элемента, вы также можете проверить вкладку «Цитаты» в своем профиле RePEc Author Service, поскольку там могут быть некоторые цитаты, ожидающие подтверждения.

По техническим вопросам, касающимся этого элемента, или для исправления его авторов, заголовка, аннотации, библиографической информации или информации для загрузки, обращайтесь: к редактору журнала (адрес электронной почты указан ниже).Общие контактные данные провайдера: https://www.igi-global.com .

Обратите внимание, что исправления могут занять пару недель, чтобы отфильтровать различные сервисы RePEc.