Thermistorschutz (Posistor) von Elektromotoren

Der Schutz asynchroner Elektromotoren vor Überhitzung erfolgt traditionell auf Basis des thermischen Überstromschutzes. Bei den meisten in Betrieb befindlichen Motoren wird ein thermischer Überstromschutz verwendet, der die tatsächlichen Betriebstemperaturbereiche von Elektromotoren sowie deren Temperaturkonstanten über die Zeit nicht genau berücksichtigt.

Beim indirekten thermischen Schutz eines Induktionsmotors Bimetallplatten in den Versorgungskreis der Statorwicklungen eines Asynchron-Elektromotors einbinden, und bei Überschreitung des maximal zulässigen Statorstroms schalten die Bimetallplatten bei Erwärmung die Statorversorgung von der Stromquelle ab.

Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass der Schutz nicht auf die Erwärmungstemperatur der Statorwicklungen, sondern auf die freigesetzte Wärmemenge reagiert, ohne die Betriebszeit in der Überlastzone und die tatsächlichen Kühlbedingungen des Induktionsmotors zu berücksichtigen .Dadurch kann die Überlastfähigkeit des Elektromotors nicht voll ausgenutzt werden und die Leistung von Geräten, die im intermittierenden Modus arbeiten, wird aufgrund von Fehlabschaltungen verringert.

Komplexität der Konstruktion ThermorelaisDie unzureichend hohe Zuverlässigkeit der darauf basierenden Schutzsysteme führte zur Schaffung eines Wärmeschutzes, der direkt auf die Temperatur des geschützten Objekts reagiert. In diesem Fall werden Temperatursensoren an der Motorwicklung angebracht.

Temperaturempfindliche Schutzeinrichtungen: Thermistoren, Posistoren

Durch die Verwendung von Temperatursensoren, Thermistoren und Positronen – Halbleiterwiderständen, die ihren Widerstandswert mit der Temperatur ändern … Thermistoren sind Halbleiterwiderstände mit einem großen negativen TSC. Mit zunehmender Temperatur nimmt der Widerstand des Thermistors ab, der für den Motorabschaltkreis verwendet wird. Um die Steigung des Widerstands gegenüber der Temperaturabhängigkeit zu erhöhen, werden an drei Phasen geklebte Thermistoren parallel geschaltet (Abbildung 1).

Abbildung 1 – Abhängigkeit des Widerstands von Kaltleitern und Thermistoren von der Temperatur: a – Reihenschaltung von Kaltleitern; b – Parallelschaltung von Thermistoren

Posistoren sind nichtlineare Widerstände mit einem positiven TCK. Bei Erreichen einer bestimmten Temperatur steigt der Widerstand des Kaltleiters sprunghaft um mehrere Größenordnungen an.

Um diesen Effekt zu verstärken, werden Kaltleiter verschiedener Phasen in Reihe geschaltet. Die Eigenschaften der Posistoren sind in der Abbildung dargestellt.

Der Schutz durch Positivelemente ist perfekter. Abhängig von der Isolationsklasse der Motorwicklungen werden Reaktionstemperaturpositionen = 105, 115, 130, 145 und 160 eingenommen.Diese Temperatur wird Klassifizierungstemperatur genannt. Der Kaltleiter ändert seinen Widerstand bei Temperatur in nicht mehr als 12 s stark. Wenn der Widerstand von drei in Reihe geschalteten Kaltleitern nicht mehr als 1650 Ohm betragen sollte, sollte ihr Widerstand bei Temperatur mindestens 4000 Ohm betragen.

Die garantierte Lebensdauer des Posistors beträgt 20.000 Stunden. Strukturell ist der Posistor eine Scheibe mit einem Durchmesser von 3,5 mm und einer Dicke von 1 mm, die mit organischem Siliziumemail bedeckt ist, was die notwendige Feuchtigkeitsbeständigkeit und elektrische Festigkeit der Isolierung schafft.

Betrachten Sie die in Abbildung 2 dargestellte PTC-Schutzschaltung.

Abbildung 2 – Vorrichtung zum Schutz von Stellungsreglern mit manueller Rückstellung: a – schematisches Diagramm; b – Anschlussplan zum Motor

Die Kontakte 1, 2 des Stromkreises (Abbildung 2, a) sind mit den Posistoren verbunden, die an den drei Phasen des Motors angebracht sind (Abbildung 2, b). Die Transistoren VT1, VT2 werden gemäß der Schmid-Triggerschaltung eingeschaltet und arbeiten im Schlüsselmodus. Das Ausgangsrelais K ist mit dem Kollektorkreis des Endstufentransistors VT3 verbunden, der auf die Starterwicklung wirkt.

Bei normaler Temperatur der Wicklung des Motors und der zugehörigen Positoren ist deren Widerstand gering. Der Widerstand zwischen den Punkten 1-2 der Schaltung ist ebenfalls gering, der Transistor VT1 ist geschlossen (basierend auf einem kleinen negativen Potential), der Transistor VT2 ist offen (hohes Potential). Das negative Potential des Kollektors des Transistors VT3 ist klein und geschlossen. In diesem Fall reicht der Strom in der Spule des Relais K für seinen Betrieb nicht aus.

Bei Erwärmung der Motorwicklung erhöht sich der Widerstand der Positioren und ab einem bestimmten Wert dieses Widerstands erreicht das negative Potential von Punkt 3 die Auslösespannung. Der Relaisbetriebsmodus wird durch Emitter-Rückkopplung (Widerstand im Emitterkreis VT1) und Kollektor-Rückkopplung zwischen Kollektor VT2 und Basis VT1 bereitgestellt. Wenn der Auslöser betätigt wird, schließt VT2 und VT3 öffnet. Das Relais K wird aktiviert, wodurch die Signalkreise geschlossen und der elektromagnetische Anlasserkreis geöffnet werden. Anschließend wird die Statorwicklung von der Netzspannung getrennt.

Nachdem der Motor abgekühlt ist, kann er durch Drücken der „Return“-Taste gestartet werden, wodurch der Abzug in seine Ausgangsposition zurückgebracht wird.

Bei modernen Elektromotoren werden die Schutzpositoren vor den Motorwicklungen montiert. Bei älteren Motoren können die Posistoren auf den Spulenkopf geklebt sein.

Vor- und Nachteile des Thermistor-(Posistor-)Schutzes

Der wärmeempfindliche Schutz von Elektromotoren ist dann vorzuziehen, wenn es nicht möglich ist, die Temperatur des Elektromotors mit ausreichender Genauigkeit aus dem Strom zu bestimmen. Dies gilt insbesondere für Elektromotoren mit langen Anlaufzeiten, häufigen Ein- und Ausschaltvorgängen (periodischer Betrieb) oder Motoren mit variabler Drehzahl (mit Frequenzumrichtern). Der Thermistorschutz ist auch bei starker Verschmutzung von Elektromotoren oder Ausfall der Zwangskühlung wirksam.

Die Nachteile des Thermistorschutzes bestehen darin, dass nicht alle Arten von Elektromotoren mit Thermistoren oder Posistoren hergestellt werden.Dies gilt insbesondere für im Inland hergestellte Elektromotoren. Thermistoren und Posistoren dürfen nur in stationären Werkstätten in Elektromotoren eingebaut werden. Die Temperaturcharakteristik des Thermistors ist recht träge und hängt stark von der Umgebungstemperatur und den Betriebsbedingungen des Elektromotors selbst ab.

Der Thermistorschutz erfordert einen speziellen elektronischen Block: ein Thermistorschutzgerät für Elektromotoren, ein thermisches oder elektronisches Überlastrelais, das Einstell- und Einstellblöcke enthält, sowie elektromagnetische Ausgangsrelais, die zum Abschalten der Starterspule oder des elektromagnetischen Auslösers verwendet werden.