Сравнение защит от перегрузок асинхронного двигателя на терморезисторах и на тепловых реле с биметаллическими пластинами

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ¡ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 212

1971

СРАВНЕНИЕ ЗАЩИТ ОТ ПЕРЕГРУЗОК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ТЕРМОРЕЗИСТОРАХ И НД ТЕПЛОВЫХ РЕЛЕ С БИМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ПЛАСТИНАМИ

И. С. Авраамов, А. М. Паунов

(Представлена научным семинаром кафедр электрических машин

и общей электротехники)

Тепловые реле на биметаллических пластинах, используемые для защиты асинхронных двигателей от перегрузок, обладают общеизвестными недостатками [3]. В работе приводится сравнение тепловой защиты на биметаллических реле, используемых в автомате АП-50 с защитой на терморезисторах типа ТР-33 с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления [1,2, 6], Терморезисторы данного типа имеют релейный эффект, заключающийся в скачкообразном увеличении тока при определенном значении температуры окружающей среды. Релейный эффект широко используется для защиты асинхронных двигателей от перегрева [2, 3, 4, 6]. Для защиты двигателей выбираются терморезисторы с такими температурными интервалами уменьшения сопротивления, которые соответствуют нагревостойкости изоляционного материала, примененного в машине.

Это свойство хорошо используется при фиксировании локальной температуры обмотки машины, например максимальной.

Исследуемый двигатель серии АО-51-6 с номинальными данными рн = 2,8 кет, пн = 950 об/мин, 1Н = 6,8 а, и = 380 в подвергался тепловым испытаниям с целью определения максимальных перегревов обмотки статора при различной степени загрузки машины в длительных режимах (холостой ход; Р = 0,5 Рн; Р = 0,75 Рн; Р = РН; Р=1,15РН; Р = 1,25 Рн; Р=1.35 Рн и Р = 1,5 Рн), в повторно-кратковременных режимах (ПВ = 40 и 60%), а также в режиме работы на двух фазах. В каждом из этих режимов были измерены средние ..превышения температуры обмотки статора методом сопротивления. Анализ тепловых исследований двигателя позволяет заключить следующее:

1) наиболее нагретой частью обмотки статора является лобовая часть со стороны привода, куда и были заложены три терморезистора в каждую фазу;

2) при увеличении нагрузки на двигатель возрастает перепад температур между наиболее нагретой частью обмотки и менее нагретой (средина паза);

3) при увеличении нагрузки на двигатель возрастает перепад температур между наиболее нагретой частью обмотки и средней температурой.

В качестве датчиков температуры при исследовании теплового состояния двигателя использовались медь-константовые термопары. Кроме теплового анализа двигателя были проведены исследования тепловых защит.

На рис. 1 приведена схема сравнения защит асинхронного электро-

22. За к. 4917.

337

грузок.

двигателя. Сравнивается тепловая защита автомата АП-50-ЗТ, выполненная на биметаллических пластинах с устройством типа АТВ-229 для температурной защиты двигателей. Датчиком температуры обмотки двигателя является терморезистор типа ТР-33 с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления [5, 6]. Терморезистор ТС включен последовательно с катушкой промежуточного реле Р через выпрямитель В на вторичное напряжение трансформатора Тр. Размыкающий контакт реле Р включен в цепь катушки контактора К.

Для стабилизации напряжения питания цепи термодатчика трансформатор Тр снабжен компенсационной обмоткой КО, а в цепь его первичной обмотки включен конденсатор С. Такая схема позволяет обеспечить надежную работу защиты при значительных (до 50%) снижениях напряжения сети.

Температура срабатывания защиты может устанавливаться в пределах 70—120° С через каждые 10° при помощи переключателя П. Погрешность по температуре срабатывания не превышает ±5° С.

Аппаратура АТВ-229 четко работает при колебаниях температуры окружающей среды от —40 до +50° С.

Терморезистор ТР-33 предназначен для работы в релейном режиме при контроле температур до +120° С в устройствах температурной защиты и сигнализации. Он имеет температурный коэффициент сопротивления от —5 до 6% на ГС и постоянную времени 30—35 сек. В качестве нагрузки на двигатель используется генератор постоянного тока независимого возбуждения.

Пуск двигателя осуществляется включением автомата и контактора. В случае перегрузок двигатель отключается как автоматом, так и термо-резисторной защитой.

Работа схемы

Схема сравнения защит работает следующим образом. Для пуска двигателя включается автомат А. Затем при нажатии на кнопку П включается контактор К- Двигатель пускается,

В момент перегрева работает защита от перегрузок автомата, выполненная на биметаллических пластинах, и защита на терморезисторах.

Последняя срабатывает в случае перегрева обмотки двигателя до температуры, равной температуре уставки. При этом в термочувствительной цепи, в которую включено реле Р, ток резко возрастет, реле Р срабатывает, разомкнув свой замыкающий контакт в цепи катушки контактора К. Двигатель отключается от сети.

При исследовании защиты только на биметаллических пластинах, во избежание влияния защиты на терморезисторах, замыкающий контакт Р шунтируется рубильником К2. И наоборот, при исследовании защиты на терморезисторах и устранения влияния защиты автомата автомат шунтируется рубильником Кз- Рубильник К1 используется для создания 2-фазного режима работы двигателя.

На рис. 2 приведены зависимости тока фазы от времени срабатывания защит двигателя при включении холодного двигателя. Здесь же, в некоторых точках кривых, указаны перегревы обмоток, при которых происходит срабатывание. Перегрев определяется для наиболее горячих мест обмотки при помощи термопар.

Рис. 2. Зависимости тока двигателя от времени срабатывания: 1 — тепловой защиты автомата, 2 — тепловой защиты на терморезисторах, 3 — тепловой защиты автомата при температуре окружающей сре-ды = 60°С, двигатель в работу включался холод-

Тепловая защита автомата настраивается в соответствии с рекомендациями [2, 5].

Уставка защиты на терморезисторах выбирается с учетом класса изоляции машины (класс А) и температуры окружашцего воздуха (35° С) и составляет 95° С=60° С+35° С.

На рис. 3 приведены зависимости тока фазы от времени срабатывания защит двигателя при включении прогретого двигателя номинальным гоком до установившейся температуры.

Из рис. 2 и 3 видно, что, защиты на терморезисторах более точно отражают защитную характеристику двигателя. Она срабатывает согласно уставке защиты, которая ориентирована на предельную температуру изоляции. В то же время тепловая защита автомата отключает двига-

О 20 40 60 80 100 12.0

НЫМ

22*

339

т

120

130

5%5°С--

Ь

ьо 20 40 50 во 80 100 120

Рис. 3. Зависимости тока двигателя от времени срабатывания: 1 — тепловой защиты автомата, 2 — тепловой защиты на терморезисторах при включении двигателя в работу прогретым номинальным током до установившейся

температуры

тель при пониженных перегревах, что приводит к неполному использованию двигателя по нагреву. Например, при полуторакратной перегрузке (рис. 2) тепловая защита автомата срабатывает через 10 мин, при перегреве обмотки на 28° С, тепловая же защита на терморезисторах срабатывает через 40-'мин и перегреве на 59° С. В этом примере двигатель, имел защиту на торморезисторах, может дополнительно работать 30 минут. Из рис. 2 видно также влияние температуры окружающей среды на работу тепловой защиты автомата. Кривая 3 получена при помещении автомата в термошкаф с температурой 60° С, при этом двигатель оставался в нормальных температурных условиях (30—35° С). Настройка автомата бралась при температуре окружающей среды, равной 35° С.

Были проведены исследования тепловой защиты на терморезисторах и при других уставках температур срабатывания. Они показали четкую и надежную работу данной защиты. Например, при настройке на перегрев 50° С защита срабатывала при температурах, равных 50^-52° С.

Проведен анализ работы защит при 2-фазном режиме работы двигателя при 1,25 Р„; Рн; 0,75 Рн; 0,6 Ри до обрыва фазы. Например, двигатель включался в сеть в нормальном режиме работы с номинальным током. После того как он увеличивал скорость до номинальной, производился обрыв одной фазы. На рис. 4 показаны кривые срабатывания защит при работе в 2-фазном режиме, Наиболее быстродействующей здесь язилась тепловая защита автомата. Это единственный случай, где защита автомата проявила свои положительные качества.

Сравнение 2-х видов защит позволяет сделать следующие выводы.

1. Надежная и четкая работа тепловой защиты на терморезисторах наблюдается в следующих режимах работы двигателей: а) в длительном с перегрузками, б) при работе на 2 фазах, в) в повторно-кратковременных режимах, г) при работе с заторможенным ротором.

Ш

Рис. 4. Зависимости тока двигателя от времени срабатывания при работе двигателя на двух фазах: 1 — тепловая защита автомата, 2 — тепловая защита на терморезисторах, настроенная на перегрев 50° С, 3 — защита на терморезисторах, настроенная на перегрев 60° С

2. На работу защиты с терморезистором не влияет окружающая среда.

3. Применение терморезисторов в качестве защитных средств позволяет полнее использовать электродвигатель по нагреву.

4. Система защиты на терморезисторах по сравнению с тепловой защитой автомата АП-50 ЗТ или магнитного пускателя ПМЕ-222 в несколько раз дороже. Однако при правильной эксплуатации этой защиты, с учетом ее повышенной точности и надежности, целесообразно рекомендовать защиту на терморезисторах для промышленных приводов, особенно работающих в тяжелых тепловых режимах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Н. П. У д а л о в. Полупроводниковые датчики. М.—Л., Изд-во «Энергия», 1965.

2. Е. И. Зимин. Защита асинхронных двигателей до 500 в. М.—Л., Изд-во «Энергия», 1967.

3. Ю. В. 3 а й ц е в, А. Марченко. Защита электрических машин при помощи полупроводниковых терморезисторов. «Электротехническая промышленность», выл. 798, 1963.

4. В. А. Клейменов. Тепловая защита асинхронных электродвигателей. М., Отделение ВНИИЭМ, 1966.

5. Центральный институт научно-технической информации электротехнической промышленности и приборостроения. Автоматические выключатели типа АП-50.

6. Номенклатура изделий предприятий на 1967 год. «Севкавказэлектропри-бор».