От защиты от перегрева до продления срока службы: принцип работы термозащиты
Термозащита — это система, которая защищает устройство от перегрева. Она обеспечивает надежную работу устройства и продление его срока службы.
Принцип работы
Термозащита работает на основе термического эффекта. Когда устройство начинает перегреваться, термозащита включает специальный датчик, который реагирует на увеличение температуры. Датчик может быть разного типа, например биметаллический — это пластина из двух металлических слоев, каждый из которых имеет разный коэффициент теплового расширения. Когда пластина нагревается, один слой растягивается больше, чем другой, что приводит к искривлению и активации термозащиты.
Другой тип датчика — это термистор. Он изменяет свое сопротивление в зависимости от температуры, и когда температура достигает определенного уровня, термозащита включается.
Еще один тип датчика — это термопредохранитель. Он работает по принципу плавкой проволоки. Когда температура достигает определенного уровня, проволока расплавляется и прерывает электрическую цепь, отключая устройство.
Применение
Термозащита применяется в различных устройствах, таких как компьютеры, моторы, электроприборы и т.д. Она надежно защищает устройство от перегрева и снижает риск непредвиденных поломок.
Кроме того, использование термозащиты позволяет продлить срок службы устройства, так как перегрев может значительно сократить его жизненный цикл. Поэтому термозащита является важной составляющей любого устройства.
Вывод
Термозащита — неотъемлемая часть многих устройств. Она защищает устройство от перегрева и обеспечивает надежную работу. Различные типы датчиков обеспечивают активацию термозащиты в зависимости от уровня температуры. Устройства с термозащитой имеют более длительный срок службы и являются более надежными.
Способы защиты электродвигателей
Верный признак того, что с двигателем происходит что-то неладное — значительное повышение температуры корпуса. Причины перегрева могут быть разные:
- выход за пределы параметров питающего напряжения
- неправильное подключение схемы питания
- электрическая неисправность двигателя
- механическая неисправность двигателя
- перегрузка электродвигателя со стороны нагрузки
- несоответствие условий окружающей среды
Рассмотрим различные способы защиты электродвигателя от перегрева и связанного с ним понижения механической мощности.
Защита от перегрузки
Перегрузка приводит к повышению тока обмоток. Если ток превысит номинальное значение для данного двигателя и условий работы, привод начнет перегреваться.
Для защиты от перегрузки по току используют тепловые реле и автоматы защиты. Настройка защитного устройства должна проводиться в соответствии с номинальным током двигателя. Если в нормальном режиме двигатель работает на мощности ниже номинальной, уставку теплового реле или автомата защиты целесообразно понизить, измерив рабочий ток привода.
Защита от короткого замыкания
Короткое замыкание (КЗ) может произойти не только в обмотке двигателя, но также в коробке с клеммами, в питающем кабеле или пусковой схеме. По этой причине целесообразно устанавливать защиту от КЗ на вводе питания пускателя. Обычно применяют предохранители и защитные автоматы, причем трехполюсные автоматы предпочтительнее, поскольку в случае аварии они полностью отключают питание от электродвигателя — при коротком замыкании срабатывает электромагнитный расцепитель.
Выход за пределы параметров питающего напряжения
Согласно ГОСТ 28173, электродвигатели могут эксплуатироваться при отклонении напряжения ±5% или отклонении частоты ±2%. При выходе за эти диапазоны мощность двигателя окажется ниже номинальной, поскольку температура обмоток статора может быть слишком высока.
Уровень напряжения контролируется с помощью реле контроля фаз, которые могут отключать двигатель в случае выхода напряжения по любой из фаз за установленные пределы. Дополнительные функции реле – контроль обрыва, чередования и асимметрии фаз.
Существуют также специализированные реле защиты двигателя, которые могут контролировать множество других параметров – перегруз или недогруз двигателя, асимметрию токов, перегрев и др.
Особенности защиты при питании двигателя через преобразователь частоты, где напряжение и частота значительно отклоняются от номинала, будут рассмотрены ниже.
Защита от перегрева
Источник перегрева может находиться в обмотке статора, в роторе, подшипниках, в месте электрического подключения. Во всех перечисленных случаях тепловая энергия выделяется на корпусе электродвигателя. Как правило, источником нагрева является обмотка, поэтому температурные датчики обычно устанавливают около нее, в лобовой части двигателя, которая меньше всего охлаждается вентилятором обдува.
В качестве датчиков используют полупроводниковые PTC терморезисторы (термисторы или позисторы). Термисторная защита наиболее эффективна, поскольку реагирует на все возможные причины возникновения перегрева — заклинивание подшипников или нагрузки (быстрое нагревание), перегрузка, обрыв фазы или плохое охлаждение (медленное нагревание).
Стандартное сопротивление позистора при температуре +25°С должно быть не более 300 Ом. При повышении температуры до пороговой сопротивление резко возрастает до значений более 2 кОм.
Если электродвигатель расположен в ответственном месте, целесообразно установить несколько датчиков внутри него и на корпусе с целью постоянного мониторинга и быстрого реагирования на внештатные ситуации.
Для защиты от перегрева корпуса очень важно обеспечить правильную работу воздушного охлаждения. В системе охлаждения используется вентилятор обдува, крыльчатка которого насажена на вал электродвигателя. Эффективность обдува снижается с повышением температуры окружающей среды. Рабочая мощность двигателя может быть равна номинальной при температуре среды не выше 40°С.
При повышении температуры воздуха мощность на валу должна быть снижена, иначе двигатель начнет перегреваться. Так, при температуре окружающей среды +60°С мощность не должна превышать 82% от номинала.
На перегрев двигателя также влияет высота его установки над уровнем моря. Это связано с меньшей эффективностью отбора тепла воздушным потоком на больших высотах. Например, если на высотах до 1000 м рабочая мощность может быть равна номинальной, то на высоте 4000 м мощность необходимо снизить до 80%.
На большой высоте и при высокой температуре окружающей среды можно не понижать механическую мощность , если обеспечить принудительное интенсивное охлаждение. Более того, при интенсивном охлаждении и нормальных условиях работы можно добиться мощности выше номинала. В таких случаях нужно уделить особое внимание мониторингу температуры двигателя.
Защита двигателя при использовании частотного преобразователя
Преобразователь частоты – это электронное устройство, способное реализовать программно или аппаратно различные виды защиты.
Частотный преобразователь позволяет изменять скорость вращения вала. При этом изменяется не только частота питающего напряжения, но и величина напряжения. Важно правильно устанавливать рабочие точки на вольт-частотной характеристике двигателя.
В частном случае отношение напряжения к частоте является константой. Однако, исходя из принципов и задач регулирования, можно менять это отношение, изменяя форму кривой регулирования. Например, из-за понижения момента на низких частотах прибегают к увеличению минимального выходного напряжения, что, при злоупотреблении, может привести к перегреву.
При работе двигателя от частотного преобразователя, когда скорость вращения может быть гораздо меньше номинала, необходимо устанавливать принудительное независимое воздушное охлаждение.
Как правильно подключить тепловое реле к электродвигателю
Стоимость электродвигателя достаточно высока. Поэтому при его эксплуатации необходимо тщательно продумать защиту от повреждений, которые могут случиться из-за сбоев в работе. А большинство из них протекают с повышением тока в обмотке. При этом происходит нежелательный перегрев оборудования. Рассмотрим, как сможет защитить электромеханизм простое тепловое реле.
Зачем защищать электромотор от перегрева
Затяжная повышенная нагрузка при эксплуатации электродвигателя сопровождается повышенным потреблением тока. При этом выделяется немалое количество тепла, которое может нарушить изоляцию в обмотках. Высокая температура увеличивает износ у подшипников и существует большая вероятность их заклинивания.
В такой ситуации нельзя полагаться только на автоматику специального выключателя. Он может сработать лишь тогда, когда уже произошли необратимые последствия. И, чтобы обезопасить оборудование, в цепь подключают тепловое реле для электродвигателя.
Скачки в нагрузке могут возникнуть по вине:
- перекоса фаз;
- повышения механической нагрузки, при которой затрудняется движение ротора;
- выхода из строя подшипников;
- заклинивания вала двигателя.
Все проблемы сопровождаются возрастанием силы тока. Когда его величина достигнет аварийного предела, тепловое реле разорвет электрическую цепь. Подача питания прекратится и обмотки двигателя останутся целыми. А после устранения причины перегрузки мотор можно снова запустить в работу. Естественно, при условии, что статор будет полностью исправен.
Срабатывание реле может произойти при затяжном запуске электромотора. В случае, когда он не может долго набрать номинальные обороты. Это чаще всего происходит по двум причинам. Либо напряжение на линии упало до нерабочего, либо движению вала что-то мешает.
Бывает и ложное срабатывание, без причин. Когда осмотр не выявляет неисправностей, то работу узла можно быстро возобновить. На устройстве предусмотрена специальная кнопка, которая возвращает контакты в первоначальное положение.
Устройство мгновенно реагирует, когда сила тока в цепи повышается. Но сигнал на выключение подается с некоторой задержкой. Такая особенность исключает остановки двигателя, когда нагрузка увеличилась кратковременно. А этого в производственном процессе не избежать.
Поэтому устройство настраивается следующим образом, чтобы при нормальных условиях работа продолжалась до бесконечности. При увеличении нагрузки в 1,2 от заданной границы, выключение двигателя произойдет через 5 000 секунд. Это при условии, что нагрузка так и не вернется к нормальным параметрам.
Если сила тока возрастет в два раза, то разрыв электрической цепи произойдет через 500 секунд. Повышение нагрузки в 5 раз и выше заставит сработать реле уже после десяти секунд ожидания. Поэтому основное назначение устройства – спасти оборудование только при затяжных пиковых нагрузках.
Как работает тепловая защита
Принцип работы теплового реле связан со способностью металлов расширяться при сильном нагревании. В устройство монтируются две пластины из разных металлов. Но коэффициенты температурного расширения у них разные. Элементы жестко соединены между собой.
Когда происходит перегрузка системы, то для продолжения работы требуется повышение силы токов. Процесс сопровождается интенсивным выделением тепла. Контактные пластины нагреваются и у них возникает искривление в сторону участка, с меньшим температурным коэффициентом.
Причем все протекает последовательно. Затруднения в работе мотора повышают силу тока. Чем сильнее последний, тем скорее проходит нагрев. Пластина, доведенная до аварийного предела накаливания, изогнется и разомкнет контракт на участке цепи.
Устанавливая тепловые реле для защиты электродвигателей, следует учитывать климатические условия в здании. Если в районе работы мотора очень жарко, то при настройке реле необходимо выставлять максимальные параметры с запасом. Чтобы компенсировать разницу температур.
Поскольку контактный материал перед срабатыванием очень сильно нагревается, нужно дать ему время для остывания. Иначе устройство снова отключит систему через короткое время. Но, как правило, за время исправления неполадок биметаллические пластины успевают прийти в норму.
Тепловое реле состоит из:
- нагревательного элемента;
- пластин из биметалла;
- толкателя;
- компенсатора температуры;
- защелки;
- штанги расцепителя;
- контактной группы;
- пружины.
Разберемся, как происходит тепловая защита электродвигателя. Ток постоянно проходит по нагревательному элементу. Если температура последнего растет, значит система начала работать под нагрузкой. При достижении заданного параметра перегрузки у биметаллической пластины происходит деформация.
Она перемещает толкатель, который приводит в действие температурный компенсатор. Последний смещает в сторону защелку, чтобы штанга расцепителя смогла подняться вверх и разомкнуть контактную группу. А чтобы вернуть все в исходное положение, нужна пружина, которая активируется специальной кнопкой.
Виды устройств
Ассортимент тепловой защиты достаточно широк. А поскольку устройства могут использовать, как переменный ток, так и постоянный, то все реле делят на две большие группы. Также приборы разделяются по фазности. Есть реле, которые устанавливаются в однофазной сети. Существует тепловое реле для трехфазного электродвигателя. Но также есть возможность монтажа в сеть с тремя фазами, но с контролем лишь двух из них.
Защита может быть:
- Только с контактом, замыкающимся при срабатывании.
- Лишь с размыкающими клеммами.
- С контактами, использующими оба способа.
- Способными переключаться.
Приборы могут отличаться кнопкой возврата в первоначальное положение. Кроме ручного сброса, эта функция может выполняться в автоматическом режиме. У устройства могут быть настраиваемые крайние параметры перегрузки. А некоторые модели самостоятельно компенсируют температурные перепады в помещении.
Если брать узконаправленность тепловых реле, то их делят на типы:
- Для трехфазных асинхронных машин – РТЛ.
- Трехфазный агрегат с короткозамкнутым ротором – РТТ. По сути это магнитный пускатель с тепловым реле.
- Для работы вместе с предохранителями – РТИ.
- Чтобы запустить двигатель на постоянном токе – ТРН.
- Контролирующие температуру без замера рабочих токов – РТК.
- Расположенные внутри электродвигателя в виде плавкого предохранителя – РТЭ.
Грамотный поиск
Выбор теплового реле должен происходить по правилам. За основу берется номинал рабочего тока. Причем стандарты, как отечественный, так и международный, подразумевают, что минимум будет аналогичен установленному для срабатывания защиты.
Это предусматривает активацию прибора только при перегрузке линии на 20-30 %. Но не позже чем, через 20 минут. То есть, чтобы избежать ложного включения, предельные параметры на запуск должны быть выше номинальных на 12 %.
И если присутствует асинхронный мотор мощностью 1,5 кВт, подключенный к сети 380 В, то для него подойдет реле с пороговым током в 3,36 Ампер. Потому что рабочий номинал такого мотора составляет 2,8 А. И если посмотреть таблицы в специальных справочниках, то в пределах от 2,4 до 4,0 Ампер работает тепловое реле РТЛ-1008.
При неизвестных данных мотора, необходимо произвести замеры тока на каждой фазе линии. Для этого применяют либо токоизмерительные клещи, либо мультиметр. Важно обращать внимание на напряжение, на котором работает реле. А монтаж в сеть с тремя фазами нужно делать через дополнительный модуль, защищающий от перекоса фаз.
Видео описание
Видео покажет, от чего зависит выбор теплового реле для электродвигателя:
Схема подключения
Разберем, как подключить тепловое реле, применяя актуальные способы. Самая распространенная схема подразумевает последовательное соединение с мотором. Для питания последнего нужен контактор. Он понадобится и для реле. А когда через катушку течет ток, то нормальное положения для клемм – закрытое.
При достижении аварийных температурных параметров контакты размыкаются. Катушка в контакторе обесточивается и двигатель без питания останавливается. Аналогично можно подключить двухполюсное реле. Необходимо лишь монтировать устройство только в две фазы.
Как вариант, можно подключить реле так, чтобы при сработке прерывалась не фаза, а ноль. Последний должен подключаться к пускателю. Поскольку ноль подводится к реле, то с другого контакта необходимо выполнить перемыкание на катушку. При разрыве нуля отключится контактор вместе с двигателем.
Видео описание
О том, как происходит подключение теплового реле к магнитному пускателю 380 В, расскажет следующее видео:
Коротко о главном
Тепловое реле является важнейшим элементом для защиты электродвигателя при работе в пиковых продолжительных перегрузках. При работе мотор постоянно подвергается воздействиям, которые затрудняют его работу. Чаще всего такие влияния носят кратковременный характер.
Но поскольку любая лишняя нагрузка провоцирует повышение температуры различных узлов, то это может привести к серьезным поломкам. Если увеличение силы тока действует в сети слишком долгое время, то это легко приводит либо к сгоранию обмотки, либо к заклиниванию вала двигателя.
Тепловое реле является самой надежной защитой. Игнорируя кратковременные сбои, прибор срабатывает только на продолжительные проблемы. Полностью исключая нежелательный перегрев оборудования.
Как электрические котлы защищают от перегрева?
Безопасность — одно из главных преимуществ электрических котлов. Для генерации тепла в агрегатах не применяются горючие газы, жидкости и твердые вещества, во время их работы нет открытого огня. Кроме того, отопительные системы на электричестве полностью автоматизированы и не требуют постоянного контроля со стороны человека. Одно из «достижений» автоматики — защита электрокотла от перегрева.
Причины перегрева электрических котлов
Итак, если электрокотел перегревается, в чем причина? Избыточный нагрев теплоносителя и котла говорит о неисправности агрегата или неверно установленных настройках. Причинами обычно являются:
- Выход из строя терморегулятора. При этом ТЭНы не отключаются при достижении заданной температуры теплоносителя.
- Отложения на нагревательных элементах. Соли жесткости на термоэлектропреобразователе снижают теплопередачу, при этом сам нагревательный элемент нагревается намного сильнее для подогрева теплоносителя до нужной температуры.
- Остановка циркуляционного насоса. При отсутствии движения теплоносителя возникает избыточный нагрев в резервуаре котла.
- Недостаточное количество теплоносителя. Снижение объема жидкости для передачи тепла приводит к ее перегреву.
- Поломка вентиля обратки или трехходового клапана. Перекрытие обратного тока теплоносителя также ведет к увеличению его температуры.
- Недостаточная вентиляция аппаратов коммутации и защиты. Слишком плотная компоновка или замедленный отвод тепла от контакторов и автоматов ведет к перегреву электроаппаратов.
Недопустимое превышение температуры теплоносителя, самого котла на электрической энергии, его комплектующих вызывает расплавление полимерных деталей, приводит к ожогам при прикосновении к корпусу агрегата, трубам, отопительным приборам. Самые опасные последствия перегрева — закипание теплоносителя, недопустимое повышение давления в котле, взрыв агрегата.
Способы защиты электрокотлов от перегрева
Для исключения аварий и работы тепловых агрегатов в некорректном режиме применяют различные системы и устройства. Промышленные и бытовые электрокотлы «Невский» с защитой от перегрева оснащены трехступенчатой системой контроля.
Первая ступень — реле потока. Предназначено для контроля циркуляции теплоносителя. При остановке тока жидкости реле размыкает электрическую цепь питания ТЭНов и отключает нагревательные элементы. Устройство надежно защищает от перегрева при остановке циркуляционного насоса и других неисправностях, связанных с отсутствием потока теплоносителя и «сухим» пуском ТЭНов.
Вторая ступень — термостат. Обеспечивает контроль температуры жидкости внутри котла. При достижении предельно допустимого значения температуры термостат отключает нагревательные элементы. Устройство исключает избыточный нагрев внутри котла, вскипание теплоносителя, повышение давления, связанные с этим последствия.
Третья ступень — терморегулятор. Его главная функция — задание температурного режима при помощи вводимых параметров или внешних датчиков, установленных снаружи и внутри отапливаемого помещения. Терморегулятор также защищает котел от перегрева, при выходе температуры из заданного интервала устройство включает или отключает нагревательные элементы.
, для защиты внутренних комплектующих в котлах «Невский» предусмотрена теплоизоляция. Покрытие исключает температурное повреждение или деформацию элементов при работе теплового агрегата.
, для исключения перегрева силовых электрических аппаратов шкафы промышленных котлов оснащены системой вентиляции. Она обеспечивает обдув корпусов устройств и отвод тепла.
Благодаря комплексной системе электрические котлы с защитой от перегрева от компании «Невский» надежно застрахованы от аварий, связанных с перегревом.
Больше информации о нашем оборудовании можно получить по телефону . У нас большой выбор бытовых и промышленных электрических котлов «Невский» с защитой от перегрева. На сайте вы можете найти модели со стандартными характеристиками. Если потребуется, мы изготовим технику на заказ по индивидуальным параметрам.