Gc-helper.ru

ГК Хелпер
10 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Выключатель защиты от перегрузки для электродвигателя

Выключатель защиты от перегрузки для электродвигателя

Защита трехфазного электродвигателя.

Обычная схема подключения трёхфазного асинхронного электродвигателя состоит из следующих элементов:

• тепловое реле токовой защиты.

Автоматические выключатели (автоматы) применяемые для защиты двигателей имеют расцепители тепловые и максимального тока, по принципу работы соответствующие максимальным и тепловым реле.

Следует учесть, что не все автоматы имеют такие расцепители и поэтому не все они могут применяться для защиты двигателя от перегрузки.

В схеме защиты автоматы устанавливаются перед пускателем для защиты проводов и аппаратов от тока короткого замыкания, а двигателя от тока короткого замыкания и перегрузки.

Тепловое реле реагирует на превышения тока потребляемого электродвигателем и вызывает размыкание контактов реле, что приводит к обесточиванию катушки и отключению электродвигателя.

Типовые схемы включения трёхфазного электродвигателя

Схемы подключения электродвигателей отличаются магнитными пускателями, в которых используются катушки на разные напряжения.

В первом случае используется магнитный пускатель с рабочим напряжением катушки – 220V; для питания используется любая фаза и ноль — N.

Во втором случае электродвигатель подключается через магнитный пускатель с катушкой на 380V, для питания используются две фазы, например B и С.

Обозначения на схеме:

SA1 — выключатель автоматический (3х-полюсный автомат),

TP1 — тепловое реле,

МП1 — магнитный пускатель,

БК — блок-контакт (нормально разомкнутый),

Start — кнопка «Пуск»,

Stop — кнопка «Стоп».

Наиболее частые причины повреждения электродвигателя вследствие тепловой перегрузки является пропадание одной из питающих фаз, что приводит к ненормальному режиму работы и вызывает увеличение тока в статорных обмотках, в результате чего происходит перегрев и разрушение изоляции обмоток статора, приводящий к замыканию обмоток и полной неработоспособности электродвигателя.
От небольших и устойчивых перегрузок двигатели защищают автоматами и тепловыми реле, но вследствие своей тепловой инерции они не сразу реагирует на резкие перегрузки, а только через несколько минут и за это время статорная обмотка может уже недопустимо перегреться.
Поэтому в случае, когда возможны ситуации с непреднамеренным отключением одной из фаз питающей сети, и необходимо предотвратить выход из строя электродвигателя, целесообразно заменить стандартную схему подключения электродвигателя на одну из нижеследующих.

В обычную схему запуска трехфазного электродвигателя помимо автомата и теплового (токового) реле, вводится еще одно дополнительное реле Р с нормально разомкнутыми контактами P1. При наличии напряжения в трехфазной сети обмотка дополнительного реле Р постоянно находится под напряжением и контакты Р1 замкнуты. При нажатии кнопки «Start» через обмотку магнитного пускателя МП проходит ток и он своими контактами блокирует кнопку «Start» и подключает электродвигатель к сети.

При пропадании в сети фазы A или C реле Р будет обесточено, контакты Р1 разомкнутся, отключив от сети обмотку магнитного пускателя, который соответственно отключит от сети электродвигатель.

При пропадании в сети фазы В обесточивается непосредственно обмотка магнитного пускателя.

Схема аналогична схеме рассмотренной в первом способе, но имеет отличие в том, что дополнительное реле Р при выключенном двигателе обесточено.

При нажатии кнопки «Start» включается реле Р1 и контактами Р1 замыкает цепь питания катушки магнитного пускателя МП, который срабатывает и своими контактами блокирует цепь управления и включает электродвигатель. При обрыве линейного провода B отключается реле Р, а при обрыве проводов А или С магнитный пускатель МП, в обоих случаях электродвигатель отключается от сети контактами магнитного пускателя МП.

Следующее устройство работает на принципе создания искусственной нулевой точки образованной тремя одинаковыми конденсаторами С1—С3. Между этой точкой и нулевым проводом N включено дополнительное реле Р с нормально замкнутыми контактами. При нормальной работе электродвигателя напряжение в точке 0′ равно нулю и ток через обмотку реле не протекает. При отключении одного из линейных проводов сети нарушается электрическая симметрия трехфазной системы, в точке 0′ появляется напряжение, реле Р срабатывает и контактами Р1 обесточивает обмотку магнитного пускателя — двигатель отключается.

Реле типа МКУ, на рабочее напряжение 36 V .

Конденсаторы С1—С3 — бумажные, емкостью 4—10 мкФ, на рабочее напряжение не ниже удвоенного фазного.

По сравнению с предыдущими схемами это устройство обеспечивает более высокую чувствительность, вследствие которой двигатель иногда может отключиться в результате нарушения электрической симметрии, вызываемой подключением посторонних однофазных потребителей, питающихся от этой сети.

Для снижения чувствительности нужно применить конденсаторы меньшей емкости.

Принцип работы устройства также основан на том, что при обрыве одной фазы образуется напряжение смещения нейтрали, которое можно использовать для защиты двигателя.

Для реализации указанного способа создается искусственная нейтраль с помощью трех конденсаторов С1-СЗ. При наличии всех трех фаз электросети А, В и С напряжение между искусственной нейтралью и нулевым проводом N практически равно нулю, а при обрыве любой фазы возникает напряжение смещения.

Это напряжение выпрямляется с помощью диодного моста VD1, в диагональ которого включено электромагнитное реле P. Конденсатор С4 блокирует срабатывание реле в пусковом режиме. Нормально замкнутые контакты P1 при срабатывании реле размыкаются и разрывают цепь питания катушки магнитного пускателя МП, в результате электродвигатель М отключается от сети.

В устройстве использовано реле постоянного тока типа РП21, рассчитанное на рабочее напряжение 24 V с сопротивлением обмотки 200 Ом.

Контактная система реле допускает ток до 5А.

В случае если напряжения смещения окажется недостаточно для срабатывания реле, необходимо увеличить емкости конденсаторов, образующих искусственную нейтраль. При срабатывании реле в режиме пуска можно увеличить емкость конденсатора С4 или отрегулировать контактную систему магнитного пускателя, добиваясь одновременного замыкания его силовых контактов.

Читать еще:  Дифференциальный выключатель 16а 30ма ds941

Учитывая, что все эти устройства защиты имеют один общий недостаток, заключающийся в том, что они реагируют на обрыв фазы только до аппарата защиты и не реагируют на обрывы фаз, происходящие за пределами устройства, данные устройства необходимо монтировать в непосредственной близости от электродвигателя.

Если обрыв произойдет на отрезке между устройством и обмотками электродвигателя, или в самом электродвигателе защита работать не будет.

В. Г. Бастанов «300 Практических советов» стр. 17-19

Защита электродвигателя от перегрузки — полезная информация

  1. Принцип работы двигателя
  2. Для чего нужна защита
  3. Как выбрать защиту электродвигателя от перегрузки

В промышленности и различных бытовых приборах используется большое количество электродвигателей. Для того чтобы избежать сбоев в работе устройства и его дорогостоящего ремонта, необходимо оснастить его прибором защиты от перегрузки.

Принцип работы двигателя

Производителями рассчитано, что при номинальном токе двигатель никогда не перегреется

Наиболее распространены электродвигатели переменного тока.

Принцип их действия основан на использовании законов Фарадея и Ампера:

  • В соответствии с первым в проводнике, который находится в изменяющемся магнитном поле, индуцируется ЭДС. В двигателе такое поле генерируется переменным током, протекающим по обмоткам статора, а ЭДС появляется в проводниках ротора.
  • По второму закону на ротор, по которому протекает ток, будет воздействовать сила, перемещающая его перпендикулярно электромагнитному полю. В результате этого взаимодействия начинается вращение ротора.

Существуют асинхронные и синхронные электродвигатели такого типа. Чаще всего используются асинхронные двигатели, у которых в качестве ротора используется короткозамкнутая конструкция из стержней и колец.

Для чего нужна защита

В процессе работы двигателя могут возникнуть различные ситуации, связанные с его перегрузкой, что может привести к аварии, это:

  • пониженное напряжение питания;
  • обрыв фазы;
  • перегрузка приводимых в действие механизмов;
  • слишком долгий процесс запуска или самозапуска.

По сути, защита электродвигателя от перегрузок заключается в том, чтобы своевременно обесточить двигатель

При возникновении таких нештатных ситуаций возрастает ток в обмотках. Например, при обрыве фазы питания ток статора может увеличиться от 1,6 до 2,5 раз относительно номинального тока. Это приводит к перегреву двигателя, нарушению изоляции обмоток, короткому замыканию (КЗ) и в некоторых случаях к пожару.

Как выбрать защиту электродвигателя от перегрузки

Защита электродвигателя от перегрузки может осуществляться с помощью различных устройств. К ним относятся:

  • плавкие предохранители с выключателем;
  • реле защиты;
  • тепловые реле;
  • цифровые реле.

Наиболее простой метод — применение плавких предохранителей, которые срабатывают при возникновении КЗ в схеме питания двигателя. Их недостатком является чувствительность к большим пусковым токам двигателя и необходимость установки новых предохранителей после срабатывания.

Плавкий предохранительный выключатель — это аварийный выключатель и плавкий предохранитель, объединённые в едином корпусе

Токовое реле защиты может выдерживать временные токовые перегрузки, возникающие при пуске двигателя, и срабатывает при опасном длительном увеличении тока потребления двигателя. После устранения перегрузки реле может вручную или автоматически подключать цепь питания.

Тепловые реле используются в основном внутри двигателя. Такое реле может представлять собой биметаллический датчик или терморезистор и устанавливаться на корпусе двигателя или непосредственно на статоре. При слишком высокой температуре двигателя реле срабатывает и обесточивает цепь питания.

Наиболее продвинутым является использование новейших систем защиты с применением цифровых методов обработки информации. Такие системы наряду с защитой двигателя от перегрузки выполняют дополнительные функции — ограничивают число переключений двигателя, с помощью датчиков оценивают температуру статора и подшипников ротора, определяют сопротивление изоляции устройства. Они могут быть использованы также для диагностики неисправностей системы.

Выбор того или иного метода защиты двигателя зависит от условий и режимов его работы, а также от ценности системы, в которой используется устройство.

Защита электродвигателя от перегрузок

Проблема надежной защиты от перегрузок электродвигателей, а соответственно, и механизмов, в которых они установлены, до сих пор очень актуальна. Особенно на производстве, где нередко случаются нарушения установленных правил эксплуатации механизмов, приводящие к перегрузкам, да и аварии изношенного оборудования иногда происходят (заклинил редуктор, «рассыпался» подшипник, замыкание в кабеле или обрыв (разного провода). Во всех этих случаях рассматриваемые защитные устройства надежно срабатывают, выключая двигатель.

Первое из рассматриваемых в статье устройств заменяет два блока электромагнитного пускателя, которые в случае неисправности довольно трудно восстановить, — блоки защиты по максимальному току (ПМЗ) и по рабочему току (ТЗП). Оно значительно превосходит их по надежности и точности установки порогов срабатывания. Кроме того, пределы регулирования порогов у него намного шире.

На рис. 1 изображена схема этого устройства. При нажатии на кнопку SB1 «Пуск» срабатывает К1 — промежуточное реле электромагнитного пускателя электродвигателя, а с ним и сам пускатель, вспомогательные группы контактов которого КМ 1.1 и КМ 1.2 замыкаются. Первая из них блокирует кнопку SB1, которую теперь можно отпустить, а вторая включает в работу выпрямитель на диодном мосте VD5-VD8. Напряжение 12 В с выхода стабилизатора на стабилитроне VD9 и транзисторе VT1 подается в цепи питания устройства. Нужное для питания реле К1 напряжение 36 В имеется в пускателе. Обычно там удается найти и переменное напряжение 12. 18 В для выпрямителя.

Сразу после включения питания конденсатор С6 заряжается через резистор R10, на котором формируется импульс, устанавливающий триггеры DD1.1 и DD3.2 в исходное состояние с низким уровнем на выходе.
Обычно в электромагнитных пускателях для контроля тока, потребляемого трехфазным двигателем, применяют два трансформатора тока. В блоках ПМЗ и ТЗП происходит сравнение выходного тока трансформаторов с образцовым. Узлы сравнения построены на резисторах МЛТ-2, которые при превышении допустимых значений тока сильно нагреваются, иногда даже выходят из строя. Следствием перегрева бывают кольцевые трещины в местах пайки выводов этих резисторов.
В рассматриваемом устройстве компараторы напряжения на ОУ DA1 и DA2 следят за амплитудой напряжения на нагрузочных резисторах трансформаторов тока Т1 и Т2 (соответственно R1 и R2), которая пропорциональна контролируемому току. Не исключено что снимаемые с этих резисторов напряжения окажутся слишком малыми по сравнению с порогами срабатывания компараторов. В таком случае их можно усилить с помощью ОУ, включенных по стандартной схеме неинверти-рующего усилителя.
В качестве DA1 и DA2 не случайно выбраны ОУ К140УД11, имеющие защиту от превышения допустимого входного напряжения и от замыкания выхода. При их замене микросхемами другого типа следует защитить неинвертирующие входы усилителей, подключив между ними и общим проводом стабилитроны Д814Д (анодами к общему проводу).
Для защиты однофазного двигателя, когда ток контролируют только в одной цепи, трансформатор тока Т2 не нужен. Его исключают из устройства вместе с резистором R2 и диодом VD2, а верхний (по схеме) вывод подстроечного резистора R4 соединяют с таким же выводом резистора R3.
С началом работы электродвигателя на неинвертирующий вход ОУ DA2 поступают положительные полупериоды напряжения с движка подстроечного резистора R4. Их амплитуда намного превышает образцовое напряжение на выводе 2 ОУ, поскольку пусковой ток электродвигателя обычно в 5. 7 раз больше рабочего. В результате на выходе ОУ DA2 присутствуют импульсы логических уровней. Фронтом первого из них запускаются одновибраторы на триггерах DD1.2 и DD3.1. Первый генерирует импульс длительностью 5 с, второй — 3 с.
Соединенные последовательно элементы микросхемы DD2 создают задержку, благодаря которой при одновременном запуске одновибраторов высокий уровень на входе D триггера DD3.2 устанавливается позже, чем на входе С, поэтому триггер остается в исходном состоянии, а обмотка реле КЗ — обесточенной.
Если ток двигателя за 3 с не уменьшился до рабочего значения и импульсы на выходе ОУ DA2 не прекратились, произойдет повторный запуск одновиб-ратора на триггере DD3.1. Поскольку установленный ранее на входе D триггера DD3.2 высокий уровень остался прежним, этот триггер переключится, реле КЗ сработает, его контакты К3.1 разомкнут цепь обмотки реле К1. Двигатель будет выключен.
Аналогичные процессы произойдут и при увеличении тока сверх допустимого рабочего в результате механической перегрузки двигателя. Если ее продолжительность менее 3 с, двигатель продолжит работать, а если больше, он будет выключен.
Следует иметь в виду, что в случае, когда контакты кнопки SB1 или выполняющего ее функции реле блока дистанционного управления (БДУ) остаются замкнутыми более 3 с, после аварийного выключения двигателя произойдет его повторное включение еще на 3 с. Чтобы не допустить этого, можно, например, заменить обычное реле КЗ на имеющее два устойчивых состояния (дистанционный переключатель) и использовать его вторую обмотку для возвращения устройства защиты в рабочий режим после устранения причины аварии.
Второй канал устройства, собранный на трансформаторе тока Т1, ОУ DA1, триггере DD1.1, транзисторах VT2, VT3 и реле К2, немедленно выключает двигатель при превышении допустимо го значения пускового тока. Импульсы перегрузки, появившиеся в этом случае на выходе ОУ, переводят триггер в состояние с высоким уровнем на выходе, что приводит к срабатыванию реле К2, размыкающего цепь питания К1, — промежуточного реле пускателя. Для устранения последствий слишком длительного нажатия на кнопку SB1 рекомендуется заменить дистанционным переключателем и реле К2.

Читать еще:  Полные характеристики автоматических выключателей

Печатная плата рассмотренного устройства изображена на рис. 2. Его налаживание сводится к проверке длительности импульсов одновибраторов на триггерах DD1.2 и DD3.1 и к установке порогов срабатывания защиты под-строечными резисторами R3 и R4.
В некоторых случаях задача защиты электродвигателя от перегрузки значительно упрощается. Например, если электродвигатель надежно защищен от пусковых перегрузок другими средствами, можно ограничиться его автоматическим отключением при превышении допустимого значения рабочего тока.

Такую задачу успешно решает устройство, собранное по схеме, показанной на рис. 3. Схема управления промежуточным реле контактора здесь не приводится, но позиционные обозначения реле и их контактов совпадают с соответствующими на рис. 1. Как и предыдущее, устройство защиты включается при замыкании вспомогательной контактной группы пускателя КМ1.2, а контакты реле К2 при срабатывании защиты размыкают цепь обмотки промежуточного реле пускателя.
С появлением на эмиттере транзистора VT1 стабилизированного напряжения 12 В конденсатор СЗ заряжается через резистор R4. Положительным перепадом напряжения на этом резисторе запускается одновибратор на триггере DD1.1, вырабатывающий импульс высокого логического уровня длительностью 5 с. В течение этого времени триггер DD1.2 удерживается в состоянии с низким уровнем на выходе и нечувствителен к изменениям уровня на входе С. Реле К2 обесточено, электродвигатель, разогнавшись, переходит за время импульса в рабочий режим.
По истечении 5 с уровень на входе R триггера DD1.2 становится низким, после чего первый же импульс перегрузки, поступивший на вход С триггера с выхода ОУ DA1, переведет триггер в противоположное состояние. Транзисторы VT2 и VT3 будут открыты, реле К2 сработает, выключая двигатель.

Печатная плата этого варианта устройства защиты электродвигателя от перегрузки изображена на рис. 4.
Реле К2 и КЗ в первом и К2 во втором устройствах защиты — РЭС22 с паспортами РФ4.500.122, РФ4.500.129 или РФ4.500.233.
При отсутствии трансформатора тока заводского изготовления его можно сделать из электромагнитного реле с зафиксированным в притянутом положении якорем. Провод, ток в котором необходимо контролировать, пропускают сквозь окно получившегося замкнутого магнитопровода. Катушка реле служит вторичной обмоткой трансформатора. Ее нужно обязательно зашунти-ровать резистором, как показано на схемах рис. 1 и рис. 3.

Читать еще:  Прибор для испытания выключателей при пониженном напряжении

Автор: А. Маньковский, пос. Шевченко Донецкой обл., Украина

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Как выбрать защиту для электродвигателя?

В электродвигателе, как и в многих других электротехнических устройствах, могут возникать аварийные ситуации. Если вовремя не принять меры, то в худшем случае из-за поломки электродвигателя, могут выйти из строя и другие элементы энергосистемы.

Наибольшее распространение получили асинхронные электродвигатели. Можно выделить 5 основных видов аварий в асинхронных двигателях:

  • обрыв фазы ОФ статорной обмотки двигателя (вероятность возникновения 40-50%);
  • заторможение ротора ЗР (20-25%);
  • технологические перегрузки ТП (8-10%);
  • понижение сопротивления изоляции обмотки ПС (10-15%);
  • нарушение охлаждения двигателя НО (8-10%).

Любой из этих видов аварий может повлечь выход из строя электродвигателя, а короткое замыкание в двигателе, опасно для питающей сети.

Такие аварийные режимы как ОФ, ЗР, ТП и НО, способны вызвать перегрузку по току в статорной обмотке. В результате этого ток возрастает до 7 Iном и более в течение довольно большого промежутка времени.

Короткое замыкание в электродвигателе может привести к росту тока более чем в 12 Iном в течение очень короткого отрезка времени (около 10 мс).

Учитывая возможные повреждения, и подбирают требуемую защиту.

Защита двигателя от перегрузки. Основные типы.

Тепловая защита – осуществляется путем нагрева током обмотки нагревательного элемента и воздействия его на биметаллическую пластину, которая в свою очередь размыкает контакт в цепи управления контактора или пускателя. Тепловая защита осуществляется с помощь тепловых реле.

Температурная защита — реагирует на увеличение температуры наиболее нагретых частей двигателя с помощью встроенных температурных датчиков (например, позисторов). Через устройства температурной защиты (УВТЗ) воздействует на цепь управления контактора или пускателя и отключает двигатель.

Максимально токовая защита – реагирует на рост тока в статорной обмотке и при его достижении тока уставки отключат цепь управления контактора или пускателя. Осуществляется с помощью максимально токовых реле.

Минимально токовая защита — реагирует на исчезновение тока в статорной обмотке двигателя, например, при обрыве цепи. После чего, подается сигнал на отключение цепи управления контактора или пускателя. Осуществляется с помощью минимально токовых реле.

Фазочувствительная защита – реагирует на изменение угла сдвига фаз между токами в трехфазной цепи статорной обмотки двигателя. При изменении угла сдвига фаз в пределах уставки (например, при обрыве фаз угол увеличивается до 180º) подается сигнал на отключение цепи управления контактора или пускателя. Осуществляется с помощью фазочувствительных реле типа ФУЗ.

Таблица эффективности применения защит от перегрузки:

Тип защиты от перегрузкиНадежность защиты
надежноменее надежноне надежно
1Тепловая защитаТПОФ; ЗРНО; ПС
2Температурная защитаТП; НООФ; ЗРПС
3Максимально токовая защитаЗРТПОФ; НО; ПС
4Минимально токовая защитаОФНО; ПС; ТП; ЗР
5Фазочувствительная защитаТП; ОФ; ЗРНО; ПС

Одним из эффективных средств защиты двигателя является автоматический выключатель.

Автоматический выключатель, обладая максимально токовой защитой, что позволит защитить двигатель от чрезмерного роста тока в цепи статорной обмотки, например при обрыве фазы, или повреждении изоляции. При этом он защитит питающую цепь от короткого замыкания в двигателе.

Автоматический выключатель, имеющий в своем составе тепловой расцепитель, расцепитель минимального напряжения, способен защитить двигатель и от других нештатных режимов.

В настоящее время, это одно из наиболее эффективных защитных устройств асинхронных двигателей и цепей, в которых они работают.

Общие правила выбора защиты асинхронных двигателей.

Все двигатели необходимо защищать от короткого замыкания, а электродвигатели, работающие в режиме S1, должны иметь защиту от перегрузки по току.

Электродвигатели, обмотки которых при запуске переключаются с «треугольника» на «звезду», желательно защищать трехполюсными тепловыми реле с ускоренным срабатыванием в неполнофазных режимах. Для электродвигателей, работающих в повторно-кратковременных режимах, рекомендуется предусматривать встроенную температурную защиту. Двигатели, работающие в кратковременном режиме S2 с возможным заторможением ротора без технологического ущерба, следует оснащать тепловой защитой. В случае, если заторможение ротора влечет за собой технологический ущерб, следует применять температурную защиту.

Тепловые реле предназначены в основном для защиты двигателей в режиме S1. Допустимо применение их и для режима S2, если исключено увеличение длительности рабочего периода. Для режима S3 применение тепловых реле допускается в исключительных случаях при коэффициенте загрузки двигателя не более 0,7.

Для защиты обмоток электродвигателя, соединенных в «звезду», могут применяться однополюсные реле (два реле), двухполюсные и трехполюсные реле. Защита обмоток, соединенных в «треугольник», должна осуществляться трехполюсными реле с ускоренным срабатыванием в неполнофазных режимах.

На многоскоростные двигатели нужно предусматривать отдельные реле на каждой ступени скорости при необходимости полного использования мощности на каждой ступени или одно реле с уставкой, выбранной по току ступени наибольшей скорости для двигателей с вентиляторной нагрузкой.

Номинальный ток тепловых элементов реле должен выбираться по номинальному току двигателя так, чтобы номинальный ток двигателя находился между минимальной и максимальной уставками реле по току.

На электротехническом рынке можно найти и другие специализированные устройства защиты электродвигателей, разумеется, цена у них будет значительно отличаться от автоматических выключателей. У себя в проектах я применяю лишь автоматы, контакторы с тепловым реле, устройства плавного пуска и частотные преобразователи, которые имеют встроенную защиту электродвигателей.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector