PTC, Pt100 и RTD датчици в електродвигателите
Как работят температурните сензори, каква е разликата между прагова защита и измерване и как се избират за намотки и лагери.
ТЕМПЕРАТУРНА ЗАЩИТА И МОНИТОРИНГ
Един общ термин, три различни функции
Температурен датчик е общо наименование. PTC термисторът, Pt100 сензорът и биметалният термостат не са взаимозаменяеми. Те дават различен сигнал и изискват съвместимо реле, измервателен модул, честотен регулатор или система за управление.
PTC реагира рязко около предварително зададена температура и се използва основно за защита. Pt100 е платинен RTD с номинално съпротивление 100 Ω при 0°C и позволява измерване, визуализация, аларма и изключване при зададени граници.
Вградената температурна защита допълва, но не заменя правилно избраната токова, фазова и късосъединителна защита на двигателя.
Накратко
- PTC: прагова защита
- Pt100/Pt1000: измерване и тренд
- Термостат: дискретен контакт
- Реле или модул: обработва сигнала
- Контактор/задвижване: спира двигателя
PTC, Pt100, Pt1000 и термостат – основни разлики
| Елемент | Какъв сигнал дава | Основна задача | Типично приложение | Необходим интерфейс |
|---|---|---|---|---|
| PTC термистор | Рязко нарастване на съпротивлението около номиналната температура на задействане | Прагова защита | Намотки на трифазни двигатели, понякога лагери и други компоненти | PTC реле или вход, предназначен за PTC |
| Pt100 RTD | Плавна и предвидима промяна на съпротивлението с температурата | Измерване, тренд, аларма и изключване | Намотки и лагери на средни, големи и критични машини | RTD вход за Pt100, температурен преобразувател или защитно реле |
| Pt1000 RTD | Подобна характеристика на Pt100, но 1000 Ω при 0°C | Измерване и управление | Двигатели и задвижвания със съвместим вход | Изрично съвместим Pt1000 вход |
| Биметален термостат | Отваряне или затваряне на контакт | Проста сигнализация или изключване | По-малки двигатели и конкретни фабрични изпълнения | Подходяща оперативна верига или вход |
Важно: RTD означава resistance temperature detector. Pt100 и Pt1000 са видове RTD. PTC също променя съпротивлението си, но неговата силно нелинейна характеристика го прави подходящ за прагова защита, а не за показване на текущата температура.
Какви опасни режими може да улови вградената защита
Претоварване и блокиране
Повишеният ток и продължителното развъртане натрупват топлина в намотката. Температурният сензор отчита крайния топлинен резултат независимо от механичната причина.
Лошо охлаждане
Замърсени въздуховоди, повреден вентилатор, висока околна температура или работа на ниски обороти без достатъчно независимо охлаждане могат да прегреят двигателя.
Асиметрия или отпадане на фаза
Неравномерните фазови токове могат да нагреят отделна част на намотката. Затова при трифазни двигатели често се използва PTC триплет с по един чувствителен елемент във всяка фаза.
Чести пускания
Всеки пуск внася допълнителни загуби. Ако броят пускове или режимът на работа надвишат проектираните, температурата може да не успее да спадне между циклите.
Проблем в лагер или задвижвана машина
Повишено триене, разцентровка, натегнат ремък или механично задържане могат да увеличат натоварването. При критични машини отделни Pt100 датчици следят и лагерите.
Работа с честотен регулатор
При ниска скорост собственото охлаждане намалява. Температурният контрол е особено важен, но допустимите граници и необходимото принудително охлаждане се определят за конкретния двигател.
Как работи PTC защитата
PTC термисторът се поставя в добър топлинен контакт с намотката. При нормална температура съпротивлението му е ниско. В близост до номиналната температура на задействане то се увеличава рязко и съвместимото реле разпознава това като условие за аларма или изключване.
- Сензорът следи температурата в мястото на монтаж.
- PTC релето подава малък измервателен сигнал към сензорната верига.
- При достигане на прага релето сменя състоянието на изходния контакт.
- Контактът трябва да участва в правилно проектирана оперативна верига, която спира двигателя или подава сигнал.
PTC не показва колко градуса е намотката. Ако са нужни стойност, тренд и отделни алармени нива, използва се Pt100, Pt1000 или друг поддържан измервателен датчик.
PTC релето е задължителната връзка към защитата
Сензорите не трябва да управляват контактора директно. Те се свързват към предназначено за PTC реле или към сертифициран PTC вход на задвижването. Конкретното устройство определя допустимия брой сензори, праговете, диагностиката за прекъснат проводник или късо съединение и начина на ресет.
- проверете захранването и контактната схема на релето;
- свържете PTC веригата само към предназначените измервателни клеми;
- предвидете ръчен или автоматичен ресет според оценката на риска;
- не допускайте автоматичен повторен пуск, ако той може да създаде опасност;
- изпълнете функционален тест след монтажа.
Как работи Pt100 и защо е предпочитан за наблюдение
Pt100 е платинен съпротивителен температурен датчик. Съпротивлението му е 100 Ω при 0°C и се променя предвидимо с температурата. Измервателният модул преобразува съпротивлението в температурна стойност.
2-проводно свързване
Най-просто, но съпротивлението на проводниците участва в измерването. Подходящо е само когато допустимата грешка и дължината на кабела го позволяват.
3-проводно свързване
Най-често използвано в индустрията. Съвместимият вход компенсира голяма част от влиянието на еднаквите свързващи проводници.
4-проводно свързване
Дава най-добра компенсация на проводниците и се използва, когато точността е критична и измервателното устройство го поддържа.
Алармените и изключвателните температури не се определят универсално. Те се задават според производителя, мястото на сензора, топлинния клас, конструкцията, натоварването и защитната философия на машината.
Къде се поставят температурните датчици
Намотка
При трифазна машина PTC сензорите обичайно се разполагат така, че да се наблюдава всяка фаза. При големи машини могат да се използват повече Pt100 датчици за отделно наблюдение на различни зони.
Лагери
Pt100 позволява независимо наблюдение на лагерите от страната на задвижването и от свободната страна. Това е особено полезно при големи, високоволтови и критични електродвигатели.
Други компоненти
Температурни сензори могат да се използват в лагерни тела, системи за смазване, охлаждащи течности, пускови съпротивления, трансформатори, редуктори и силова електроника, ако датчикът и монтажът са подходящи.
Мястото на сензора е част от измерването. Датчик, който няма добър топлинен контакт или е поставен далеч от най-горещата точка, може да реагира късно. При ремонт сензорите се монтират преди окончателното импрегниране на намотката и изводите им се извеждат към означени помощни клеми.
Запазени технически данни за наличните PTC сензори
| Максимално работно напрежение | 30 V |
|---|---|
| Нормално измервателно напрежение | до 2,5 V |
| Номинални температури на задействане | 60°C до 180°C |
| Толеранс около номиналната температура | ±5 K |
| Посочено реакционно време | под 5 секунди при зададените условия |
| Посочена изолационна якост | 2,5 kV |
| Размер на чувствителния елемент | 1,8 x 6 mm |
| Стандартна дължина на изводите | 520 ±10 mm |
Условие: тези стойности са запазени от досегашната продуктова информация на страницата. Те не са универсални за всички PTC сензори. Преди доставка, монтаж или изпитване се използва техническият лист на конкретния модел.
Монтаж, свързване и проверка
- Избор: потвърдете вида на датчика, номиналната температура, броя и съвместимия вход.
- Позициониране: осигурете добър топлинен контакт с наблюдавания компонент и защита от механично повреждане.
- Изводи: означете веригите и ги отделете от силовите проводници според проекта и документацията.
- Свързване: използвайте схемата на двигателя и конкретното реле, преобразувател или честотен регулатор.
- Проверка: измерете веригите с подходящ уред и ниско изпитвателно напрежение.
- Функционален тест: проверете аларма, изключване, ресет и блокировка срещу опасен автоматичен повторен пуск.
Не подавайте мегаомметърно изпитвателно напрежение към свързан PTC, Pt100 или електронен вход. Преди измерване с високоволтов изолационен тестер сензорните вериги се разединяват според документацията на машината.
Кое решение да изберете
PTC е подходящ, когато
- е нужна надеждна прагова защита на намотката;
- не е необходимо да се вижда текущата температура;
- има съвместимо PTC реле или вход;
- двигателят е малък или среден и защитата трябва да е проста.
Pt100 е подходящ, когато
- трябва да се вижда реалната температура;
- са нужни отделни нива за предупреждение и изключване;
- се записва тенденция във времето;
- се наблюдават отделно намотки, лагери или охлаждащ въздух.
Комбинацията е подходяща, когато
- машината е критична за производството;
- се търси независима аварийна защита и отделен мониторинг;
- има сложен режим на работа или честотно управление;
- престоят и вторичните щети са значителни.
За точен избор са нужни снимка на табелката, схема на изводите, тип на двигателя, мощност, напрежение, режим, управление, места за измерване и модел на наличното реле или регулатор.
Свързани решения
Ремонт на електродвигатели
Проверка на намотката, подмяна или добавяне на температурни датчици и изпитване след ремонт.
Диагностика и профилактика
Оценка на прегряване, натоварване, охлаждане, лагери и други причини за ненормална температура.
Двигатели за работа с инвертор
Подбор на двигател, температурна защита и независимо охлаждане за конкретния диапазон на обороти.
Често задавани въпроси
Нужна е проверка на датчиците или нова температурна защита?
Изпратете табелката на двигателя, схемата на помощните клеми, снимки и данни за управлението. Ще проверим какви сензори са налични, с какъв вход са съвместими и какво може да се изпълни при ремонт или модернизация.
Технически източници: IEC 60034-11:2020 – Thermal protection, ABB – Manual for Induction Motors and Generators и Siemens SINAMICS G220 – PTC, Pt100 и Pt1000 monitoring. За конкретен двигател винаги се следват неговата схема и актуалната документация на производителя.