СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ НАГРЕВА И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
METHOD FOR IN-SERIES INSPECTION OF HEATING AND PROTECTION OF ELECTRIC MOTORS

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля теплового состояния обмоток электродвигателей в процессе их эксплуатации в целях защиты от аварийных режимов.
Известен способ контроля нагрева и защиты обмоток электродвигателя от перегрева, возникающего от токовых перегрузок недопустимой продолжительности, в том числе при потере одной из фаз, с использованием тепловых реле, основой которых являются термоэлементы, связанные через исполнительный механизм с контактами в цепи катушки контактора, срабатывающих от превышения тока, который может привести к перегреву, тепловому старению изоляции обмоток и преждевременному выходу из строя электродвигателя (Пястолов А.А. и др. Эксплуатация и ремонт электрооборудования. - М., Колос, 1976, с.190-191).
Недостатком такого способа контроля и защиты электродвигателя от аварийных режимов является несоответствие превышений номинального тока в обмотках статора электродвигателя температуре их нагрева. Например, перегрев обмоток происходит от ухудшения обдувания корпуса при выходе из строя вентилятора или завале корпуса электродвигателя технологическим материалом - соломой, кормом и др. В этом случае даже при номинальном значении тока электродвигателя температура нагрева обмоток может превысить допустимые значения, на которые не сработает защита.
Известен способ контроля изоляции и нагрева обмоток электродвигателей и других электрических машин с измерением их температуры в процессе пропитки и сушки (А.С. СССР 1332470 по кл. H02K 15/12, БИ №31, 1987 г.).
Недостатком этого способа контроля нагрева обмоток электродвигателей является конструктивная сложность его реализации и невозможность применения в процессе эксплуатации для защиты электродвигателей от аварийных режимов.
Известен способ контроля нагрева и защиты обмоток электродвигателей с применением устройства встроенной температурной защиты (УВТЗ), которое реагирует на температуру обмоток электродвигателя, по сигналу терморезисторов (позисторов), устанавливаемых в лобовых частях статорных обмоток электродвигателей, которые соединены с усилителем этого сигнала и преобразованием его в сигнал, управляющий магнитным пускателем электродвигателя.
Недостатком способа является необходимость вмешательства в конструкцию электродвигателя (в заводских условиях при изготовлении или при эксплуатации) для установки или замены вышедших из строя термодатчиков, встраиваемых в лобовые части обмоток статора электродвигателя. Температура срабатывания термодатчиков в значительной мере зависит от точности соблюдения инструкций по их установке в лобовых частях обмоток статора. Также в этом случае требуется обязательная прокладка дополнительных проводников для связи термодатчиков с блоком УВТЗ, а его - с магнитным пускателем, что усложняет реализацию способа, увеличивает стоимость конструкции для его осуществления и снижает надежность защиты электродвигателя (Сырых Н.Н. Эксплуатация сельских электроустановок. - М., Агропромиздат, 1986. - 255 с.).
Задачей изобретения является упрощение способа, повышение точности контроля нагрева электродвигателей и надежности защиты обмоток электродвигателей от перегрева в эксплуатационных условиях.
В результате использования предлагаемого способа повышается точность контроля, надежность защиты обмоток от перегрева, возможность автономного использования, исключается вмешательство в конструкцию электродвигателя (в заводских условиях при изготовлении или при эксплуатации) для установки или замены вышедших из строя термодатчиков, встраиваемых в лобовые части обмоток статора электродвигателя.
т
обм
ст
обм
ст
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателей, при котором измеряют температуру обмоток электродвигателей и получают управляющий сигнал для защиты электродвигателя, датчик температуры помещают в полый болт с резьбой, который ввинчивают в гнездо рым-болта корпуса электродвигателя, при этом места контакта полого металлического болта с корпусом электродвигателя и термодатчиком покрывают теплопроводящей пастой, измеряют температуру нагрева сердечника статора, усиливают величину полученного сигнала, при этом учитывают количественную связь между температурами нагрева сердечника и обмотки статора путем определения значения температурного коэффициента К=Т/Т, где Т - температура обмотки, Т - температура статора, и увеличивают полученное значение сигнала температуры статора в 1,4-1,7 раза, получают фактическое значение сигнала температуры нагрева обмотки статора, подают его на вход сигнального блока, сравнивают полученный сигнал с сигналом задатчика, которым устанавливают требуемый порог срабатывания сигнального блока, учитывающий значение предельно допустимой температуры перегрева обмотки защищаемого электродвигателя для данного класса изоляции, создают необходимый температурный запас, подключают к первому выходу сигнального блока индикатор-светодиод, к второму выходу сигнального блока подключают звуковой генератор-зуммер, а третий выход сигнального блока соединяют с отключающим устройством и с их помощью при появлении аварийной ситуации из-за перегрева обмоток защищаемого электродвигателя подают световой сигнал и через заданный интервал времени подают звуковой сигнал, свидетельствующие о возникновении аварийной ситуации, или подают сигнал на отключение защищаемого электродвигателя магнитным пускателем от питающей сети.
При реализации предлагаемого способа габаритные размеры и шаг резьбы полого болта выполняют соответствующими этим показателям гнезда рым-болта защищаемого электродвигателя, причем датчик температуры устанавливают внутри нижней части торца ввинчиваемого полого болта, чем исключают обдувающее движение потока воздуха, а места контакта полого металлического болта с электродвигателем и термодатчиком покрывают теплопроводящей пастой, причем полый болт герметично соединяют с термостойким пластиковым корпусом и применяют как автономно действующий узел для эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателей.
Способ осуществляют при использовании устройства эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателей (патент на ПМ РФ №90942, МПК H02K 15/12, БИ №2, 2010).
На чертеже представлена схема, поясняющая способ эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателей.
Схема для реализации способа содержит полый металлический болт 1 с головкой под гаечный ключ, вворачиваемый в гнездо рым-болта электродвигателя 3, соединенного валом с рабочей машиной. Внутри нижней части полого металлического болта 1 установлен термодатчик 2, соединенный с усилителем 4, имеющим автономный источник блока питания 5. К выходу усилителя 4 подключен вход сигнального блока 6, имеющего задатчик 7. К первому выходу сигнальный блок 6 подключен индикатор-светодиод 8, к второму выходу сигнального блока 6 подключен звуковой генератор-зуммер 9, а к третьему выходу сигнального блока 6 подключено отключающее устройство 10, соединенное с магнитным пускателем 11, который управляет работой электродвигателя 3.
Способ эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателей осуществляют следующим образом.
Полый болт 1 с термодатчиком 2 устанавливают в гнездо рым-болта электродвигателя 3, получают сигнал о величине температуры в зоне сердечника, усиливают его в усилителе мощности 4, имеющем автономный источник питания 5, увеличивая величину сигнала в 1,4-1,7 раза до значения, соответствующего реальной температуре изоляции обмотки, и подают на вход сигнального блока 6, где задатчиком 7 задают порог срабатывания сигнального блока 6, учитывающий значение предельно допустимой температуры перегрева обмотки защищаемого электродвигателя для данного класса изоляции, создают необходимый температурный запас, подключают к первому выходу сигнального блока 6 индикатор-светодиод 8, к второму выходу сигнального блока 6 подключают звуковой генератор-зуммер 9, а третий выход сигнального блока соединяют с отключающим устройством 10 и при их помощи подают световой и звуковой сигналы, свидетельствующие о возникновении аварийной ситуации по причине нагрева обмоток выше допустимого значения и необходимости принятия срочных мер по ликвидации аварийной ситуации. Также с помощью отключающего устройства 10, при необходимости, подают сигнал на магнитный пускатель 11 на отключение электродвигателя 3 от сети.
Термодатчик 2, установленный в торце полого болта 1, плотно прилегает к сердечнику электродвигателя 3, в пазах которого расположена обмотка статора, и контролирует их температуру. Для улучшения теплопроводности в местах контакта соединяемых частей, при наличии возможности, наружную вворачиваемую в электродвигатель 3 часть полого металлического болта 1, а также место соединения термодатчика 2 с внутренней нижней частью полого металлического болта 1 покрывают теплопроводящей пастой.
обм
ст
т
обм
ст
Способ основан на измерении и контроле сигнала температуры статора электродвигателя в зоне гнезда рым-болта, где нет обдувающего движения потока воздуха, воздействующего на показания термодатчика, и установлении количественной связи между фактической температурой нагрева обмотки Т и температурой нагрева статора корпуса Т электродвигателя в непосредственной близости от обмотки. Гнездо рым-болта - это предусмотренное технологией и временно не используемое в процессе работы электродвигателя, наиболее близкое место доступа к обмотке, удобное для установки датчиков и других устройств, изготовленных с возможностью ввертывания. Проведенные экспериментальные исследования по изучению нагрева электродвигателей с обработкой полученных данных известными математическими методами позволили установить зависимость соотношения температур и определить значение температурного коэффициента К=Т/Т=1,4-1,7.
cт
т
Измеренное значение сигнала температуры статора электродвигателя Т умножают на соответствующее значение температурного коэффициента К и получают фактическое значение сигнала температуры нагрева обмотки. Полученный результат сравнивают с предельно допустимой температурой нагрева изоляции соответствующего класса, которая для класса B равна 130°C, а для класса F равна 155°C, и делают выводы о тепловом состоянии электродвигателя и режиме его работы.
Диаметр, шаг резьбы и длина вворачиваемого полого болта 1 соответствуют этим параметрам гнезда, из которого временно вывернут рым-болт обслуживаемого электродвигателя 3. При необходимости блок питания 5 может быть подключен через магнитный пускатель 11 к электрической сети. Устройство также может работать без использования отключающего блока 10 и его соединения с магнитным пускателем 11 в случае достаточности для надежной защиты при эксплуатации электродвигателя световой и звуковой информации.
Постоянно имеющаяся информация о температурном состоянии обмоток статора электродвигателей позволяет персоналу своевременно принимать необходимые меры по устранению аварийных ситуаций и предотвращению преждевременного выхода электродвигателя из строя.
Вворачиваемое основание устройства - полый болт должен соответствовать габаритам гнезда и иметь номер резьбы М8 для электродвигателей, у которых высота оси вращения равна 90, 100 и 112 мм, M10 - для 160 мм и М20 - для 180, 200 и 225 мм. С увеличением мощности защищаемого электродвигателя увеличивается диаметр гнезда его рым-болта и, соответственно, диаметр вворачиваемой части устройства, что улучшает условия для более точного измерения температуры.
Все элементы электрической схемы устройства, реализующего способ, смонтированы на печатной плате и вместе с малогабаритным аккумулятором, светодиодом, зуммером и отключающим устройством помещены в теплоустойчивый, герметичный пластиковый корпус, прочно соединенный с металлической вворачиваемой частью, выполненной в виде полого болта с гайкой под ключ, и представляет собой один съемный узел эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателя, который удобно применять для визуального и звукового контроля обслуживающим персоналом степени нагрева электродвигателей, а также может быть эффективным его использование с действием на отключение.
В сельскохозяйственном производстве способ наиболее целесообразно применять для эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателей мощностью 11 кВт и более, задействованных в технологических процессах, не допускающих внезапных перерывов, связанных с потерей продукции и большими материальными ущербами.