Jak wybrać termorelę do ochrony silnika

Termostaty do ochrony przed przeciążeniem silników: zasady, wybór i zastosowanie

W systemach sterowania silnikami bezpieczniki są głównie używane do ochrony przed przepięćciem. Jednak nie chronią one przed przegrzaniem spowodowanym długotrwałym przeciążeniem, częstym przełączaniem w przód-tył lub pracą przy napięciu poniżej normy. Obecnie szeroko stosowane są termostaty do ochrony przed przeciążeniem silników. Termostat to urządzenie ochronne działające na zasadzie efektu termicznego prądu elektrycznego, jest to właściwie rodzaj relacji prądowej. Działa on poprzez generowanie ciepła przez prąd płynący w jego elementzie grzewczym, co powoduje deformację taśmy dwumetalowej (wykonanej z dwóch metali o różnych współczynnikach rozszerzalności). Gdy deformacja osiągnie określony próg, uruchamia mechanizm połączeniowy, otwierając obwód sterujący. To dezaktywuje kontaktor i rozłącza główny obwód, co chroni silnik przed przeciążeniem.

Termostaty klasyfikuje się według liczby elementów grzewczych: dwupolowe i trzypolowe. Relacje trzypolowe dzielą się dalej na modele z i bez ochrony przed utratą fazy. Wspólne seriale to JR0, JR9, JR14 i JR16. Charakterystyka czasowo-prądowa (charakterystyka amper-sekundowa) termostatów zwykle ma zachowanie odwrotnej zależności od dopuszczalnej krzywej przeciążenia silnika: im większy prąd przeciążenia, tym krótszy czas wyłączania; odwrotnie, im mniejszy prąd przeciążenia, tym dłuższy czas wyłączania. Dzięki właściwemu dobrowolnemu, relacja może wytrącić się przed osiągnięciem przez silnik swojego limitu termicznego, co umożliwia pełny wykorzystanie możliwości przeciążenia silnika, jednocześnie zapobiegając uszkodzeniom.

Ze względu na swoją małą wielkość, prostą konstrukcję i niski koszt, termostaty są szeroko stosowane w aplikacjach przemysłowych do ochrony silników.

I. Ochrona silników za pomocą termostatów

Typ połączenia wiązek statorowych silnika określa charakterystyki przeciążenia i utraty fazy, które z kolei dyktują odpowiedni typ termostatów.

Połączenie gwiazdowe (Y) wiązek statorowych

W połączeniu gwiazdowym prąd linii równy jest prądowi fazowemu. Podczas przeciążenia silnika wszystkie trzy prądy fazowe zazwyczaj wzrastają. Gdy napięcie trójfazowe jest zbilansowane i prądy silnika są symetryczne, dwupolowy termostat może skutecznie chronić silnik trójfazowy. Jeśli jednak napięcie trójfazowe jest silnie niezbalansowane (np. 4% nierównomierności napięcia może spowodować do 25% nierównomierności prądu), lub wystąpi krótkie zwarcie jednej fazy, gdzie prąd awaryjny nie przechodzi przez element grzewczy, dwupolowy termostat może nie zapewniać odpowiedniej ochrony. W takich przypadkach należy używać trzypolowego termostatów.

Połączenie trójkątne (Δ) wiązek statorowych

W normalnym trybie pracy prąd linii (I) = 0,58 × prąd fazowy (Iφ), a prąd fazowy Iφ = 0,58 × prąd linii I. Gdy jedna faza zasilania jest utracona (np. jeden bezpiecznik pękł), jak pokazano na Rysunku 1 (z otwartą fazą B), ze względu na równe impedancje wiązek, Ic = Ia + Ib = 1,5Iφ, a Ib = (2/3)Ic. To pokazuje, że prąd linii nie odzwierciedla już dokładnie prądu fazowego, więc ochrona oparta na prądzie linii nie wykrywa prawdziwego przeciążenia wiązek.

Gdy utrata fazy występuje pod pełnym obciążeniem, Ia = 0,58Ie, Ib = 1,16Ie—ten nadmierny prąd jest wystarczający, aby standardowy trzypolowy termostat wyłączył się. Jednak pod 64% obciążenia nominalnego z utratą fazy, Ia = 0,37Ie, Ib = 0,75Ie. Nadmierny prąd wynikający z utraty fazy jest mniejszy niż 20%, więc standardowy trzypolowy termostat może nie wyłączyć się, mimo że jedna faza nosi 58% więcej niż jej normalny prąd, co naraża silnik na spalenie. Dlatego dla silników połączonych trójkątnie, standardowe trzypolowe termostaty nie zapewniają skutecznej ochrony; należy używać relacji ochronnych przed utratą fazy.

Gdy jedna wiązka statorowa pęka (np. luźne połączenie między przewodem wiązki a terminalem, takie jak otwarte między A i B, jak pokazano na Rysunku 2), to Ia = Ic = Iφ, a Ib = Iφ. W tym przypadku, jeden prąd linii równy jest prądowi fazowemu, tak jak w normalnej pracy. W tym przypadku, relacja ochronna przed utratą fazy nadal może zapewniać ochronę, podczas gdy urządzenia ochronne przed utratą fazy, które polegają na wykrywaniu utraty fazy po stronie zasilania, nie będą działać.

II. Wybór termostatów

Prawidłowy wybór i użycie termostatów to znana kwestia, jednak wciąż często występują wypadki spalania silników z powodu niewłaściwego wyboru i użycia. Dlatego początkujący powinni zwrócić uwagę na następujące punkty oprócz podążania za standardowymi wytycznymi:

• Zrozumieć model, specyfikację i cechy silnika, który ma być chroniony.

• Wybór typu: W rejonach wiejskich z częstym niezbalansowaniem napięcia trójfazowego, używaj standardowych trzypolowych termostatów dla silników połączonych gwiazdowo, a relacji ochronnych przed utratą fazy dla silników połączonych trójkątnie.

• Wybór nominalnej wartości prądu: Wybierz nominalną wartość prądu termostatów na podstawie nominalnej wartości prądu silnika, a następnie wybierz nominalną wartość prądu elementu grzewczego. Zakres regulacji prądu elementu grzewczego można znaleźć w tabelach producenta. Jeśli prąd startowy silnika wynosi około 6 razy nominalny prąd i czas startu jest poniżej 5 sekund, ustaw prąd elementu grzewczego na równy nominalny prąd silnika. Dla silników z dłuższym czasem startu, obciążeniami impaktowymi lub tam, gdzie nie można zatrzymać, ustaw prąd na 1,1–1,15 razy nominalny prąd silnika.

• Przykład: Silnik ma nominalny prąd 30,3 A, prąd startowy 6 razy nominalny, krótki czas startu, bez obciążeń impaktowych. Odpowiednie modele to JR0-40, JR0-60 lub JR16-60. Używając JR16-60: nominalny prąd relacji wynosi 60 A, typ trzypolowy. Wybierz element grzewczy 32 A, regulowany do około 30,3 A.

• Wybór przewodów: Użycie przewodów zbyt grubych lub zbyt cienkich wpływa na odprowadzanie ciepła, a tym samym na wydajność termostatów. Rozmiar przewodów powinien być zgodny z instrukcjami producenta lub podręcznikami elektrycznymi.

• Silniki o słabej zdolności przeciążenia lub słabym chłodzeniu: Ustaw nominalny prąd termostatów na 60%–80% nominalnego prądu silnika.

• Tryb resetowania: Termostaty zwykle oferują zarówno tryb ręcznego, jak i automatycznego resetowania, przełączany za pomocą śruby regulacyjnej. Produccenci zazwyczaj wysyłają je w trybie automatycznego resetowania. Wybór zależy od obwodu sterującego. Zasada mówi, że nawet jeśli relacja resetuje się automatycznie, chroniony silnik nie powinien restartować automatycznie—inaczej ustaw relację na ręczne resetowanie, aby zapobiec wielokrotnym startom w warunkach awarii i uszkodzeniom sprzętu. Na przykład, w obwodach ręcznego startu/zatrzymania z użyciem przycisków, automatyczne resetowanie jest akceptowalne; w obwodach automatycznego startu, używaj ręcznego resetowania.

III. Uwagi dotyczące użytkowania

Aby przedłużyć żywotność termostatów i zapewnić optymalną wydajność, należy zastosować następujące zasady:

• Używaj przewodów łączących w zaciskach relacji o średnicach surowych ściśle zgodnych z specyfikacjami.

• Termostaty nie zapewniają ochrony przed przepięciem—muszą być osobno instalowane bezpieczniki. Nie są one odpowiednie dla silników o bardzo długim czasie startu, częstym działaniu lub cyklicznym obciążeniu.

• Podczas montażu z innymi urządzeniami, zamontuj termostat poniżej nich, aby uniknąć zakłóceń cieplnych. Regularnie usuwaj kurz i brud.

• Po wyłączeniu, automatyczne resetowanie następuje w ciągu 5 sekund; ręczne resetowanie wymaga odczekania 2 minut przed naciśnięciem przycisku resetowania.

• Po awarii przepięcia, sprawdź element grzewczy pod kątem uszkodzeń i taśmę dwumetalową pod kątem deformacji (nigdy nie zginać taśmy dwumetalowej), ale nie usuwaj elementów.

• Podczas wymiany termostatów, upewnij się, że nowy jest zgodny ze specyfikacjami oryginalnego.

Podsumowanie

Tylko poprzez prawidłowy wybór, poprawne podłączenie i odpowiednie użycie termostatów można osiągnąć skuteczną ochronę przed przeciążeniem silników.