Температурный датчик в генераторе

Термозащита электродвигателей

Для чего нужна встроенная защита двигателя, если электродвигатель уже оснащён реле перегрузки и плавкими предохранителями? В некоторых случаях реле перегрузки не регистрирует перегрузку электродвигателя. Например, в ситуациях:

  • Когда электродвигатель закрыт (недостаточно охлаждается) и медленно нагревается до опасной температуры.
  • При высокой температуре окружающей среды.
  • Когда наружная защита двигателя настроена на слишком высокий ток срабатывания или установлена неправильно.
  • Когда электродвигатель перезапускается несколько раз в течение короткого периода времени и пусковой ток нагревает электродвигатель, что в конечном счёте, может его повредить.

Уровень защиты, который может обеспечить внутренняя защита, указывается в стандарте IEC 60034-11.

Обозначение TP

TP — аббревиатура «thermal protection» — тепловая защита. Существуют различные типы тепловой защиты, которые обозначаются кодом TP (TPxxx). Код включает в себя:

  • Тип тепловой перегрузки, для которой была разработана тепловая защита (1-я цифра)
  • Число уровней и тип действия (2-я цифра)
  • Категорию встроенной тепловой защиты (3-я цифра)

В электродвигателях насосов, самыми распространёнными обозначениями TP являются:

TP 111: Защита от постепенной перегрузки

TP 211: Защита как от быстрой, так и от постепенной перегрузки.

Техническая егрузка и ее варианты (1-я цифра)

Количество уровней и функциональная область (2-я цифра)

Категория 1 (3-я цифра)

Только медленно (постоянная перегрузка)

1 уровень при отключении

2 уровня при аварийном сигнале и отключении

Медленно и быстро (постоянная перегрузка, блокировка)

1 уровень при отключении

2 уровня при аварийном сигнале и отключении

Только быстро (блокировка)

1 уровень при отключении

Изображение допустимого температурного уровня при воздействии на электродвигатель высокой температуры. Категория 2 допускает более высокие температуры, чем категория 1.

Все однофазные электродвигатели Grundfos оснащены защитой двигателя по току и температуре в соответствии с IEC 60034-11. Тип защиты двигателя TP 211 означает, что она реагирует как на постепенное, так и на быстрое повышение температуры.

Сброс данных в устройстве и возврат в начальное положение осуществляется автоматически. Трёхфазные электродвигатели Grundfos MG мощностью от 3.0 кВт стандартно оборудованы датчиком температуры PTC.

Эти электродвигатели были испытаны и одобрены как электродвигатели TP 211, которые реагируют и на медленное, и на быстрое повышение температуры. Другие электродвигатели, используемые для насосов Grundfos (MMG модели D и E, Siemens, и т.п.), могут быть классифицированы как TP 211, но, как правило, они имеют тип защиты TP 111.

Необходимо всегда учитывать данные, указанные на фирменной табличке. Информацию о типе защиты конкретного электродвигателя можно найти на фирменной табличке — маркировка с буквенным обозначением TP (тепловая защита) согласно IEC 60034-11. Как правило, внутренняя защита может быть организована при помощи двух типов устройств защиты: Устройств тепловой защиты или терморезисторов.

Устройства тепловой защиты, встраиваемые в клеммную коробку

В устройствах тепловой защиты, или термостатах, используется биметаллический автоматический выключатель дискового типа мгновенного действия для размыкания и замыкания цепи при достижении определённой температуры. Устройства тепловой защиты называют также «кликсонами» (по названию торговой марки от Texas Instruments). Как только биметаллический диск достигает заданной температуры, он размыкает или замыкает группу контактов в подключённой схеме управления. Термостаты оснащены контактами для нормально разомкнутого или нормально замкнутого режима работы, но одно и то же устройство не может использоваться для двух режимов. Термостаты предварительно откалиброваны производителем, и их установки менять нельзя. Диски герметично изолированы и располагаются на контактной колодке.

Через термостат может подаваться напряжение в цепи аварийной сигнализации — если он нормально разомкнут, или термостат может обесточивать электродвигатель — если он нормально замкнут и последовательно соединён с контактором. Так как термостаты находятся на наружной поверхности концов катушки, то они реагируют на температуру в месте расположения. Применительно к трёхфазным электродвигателям термостаты считаются нестабильной защитой в условиях торможения или в других условиях быстрого изменения температуры. В однофазных электродвигателях термостаты служат для защиты при блокировке ротора.

Тепловой автоматический выключатель, встраиваемый в обмотки

Устройства тепловой защиты могут быть также встроены в обмотки, см. иллюстрацию.

Они действуют как сетевой выключатель как для однофазных, так и для трёхфазных электродвигателей. В однофазных электродвигателях мощностью до 1,1 кВт устройство тепловой защиты устанавливается непосредственно в главном контуре, чтобы оно выполняло функцию устройства защиты на обмотке. Кликсон и Термик — примеры тепловых автоматических выключателей. Эти устройства называют также PTO (Protection Thermique a Ouverture).

Внутренняя установка

В однофазных электродвигателях используется один одинарный тепловой автоматический выключатель. В трёхфазных электродвигателях — два последовательно соединённых выключателя, расположенных между фазами электродвигателя. Таким образом, все три фазы контактируют с тепловым выключателем. Тепловые автоматические выключатели можно установить на конце обмоток, однако это приводит к увеличению времени реагирования. Выключатели должны быть подключены к внешней системе управления. Таким образом электродвигатель защищается от постепенной перегрузки. Для тепловых автоматических выключателей реле — усилителя не требуется.

Тепловые выключатели НЕ ЗАЩИЩАЮТ двигатель при блокировке ротора.

Принцип действия теплового автоматического выключателя

На графике справа показана зависимость сопротивления от температуры для стандартного теплового автоматического выключателя. У каждого производителя эта характеристика своя. TN обычно лежит в интервале 150-160 °C.

Подключение трёхфазного электродвигателя со встроенным тепловым выключателем и реле перегрузки.

Обозначение TP на графике

Защита по стандарту IEC 60034-11:

TP 111 (постепенная перегрузка). Для того чтобы обеспечить защиту при блокировке ротора, электродвигатель должен быть оборудован реле перегрузки.

Терморезисторы, встраиваемые в обмотки

Второй тип внутренней защиты — это терморезисторы, или датчики с положительным температурным коэффициентом (PTC). Терморезисторы встраиваются в обмотки электродвигателя и защищают его при блокировке ротора, продолжительной перегрузке и высокой температуре окружающей среды. Тепловая защита обеспечивается с помощью контроля температуры обмоток электродвигателя с помощью PTC датчиков. Если температура обмоток превышает температуру отключения, сопротивление датчика меняется соответственно изменению температуры.

В результате такого изменения внутренние реле обесточивают контур управления внешнего контактора. Электродвигатель охлаждается, и восстанавливается приемлемая температура обмотки электродвигателя, сопротивление датчика понижается до исходного уровня. В этот момент происходит автоматическое приведение модуля управления в исходное положение, если только он предварительно не был настроен на сброс данных и повторное включение вручную.

Если терморезисторы установлены на концах катушки самостоятельно, защиту можно классифицировать только как TP 111. Причина в том, что терморезисторы не имеют полного контакта с концами катушки, и, следовательно, не могут реагировать так быстро, как если бы они изначально были встроены в обмотку.

Система, чувствительная к температуре терморезистора, состоит из датчиков с положительным температурным коэффициентом (PTC), устанавливаемых последовательно, и твердотельного электронного выключателя в закрытом блоке управления. Набор датчиков состоит из трёх — по одному на фазу. Сопротивление в датчике остаётся относительно низким и постоянным в широком диапазоне температур, с резким увеличением при температуре срабатывания. В таких случаях датчик действует как твердотельный тепловой автоматический выключатель и обесточивает контрольное реле. Реле размыкает цепь управления всего механизма для отключения защищаемого оборудования. Когда температура обмотки восстанавливается до допустимого значения, блок управления можно привести в прежнее положение вручную.

Все электродвигатели Grundfos мощностью от 3 кВт и выше оснащены терморезисторами. Система терморезисторов с положительным температурным коэффициентом (PTC) считается устойчивой к отказам, так как в результате выхода из строя датчика или отсоединении провода датчика возникает бесконечное сопротивление, и система срабатывает так же, как при повышении температуры, — происходит обесточивание контрольного реле.

Принцип действия терморезистора

Критические значения зависимости сопротивление/ температура для датчиков системы защиты электродвигателя определены в стандартах DIN 44081/ DIN 44082.

На кривой DIN показано сопротивление в датчиках терморезистора в зависимости от температуры.

По сравнению с PTO терморезисторы имеют следующие преимущества:

  • Более быстрое срабатывание благодаря меньшему объёму и массе
  • Лучше контакт с обмоткой электродвигателя
  • Датчики устанавливаются на каждой фазе
  • Обеспечивают защиту при блокировке ротора

Обозначение TP для электродвигателя с PTC

Защита двигателя TP 211 реализуется, только когда терморезисторы PTC полностью установлены на концах обмоток на заводе-изготовителе. Защита TP 111 реализуется только при самостоятельной установке на месте эксплуатации. Электродвигатель должен пройти испытания и получить подтверждение о соответствии его маркировке TP 211. Если электродвигатель с терморезисторами PTC имеет защиту TP 111, он должен быть оснащён реле перегрузки для предотвращения последствий заклинивания.

Соединение

На рисунках справа представлены схемы подключения трёхфазного электродвигателя, оснащённого терморезисторами PTC, с расцепителями Siemens. Для реализации защиты как от постепенной, так и от быстрой перегрузки, мы рекомендуем следующие варианты подключения электродвигателей, оснащённых датчиками PTC, с защитой TP 211 и TP 111.

Электродвигатели с защитой TP 111

Читайте также  Типы турбин для генераторов

Если электродвигатель с терморезистором имеет маркировку TP 111, это значит, что электродвигатель защищён только от постепенной перегрузки. Для того чтобы защитить электродвигатель от быстрой перегрузки, электродвигатель должен быть оборудован реле перегрузки. Реле перегрузки должно подключаться последовательно к реле PTC.

Электродвигатели с защитой TP 211

Защита TP 211 двигателя обеспечивается, только если терморезистор PTC полностью встроен в обмотки. Защита TP 111 реализуется только при самостоятельном подключении.

Терморезисторы разработаны в соответствии со стандартом DIN 44082 и выдерживают нагрузку Umax 2,5 В DC. Все отключающие элементы предназначены для приёма сигналов от терморезисторов DIN 44082, т.е терморезисторов компании Siemens.

Обратите внимание: Очень важно, чтобы встроенное устройство PTC было последовательно соединено с реле перегрузки. Многократные повторные включения реле перегрузки могут привести к сгоранию обмотки в случае блокировки электродвигателя или пуска при высокой инерции. Поэтому очень важно, чтобы температурные показатели и данные по потребляемому току устройства PTC и реле.

Терморегулятор термостатированного генератора и способ настройки данного терморегулятора

Терморегулятор термостатированного генератора и способ настройки данного терморегулятора

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве терморегулирующего устройства термостата в термостатированном генераторе. Технический результат — уменьшение статической погрешности температуры статирования и тем самым уменьшение температурной нестабильности опорной частоты выходного сигнала генератора с одноступенчатым термостатом до уровня сравнимого с температурной нестабильностью опорной частоты выходного сигнала генератора с двойным термостатом при меньших габаритах, меньшей потребляемой мощности и меньшей трудоемкости настройки терморегулятора. В схему терморегулятора дополнительно введена Т-образная резистивная цепь с термочувствительным сопротивлением, играющим роль компенсационного датчика температуры. Терморегулятор позволяет производить компенсацию статической погрешности температуры статирования пьезоэлемента резонатора, возникающей от изменения температуры внешней среды и вследствие несовпадения местоположений в пространстве пьезоэлемента резонатора, датчика температуры и нагревателя. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве терморегулирующего устройства термостата в термостатированном генераторе.

Генератор с пьезоэлектрическим резонатором — один из основных узлов приемопередающих устройств, систем обработки информации, систем единого времени, телекоммуникационных систем, систем мобильной связи, средств измерения. Наибольший вклад в нестабильность частоты пьезоэлектрического генератора вносит влияние изменения температуры окружающей среды на резонатор. Поддержание постоянной температуры пьезопластины резонатора является одним из методов уменьшения нестабильности частоты.

Одним из известных решений по уменьшению статической погрешности температуры статирования может быть использование двойного термостатирования [Ингберман М.И., Фромберг Э.М., Грабой Л.П. Термостатирование в технике связи / М.: Связь, 1979. — С.17], когда первый термостат, содержащий объект термостатирования, помещают внутри более грубого внешнего термостата. Но у такого решения есть существенные недостатки: увеличение габаритных размеров, массы и потребляемой мощности.

Другим более близким к предлагаемому изобретению является использование тепловой компенсации статической погрешности температуры статирования с использованием дополнительного компенсационного подогревателя [Ингберман М.И., Фромберг Э.М., Грабой Л.П. Термостатирование в технике связи / М.: Связь, 1979, с.47]. Недостатком такого решения является конструктивное усложнение термостата, связанное с размещением дополнительного компенсационного подогревателя вблизи датчика температуры.

Известны способы повышения точности термостатирования путем введения в схему терморегулятора дополнительных датчиков температуры [Walls F. Analysis of high performance compensated thermal enclosures // 41 st annual frequency control symposium. — 1987. — Р.439-443.].

Наиболее близкое к предлагаемому решению описано в патенте РФ №2122278, МПК Н03В 5/32, 1998, «Термостатированный кварцевый генератор и способ настройки его терморегулятора» (прототип). В прототипе для повышения точности термостатирования кварцевого генератора схема термочувствительного моста снабжена дополнительным термочувствительным плечом с дополнительным термодатчиком и резистором связи.

К недостаткам прототипа можно отнести трудоемкость, а порой и невозможность, проведения следующих действий, осуществляемых при настройке терморегулятора в конструкции работающего малогабаритного термостатированного генератора: 1) точного измерения напряжения между точками подключения резистора связи, 2) настройки на экстремум зависимости частоты генератора с помощью подбора величины резистора связи. Основная трудность вызвана тем, что резистор связи в прототипе подключается обоими выводами к внутренним точкам схемы с ненулевыми потенциалами.

Задачей предлагаемого решения является уменьшение статической погрешности температуры статирования и тем самым уменьшение температурной нестабильности опорной частоты выходного сигнала генератора с одноступенчатым термостатом до уровня сравнимого с температурной нестабильностью опорной частоты выходного сигнала генератора с двойным термостатом при меньших габаритах, меньшей потребляемой мощности и меньшей трудоемкости настройки терморегулятора.

Сущность изобретения заключается в том, что изменение сопротивления компенсационного датчика температуры, входящего в добавленную к схеме мостового терморегулятора Т-образную резистивную цепь, приводит к автоматической коррекции величины температуры статирования в термостате при изменении внешней температуры. Компенсационный датчик температуры размещен в генераторе так, что его температура при нормальных внешних условиях ниже, чем температура основного датчика, по меньшей мере на 0,5°С, и отклонение температуры в месте расположения компенсационного датчика от изменения внешней температуры генератора больше по значению, чем в месте расположения основного термодатчика. В результате действия введенной Т-образной резистивной цепи температура в области пьезопластины резонатора становится более стабильной при изменениях внешней температуры. На Фиг.1. представлена схема предлагаемого терморегулятора.

Терморегулятор термостатированного генератора (Фиг.1) содержит термочувствительный мост с опорным плечом 3 (R6, R7) и термочувствительным плечом 1 (R1, R2) с основным датчиком температуры R2, размещаемым вблизи нагревателя и резонатора, усилитель дифференциального сигнала 4, нагреватель 5, Т-образную резистивную цепь 2 (R3, R4, R5), включенную двумя выводами в диагональ термочувствительного моста между точками «А» и «Б» и третьим выводом к общей точке схемы «О», причем один из резисторов диагональной ветви моста R3 является компенсационным датчиком температуры и размещен в любом месте генератора так, чтобы его температура при нормальных внешних условиях была ниже, чем температура основного датчика, по меньшей мере на 0,5°С.

Уменьшение статической погрешности температуры статирования достигается тем, что изменение величины сопротивления компенсационного датчика температуры R3 от влияния изменения окружающей температуры приводит к такому изменению выделяемой тепловой мощности в нагревателе, что отклонения температуры в области пьезопластины резонатора становятся меньше, чем в области расположения основного датчика температуры R2. При этом происходит компенсация статической погрешности температуры статирования, вызываемой наличием температурного градиента между нагревателем, резонатором и термодатчиком вследствие несовпадения их местоположений в пространстве.

Способ настройки терморегулятора термостатированного генератора включает настройку частоты генератора на экстремум зависимости опорной частоты выходного сигнала генератора от температуры изменением сопротивления R1, включенного в одно с основным датчиком температуры R2 термочувствительное плечо 1 моста при нормальных внешних условиях и отключенной Т-образной резистивной цепи 2, затем при этой же температуре и электрически отключенной Т-образной резистивной цепи 2 измеряют значение сопротивления компенсационного датчика температуры R3, после чего устанавливают значение сопротивления резистора R5 равным полученному, далее электрически подключают Т-образную цепь 2 к термочувствительному мосту между точками «А» и «Б» и при другой температуре в границах рабочего диапазона, например на нижней границе при помощи резистора R4 Т-образной резистивной цепи 2, подключаемого к общей точке «О», настраивают устройство так, чтобы статическая погрешность температуры статирования пьезоэлемента резонатора была минимальна, при этом последнюю операцию можно контролировать как по отклонению основной опорной частоты сигнала на выходе термостатированного генератора, так и по отклонению частоты термочувствительной моды резонатора.

Результатом применения изобретения являются создание термостатированного генератора с температурной стабильностью частоты не хуже ±1·10 -9 без применения схемы двойного термостатирования и сокращение времени на настройку терморегулятора из-за более легкого доступа к общей точке схемы терморегулятора при настройке значения сопротивления резистора R4.

1. Терморегулятор термостатированного генератора, содержащий термочувствительный мост с опорным плечом 3 (R6, R7) и термочувствительным плечом 1 (R1, R2) с основным датчиком температуры R2, отличающийся тем, что в диагональ термочувствительного моста между точками подключения входов усилителя дифференциального сигнала «А» и «Б» включена Т-образная резистивная цепь 2 (R3, R4, R5), третий вывод которой подсоединен к общей точке соединения опорного и термочувствительного плеч моста «О», причем один из резисторов диагональной ветви моста является компенсационным датчиком температуры R3, и размещен в любом месте генератора, так что его температура при нормальных внешних условиях ниже, чем температура основного датчика по меньшей мере на 0,5°С.

2. Способ настройки терморегулятора термостатированного генератора включает настройку частоты генератора на экстремум зависимости опорной частоты выходного сигнала генератора от температуры изменением сопротивления резистора R1, включенного в одно с основным датчиком температуры R2 термочувствительное плечо 1, при нормальных внешних условиях и отключенной Т-образной цепи 2, отличающийся тем, что при этой же температуре и электрически отключенной Т-образной резистивной цепи 2 измеряют значение сопротивления компенсационного датчика температуры R3, после чего устанавливают значение сопротивления резистора R5 равным полученному и далее электрически подключают Т-образную цепь 2 к термочувствительному мосту между точками «А» и «Б» и при другой температуре в границах рабочего диапазона генератора, например, на нижней границе, при помощи резистора R4 Т-образной цепи 2, подключаемого к общей точке «О», настраивают устройство, так чтобы статическая погрешность была минимальна, при этом последнюю операцию можно контролировать как по отклонению основной опорной частоты сигнала на выходе термостатированного генератора, так и по отклонению частоты термочувствительной моды резонатора, если конструкцией автогенератора предусмотрена такая возможность.

Читайте также  Транзистор как генератор тока нагрузки

Термисторная (позисторная) защита электродвигателей

Зашита асинхронных электродвигателей от перегрева традиционно реализуется на основе, тепловой токовой защиты. В подавляющем большинстве двигателей, находящихся в эксплуатации, используется тепловая токовая защита, которая недостаточно точно учитывает фактические температурные режимы работы электродвигателей, а также его температурные постоянные времени.

В косвенной тепловой защите асинхронного электродвигателя биметаллические пластины включают в цепи питания статорных обмоток асинхронною электродвигателя, а при превышении максимально допустимого тока статора, биметаллические пластины, нагреваясь, отключают питание статора от источника электроэнергии.

Недостатком этого метода является то, что защита реагирует не па температуру нагрева обмоток статора, а на количество выделенного тепла без учета времени работы в зоне перегрузок и реальных условий охлаждения асинхронного электродвигателя. Это не позволяет в полной мере использовать перегрузочную способность электродвигателя и снижает производительность оборудования, работающего в повторно-кратковременном режиме из-за ложных отключений.

Сложность конструкции тепловых реле, недостаточно высокая надежность систем защиты на их основе, привели к созданию тепловой защиты, реагирующей непосредственно на температуру защищаемого объекта. При этом датчики температуры устанавливаются на обмотке двигателя.

Термочувствительные защитные устройства: термисторы, позисторы

В качестве датчиков температуры получили применение термисторы и позисторы — полупроводниковые резисторы, изменяющие свое сопротивление от температуры. . Термисторы представляют собой полупроводниковые резисторы с большим отрицательным ТСК. При увеличении температуры сопротивление термистора уменьшается, что используется для схемы отключения двигателя. Для увеличения крутизны зависимости сопротивления от температуры, термисторы, наклеенные на три фазы, включаются параллельно (рисунок 1).

Зависимость сопротивления позисторов и термисторов от температуры

Позисторы являются нелинейными резисторами с положительным ТСК. При достижении определенной температуры сопротивление позистора скачкообразно увеличивается на несколько порядков.

Для усиления этого эффекта позисторы разных фаз соединяются последовательно. Характеристика позисторов показана на рисунке.

Защита с помощью позистоpoв является более совершенной. В зависимости от класса изоляции обмоток двигателя берутся позисторы на температуру срабатывания =105, 115, 130, 145 и 160 . Эта температура называется классификационной. Позистор резко меняет сопротивление при температура за время не более 12 с. При сопротивление трёх последовательно включенных позисторов должно быть не более 1650 Ом, при температуре их сопротивление должно быть не менее 4000 Ом.

Гарантийный срок службы позисторов 20000 ч. Конструктивно позистор представляет собой диск диаметром 3.5 мм и толщиной 1 мм, покрытый кремне-органической эмалью, создающей необходимую влагостойкость и электрическую прочность изоляции.

Рассмотрим схему позисторной защиты, показанную на рисунке 2.

Аппарат позисторной защиты с ручным возвратом

К контактам 1, 2 схемы (рисунок 2, а) подключаются позисторы, установленные на всех трёх фазах двигателя (рисунок 2, б). Транзисторы VТ1, VT2 включены по схеме триггера Шмидта и работают в ключевом режиме. В цепь коллектора транзистора VT3 оконечного каскада включено выходное реле К, которое воздействует на обмотку пускателя.

При нормальной температуре обмотки двигателя и связанных с ним позисторов сопротивление последних мало. Сопротивление между точками 1-2 схемы также мало, транзистор VT1 закрыт (на базе малый отрицательный потенциал), транзистор VТ2 открыт (большой потенциал). Отрицательный потенциал на коллекторе транзисторе VT3 мал, и он закрыт. При этом ток в обмотке реле К недостаточен для его срабатывания.

При нагреве обмотки двигателя сопротивление позисторов увеличивается, и при определенном значении этого сопротивления отрицательный потенциал точки 3 достигает напряжения срабатывания триггера. Релейный режим триггера обеспечивается эммитерной обратной связью (сопротивление в цепи эммитера VТ1) и коллекторной обратной связью между коллектором VT2 и базой VT1. При срабатывании триггера VТ2 закрывается, а VT3 — открывается. Срабатывает реле К, замыкая цепи сигнализации и размыкая цепь электромагнита пускателя, после чего обмотка статора отключается от напряжения сети.

После охлаждения двигателя его пуск возможен после нажатия кнопки «возврат», при котором триггер возвращается в начальное положение.

В современных электродвигателях позисторы защиты устанавливаются на лобовой части обмоток двигателя. В двигателях прежних разработок позисторы можно приклеивать к лобовой части обмоток.

Достоинства и недостатки термисторной (позисторной) защиты

Термочувствительная защита электродвигателей предпочтительней в тех случаях, когда по току невозможно определить с достаточной точностью температуру электродвигателя. Это касается, прежде всего, электродвигателей с продолжительным периодом запуска, частыми операциями включения и отключения (повторно-кратковременный режим работы) или двигателей с регулируемым числом оборотов (при помощи преобразователей частоты). Термисторная защита эффективна также при сильном загрязнении электродвигателей или выходе из строя системы принудительного охлаждения.

Недостатками термисторной защиты является то, что с термисторами или позисторами выпускаются далеко не все типы электродвигателей. Это особенно касается электродвигателей отечественного производства. Термисторы и позисторы могут устанавливаться в электродвигатели только в условиях стационарных мастерских. Температурная характеристика термистора достаточно инерционна и сильно зависит от температуры окружающей среды и от условий эксплуатации самого электродвигателя.

Термисторная защита требует наличия специального электронного блока: термисторного устройства защиты электродвигателей, теплового или электронного реле перегрузки, в которых находятся блоки настройки и регулировки, а также выходные электромагнитные реле, служащие для отключения катушки пускателя или электромагнитного расцепителя.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Виды и принцип работы термодатчиков

Основной принцип работы температурных датчиков в системах автоматического управления – преобразование температуры в электрическое значение. Эффективность использования электрических величин обеспечена: удобством передачи на большие расстояния с высокой скоростью, возможностью их обратной трансформации, преобразования в цифровой код, чувствительностью измерений. Различают несколько типов устройств.

Принцип действия устройства основан на термоэлектрическом эффекте: если в замкнутом контуре из двух полупроводников или проводников места спаев (контактов) имеют разную температуру, то в нем возникает электрический ток. Спай, расположенный в среде, в которой происходит измерение температуры, называется «горячим», противоположный контакт – «холодным». Чем больше температура измеряемой среды отличается от температуры воздуха, тем больший электрический ток возникает. Эти измерительные устройства могут иметь изоляционный слой или изготавливаться без него. Во втором случае термопары могут использоваться только в схемах, не контактирующих с «землей».

Термодатчики на схемах

Схематичное изображение термодатчика

Виды термопар

  • Хромель-алюминиевые. В основном применяются в промышленности. Характерные особенности: широкий температурный интервал измерений -200…+13000°C, доступная стоимость. Не допускаются к применению в цехах с высоким содержанием серы.
  • Хромель-копелевые. Применение сходно с предыдущим типом, особенность – сохранение работоспособности только в неагрессивных жидких и газообразных средах. Часто используются для измерения температуры в мартеновских печах.
  • Железо-константовые. Эффективны в разреженной атмосфере.
  • Платинородий-платиновые. Наиболее дорогие. Для них характерны стабильные и точные показания. Используются для измерения высоких температур.
  • Вольфрам-рениевые. Обычно в их конструкции присутствуют защитные кожухи. Основная область применения – измерение сред со сверхвысокими температурами.

Терморезистивные датчики

Принцип действия резистивных датчиков температуры (RTD) основан на зависимости сопротивления проводника или полупроводника от температуры. Для изготовления проводников применяют материалы с высоким температурным коэффициентом сопротивления и линейным соответствием сопротивления и температуры. Указанные характеристики относятся к пластине, в несколько меньшей степени – к меди.

Преимущества проводниковых термометров сопротивления:

  • простая и надежная конструкция, которая обуславливает использование этих устройств в машиностроении и электронике;
  • высокая точность и чувствительность;
  • простые устройства считывания.

Пример – модель 700-101ВАА-В00, в конструкции которой присутствуют платиновая пластинка и никелевые контакты. Платиновые устройства могут работать в пределах -260…+1100°C.

Полупроводниковые датчики температуры демонстрируют высокую стабильность характеристик во времени. Полупроводниковые терморезисторы имеют большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Датчики температуры с отрицательным ТКС называются термисторами (с ростом температуры сопротивление снижается), с положительным – позисторами (с возрастанием температуры сопротивление увеличивается). Обозначение термисторов – NTC, позисторов – PTC.

Аналоговые и цифровые термометры

Аналоговые

Эти устройства обычно недороги и не требуют сложного ухода. Главная их проблема – шкала. Либо она показывает температуру с высокой точностью, но измерительный интервал при этом очень мал, либо охватывает широкий температурный диапазон, но точность показаний – приблизительна.

Цифровые

Такие устройства дороже, по сравнению с аналоговыми, но их точность гораздо выше. Позволяют производить измерения в широком интервале, применяются в быту и технике.

Генераторные датчики

К группе генераторных датчиков можно отнести преобразователи различных видов энергии в электрическую. Наибольшее примене­ние в качестве датчиков находят индукционные, термоэлектриче­ские и пьезоэлектрические преобразователи.

Читайте также  Авр для генератора pramac

Индукционные датчики.

Принцип действия индукционных датчи­ков основан на законе электромагнитной индукции, дающем воз­можность непосредственного преобразования входной: измеряемой Величины в ЭДС без источника дополнительной энергии. К этим датчикам относятся тахогенераторы постоянного и переменного то­ка, представляющие собой небольшие электромашинные генерато­ры, у которых выходное напряжение пропорционально угловой ско­рости вращения вала генератора. Тахогенераторы используются как датчики угловой скорости.

Тахогенераторы постоянного тока бывают двух ти­пов: с возбуждением от постоянных магнитов и с электромагнит­ным возбуждением от независимого источника постоянного тока.

Так как индуктированная электродвижущая сила пропорциональ­на не только скорости вращения, но и магнитному потоку:

,

то основным требованием к тахогенераторам является постоянст­во магнитного потока.

Тахогенераторы переменного тока также бывают двух типов: синхронные и асинхронные.

Синхронные тахогенераторы имеют простую конструкцию и со­стоят из статора (наружной обмотки) и ротора, выполненного в виде постоянного магнита с несколькими полюсами (рис. 7.12). При вращении ротора в статоре индуктируется ЭДС, значение и частота которой определяются известными формулами:

Следовательно, с изменением скорости вращения вместе с ЭДС изменяется и частота. Это создает неудобство при использовании такого датчика в автоматических устройствах с индуктив­ностью и емкостью, так как при изменении скорости вра­щения будут изменяться пара­метры (индуктивное и емкост­ное сопротивления) нагрузки и самого тахогенератора, бла­годаря чему линейность ста­тической характеристики нару­шается. Это явление наклады­вает определенные ограниче­ния в применении синхронных тахогенераторов. Их применяют лишь в качестве индикаторов для непосредственного измере­ния скорости вращения.

Асинхронный тахогенератор нашел широкое применение в ав­томатических схемах управления, так как его частота не зависит от скорости вращения ротора, что создает линейность статической характеристики.

Конструктивно асинхронный тахогенератор представляет собой асинхронный двухфазный двигатель с полым ротором. Две обмотки статора сдвинуты на 90º и к одной из них подводится постоянное по амплитуде и частоте напряжение возбуждения, создающее маг­нитный поток Ф1 (рис. 7.13). Этот поток никакого влияния на вторую обмотку при неподвижном роторе не оказывает, так как пер­пендикулярен ее магнитной оси, поэтому при неподвижном роторе вторая обмотка никакого напряжения создавать не будет. Но если ротор начнет вращаться, то его стенки будет пересекать поток Ф1и в них появятся токи, создающие магнитный поток Ф2, уже направленный по магнитной оси второй катушки.

Так как поток Ф1 изменяется по синусоиде, то и поток Ф2 будет тоже синусоидаль­ным и будет наводить вследствие этого во второй обмотке индук­тированную ЭДС

где f — частота, определяемая только частотой напряжения возбуж­дения; К — коэффициент пропорциональности.

От скорости вращения зависит только поток Ф2, создаваемый током в роторе, который зависит от потока Ф1 и частоты враще­ния п:

,

Так как поток Ф1 прямо пропорционален напряжению возбужде­ния, поддерживаемому постоянным, то

т. е. индуцированная во второй обмотке электродвижущая сила прямо пропорциональна скорости вращения ротора.

Термоэлектрические датчики предназначены для измерения температуры. Они состоят из двух термоэлектродов 1 и 2, изготов­ляющихся из разнородных проводников (рис. 7.14). Одни концы этих проводников сварены (спаяны), а дне других служат выходом датчика, откуда снимается выходное напряжение. Точка спая термоэлектродов помещается в область контролируемой температуры.

Если температура свободных «холодных» концов термопары t1 отличается от температуры горячего спая U, то в силу термоэлектри­ческого эффекта в термоэлектродах возникает термо-ЭДС E1, пропорциональная разности температур. Это можно объяснить тем, что энергия свободных электронов в различных металлах по-разному растет с ростом температуры. Если вдоль проводника существует перепад температуры, то электроны на горячем конце приобретают более высо­кие энергии и скорости, чем на холод­ном, благодаря этому возникает движе­ние электронов от горячего конца к хо­лодному, разное в разных металлах.

При наличии замкнутой цепи разное движе­ние электронов создает ток, который можно трактовать как результат возник­новения термоэлектродвижущей силы в горячем спае. За счет этой ЭДС появ­ляется выходное напряжение Uвых = E1 = С(t2t1), где С — коэффициент пропорциональности, завися­щий от материала проводников термопары. Возникновение тер­мо-ЭДС позволяет термопару (термоэлемент) называть датчиком-генератором.

Статические характеристики большинства термопар нелиней­ные. Чаще всего используются следующие термопары: хромель — копель (до 600°С длительный нагрев); хромель — алюмель (до 1000°С); платина — платинородий (до 1300°С); вольфрам — мо­либден (до 2100°С). Термо-ЭДС при максимальной рабочей тем­пературе не превышает 10 — 50 мВ.

Все термопары обладают инерционностью. Постоянные времени термопар в зависимости от конструкции могут быть от десятых долей секунды до не­скольких сотен секунд.

Пьезоэлектрические датчики.

Они применяются для получения элек­трических зарядов. Обра­зующихся на поверхно­сти некоторых кристал­лов при их сжатии. Эти датчики чаще всего из­готовляют из кварца. Та­кой датчик представляет собой кварцевую пластину, на одной из сторон которой напыле­ны (или приклеены токопроводящим клеем) электроды, к кото­рым припаиваются вывода (рис. 7.15).

При сжатии кварцевой пластины силой Р на ее противополож­ных поверхностях, а следовательно, и на электродах в силу прямо­го пьезоэлектрического эффекта возникают электрические заряды.

Величина заряда пропорциональна сжимающей силе Р, т. е. Q = dP, где d — коэффициент пропорциональности, называемый пьезомодулем.

При изменяющейся силе Р появляется выходное напряжение:

,

где Сд — емкость датчика (конденсатора, образованного электро­дами и кварцевым диэлектриком); См — емкость монтажа.

Из этой формулы видно, что, зная выходное напряжение, мож­но определить силу Р.Если Р постоянна, то 0.

Пьезоэлектрические датчики безынерционны. Они используются для измерения сил, давления, вибрации и для других измерений, в которых прямо или косвенно проявляются силовые воздействия. Выходное напряжение пьезоэлектрических датчиков составляет от единиц милливольт до единиц вольт. Для усиления выходного на­пряжения пьезоэлектрического датчика необходимо применять уси­литель с очень большим входным сопротивлением.

Фотоэлектрические датчики, фотоэлектрические реле.

К фото­электрическим датчикам генераторного типа относятся фотоэлементы с внешним фотоэффектом, которые в отличие от фо­тоэлементов с внутренним фотоэффектом (фотосопротивлений) под действием света выделяют свободные электроны. Этим создается разность потенциалов, возникает электрический ток, т. е. происхо­дит непосредственное преобразование света в электрическую вели­чину без модуляции энергии от постороннего источника. Конструк­тивно фотоэлементы генераторного типа бывают двух исполне­ний — вакуумные и полупроводниковые.

Вакуумные фотоэлементы вырабатывают сигнал (электрический ток) небольшой величины, и он не может непосредственно воздей­ствовать на исполнительный механизм. В этом случае совместно с вакуумным фотоэлементом применяют электронный усилитель.

Полупроводниковые фотоэлементы (фотодиод, фототранзистор) вырабатывают сигнал, величина которого в ряде случаев достаточ­на для непосредственного воздействия на измерительный прибор.

В настоящее время более широкое применение получили полу­проводниковые фотоэлементы, так как помимо большего по вели­чине вырабатываемого сигнала они имеют сравнительно с вакуум­ными меньшие габаритные размеры, больший срок службы, возмож­ность эксплуатации в местах, подверженных вибрации и ударам. Недостатком полупроводникового фотоэлемента является зависи­мость его характеристик от температуры окружающей среды (в ва­куумных фотоэлементах эта зависимость отсутствует).

Принципиальная схема варианта фотодатчика, имеющего ре­лейную характеристику, представлена на рис. 7.16. Если фотодиод Д не освещен, его внутреннее сопротивление велико, транзистор Т1 закрыт и реле P1 выключено. При освещении фотодиода внутрен­нее сопротивление его резко уменьшается и возникает ток в цепи: +ЕK — эмиттер — база транзистора — фотодиод Д1 — Ек. Транзистор открывается, реле Р1 включается. При повторном затемнении фотодиода его внутреннее сопротивление опять резко увеличивает­ся и реле Р1 выключается. Диод Д2 предохраняет транзистор Т1 от пробоя.

Фотоэлектрические датчики генераторного типа нашли широкое применение в системах автоматического контроля: для измерения силы света различных источников, освещенности, фотометрирования ультрафиолетовой радиа­ции и т. д. Путем фотоэлектриче­ского измерения радиации, ярко­сти или цвета накаленного тела можно судить о его температуре. В данном случае имеется после­довательное преобразование тем­пературы в лучистую энергию и лучистой энергии в электриче­скую.

Такие фотоэлектрические датчики называются также оптическими пирометрами. Фактически здесь сосредоточены два дат­чика: оптический и электрический. Оптический датчик относится к датчикам генераторного типа, так как преобразование теплоты в лучеиспускание происходит непосредственно, без вспомогатель­ного источника энергии.

Фотоэлектрические датчики, имеющие на выходе электрический ток, легко превращаются в фотоэлектрическое реле путем включе­ния в цепь этого тока электрического реле. В качестве реле исполь­зуются электромагнитные или бесконтактные. Особенно удобны для этой цели тиратроны, выполняющие одновременно функции усили­телей и реле. Фотоэлектрические реле получили также широкое применение в различных схемах автоматики — в сигнализации, бра­ковке, сортировке, счете, защите и т. д.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: