Zabezpieczenie termistorowe (pozystorowe) silników elektrycznych
Zabezpieczenie asynchronicznych silników elektrycznych przed przegrzaniem realizowane jest tradycyjnie w oparciu o termiczne zabezpieczenie nadprądowe. W większości pracujących silników stosuje się zabezpieczenia termiczne przed przetężeniem, które nie uwzględniają dokładnie rzeczywistych reżimów temperaturowych pracy silnika elektrycznego, jak również jego stałych temperatur w czasie.
W pośrednim zabezpieczeniu termicznym silnika indukcyjnego płytki bimetaliczne włączyć do obwodu zasilania uzwojeń stojana asynchronicznego silnika elektrycznego, a po przekroczeniu maksymalnego dopuszczalnego prądu stojana płyty bimetaliczne po podgrzaniu wyłączają zasilanie stojana ze źródła zasilania.
Wadą tej metody jest to, że zabezpieczenie nie reaguje na temperaturę nagrzewania się uzwojeń stojana, ale na ilość wydzielanego ciepła, bez uwzględnienia czasu pracy w strefie przeciążenia i rzeczywistych warunków chłodzenia silnika indukcyjnego .Nie pozwala to na pełne wykorzystanie przeciążalności silnika elektrycznego i zmniejsza wydajność urządzeń pracujących w trybie przerywanym z powodu fałszywych wyłączeń.
Złożoność konstrukcji przekaźniki termiczneniewystarczająco wysoka niezawodność opartych na nich systemów ochronnych doprowadziła do powstania zabezpieczenia termicznego reagującego bezpośrednio na temperaturę chronionego obiektu. W tym przypadku czujniki temperatury są zamontowane na uzwojeniu silnika.
Zabezpieczenia wrażliwe na temperaturę: termistory, pozystory
Wykorzystując czujniki temperatury, termistory i pozytony — rezystory półprzewodnikowe, które zmieniają swoją rezystancję wraz z temperaturą…. Termistory to rezystory półprzewodnikowe z dużym ujemnym TSC. Wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza się rezystancja termistora, który jest używany do obwodu wyłączania silnika. Aby zwiększyć nachylenie rezystancji w zależności od temperatury, termistory przyklejone do trzech faz są połączone równolegle (rysunek 1).
Rysunek 1 — Zależność rezystancji pozystorów i termistorów od temperatury: a — szeregowe połączenie pozytorów; b — równoległe połączenie termistorów
Pozystory to nieliniowe rezystory z dodatnim TCK. Po osiągnięciu określonej temperatury rezystancja pozystora gwałtownie wzrasta o kilka rzędów wielkości.
Aby wzmocnić ten efekt, pozystory różnych faz są połączone szeregowo. Charakterystykę pozystorów pokazano na rysunku.
Ochrona przez pozytory jest doskonalsza. W zależności od klasy izolacji uzwojeń silnika przyjmuje się pozycje temperatury reakcji = 105, 115, 130, 145 i 160.Temperatura ta nazywana jest temperaturą klasyfikacyjną. Pozystor gwałtownie zmienia swoją rezystancję w temperaturze w czasie nie dłuższym niż 12 s. Gdy rezystancja trzech szeregowo połączonych pozystorów nie powinna przekraczać 1650 omów, to w temperaturze ich rezystancja powinna wynosić co najmniej 4000 omów.
Gwarantowana żywotność pozystora wynosi 20 000 godzin. Strukturalnie pozystor jest dyskiem o średnicy 3,5 mm i grubości 1 mm, pokrytym organiczną emalią silikonową, która zapewnia niezbędną odporność na wilgoć i wytrzymałość elektryczną izolacji.
Rozważ obwód zabezpieczający PTC pokazany na rysunku 2.
Rysunek 2 — Urządzenie do zabezpieczania pozytorów z ręcznym powrotem: a — schemat ideowy; b — schemat podłączenia do silnika
Styki 1, 2 obwodu (ryc. 2, a) są połączone z pozystorami zamontowanymi na trzech fazach silnika (ryc. 2, b). Tranzystory VT1, VT2 są włączane zgodnie z obwodem wyzwalającym Schmida i działają w trybie klucza. Przekaźnik wyjściowy K jest podłączony do obwodu kolektora tranzystora końcowego stopnia VT3, który działa na uzwojenie rozrusznika.
W normalnej temperaturze uzwojenia silnika i związanych z nim pozytorów rezystancja tego ostatniego jest niewielka. Rezystancja między punktami 1-2 obwodu jest również niewielka, tranzystor VT1 jest zamknięty (na podstawie małego potencjału ujemnego), tranzystor VT2 jest otwarty (wysoki potencjał). Ujemny potencjał kolektora tranzystora VT3 jest mały i zamknięty. W takim przypadku prąd w cewce przekaźnika K jest niewystarczający do jego działania.
Gdy uzwojenie silnika jest podgrzewane, rezystancja pozytorów wzrasta i przy pewnej wartości tej rezystancji ujemny potencjał punktu 3 osiąga napięcie wyzwalające. Tryb pracy przekaźnika zapewnia sprzężenie zwrotne emitera (rezystancja w obwodzie emitera VT1) i sprzężenie zwrotne kolektora między kolektorem VT2 a podstawą VT1. Po uruchomieniu spustu VT2 zamyka się, a VT3 otwiera. Przekaźnik K jest aktywowany, zamykając obwody sygnałowe i otwierając obwód elektromagnetyczny rozrusznika, po czym uzwojenie stojana jest odłączane od napięcia sieciowego.
Po ostygnięciu silnika można go uruchomić po naciśnięciu przycisku «powrót», co powoduje powrót spustu do pierwotnego położenia.
W nowoczesnych silnikach elektrycznych pozytory zabezpieczające są montowane przed uzwojeniami silnika. W starszych silnikach pozystory można przykleić do głowicy cewki.
Zalety i wady ochrony termistorowej (pozystorowej).
Zabezpieczenie termoczułe silników elektrycznych jest preferowane w przypadkach, gdy niemożliwe jest określenie temperatury silnika elektrycznego z wystarczającą dokładnością na podstawie prądu. Dotyczy to w szczególności silników elektrycznych o długich okresach rozruchu, częstych operacjach załączania i wyłączania (praca okresowa) lub silników o zmiennej prędkości obrotowej (z przetwornicą częstotliwości). Zabezpieczenie termistorowe jest również skuteczne w przypadku silnego zanieczyszczenia silników elektrycznych lub awarii wymuszonego układu chłodzenia.
Wady ochrony termistorowej polegają na tym, że nie wszystkie typy silników elektrycznych są produkowane z termistorami lub pozystorami.Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku silników elektrycznych produkowanych w kraju. Termistory i pozystory mogą być montowane w silnikach elektrycznych tylko w warsztatach stacjonarnych. Charakterystyka temperaturowa termistora jest dość inercyjna i silnie zależy od temperatury otoczenia i warunków pracy samego silnika elektrycznego.
Zabezpieczenie termistorowe wymaga specjalnego bloku elektronicznego: termistorowego urządzenia zabezpieczającego silniki elektryczne, termicznego lub elektronicznego przekaźnika przeciążeniowego, który zawiera bloki regulacyjne i regulacyjne, a także wyjściowe przekaźniki elektromagnetyczne, które służą do wyłączania cewki rozrusznika lub wyzwalacza elektromagnetycznego.