МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

(Минсельхоз России)

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КУРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМ. ПРОФ. И.И.ИВАНОВА»

Кафедра Электротехники и мж Лабораторная работа №5 изучение температурной защиты электродвигателей

по дисциплине «Электропривод»

КУРСК – 2007

Составили: профессор Серебровский В.И.

преподаватель Назаренко Ю.В.

Лабораторная работа №5

Изучение температурной защиты электродвигателей

Цель работы: Изучить назначение, конструкцию и принцип действия встроенной температурной защиты электродвигателей.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Изучение причин выхода из строя асинхронных двигателей показало, что они, в основном, происходят из-за перегрева изоляции статорных обмоток. Причём до 85 % перегревов происходит от перегрузок, обрыва фазы, заклинивания рабочего механизма и разрушения подшипников. Таким образом вопрос о надёжности асинхронных двигателей сводится к надёжной защите статорных обмоток от перегрева.

Основным видом электрической защиты электродвигателей до последнего времени являлось сочетание предохранителей с магнитными пускателями. Предохранители, как правило, устраняют короткое замыкание, но в ряде случаев вызывают другой, более частый вид повреждения – обрыв фазы. Поэтому в последнее время их стали заменять автоматическими включателями. Роль защиты от сверхтоков, вызываемых перегрузками или другими ненормальными режимами, следствием которых является изменение температуры обмоток статора и в целом электродвигателя выполняют тепловые реле магнитных пускателей, встраиваемые в цепь питания электродвигателя и реагирующие на величину тока, протекающего через обмотки статора. Однако эта защита может эффективно работать только при тщательном проведении регулярной настройки тепловых реле применительно к условиям изменения внешних температур и подборе нагревательных элементов в строгом соответствии с номинальными параметрами защищаемого электродвигателя. Отсутствие в ряде случаев технической возможности постоянной настройки тепловой защиты, а также всё возрастающее количество электроприводов в сельскохозяйственном производстве выдвинули новые требования в разработке встроенной температурной защиты, чувствительный орган, который по своим тепловым параметрам являлся бы моделью обмоток защищаемого электродвигателя.

Наиболее совершенным устройством для защиты электродвигателей от коротких замыканий и перегрузок является встроенная температурная защита. Она позволяет отключить электродвигатели при длительных перегрузках, неправильных процессах пуска и торможения, повышенной частоте включений, обрыве фаз, колебаниях напряжения сети в пределах 70...110 % от номинального значения, заклинивании приводного механизма, включении электродвигателя с заклиненным ротором, повышенной температуре окружающей среды, нарушениях в системе охлаждения.

Температурная защита состоит из датчиков и управляющего устройства. В качестве датчиков используют терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления СТ 14 – 1А ( +130˚ ) или

СТ 14 – 1Б ( +105˚ ).

Терморезисторы СТ 14 – 1А изготовляют в виде дисков диаметром 3мм и толщиной 1,5мм.

Для изоляции дисков используют полиамидную плёнку ПМ – 1 толщиной

50 мкм, термические механические и электрические характеристики которой соответствуют условиям работы встроенных датчиков. Чувствительный орган защиты состоит из комплекта таких датчиков (три диска из расчёта один на фазу) и подаёт сигнал в управляющее устройство.

За последние годы были разработаны и освоены промышленностью два вида устройства встроенной температурной защиты: УВТЗ – 1 и УВТЗ – 4А, УВТЗ – 4Б (рис. 1). Принцип их действия одинаков, хотя схема и конструктивное оформление различны.

УВТЗ-1 УВТЗ-4Б

Рис. 1.

Устройство температурной защиты унифицированы для всех типов и размеров электродвигателей, взаимозаменяемы, не требуют регулировки и настройки при монтаже и эксплуатации.

Схема температурной защиты имеет управляющее устройство, преобразователь или токовый ключ и исполнительное реле.

Управляющее устройство служит для усиления сигнала, поступающего со встроенных в обмотку статора электродвигателя температурных датчиков, и преобразования в сигнал, управляющий отключением магнитных пускателей (типа ПМЕ, ПАЕ, ПА и других).

Устройство УВТЗ – 1 состоит из преобразователя и выходного реле. Преобразователь выполнен на транзисторах и служит для усиления сигнала, удобный для управления выходным реле. Он включает ёмкостный делитель напряжения, выпрямительный мост, сглаживающий фильтр и параметрический стабилизатор напряжения. В качестве выходного реле применено реле РЭС – 6, которое подаёт сигнал на управление магнитным пускателем.

Устройство УВТЗ – 1 работает следующим образом.

При нажатии кнопки «Пуск» магнитного пускателя на клеммы 1 и 4

(см. рис. 1, а, б.) подаётся напряжение питания. Если температура обмотки электродвигателя ниже рабочей температуры термодатчиков, то их сопротивление будет меньше сопротивления сбрасывания. В этом случае транзистор Т 1 будет закрыт, транзистор Т 2 – открыт. Таким образом, ток будет протекать только через транзистор Т 2 и управляющий переход тиристора Д 7. Тиристор и реле Р включаются, контакты реле замыкают цепь катушки магнитного пускателя и на электродвигатель подаётся напряжение. При повышении температуры обмотки статора сверх допустимого значения сопротивление термодатчиков резко возрастает до величины, при которой запирается транзистор Т 2 и открывается Т 1. Управляющий переход тиристора Д 7 при этом обесточивается, промежуточное реле РЭС – 21 отключается, разрывая цепь катушки магнитного пускателя и отключая тем самым электродвигатель от сети. Цепь магнитного пускателя будет разомкнута до тех пор, пока обмотка статора не охладится до температуры ниже допустимой.

В схеме автоматически осуществляется самоконтроль за работой электродвигателя, то есть обеспечивается гарантия отключения его при неисправности в каком-либо элементе температурной защиты.

Датчики температуры устанавливают в асинхронном двигателе при его изготовлении или капитальном ремонте, а также в действующем электродвигателе в условиях эксплуатации. Монтируют их в лобовой части со стороны свободного конца вала электродвигателя параллельно проводникам обмотки так, чтобы проводники плотно касались каждого датчика со всех сторон.

Датчики соединяют между собой последовательно, причём соединительные провода прокладывают по возможности параллельно проводам лобовой части обмотки. Для соединения датчиков применяют медный изолированный провод сечением не менее 0,5мм². После их установки измеряют сопротивление всей цепи датчиков, которое при температуре 20⁰±5⁰С должно быть в пределах 120...150 Ом.

Измерительный ток применяемого омметра не может превышать 50 мА, напряжение соответственно 2,5 В. Использовать для этих целей мегомметры не разрешается.

Сопротивление изоляции датчиков относительно обмотки и корпуса электродвигателя измеряют мегомметром 500 В, причём величина этого сопротивления не должна превышать 0,5 МОм.

Если датчики на действующих электродвигателях устанавливают в условиях эксплуатации, обмотку статора вначале разогревают до 100 – 120⁰С одним из доступных способов, например с помощью сварочного трансформатора. Ток в цепи обмотки статора при этом не должен превышать 0,25 – 0,30 I _ном. Деревянным клином раздвигают витки катушки фазной обмотки в лобовой части и в образующую щель устанавливают датчик. Все последующие операции выполняют, как указано выше. Поскольку обмотка статора в этом случае пропитке не подвергается, места установки датчиков обжимают и заливают пропиточным лаком или эпоксидной смолой. При невозможности установки датчиков в середину лобовой части обмотки их можно наклеить (например, клеем БФ) сверху по одному на каждую фазу обмотки. Точность срабатывания защиты при таком способе установки датчиков снижается и будет в значительной степени зависеть от окружающей температуры.

Монтаж устройств встроенной температурной защиты заключается в установке управляющего устройства, соответствующего типу магнитного пускателя, соединении их между собой и с цепью датчиков температуры с последующим присоединении к сети.

Управляющее устройство соединяют с датчиком изолированным проводом сечением не менее 0,5 мм² для медных проводов и 1,0 мм² - для алюминиевых.

Работоспособность смонтированного устройства проверяют нажатием кнопки «Пуск» магнитного пускателя. При исправном электродвигателе и правильном соединении датчиков устройства и магнитного пускателя, а также при исправном их состоянии электродвигатель вращается.

Убедившись в его нормальной работе на холостом ходу, цепь датчиков в коробке выводов электродвигателя размыкают. Если при этом электродвигатель отключится от сети, значит, устройство встроенной защиты работает нормально. Повторно проверяют защиту путём замыкания накоротко цепи датчиков в коробке выводов. В этом случае электродвигатель также должен отключиться от сети (таблица 5.1).

Техническое обслуживание проводят в зависимости от условий эксплуатации. При установке защитных устройств в пыльных помещениях техническое обслуживание проводят через три месяца, во влажных помещениях – через 45 дней, а на открытом воздухе – через 30 дней. В целях сокращения простоя машин их техническое обслуживание и текущие ремонты проводят одновременно с техническим обслуживанием и текущим ремонтом электродвигателя.

С 1979 года промышленностью освоено модернизированное устройство встроенной температурной защиты УВТЗ – 1М (см. рис. 2 а, б).

Выполнено оно в пластмассовом корпусе, состоящем из основания с контактами и крышки. Размеры корпуса и его конструктивных элементов предусматривают установку УВТЗ – 1М непосредственно в корпусе магнитного пускателя взамен теплового реле.

Устройство УВТЗ – 1М состоит из узла питания, преобразователя, выходного элемента. Узел питания имеет диодный мост Д 1, резисторы R1, R2, R3, R4 для ограничения тока в цепи стабитронов и разрядки конденсаторов при отклонении устройства от сети. Преобразователь, выполненный на транзисторах Т 1 – Т 4, служит для усиления сигнала датчиков, подключаемых через клемы 5 и 6, и преобразование его в сигнал для управления выходным элементом (промежуточным реле КR1), предназначенным для управления магнитным пускателем, коммутирующим цепь питания электродвигателя

Устройство УВТЗ – 1М работает следующим образом. При нажатии кнопки «Пуск» магнитного пускателя на клемы 1 и 4 подаётся напряжение питания.

Таблица 5.1

Характерные неисправности устройств

встроенной температурной защиты и способы их устранения

Неисправность	Причина	Способы устранения
При нажатии на кнопку «Пуск» электродвигатель не включается При работе электродвигатель отключается.	Обрыв в цепи термодатчиков. Короткое замыкание в цепи термодатчиков. Неисправность в УВТЗ – 1. Отсутствует напряжение. Перегрузка электродвигателя (заклинивание рабочего меха- низма, заклинивание ротора, отклонение напряжения от до- пустимых норм). Обрыв фазы. Нарушение в системе охлаждения, в том числе высокая температура окружающей среды	Устранить обрыв. Устранить замыка- ние. Подать напря- жение. Заменить УВТЗ – 1. Устранить перегруз- ку и после охлажде- ния электродвигате- ля включить его по- вторно. Устранить обрыв. Проверить вентиля- тор, очистить кожух от грязи.

Принципиальные электрические схемы

Рис. 2.

Если температура обмотки электродвигателя ниже предельно допустимого значения, то сопротивление датчиков мало и напряжение, поступающее на транзистор Т 4, будет больше напряжения срабатывания усилителей Т 3 и Т 4, определяемого делителями R6, R7, R8. В этом случае транзистор Т 4 будет открыт, а транзистор Т 1 и тиристор Д 3 закрыты, реле КR1 обесточено.

При увеличении температуры обмоток электродвигателя сверх предельно допустимого значения сопротивление датчиков резко возрастает и сигнал, поступающий с датчиков, уменьшается, транзистор Т 4 закрывается, а транзистор Т 1 открывается. Тиристор Д 3 и реле КР 1 включается, контакты реле размыкают цепь питания катушки магнитного пускателя, который отключает электродвигатель от сети.

В случае обрыва или короткого замыкания в цепи соединения датчиков транзистор Т 1 открывается, тиристор Д 3 и реле КР 1 включается, и контакты реле размыкают цепь питания катушки магнитного пускателя, который отключает электродвигатель от сети. Электрическая износоустойчивость исполнительного контакта при коммутации включаемого (отключаемого) тока в нормальных условиях – соответственно 25А и 2А, в пределах – 25А и 25A при напряжении 220 В и частоте 50 Гц выдерживает 2200 циклов.

Электрическое сопротивление новых, не бывших в эксплуатации устройств УВТЗ должно быть (в отапливаемых сухих помещениях) 10 МОм; после воздействия повышенных или пониженных температур – 3 МОм; после пребывания в течение 24 ч. в среде с влажностью 90% при температуре +20˚С – не менее 0,5 МОм.

Завод изготовитель поставляет УВТЗ – 1М в опломбированном виде, с дополнительными позисторами (3 шт.) с t_ср= + 105˚ (+ 130˚)С (по требованию заказчика).

Проверка работоспособности смонтированного устройства производится нажатием кнопки «Пуск» магнитного пускателя. При исправном электродвигателе и правильном соединении датчиков устройства и магнитного пускателя, а также при исправном их состоянии электродвигатель вращается. Убедившись в его нормальной работе на холостом ходу, необходимо разомкнуть цепь датчиков в коробке выводов электродвигателя. Если при этом электродвигатель отключается от сети, значит устройство встроенной температурной защиты работает нормально. Повторная проверка защиты производится путём замыкания накоротко цепи датчиков в коробке выводов. В этом случае электродвигатель также должен отключиться от сети.

Каждому установленному устройству встроенной температурной защиты присваивается номер. В хозяйстве вводится специальный журнал, в который заносят первичные данные при установке и в период эксплуатации. Записи производятся персоналом, обслуживающим электрические установки в колхозе и совхозе.

Эксплуатация электрических устройств типа УВТЗ должна осуществляться электротехническим персоналом хозяйств, имеющим квалификационную группу по технике электробезопасности не ниже 3.

Периодичность технических осмотров данных устройств зависит от условий эксплуатации: в помещениях с большим содержанием пыли – не реже одного раза в три месяца; в помещениях с повышенной влажностью (животноводческие помещения) – не реже одного раза в 1,5 месяца, а на открытом воздухе – не реже одного раза в месяц.

Технические уходы устройств типа УВТЗ рекомендуется проводить одновременно с техуходом электродвигателей и пускозащитной аппаратуры. При техническом уходе удаляется пыль, грязь и копоть с наружных частей, проверяется крепление винтов и гаек, а также состояние контактных поверхностей промежуточного реле. При нескольких подряд срабатываниях температурной защиты необходимо устранить причину, вызвавшую срабатывание и включить электродвигатель в работу. В случае неисправности устройство встроенной температурной защиты подлежит замене. Самостоятельно устранять неисправности в электрической схеме устройства запрещается.

Ремонт и регулировка срабатывания должна производиться специалистами с использованием контрольно-измерительных приборов.

Порядок выполнения работы

1. Знакомство с работой температурной защиты при помощи устройства

УВТЗ – 1 производить на лабораторном стенде, принципиальная схема которого представлена на рис. 2.

2. Осуществить запуск двигателя в работу включением автоматического выключателя АВ_АД и нажатием на кнопку «Пуск». При этом ручка реостата РР должна быть в крайнем левом положении, тумблеры S1, S2, S3, S4, автоматический выключатель АВ_1П включены, пакетный выключатель П3 в положении 1.

3. Производя последовательно обрыв фаз А, В, С, и нулевого провода тумблерами S1, S2, S3, S4 убедиться в том, что двигатель отключается мгновенно, если пропадает одна из фаз, питающих катушку магнитного пускателя, обрывается фазный или нулевой провод, подключённые для питания устройства управления УВТЗ.

4. Загрузить электродвигатель мощностью с помощью реостата РР.(I=3,6 А).

5. Оборвать автоматическим выключателем АВ_1П один из проводов, соединяющих обмотки электродвигателя с главными контактами магнитного пускателя.

6. Удостовериться в том, что потребляемый двигателем линейный ток возрос.

7. Перегрузив таким образом двигатель, наблюдать за изменением его температуры до тех пор, пока двигатель не отключится температурной защитой.

8. Температуру срабатывания защиты определить по микроамперметру, использованному для измерения температуры и проградуированному в градусах.

9. Через одну минуту после срабатывания температурной защиты вновь повторить выполнение пунктов 2, 3, 8.

10. По результатам трёх – четырёх срабатываний защиты определить среднюю температуру срабатывания.

Примечание: для более быстрого нагрева испытуемого электродвигателя преднамеренно ухудшена его теплоотдача – собственный вентилятор двигателя снят.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие недостатки, присущие защите электродвигателя с помощью тепловых реле устраняются использованием встроенной температурной защиты?

2. Конкретно от каких аварийных режимов защищает электродвигатель устройство встроенной температурной защиты?

3. Какие типы датчиков и с какими температурами срабатывания применяют при устройстве встроенной температурной защиты?

4. Как меняется сопротивление позисторов при изменении его температуры?

5. Каким образом в схеме температурной защиты осуществляется самоконтроль?

6. Как проверить сопротивление цепи и изоляции датчиков?

7. Как произвести проверку монтажа температурной защиты?

12

11

3

10

4

9

5

8

6

7