Меню

Защита 12в двигателя по току

Защита электродвигателя от перегрузки с помощью теплового реле

Защита электродвигателя от перегрузки с помощью теплового реле

«- Есть ли у Вас защита двигателя?
— Да, есть. Там сидит специальный человек, следит за двигателем. Когда легкий дымок с двигателя пойдет, его выключает, не дает ему сгореть.»

Это реальный диалог с одним из наших покупателей. Оставим в стороне вопрос о технической культуре и уровне образования, — здесь рассмотрим только технические вопросы как решить эту проблему.

От чего электродвигатель выходит из строя? При прохождении электрического тока через проводник в этом проводнике выделяется тепло. Поэтому электрический двигатель при работе, естественно, нагревается. Производителем рассчитано, что при номинальном токе двигатель не перегреется.

А вот если ток через обмотки двигателя по каким-то причинам увеличится — то электродвигатель начнет перегреваться, и если этот процесс не остановить — то в дальнейшем перегреется и выйдет из строя. В обмотках из-за перегрева начинает плавиться изоляция проводников и происходит короткое замыкание проводников. Поэтому одна из задач защиты – ограничит ток, протекающий через электродвигатель, не выше допустимого.

Одним из самых распространенных способов — это защита электродвигателя при помощи теплового реле. Тепловые реле применяются для защиты электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности, а также от обрыва одной из фаз.

Конструктивно тепловое реле представляют собой набор биметаллических расцепителей (по одному на каждую фазу), по которым протекает ток электродвигателя, оказывающий тепловое действие на пластины. Под действием тепла происходит изгиб биметаллической пластины, приводящий в действие механизм расцепления. При этом происходит изменение состояния вспомогательных контактов, которые используются в цепях управления и сигнализации. Реле снабжаются биметаллическим температурным компенсатором с обратным прогибом по отношению к биметаллическим пластинам для компенсации зависимости от температуры окружающей среды, обладают возможностью ручного или автоматического взвода (возврата).

терловое реле купить в Житомире 067 4111567

Реле имеет шкалу, калиброванную в амперах. В соответствии с международными стандартами шкала должна соответствовать значению номинального тока двигателя, а не тока срабатывания. Ток несрабатывания реле составляет 1,05 I ном. При перегрузке электродвигателя на 20% (1,2 I ном), произойдет его срабатывание в соответствии с токо-временной характеристикой.

Реле, в зависимости от конструкции, могут монтироваться непосредственно на магнитные пускатели, в корпуса пускателей или на щиты. Правильно подобранные тепловые реле защищают двигатель не только от перегрузки, но и от заклинивания ротора, перекоса фаз и от затянутого пуска.

Как правильно подобрать тепловое реле смотрите здесь

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.

магнитный пускатель и тепловое реле купить в Житомире 067 4111567

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.

Недостатки тепловых реле

Следует отметить и недостатки тепловых реле. Иногда трудно подобрать реле из имеющихся в наличии так, чтобы ток теплового элемента соответствовал току электродвигателя. Кроме того, сами реле требуют защиты от короткого замыкания, поэтому в схемах должны быть предусмотрены предохранители или автоматы. Тепловые реле не способны защитить двигатель от режима холостого хода или недогрузки двигателя, причем иногда даже при обрыве одной из фаз. Поскольку тепловые процессы, происходящие в биметалле, носят достаточно инерционный характер, реле плохо защищает от перегрузок, связанных с быстропеременной нагрузкой на валу электродвигателя.
Если нагрев обмоток обусловлен неисправностью вентилятора (погнуты лопасти или проскальзывание на валу), загрязнением оребренной поверхности двигателя, тепловое реле тоже окажется бессильным, т. к. потребляемый ток не возрастает или возрастает незначительно. В таких случаях, только встроенная тепловая защита способна обнаружить опасное повышение температуры и вовремя отключить двигатель.

Александр Коваль
067-1717147
Статья отредактирована в ноябре 2015 года.

Источник

Защита авто электроники от перенапряжения и перегрузки

Включение зажигания при запуске автомобиля или выброс большого количества энергии в электронику при выключении двигателя — это источники опасных скачков напряжения в сети авто 12 В. Такие состояния делятся на пониженное напряжение (UV) и повышенное (OV); они могут иметь значительные параметры вольтажа и повреждать цепи, не предназначенные для работы в таких экстремальных условиях. Для защиты чувствительной электроники от переходных состояний питания были разработаны специальные устройства.

Микросхема LTC4368 является примером такого специализированного устройства защиты от недо- и перенапряжения в электросети авто. Она использует компаратор для контроля. Напряжение питания контролируется резистивным делителем напряжения, подключенным к выводам мониторинга UV и OV. Выход компаратора управляет затворами двух N-канальных полевых МОП-транзисторов, которые в свою очередь управляют соединением тока между АКБ и нагрузкой.

Компаратор LTC4368 разработан с гистерезисом всего 25 мВ на выводах монитора для улучшения помехозащищенности. Гистерезис может предотвратить ложное включение или выключение MOSFET из-за, например, пульсаций или высокочастотных колебаний в линии питания. Гистерезис 25 мВ в LTC4368 соответствует 5% пороговых значений выводов монитора и является общим для защиты как от недо-, так и от перенапряжения.

Для безопасности или для снижения нагрузки на линию зажигания некоторые автомобильные вспомогательные цепи должны быть отключены от бортсети при запуске или остановке авто. Из-за больших амплитуд переходных процессов для этих схем может потребоваться ещё больший гистерезис, чем для самой LTC4368. В таких устройствах повышенные требования к гистерезису могут быть удовлетворены путем установки LTC4368 на мониторинг питания чипа с регулируемым гистерезисом, таким как LTC2966. На рисунке показан пример защиты автомобильной цепи с широким диапазоном напряжений. В этой схеме LTC2966 действует как компаратор, а LTC4368 отвечает за подключение нагрузки к сети.

Устройство защитного контроля питания в автомобиле

Управление силовой линией с широким гистерезисом мониторинга напряжения — схема

Решение, показанное на рисунке выше, защищает электронику, чувствительную к переходным состояниям — провалам, скачкам и перегрузкам по току, возникающим в источнике питания авто.

Микросхема LTC2966 отслеживает как обратное напряжение, так и слишком низкое или слишком высокое прямое напряжение. Пороги контроля и уровни гистерезиса настраиваются цепями резисторов на выводах INH и INL и напряжениями на выводах RS1 и RS2. OUTA — это выход компаратора UV, а OUTB — выход компаратора OV. Полярность этих выходов может быть выбрана обратной или нормальной по отношению к входам, использующим контакты PSA и PSB. На рисунке они настроены как не инвертирующие. Выходы OUTA и OUTB от LTC2966 подключены к выводу REF LTC2966 и подаются непосредственно на выводы UV и OV LTC4368.

LTC4368 обеспечивает защиту от обратного тока и перегрузки по току. Размер резистора измерения тока R11 определяет допустимые уровни обратного тока и перегрузки. LTC4368 решает, следует ли включить нагрузку, на основании состояния его компараторов максимального тока, а также информации мониторинга от LTC2966. Контакты UV, OV и SENSE (перегрузка по току) как раз и участвуют в процессе принятия решения. Если эти условия выполнены для всех трех выводов, вывод GATE будет подтянут выше напряжения VOUT, и нагрузка будет подключена к источнику питания через двойной N-канальный MOSFET в линии питания. Если любой из трех выводов имеет неправильный уровень напряжения, вывод GATE опускается ниже VOUT и нагрузка обесточивается.

Автомобиль, питаемый напрямую от аккумулятора, подвержен сильным колебаниям напряжения при запуске и остановке двигателя. В этом защитном решении пороги контроля напряжения основаны на номинальных рабочих напряжениях и ожидаются во время запуска автомобиля или разрядки схемы, при этом защищая находящуюся далее по пути электронику.

Пусковые переходные процессы генерируются, когда зажигание запитывается для запуска автомобиля. В этом включении канал A LTC2966 настроен на обнаружение переходного состояния при запуске. Переходные процессы во время сброса энергии возникают при выключении двигателя. На клемме аккумуляторной батареи возникают скачки большой амплитуды, когда ток в линии автомобиля внезапно прекращается. В этом случае канал LTC2966 настроен на обнаружение переходного процесса сброса энергии при остановке двигателя.

Читайте также:  Для определения силы тока нужно

График Vout к Vin

На графике показаны входные напряжения во время работы. Запуск двигателя (канал A) обнаруживается таким образом, что он активируется при падении напряжения ниже 7 В и повторно активируется напряжением выше 10 В. Вторая защита (канал B), предназначенная для обнаружения остановки двигателя, настроена на активацию в момент, когда напряжение превышает 18 В, и должна отключаться, когда оно падает ниже 15 В. Эти напряжения возникают непосредственно из кривой запуска и остановки машины, определяемой стандартами производителя.

При необходимости можно выбрать другие диапазоны напряжения, которые легко настраиваются путем изменения значений сопротивления элементов делителя напряжения на линиях INH и INL микросхемы LTC2966.

Делитель сопротивления для выбора пороговых значений напряжения

На рисунке выше показано, как это устройство вычисляет значения компонентов для делителя напряжения, который настраивает пороги напряжения отключения схемы. REF вывод LTC2966 подает опорное напряжение 2.404 В.

Выбор диапазона и полярности выхода компаратора

Рисунок показывает конфигурацию диапазона и выходной полярности схемы. Выбор диапазона для каждого канала основан на диапазоне напряжений конкретного канала, который необходимо контролировать. Диапазон настраивается контактами RS1A / B и RS2A / B. Полярность выходных контактов LTC2966, вне зависимости от того, установлены ли они на высокий или низкий уровень, определяется совмещением контактов PSA и PSB. В этом включении входные контакты LTC4368 определяют полярность выходных контактов LTC2966. Чтобы нагрузка была запитана, вывод UV должен быть больше 0,5 В, а вывод OV меньше 0,5 В.

Защита от обратного напряжения

В решении, показанном на самой первой схеме LTC2966 и LTC4368 формируют защиту от обратного напряжения: LTC4368 имеет встроенную защиту от обратного напряжения до -40 В, а LTC2966 требует выбора правильного компонента для задания значения.

Защита от перегрузки и Пускового тока

Применение защиты от перегрузки и пускового тока

Защита LTC4368 отвечает за перегрузки по току и также пускового тока. Компараторы внутри LTC4368 отслеживают падение напряжения на резисторе датчика тока R11. Компаратор максимального тока отключится, когда напряжение SENSE к VOUT превысит 50 мВ. При обратном прохождении потенциала, VOUT к VIN, компаратор максимального тока отключится, когда напряжение SENSE к VOUT превысит –3 мВ. В этом включении используется измерительный резистор 20 мОм, который настраивает пределы тока на +2,5 А и –150 мА.

Ограничение пускового тока позволяет запускать устройства без срабатывания максимальной токовой защиты в прямом направлении. R10 и C1 — элементы, ограничивающие пусковой ток. В этом случае пусковой ток ограничен до 1 А, что значительно ниже предельного значения прямого тока 2,5 А. Выбор C1 основан на желаемом предельном пусковом токе. R10 не позволяет C1 замедлить защиту от обратной полярности, стабилизирует схему быстрого понижения и предотвращает колебания во время короткого замыкания.

C4 — это конденсатор, который устанавливает задержку для повторного включения (сброса защиты) после перегрузки по току. Задержка повторной попытки — это время, в течение которого MOSFET остается на низком уровне после обнаружения перегрузки по току. В этом случае задержка повторной попытки составляет 250 мс. Резисторы на 10 Ом — R14 и R15 — добавлены к затворам MOSFET, чтобы предотвратить паразитные колебания схемы.

Демонстрация работы защиты

Проведены лабораторные исследования прототипа и результаты показаны на графике. Перед активацией зажигания VIN превышает порог мониторинга 10 В, настроенный для канала A. Вывод UV LTC4368-2 подтягивается выше порога 500 мВ выводом OUTA LTC2966, что позволяет активировать путь питания и VOUT = VIN.

Полная нагрузка. Пуск машины

Во время запуска шина 12 В понижается до напряжения 6 В. Порог контроля падения напряжения (7 В) превышается, и OUTA немедленно отключает вывод UV LTC4368-2. LTC4368-2 в ответ подтягивает вывод GATE к низкому уровню, что вызывает отключение переключающего элемента и падение напряжения VOUT до 0 В. Гистерезис 3 В, запрограммированный резистивным делителем мониторинга напряжения, позволяет LTC2966 игнорировать пульсации на шине при включении стартера. В результате переключающий элемент остается выключенным до конца цикла запуска. Когда цикл запуска завершен, напряжение батареи восстанавливается до номинального значения превышающего пороговое значение 10 В. Вывод OUTA подтягивает вывод UV LTC4368-2 к питанию, и переключающий элемент снова подключается.

Защита от обратного напряжения

Тест защиты от обратного напряжения

На графике показано значение для резистора 1,96 кОм, ограничивающего ток на выходе силовых контактов LTC2966 при обратном напряжении. Входное напряжение было снижено с 0 В до -40 В. Выходной ток с контактов VINA и VINB ограничен до 20 мА, а напряжение на контактах VINA и VINB поддерживается на несколько сотен милливольт ниже уровня массы. Чип LTC2966 благополучно пережил это событие.

Ограничение пускового тока

На графике показан предел пускового тока, определяемый R10 и C1. Как и ожидалось, пусковой ток ограничен 1 А, а VOUT достигает 12 В без отключения предела перегрузки по току.

Активация защиты от перегрузки по току и отложенная повторная попытка

На графике далее показано, как LTC4368 реагирует на перегрузку по току в прямом направлении. Положительный ток перегрузки активирует компаратор в схеме, когда напряжение между линиями SENSE и VOUT превышает 50 мВ. Измерительный резистор там имеет сопротивление 20 мОм, что означает токовое ограничение до 2,5 А.

В этом примере ток продолжает увеличиваться до тех пор, пока не сработает максимальная токовая защита. Как и ожидалось, защита срабатывает при 2,5 А. LTC4368 отключает нагрузку от источника питания и ток падает до нуля. По истечении времени таймера, установленного LTC4368, схема повторно подключает нагрузку. Если перегрузки по току больше нет, нагрузка остается подключенной. В противном случае ситуация повторяется. Задержкой перед повторным подключением можно управлять с помощью контакта RETRY через конденсатор. Если не хотим, чтобы схема повторно подключала нагрузку, просто подключите контакт RETRY к земле. Тут время повтора установлено на 250 мс.

Защита от обратной перегрузки по току

На графике показана реакция LTC4368 на переходной процесс от перегрузки по току. Компаратор обратного максимального тока определяет напряжение между выводами VOUT и SENSE. Пороговое значение напряжения для подтверждения обратной перегрузки по току зависит от версии чипа. Например LTC4368-1 будет работать при 50 мВ, а LTC4368-2 — при 3 мВ. Это устройство было разработано с использованием LTC4368-2. Измерительный резистор R11 имеет сопротивление 20 мОм, что устанавливает предел обратной перегрузки по току на 150 мА.

Срабатывание токовой защиты в обратном направлении

Когда на нагрузку идёт ток 100 мА, на VOUT подается скачок напряжения, так что VOUT больше, чем VIN. По мере увеличения VOUT ILOAD уменьшается. Шаг напряжения достаточно велик, чтобы заставить ток течь от нагрузки к источнику питания. Это продолжается до тех пор, пока обратный ток не достигнет 150 мА и не сработает компаратор обратного максимального тока. Когда он работает, вывод GATE опущен. Это изолирует нагрузку от сети и предотвращает дальнейшее протекание нагрузки по направлению к сети. LTC4368 будет поддерживать низкий уровень ключей, пока не обнаружит, что VOUT на 100 мВ ниже VIN.

Подведём итоги

Использование специализированных устройств может упростить реализацию схем безопасности в автомобилях. С минимальным количеством дополнительных цепей, микросхемы LTC2966 и LTC4368-2 были объединены для обеспечения точной, надежной и универсальной защиты от перенапряжения. А гибкость этих устройств позволяет настраивать их для использования во многих типах бортовых сетей авто. В простейшем же случае можно применить вот такую самодельную схему защиты, хотя конечно дорогое автомобильное оборудование и бортовой компьютер требуют более профессионального подхода.

Читайте также:  Как термопара вырабатывает ток

Куда применить отжившие свой век моторы от винчестеров ПК — подключение такого двигателя и варианты идей.

Класс A — схема самодельного УМЗЧ высокого качества на полевых MOSFET транзисторах.

Простая транзисторная схема робота следующего по нарисованной линии. Без микроконтроллеров и дорогих деталей.

Источник

Онлайн помощник домашнего мастера

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

Наверно все знают, что различные устройства работают на основе электрических двигателей. Но для чего нужна защита электродвигателей осознает лишь малая часть пользователей. Оказывается они могут сломаться в результате различных непредвиденных ситуаций.

Чтобы избежать проблем с высокими затратами на ремонт, неприятных простоев и дополнительных материальных потерь используются качественные защитные устройства. Далее разберемся в их устройстве и возможностях.

Краткое содержимое статьи:

Как создается защита для электродвигателя?

Постепенно рассмотрим основные устройства защиты электродвигателей и особенности их эксплуатации. Но сейчас расскажем об трех уровнях защиты:

  • Внешняя версия защиты для предохранения от короткого замыкания. Обычно относится к разным видам либо представлена в виде реле. Они обладают официальным статусом и обязательны к установке согласно нормам безопасности на территории РФ.
  • Внешняя версия защиты электродвигателей от перегрузки помогает предотвратить опасные повреждения либо критические сбои в процессе работы.
  • Встроенный тип защиты спасет в случае заметного перегрева. И это защитит от критических повреждений либо сбоев в процессе эксплуатации. В этом случае обязательны выключатели внешнего типа иногда применяется реле для перезагрузки.

Из-за чего отказывает электродвигатель?

В процессе эксплуатации иногда появляются непредвиденные ситуации, останавливающие работу двигателя. Из-за этого рекомендуется заранее обеспечить надежную защиту электродвигателя.

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.

Чтобы защита электродвигателей от перегрузки справилась с перечисленными проблемами и смогла защитить основные элементы устройства необходимо использовать вариант на основе автоматического отключения.

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.

Важно: Автоматические версии выключателей отличаются по уровню тока для срабатывания. Из-за этого лучше использовать выключатель способный выдержать максимальный ток в процессе короткого замыкания, появляющегося на основе данной системы.

Тепловое реле

В различных устройствах используется тепловое реле для защиты двигателя от перегрузок под воздействием тока либо перегрева рабочих элементов. Оно создается с помощью металлических пластин, обладающих различным коэффициентом расширения под воздействием тепла. Обычно его предлагают в связке с магнитными пускателями и автоматической защитой.

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.

Универсальные блоки защиты

Различные универсальные блоки защиты электродвигателей помогают уберечь двигатель с помощью отключения от напряжения либо блокированием возможности запуска.

Они срабатывают в таких случаях:

  • Проблемы с напряжением, характеризующиеся скачками в сети, обрывами фаз, нарушением чередования либо слипания фаз, перекосом фазного или линейного напряжения;
  • Механической перегруженности;
  • Отсутствие крутящего момента для вала ЭД;
  • Опасных эксплуатационной характеристике изоляции корпуса;
  • Если произошло замыкание на землю.

Хотя защита от понижения напряжения, может быть, организована и другими способами мы рассмотрели основные из них. Теперь у вас есть представление о том зачем необходимо защищать электродвигатель, и как это осуществляется с помощью различных способов.

Источник



Электрический двигатель: комплексная релейная защита

Главная страница » Электрический двигатель: комплексная релейная защита

Электрический двигатель: комплексная релейная защита

Практически нет в эксплуатации техники, где не использовался бы электрический двигатель. Этот вид электромеханических приводов самой разной конфигурации применяется повсеместно. С конструктивной точки зрения, электромотор – оборудование несложное, вполне понятное и простое. Однако работа электродвигателя сопровождается значительными нагрузками разного характера. Именно поэтому на практике применяются реле защиты двигателя, функциональность которых также носит разносторонний характер. Степень эффективности, на которую рассчитана защита электрического двигателя, как правило, определяется схемными решениями внедрения реле и датчиков контроля.

Схема комплексной защиты двигателя с электропитанием

Существуют различные типы защитных реле, предназначенных исключить сбои двигателя при работе. Этими реле определяется рабочие состояние мотора, выходящее за рамки нормы, что в конечном итоге приводит к срабатыванию автоматического выключателя.

Комплексная защита двигателя обеспечивает контроль:

  • нарушений в обмотках и связанных цепях;
  • чрезмерной перегрузки и короткого замыкания;
  • дисбаланса трёхфазного и однофазного напряжения;
  • изменения порядка чередования фаз и коммутационных напряжений.

Основная характеристика защитных реле двигателя — это зависимость уменьшения времени срабатывания от увеличения магнитуды тока повреждения.

Защитные реле моторов

Устройства из серии приборов, гарантирующих целостность моторов при работе электрических двигателей в тяжелых эксплуатационных условиях

Рассмотрим различные варианты защиты, применяемые к традиционным электрическим двигателям, находящимся в эксплуатации.

Перечень применяемых защит и предназначение каждой

Список часто применяемых защитных решений состоит из шести реализуемых функций:

  1. Перегрузка по току.
  2. Перегрев статорных обмоток.
  3. Перегрев ротора.
  4. Пониженное напряжение.
  5. Дисбаланс и пофазный сбой.
  6. Реверс фаз.

Прежде чем подробнее рассмотреть отмеченные схемы защиты, логичным видится разделить двигатели на две группы эксплуатационного статуса – значимые и малозначимые.

Перегрузка электродвигателя по току обмотки статора

Это основной функционал защиты, направленный на предотвращение короткого замыкания обмоток статора. Здесь предохранители и элементы прямого действия используются для защиты статорных обмоток двигателя.

Применительно к малозначимым сервисным моторам, для автоматического отключения используется мгновенное реле с обратно-зависимым временем реагирования на фазные перегрузки по току.

Схема реле срабатывающего по току

Схема защиты двигателя от перегрузки по току и замыканий на землю: 1, 2, 3 — трансформаторы тока; 4, 5, 6 — устройства отсечки по току; Ф1, Ф2, Ф3 — линейные фазы; 7 — земля

Реле чередования фаз обычно настраиваются на 3,5-4 кратное превышение рабочего тока двигателя, с учётом достаточной задержки по времени, чтобы исключить срабатывание в моменты запуска мотора.

Для сервисных двигателей высокой значимости реле тока с обратно-зависимым временем срабатывания, как правило, не используются. Причиной тому является задействованный автоматический выключатель непосредственно в цепи двигателя.

Электрический воздушный компрессор, 220В/110В 30 мпаЭлектрический воздушный компрессор высокого давленияЭлектрический воздушный насос высокого давления

Перегрев статорных обмоток электромотора при эксплуатации

Критичное состояние, в основном обусловленное непрерывной перегрузкой, торможением ротора или дисбалансом тока статора. Для полной защиты, в данном случае, трёхфазный двигатель необходимо оснастить элементами контроля перегрузки на каждой фазе.

Читайте также:  Сила тока при электрокоагуляции

Здесь для защиты малозначимых сервисных двигателей обычно используется защита от перегрузки по току либо прямое срабатывание на отключение от источника питания в случае перегрузки.

Если номинальная мощность двигателя превышает 1000 кВт, вместо одиночного реле с резистивным датчиком температуры, как правило, используется реле обратно-зависимого времени срабатывания по току.

Температурный датчик для двигателя

Термисторы предельной температуры для статора двигателя: 1 — залуженная часть проводника 7-10 мм; 2 — размер длины 510 — 530 мм; 3 — длина термистора 12 мм; 4 — диаметр термистора 3 мм; Дуговые соединения длиной 200 мм

Для значимых моторов автоматическое отключение применяют по желанию. В качестве главного защитника от перегрева статорных обмоток используется тепловое реле.

Фактор перегрева ротора (фазного)

Защита от перегрева ротора часто встречается в двигателях с раневым (фазным) ротором. Увеличение тока ротора отражается на токе статора, что требует включения защиты от превышения тока статора.

Настройка реле защиты статора по току в целом составляет величину, равную току полной нагрузки, увеличенному в 1,6 раза. Этого значения вполне достаточно, чтобы определить перегрев фазного ротора и включить блокировку.

Защита от пониженного напряжения

Электродвигатель потребляет чрезмерный ток при работе под напряжением ниже установленной нормы. Поэтому защита от недостатка напряжения или перенапряжения должна обеспечиваться датчиками перегрузки или чувствительными температурными элементами.

Чтобы избежать перегрева, двигатель необходимо обесточить на 40-50 минут даже в случае небольших перегрузок, превышающих 10 — 15% норматива.

Термальная защита электродвигателя

Классический вариант термального контроля статорной обмотки: Т — датчики температуры, встроенные непосредственно среди обмоточных проводников

Защитное реле следует использовать для контроля нагрева ротора двигателя из-за токов обратной последовательности, возникающих в статоре по причине дисбаланса напряжения питания.

Дисбаланс и пофазный сбой на подаче электропитания

Несбалансированное трехфазное питание также вызывает протекание тока обратной последовательности в обмотках статора двигателя. Подобное состояние вызывает перегрев обмотки статора и ротора (фазного).

Несбалансированное состояние, кратковременно передаваемое двигателю, необходимо контролировать и поддерживать на таком уровне, чтобы избежать появления непрерывного состояния дисбаланса.

Рекомендуется применять реле защиты двигателя, чувствительное на отказ обмотки статора. Например, на межфазное замыкание или короткое замыкание на землю.

Предпочтительно реле контроля межфазного замыкания питать от положительной фазы, а для защиты от замыканий на землю использовать дифференциальное реле мгновенной отсечки, подключенное в цепь контура трансформатора тока.

PAGANI - мужские механические наручные часыЖенские механические часы JSDUNPAGANI дизайнерские брендовые мужские часы

Непредусмотренный реверс фазы линии питания

В некоторых случаях реверс фазы видится опасным явлением для мотора. Например, такое состояние может негативно отражаться на работе лифтового оборудования, кранов, подъемников, некоторых видов общественного транспорта.

Здесь обязательно следует предусматривать защиту от реверса фаз – специализированное реле. Работа реле реверса фазы основана на электромагнитном принципе. Прибор содержит дисковый двигатель, приводимый в движение магнитной системой.

Схема реле реверса фазы

Плата и схема устройства реверса фазы: 1 — автоматический выключатель или плавкая вставка; 2 — защита от перегрузки; 3 — фаза текущая; 4 — реверс фазы; 5 — электродвигатель

Если отмечается правильная последовательность фаз, диск формирует крутящий момент в положительном направлении. Следовательно, вспомогательный контакт удерживается в закрытом положении.

Когда фиксируется реверс фазы, крутящий момент диска изменяется на противоположное направление. Следовательно, вспомогательный контакт переключается в открытое положение. Эта система коммутации используется для защиты, в частности – для управления автоматическим выключателем.

Традиционная защита асинхронных двигателей

Схема защиты трехфазных асинхронных двигателей небольшой мощности показана на рисунке ниже. Магнитный контактный пускатель содержит группу кнопок пуска и останова, связанных соответствующими вспомогательными контактами, защитными устройствами перегрузки или недогрузки.

Стартовая кнопка ( КН1 ) представляет собой обычный прямой контактный переключатель, который обычно удерживается в нормально открытом состоянии усилием пружины. В свою очередь кнопка останова ( КН2 ) удерживается в состоянии нормально закрытом также посредством пружины.

Стоит нажать кнопку пуска (замкнуть линию), рабочая катушка контактора получает питание через контакты ( ВК ) реле перегрузки ( Р1-Р3 ). Образованное магнитное поле катушки притягивает металлический сердечник контактора.

В результате замыкаются три главных контакта ( К1-К3 ) магнитного пускателя, через которые электродвигатель ( М ) соединяется с трёхфазным источником питания.

Схема защиты электродвигателя

Схема пуска, останова и аварийной блокировки: П1, П2, П3 — плавкие предохранители; Р1, Р2, Р3 — токовые реле; ВК — контакты блокировки; КП — катушка пускателя; К1, К2, К3 — контакторы пускателя; КН1 — кнопка пуска; КН2 — кнопка останова; М- мотор

Пока кнопка «пуск» ( КН1 ) замкнута, цепь питания проходит через контакты кнопки «стоп» ( КН2 ) и катушку магнитного пускателя ( КП ). Между тем, цепь питания катушки индуктивности теперь уже поддерживается иной схемой.

Поддержка осуществляется вспомогательными контактами ( ВК ) реле с токовым управлением ( Р1-Р3 ), поэтому возврат кнопки «пуск» в исходное положение ситуацию не изменит. Контактор останется замкнутым, а двигатель в работе.

Как работает функционал защиты электрических моторов?

Обычно двигатели мощностью до 20 кВт рассматриваются как маломощные аппараты. Максимум защиты таких моторов обеспечивается:

  • предохранителями с высокой отключающей способностью,
  • биметаллическими реле и
  • реле напряжения.

Все эти элементы защиты собраны, как правило, в структуре магнитного пускателя.

Чаще всего выгорание линейных предохранителей защиты двигателя отмечается на одной фазе. Этот обрыв может оставаться не обнаруженным, даже если двигатель защищён обычным биметаллическим реле.

Защитный предохранитель для электродвигателя

Структура предохранителя: 1 — торцевая крышка; 2 — кремнезём; 3 — фарфоровый корпус; 4 — выступ крепежа; 5 — предохраняющий элемент; 6 — оловянный сплав; 7 — конструкция управления дугой

Обнаружение обрыва фазы зачастую не дают и реле напряжения, подключенные на каждой линии. Несмотря на обрыв одной фазы, схемой обмоток электродвигателя поддерживается значительная обратная ЭДС на клемме фазы, находящейся в обрыве.

Поэтому уровень напряжения на реле остаётся достаточно высоким, что не приводит к срабатыванию. Однако сложности обнаружения подобных дефектов вполне преодолимы. Достаточно использовать дополнительный набор из трех реле, управляемых по току. Подключение наглядно демонстрирует схема защиты двигателя, показанная выше.

Защитные функции токовых реле

Управляемые током реле — устройства простые, но обладающие эффектом мгновенной отсечки. Конструктивно прибор состоит из следующих деталей:

  • катушка тока;
  • один или несколько нормально разомкнутых контактов.

Механизм движения контактов управляются ЭДС катушки тока. Традиционно токовые реле подключаются на каждой фазе последовательно с плавкими защитными предохранителями.

Когда срабатывает магнитный пускатель, электродвигатель запускается, ток питания течёт через катушку. Магнитодвижущая сила катушки (ЭДС) воздействует на механику и замыкает контакты реле. Цепь питания мотора замыкается.

Элементы реле управляемого током

Блокиратор токовой перегрузки: 1 — электрические коннекторы; 2 — индикатор отключения; 3 — тест; 4 — клеммы для проводников двигателя; 5 — сигнальный контакт; 6 — кнопка сброса; 7 — селектор «авто» или «ручной»; 8 — кнопка останова; 9 — шкала установки тока; 10 — механическая защёлка

Если, вдруг, случится обрыв фазы питающей цепи мотора, ток катушки индуктивности снижается, контакты соответствующего реле переключаются в нормально-открытое положение. Учитывая, что контакты всех трёх защитных реле соединяются последовательно, цепь питания мотора разомкнётся.

Защитные функции тепловых реле электрических двигателей

Все классические конструкции моторов предполагают использование опорных и упорных подшипников. В зависимости от мощности электродвигателей, может устанавливаться тот или иной вид подшипников, либо оба вида вместе.

Неисправность подшипника любого вида нередко приводит к полной остановке вращения ротора. Внезапное механическое заклинивание, в свою очередь, провоцирует резкий подъём тока статорной обмотки электродвигателя с последующим перегревом.

Здесь токовая защита не способна удовлетворительно реагировать на событие. Как правило, этот вид защиты настроен с учётом стартового тока двигателя и короткой временной составляющей. Проблема клина может быть решена только путём внедрения защиты от тепловой перегрузки.

Также защиту в данном случае допустимо обеспечить индивидуальным модулем, настроенным на определенное время срабатывания по току. В случае применения тепловой отсечки, разумно ставить датчик температуры, встроенный непосредственно в подшипниковый узел.

Видео в тему: модуль расширения магнитного пускателя

Видеоролик ниже демонстрирует расширение возможностей коммутации стандартного магнитного пускателя за счёт включения в состав конструкции дополнительного модуля:

Силовой трансформатор индустриального назначения

Силовой трансформатор индустриального назначения

Драйвер концентратора мощности административных зданий

Драйвер концентратора мощности административных зданий

Как устанавливать и обслуживать электрические моторы

Как устанавливать и обслуживать электрические моторы

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Источник