电动机绕组的热保护及浪涌电流限制
eetrendadi 2023-12-05

来源:今日电机

浪涌电流是峰值电流在电源第一次加到负载上时出现的,电源变压器或开关电源(例如D.C.驱动控制或相控SCR转换器)的滤波电容器中的低阻抗引起的。如果没有限制,这些峰值电流可能会损坏电源系统或直流电机的绕组, 限制浪涌电流方法之一是使用电阻传感器来根据温度改变其电阻。

这些组件非常小巧耐用,可以放置在需要保护的紧凑位置,例如直接在电机绕组内部,并且可以承受标准的清漆浸涂和烘烤操作以及其他处理。


1、双金属片热过载继电器

热过载继电器是最常见、最经济的电机过载保护装置之一,尤其是对于单相电机。双金属片是热电机过载继电器的工作组件,双金属片是将温度变化转换为机械位移的机械装置。双金属带由具有不同热膨胀率的两种不同的金属片组成,通过沿它们的长度铆接或焊接固定在一起。加热时,不同的热膨胀特性会导致两种金属以不同的速率膨胀,加热到高于其环境温度,这将导致双金属条沿一个方向弯曲。


热过载继电器安装在电机电路中,流向电机的电流流经双金属脱扣元件。流动的电流加热双金属片,从而导致双金属材料弯曲,并且在特定温度后,双金属片将打开继电器。打开继电器后,流向电机的电流将被切断,电机电路将被关闭。热过载继电器具有一个称为跳闸类别的类别,该类别表示过载条件的响应时间。通常,跳闸等级为10、20或30级。

具有双金属片的热过载继电器相对便宜,不需要高级控件即可读取信息,不利的一面是,在完全关闭之前,对升高的温度做出的反应很少。

2、热敏电阻传感器

热敏电阻内置于电机绕组中,可保护电动机免受堵转条件,持续过载和环境温度升高的影响。当电机冷却并且电机绕组的温度恢复到可接受的水平时,传感器电阻减小到复位水平。热敏电阻是由半导体材料制成的非线性电阻温度检测器,每个特定的热敏电阻都有其独特的电阻随温度变化的特性, 热敏电阻有两种类型:负温度系数(NTC)和正温度系数(PTC)。


正温度系数(PTC)类型的电阻随温度的升高而增加,当温度达到“拐点”或开关点时,PTC热敏电阻的电阻会急剧上升。NTC热敏电阻会随着温度升高而降低其电阻。NTC热敏电阻具有高电阻。接通电源后,它们会以功耗或热量的形式限制浪涌电流。随着NTC热敏电阻的发热,其电阻减小到大部分电源电压都施加到负载的程度。NTC热敏电阻的电压降不会影响正常的电路功能。正温度系数热敏电阻随温度升高而增加其电阻,它们通常不用于限制浪涌电流。相反,它们用作电机过载保护或用作为永久分体式电容器电机的起动绕组通电的开关。

3、KTY温度传感器

KTY温度传感器是一种硅传感器,也具有正温度系数,非常类似于PTC热敏电阻。对于KTY传感器,电阻和温度之间的关系近似线性。KTY传感器之间的工作温度范围可能会有所不同,但通常范围是-50°C至200°C。在工作温度范围内,可以通过二阶方程计算各种温度下传感器的电阻响应。一旦找到电阻,就可以导出温度系数,然后使用该温度系数,可以使用估算近似线性电阻对温度曲线的公式来计算传感器处的温度。


KTY温度传感器正越来越多地用于关键应用中,尤其是在大型高投资电机(例如扭矩电机和水冷电机)中。KTY传感器允许从温度读数中获得高级信息。例如,由于温度结果的准确性和线性性,更容易实现警告和降低的运行状态。

4、RTD传感器(RTD)

电阻温度检测器(RTD)或铂电阻温度计,许多RTD传感器是使用缠绕在陶瓷芯上的导线构造的,RTD 包含铂、镍或铜线,因为这些材料是正温度系数材料。这意味着随着温度升高电阻也随之增加 – 电阻的这种变化将用于探测和测量温度变化。RTD中使用铂是因为它具有线性电阻与温度的关系,在整个工作温度范围内,铂的重复性很高。电阻和温度之间的关系由Callendar-Van Dusen方程计算,该方程可简化为线性方程。随着铂传感器暴露于不断升高的温度,铂的电阻与温度升高成正比。RTD是无源设备,它不会自行产生输出。外部电子设备用于通过使小的电流流过传感器以产生电压来测量传感器的电阻。

结  论

电机绕组热保护可以有多种选择,但是基本原理是相同的,绕组保护采用传感器来监控电机定子绕组的热状况,当发生热过载时,热绕组保护会让电机自动停机。电机的热绕组保护是自动化设备中的关键组件,这样就可以防止绕组温度过高,最终避免绕组绝缘永久性击穿和失效。所使用的热保护可能有所不同,主要取决与热测量的方法以及该保护设备与变频驱动器(VFD)的相互作用方式。

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