حفاظت حرارتی الکتروموتور

چرا حفاظت حرارتی الکتروموتور ضروری است؟

به منظور جلوگیری از خرابی های غیرمنتظره ، تعمیرات پرهزینه و خسارات بعدی ناشی از خرابی موتور ، مهم است که موتور با نوعی وسیله حفاظتی تجهیز شده باشد. این مقاله به حفاظت حرارتی الکتروموتور می پردازد. که با جلوگیری از اضافه بار حرارتی بر روی آن  از آسیب و خرابی موتور جلوگیری می کند.

محافظ داخلی اغلب مواقع به قطع کننده مدار خارجی نیاز دارد در حالی که برخی از انواع محافظ موتور داخلی حتی به رله اضافه بار نیاز دارند.

حفاظت داخلی / حفاظت تعبیه شده در داخل موتور

چرا در حفاظت حرارتی الکتروموتور از حفاظت داخلی استفاده می شود ، در حالی که مدار فرمان و قدرت الکتروموتور از قبل با رله ها و فیوزهای اضافه بار مجهز شده است؟ گاهی اوقات رله اضافه بار ، اضافه بار موتور را ثبت نمی کند.

چند تا از این دلایل به شرح زیر است:

1. اگر موتور پوشانده شود و به آرامی گرم شود تا به دمای بالایی برسد که به آن آسیب می رساند.
2. به صورت کلی، دمای محیط زیاد
3. اگر حفاظت خارجی موتور برای جریان قطع خیلی زیاد تنظیم شده باشد یا بصورت نادرست نصب شده باشد.
4. اگر یک موتور، در زمان کوتاهی، چندین بار راه اندازی شود (پدیده short cycling). جریان راه اندازی موتور را داغ کرده و در نهایت به آن آسیب می زند.
5. فرض کنید پروانه فن شکسته باشد یا سوراخ های تهویه کاسه باد مسدود شده باشد موتور داغ می کند اما حفاظت خارجی هیچ واکنشی نشان نمی دهد.

درجه حفاظتی که تجهیزات حفاطت داخلی در الکتروموتور تامین می کنند در استاندارد IEC 60034-11 دسته بندی بندی شده است.

مشخصه TP

TP مخفف کلمات حفاظت دمایی (Thermal Protection) است. انواع مختلف حفاظت دمایی وجود دارد و با یک کد TP شناسایی می شوند فرمت کد TP بصورت TPxxx است که بیانگر:

• نوع اضافه بار حرارتی که حفاظت حرارتی الکتروموتور برای آن طراحی شده است (رقم اول)
• تعداد سطوح و نوع عمل (رقم دوم)
• گروه حفاظت حرارتی تعبیه شده در داخل موتور (رقم سوم)

وقتی که موضوع حفاظت موتور پمپ باشد، متداول ترین انواع مشخصه های TP شامل:

• TP 111 – حفاظت در مقابل اضافه باز آرام
• TP 211 – حفاظت در برابر اضافه بار سریع و آرام

حفاظت داخلی تعبیه شده در سیم پیچ ها

نشان دهنده سطح دمای مجاز هنگامی که موتور در معرض اضافه بار حرارتی قرار می گیرد. گروه 2 دمای بالاتری را نسبت به گروه 1 اجازه می دهد.

اطلاعات در مورد نوع حفاظت حرارتی الکتروموتور را می توان با استفاده از کد TP در پلاک موتور یافت مشخصه (حفاظت دمایی) مطابق با استاندارد IEC 60034-11 می باشد.

انواع حفاظت کننده های داخلی الکتروموتور

در حالت کلی، حفاظت داخلی با استفاده از دو نوع حفاظت کننده می تواند پیاده سازی شود.

1. حفاظت کننده های دمایی
2. ترمیستورها

محافظهای حرارتی – قرار داده شده در جعبه ترمینال

محافظهای حرارتی یا ترموستاتها از یک ضربه نگهانی ایجاد شده توسط یک بی متال استفاده می کند این نوع سوئیچ با رسیدن به دمای خاصی یک کلید بسته را به وضعیت باز باز یا یک کلید باز را به وضعیت بسته تغییر می دهد. محفاظهای دمایی در برندهای مختلفی وجود دارند. اما برندهای اروپایی thermik، Tomic و آمریکایی Klixon شناخته شده هستند.

هنگامی که یک دیسک بی متال به دمای از پیش تعیین شده می رسد. یک مجموعه یکی یا چند تایی کنتاکتهایی که مدار کنترل را تغذیه کنند می بندد یا باز می کند. ترموستات ها در دو نوع نرمال بسته (NC) و نرمال باز (NO) مورد استفاده هستند اما هر ترموستات فقط می تواند یکی از این حالات را داشته باشد.

ترموستاتها از قبل توسط سازنده کالیبره شده اند و توسط مصرف کننده قابل تنظیم نیستند. دیسک های بصورت کاملا بسته و مهر و موم آب بندی شده و در تخته ترمینال قرار گرفته اند.

پلاک نامی بالایی: TP 211 در یک موتور MG 3.0 کیلووات با PTC تجهیز شده است.
پلاک نامی پایینی: TP 111 در یک موتور Grundfos با توان 18.5 کیلووات موتور با PTC تجهیز شده است.

نمادهای ترموسوئیچ موتور

نمادها (چپ به راست)

1. ترموسوئیچ بدون هیتر
2. ترموسوئیچ با هیتر
3. ترموسوئیچ بدون هیتر برای موتورهای سه فاز (محافظ نقطه ستاره)

یک ترموستات اگر بصورت نرمال باز باشد، می تواند یک مدار هشدار را فعال کند یا اگر نرمال بسته باشد و بصورت سری با کنتاکتور قرار گرفته باشد، می تواند مدار بوبین کنتاکتور موتور را قطع کند.

چونکه ترموستاتها در محیط بیرون از سر کلاف قرار گرفته اند، دمای آن ناحیه را حس می کنند، در هنگام اتصال در موتورهای سه فاز، ترموستاتها برای حفاظت در مقابل شرایط روتور قفل که دما به سرعت تغییر می کند خیلی مطمئن نیستند.

در موتورهای تک فاز ترموستاتها الکتروموتور را در مقابل شرایط روتور قفل یا بار اضافی محافظت می کنند.

ترموسوئیچ – قرار گرفته داخل سیم پیچی

محافظهای حرارتی همچنین می توانند در داخل سیم پیچی قرار داده شوند، ، تصویر زیر را مشاهده کنید. آنها به عنوان یک قطع کننده حساس برقی در موتورهای تک و سه فاز عمل می کنند. در موتورهای تک فاز تا موتورهای با اندازه 1.1 کیلووات می توانند بعنوان محافظ سیم پیچی مستقیما در مدار اصلی (قدرت ) قرار بگیرند.

نماد حفاظت حرارتی

حفاظت حرارتی می تواند بصورت سری با سیم پیچی متصل شود یا در مدار کنترل الکتروموتور قرار بگیرد.

اتصالات داخلی ترموسوئیچ

در موتورهای تکفاز از یک ترموسوئیچ تکی استفاده می شود. در موتورهای سه فاز دو ترموسوئیچ که بصورت سری با یکدیگر هستند در بین فازهای موتور قرار داده می شوند. در این روش همه سه فاز حداقل در تماس با یک ترموسوئیچ قرار دارند.

ترموسوئیچ در موتورهای بزرگ که جریان راه اندازی زیادی دارند در مقابل شرایط روتور قفل خیلی کارآمد نیست اما در موتورهای کوچک و تکفاز در مقابل این خطا نیز عملکرد نسبتا خوبی دارد.

ترموسوئیچ چگونه کار می کند؟

ساختمان داخلی یک ترموسوئیچ و نحوه قرار گیری آن در سیم پیچ الکتروموتور در شکل زیر نمایش داده شده است. با افزایش دما، فلز بی متال به یک سمت خم شده و باعث قطع اتصال کنتاکت سوئیچ می شود. بعد از قطع شدن الکتروموتور دمای سیم پیچ شروع به کاهش می کند در دمایی پایین تر از دمای وصل مجددا سوئیچ ریست شده و به حالت اول خود باز می گردد.

اگر به دنبال خرید تجهیزات حفاظت حرارتی الکتروموتور هستید مقاله قیمت ترموگارد، بریکر فیوز و ترمیستور PTC را نیز بخوانید.

شکل زیر منحنی زیر منحنی عملکرد یک ترموسوئیچ را نشان می دهد. مقاومت دو سر آن در حالت معمول صفر است (NC) با افزایش دما مقاومت در همان حالت باقی می ماند با رسیدن دما به نقطه عملکرد سوئیچ تغییر وضعیت می دهد و باز می شود و مقاومت آن به سمت بی نهایت می رود.  در نقطه عملکرد بسته به کیفیت ساخت سوئیچ یک مقدار تلرانس وجود دارد که تلرانس معمول 5 درجه سانتیگراد است.

مقاومت به صورت تابعی از دما برای یک ترموسوئیچ نوعی

• برای الکتروموتورهای کلاس B معمولا از ترموسوئیچ های 130 و 140 درجه استفاده می شود.
• برای الکتروموتورهای کلاس F معمولا از ترموسوئیچ های 150 و 160 درجه استفاده می شود.

مشخصه TP در نمودار

حفاظت مطابق با استاندارد IEC 60034-11 عدد TP 111 (اضافه بار کند) است. به منظور کنترل روتور قفل شده ، موتور باید با رله اضافه بار مجهز شود.

که در اینجا

که در اینجا

S1: کلید خاموش/روشن
S2: کلید خاموش
K1: کنتاکتور
t: ترموسوئیچ در موتور
M: موتور
MV: رله اضافه بار

ترموسوئیچ ها را می توان به صورت زیر بارگیری کرد:

U_max = 250 V AC
I_N = 1.5 A
I_max = 5.0 A (cut-in and cut-out current)

ترمیستورها – این قطعات نیز در داخل سیم پیچ قرار می گیرند.

نوع دوم حفاظت داخلی ترمیستورها یا حسگرهای ضریب دما مثبت (PTC) هستند. ترمیستورها در داخل سیم پیچ های موتور قرار می گیرند و موتور را در برابر شرایط روتور قفل، اضافه بار پیوسته و دمای محیط زیاد حفاظت می کنند. برای درک بهتر نحوه عملکرد ترمیستور PTC منحنی عملکرد آن در شکل زیر آورده شده است. مقاومت با افزایش دما تغییری نمی کند با رسیدن به محدوده نزدیک به نقطه عملکرد ناگهان جهش کرده و افزایش می یابد.

مقاله قیمت PTC پی تی سی را نیز بخوانید.

حفاظت دمایی با پایش دمای سیم پیچ های موتور توسط سنسورهای PTC انجام می شود. اگر دمای سیم پیچ های موتور  از دمای قطع بیشتر شود سنسور وارد عمل شده و مقاومت آن نسبت به تغییر دما بصورت خیلی سریع افزایش می یابد.

در نتیجه این تغییر قابل توجه مقاومت توسط رله ترمیستور PTC تشخیص داده می شود و این رله یک کنتاکت بسته را باز می کند و یک کنتاکت باز را می بندد. از کنتاکت نرمال بسته آن در مسیر کنتاکتور اصلی موتور استفاده می شود که باعث قطع شدن موتور می گردد. با قطع شدن موتور و رسیدن دمای موتور به مقدار قابل قبول، مقاومت سنسور به مقدار معمول (سرد) خود باز می گردد. که معمولا چند صد کیلو اهم است.

در این نقطه ماژول خود به خود ریست می شود، مگر اینکه برای تنظیم مجدد دستی تنظیم شده باشد. هنگامی که ترمیستور در بیرون سرکلاف سیم پیچی قرار گرفته باشد، ترمیستور فقط می تواند در دسته بندی TP 111 قرار بگیرد.این بدین دلیل است که ترمیستورها تماس کامل با سر کلاف نخواهند داشت و لذا، نمی توانند به همان سرعتی که در داخل سیم پیچ ها قرار می گیرند عمل کنند.

نماد ترمیستور PTC

سیستم حسگر دمایی از سه عدد سنسور ترمیستور PTC که بصورت سری قرار گرفته اند تشکیل شده است. هر کدام بین دو فاز قرار می گیرد. و یک کنترل کننده حالت جامد (الکترونیکی) به عنوان ماژول کنترل عمل می کند. یک مجموعه از سنسورها از سه سنسور تشکیل شده است. که یکی در هر فاز قرار می گیرد.

حفاظت PTC تعبیه شده داخل سیم پیچ ه

در برخی از الکتروموتورهای آسانسور دو دور از ترمیستورهای PTC شش تایی استفاده می شود که یکی در هر فاز در هر سیم پیچی دور تند و کند قرار می گیرد.

مرجع:

1- تجربیات شخصی طراحی و ساخت الکتروموتور
2- وبسایت تخصصی motordrive.ir
3- وبسایت: https://electrical-engineering-portal.com