В большинстве случаев электродвигатели не повреждаются из-за коротких замыканий. Обычно они прекращают работу из-за перегрева, вызванного продолжительной эксплуатацией при 1101ТП3Т номинального тока в течение 40 минут из-за сухих подшипников или ограниченного потока через насосы или других подобных неисправностей, которые остались незамеченными до тех пор, пока не произошло повреждение изоляции обмотки. Единственным устройством, способным обнаружить неисправность, является тепловое реле перегрузки, которое является самой дешевой защитной частью пускателя двигателя.
Ниже приведена информация, объясняющая, что обеспечивает реле перегрузки в цепи управления двигателем, как работает каждый тип реле, какие классы срабатывания следует выбирать, что вызывает срабатывание и как настроить реле.
Кратко говоря, реле перегрузки двигателя — это устройство в пускателе двигателя, которое измеряет ток и отключает цепь управления, если двигатель потребляет слишком большой ток слишком долго. Следовательно, это устройство не обеспечивает защиту от короткого замыкания, которая выполняется автоматическим выключателем. Тепловые типы используют биметаллические полосы, нагреваемые током, в то время как электронные типы опираются на трансформаторы тока и модель двигателя. Настройка — это номинальный ток двигателя, а класс срабатывания, определяемый при 7,2-кратном превышении этого тока, должен учитывать время пуска двигателя.
Что делает реле перегрузки в цепи управления двигателем
Электрическое реле перегрузки выполняет специфическую роль в управлении двигателем. Цель реле перегрузки в системе — защитить двигатель от перегорания обмотки, а не защитить кабель или контактор. Это многое объясняет в процессе настройки этого устройства.
Защитное устройство срабатывает в различных ситуациях, поэтому каждое устройство отвечает за свой тип отказа. Первое — это устройство защиты от короткого замыкания, такое как предохранитель и автоматический выключатель в литом корпусе, которые могут справиться с током короткого замыкания до нескольких тысяч ампер буквально за миллисекунды. Второй тип защитного устройства — контактор, который выполняет электрическую работу при включении нагрузки. Реле перегрузки используется между этими двумя устройствами для определения работы двигателя в условиях повреждения обмотки и перегрева двигателя.
Таким образом, оно работает согласно своей основной функции и не допускает перегрева или повреждения двигателя. При обнаружении неисправности реле размыкает малый контакт, который используется в цепи контактора. После размыкания контакта контактора двигатель останавливается, но реле требует ручного сброса.
Таким образом, фактически реле контролирует тепловую нагрузку двигателя, поскольку ток является лишь косвенным индикатором этого. Если двигатель работает в горячем режиме, реле будет сложнее остановить двигатель, чем если устройство работает в холодном режиме, так как необходимо учитывать накопленное тепло двигателя до начала его работы.
Практика показывает, что если у двигателя есть надлежащая защита, неважно, насколько велик реле. Основная проблема с реле заключается в том, работает оно или нет, увеличение мощности реле ничего не значит, если не обнаружена основная причина проблемы. Интегрированная версия всего узла, контактор плюс перегрузка плюс корпус, — это то, что представляет собой пускатель двигателя этого типа в комплекте, и покупка его как одного блока устраняет риск несоответствия между контактором и реле, что вызывает большинство ошибок при установке.
Как работает реле перегрузки двигателя, тип за типом
Рынок характеризуется двумя преобладающими механизмами и одним механизмом, который только появился.
- Первый — биметаллический, который использует косвенный нагрев. Каждый фазовый провод проходит через элемент, нагреваемый биметаллическим компонентом, состоящим из двух разных металлов, которые расширяются с разной скоростью, из-за чего он изгибается при нагреве. При изгибе он воздействует на суммирующий рычаг и рычаг, который освобождает механизм защелки и открывает контакт 95-96. Косвенный нагрев означает, что нагреватель отвечает за нагрев биметалла, в отличие от электрического тока, передающего тепло через биметалл. Преимущество в том, что можно использовать одну рамку для разных уровней тока, меняя нагреватель. Результатом такой конструкции является достижение обратного временного эффекта. При двойном номинальном токе биметалл изгибается медленно, при шестикратном токе изгиб происходит быстро. Это соответствует физическому поведению двигателя, который способен выдерживать высокий ток в течение короткого времени и низкий ток на холостом ходу. Для компенсации температуры окружающей среды используется другой биметалл, который устраняет влияние температуры окружающей среды.
- Второй тип — электронный. Трансформаторы тока контролируют значение тока для каждой фазы, и на основе этого электронная схема принимает решение согласно тепловой модели и активирует маленькое реле или транзистор, переключающий цепь. В этом процессе нет нагревателя — и DVR способен переключать различные токи просто изменяя настройки. Такие электрические устройства используются для защиты двигателя, объединяя в одном устройстве функции магнитной защиты от короткого замыкания и тепловой защиты от перегрузки.
Независимо от типа используемой защиты, электрическое подключение одинаково: клеммы 95-96 — это нормально замкнутые контакты срабатывания, подключенные последовательно с катушкой контактора, в то время как клеммы 97-98 — нормально разомкнуты и используются либо как индикаторные контакты, либо для сигнала ПЛК. Реле, подключенное через клеммы 97-98 вместо 95-96, никогда не сработает, и эта ошибка встречается достаточно часто, поэтому каждый раз при получении панели необходимо проверять это тестером. Сторона катушки той же цепи описана в этих технических характеристиках AC контактора,, которые указывают напряжения катушки, с которыми должна соответствовать управляющая цепь.
Тепловое или электронное: честное сравнение
Оба варианта правильны для разных задач, и разница в цене меньше, чем разница в функциях.
| Фактор | Тепловое (биметаллическое) | Электронное |
|---|---|---|
| Точность | ±10% до 20% вокруг настройки | Обычно ±5% или лучше |
| Компенсация окружающей среды | −20 до +60 °C на большинстве корпусов | −25 до +60 °C, шире на некоторых |
| Класс срабатывания | Фиксирован при покупке, обычно Класс 10 | Выбираемый, часто 5E до 30E |
| Тепловая память | За счет физического охлаждения, что реалистично | По модели и сохраненному состоянию |
| Диагностика | Срабатывание или отсутствие срабатывания | Ток на фазу, тепловая нагрузка, причина срабатывания |
| Цена | Самый низкий | Два-пять раз тепловой, снижающийся |
| Лучшее для | Стандартные насосы, вентиляторы, простые пускатели | Критические приводы, нагрузки с высокой инерцией, сетевые установки |
Недостаток теплового реле в том, что оно использует биметалл, который работает так же, как и двигатель, но не устраняет его недостатки. Тепловое реле не указывает причину срабатывания и зависит от температуры в панели. Кроме того, точность теплового реле влияет на другие факторы, такие как допуски нагревателя.
Недостаток электронного реле — зависимость от правильных настроек и питания. Если возникает проблема с выходом, сигнал не будет передан. Однако есть преимущество в том, что показания, полученные с электронного реле, могут использоваться обслуживающей командой для других применений. Поведение стороны контактора при той же нагрузке изложено в этих Руководствах по выбору и подключению AC контакторов, поскольку реле защищает двигатель только если контактор выдерживает достаточно долго, чтобы прервать цепь.
Класс срабатывания: настройка, вызывающая большинство ложных срабатываний
Согласно стандарту IEC 60947-4-1, класс срабатывания относится к времени срабатывания при 7,2-кратном установленном токе при холодном двигателе. Он был разработан для того, чтобы двигатели проходили процесс запуска без фиксации тока до полной остановки двигателя.
| Класс | Время срабатывания при 7,2 × настройке, от холодного состояния | Типовая нагрузка |
|---|---|---|
| 10А | 2 до 10 с | Быстрый запуск, низкая инерция, герметичное холодильное оборудование |
| 10 | 4 до 10 с | Насосы, вентиляторы, малые конвейеры, общие нагрузки |
| 20 | 6 до 20 с | Загруженные конвейеры, компрессоры, крупные вентиляторы |
| 30 | 9 до 30 с | Дробилки, мельницы, центрифуги, нагрузки с высокой инерцией |
Требование к использованию диапазона допуска E в электронных реле заключается в том, что минимальные значения для классов ниже, чем для других: 3 секунды для 5E, 5 секунд для 10E, 10 секунд для 20E и 20 секунд для 30E, при этом верхние значения равны значениям для других классов.
Для выбора правильного класса срабатывания начальные требования можно сформулировать просто: оно должно быть больше времени разгона двигателя. Тем не менее, несмотря на простоту описанного правила, существует риск ошибки при выборе реле. При использовании реле класса 10 с двигателем, который достигает рабочей скорости за 14 секунд, оно сработает при каждой попытке, поэтому возникает соблазн отрегулировать ток срабатывания вместо смены класса реле, что позволит решить проблему, но лишит двигатель защиты.
Часто допускаются ошибки при расчёте возможного тока при использовании звезды-треугольника. Ток, протекающий через тепловое реле, установленное на главном контакторе, равен 0,58 номинального тока двигателя. Если имеется дополнительное тепловое реле, защищающее двигатель во время фазы звезды, оно будет настроено на работу при одной трети значения тока.
Что вызывает срабатывание теплового реле и что не вызывает
Список реальных причин мал по сравнению с длинным списком предполагаемых причин, связанных с перегрузками.
Перегрузка двигателя происходит, когда эффективный ток превышает номинальное значение достаточно долго, чтобы превысить тепловой предел. Существует четыре основные причины перегрузок: механические проблемы, такие как заклинивание подшипника или блокировка/несовпадение рабочего колеса; проблемы с питанием, например, низкое напряжение, при котором ток увеличивается; изменения в эксплуатации, например, более тяжелая заготовка или закрытый демпфер; и неудачный запуск, когда двигатель не меняет скорость и остается в режиме блокированного тока.
Однако следует отметить некоторые ошибки в интерпретации перегрузок. Некоторые из них: короткое замыкание, связанное с автоматическим выключателем; замыкание на землю, требующее защиты УЗО; выгорание главных контактов контактора, приводящее к разрыву цепи; и неисправность в цепи управления, проявляющаяся в отказе защёлки. Последняя является наиболее распространённой ошибкой интерпретации, так как вызывает тот же симптом: полную остановку двигателя, который необходимо перезапустить. Контактор, потерявший фазу из-за эрозии контактов, будет потреблять больший ток по оставшимся фазам и будет выглядеть как перегрузка до тех пор, пока кто-то не проведёт осмотр, а симптомы этой неисправности описаны в данном обзоре. Симптомы отказа AC контактора.
Повторяющиеся срабатывания на моторе, используемом годами, являются механической, а не сигнальной проблемой. Повторяющиеся срабатывания на новой установке, скорее всего, связаны с ошибкой настройки или класса. Любые срабатывания, происходящие только летом, вероятно, связаны с температурой. Любые срабатывания при запуске, скорее всего, связаны с ошибкой класса или настройкой звезда-треугольник. Самый быстрый способ классифицировать срабатывание — по его времени.
Настройка шкалы: номинальный ток, а не ток срабатывания
Шкала калибруется в соответствии с номинальным током полной нагрузки мотора, указанным на табличке, а не по значению, предотвращающему срабатывание. Стандарт IEC 60947-4-1 определяет, что реле не должно срабатывать при условиях, когда ток превышает это значение в 1,05 раза, и должно сработать в течение 2 часов, если ток превышает его в 1,2 раза. Значение на шкале становится отправной точкой для построения обратных временных характеристик реле.
Типичный диапазон настроек составляет 1,5:1, например, 7,5-11 Ампер, и должен обеспечивать работу мотора в указанном диапазоне, а не на крайних значениях, чтобы позволить небольшие последующие корректировки. В ситуациях, когда коэффициент обслуживания мотора превышает 1,0, разумно установить его немного выше, чем указано на табличке. Если коэффициент обслуживания равен 1,0, то настройка должна соответствовать данным таблички или быть немного ниже этого значения.
После завершения пусконаладки следует придерживаться следующих трех шагов. Следует измерить рабочий ток собранной установки и сравнить его с данными таблички. Саму настройку необходимо зафиксировать в панели расписания. Последним шагом будет выбор режима изменения — ручной или автоматический, в зависимости от того, будет ли человек наблюдать за оборудованием.
Где потеря фазы меняет всё
Однофазное питание может создать наиболее опасное условие перегрузки, с которым столкнется трехфазный мотор. Когда одна фаза вышла из строя, а мотор продолжает работать на двух фазах, ток, протекающий через оставшиеся обмотки, резко возрастает и принимает на себя часть нагрузки по току биметаллического реле. Обычное трехбиметаллическое реле может быть достаточно медленным, чтобы допустить первое повреждение обмотки.
Конструкция с чувствительностью к потере фазы, иногда называемая дифференциальной, включает вторую суммирующую шину, которая фиксирует разницу в отклонении между фазами. Несбалансированная или отсутствующая фаза вызовет срабатывание реле быстрее, чем симметричная перегрузка той же величины. Опубликованные данные подтверждают этот эффект. Для одной распространенной серии реле предельный ток срабатывания составляет 120% от полной нагрузки, а при потере фазы — 115%. Современные реле IEC по умолчанию чувствительны к потере фазы; старые модели и дешевые импортные изделия часто — нет, и в техническом описании это не всегда указано явно.
Выбор реле по применению
Пять распространенных ситуаций и что указывать для каждой.
| Применение | Важные характеристики | Рекомендуемый тип |
|---|---|---|
| Насос или вентилятор, прямое включение в линию | Класс 10, чувствительность к потере фазы, ручной сброс | Тепловое реле, установленное на контакторе |
| Загруженный конвейер или компрессор | Класс 20, тепловая память, дистанционный сброс | Электронное реле с выбором класса |
| Дробилка, мельница, центрифуга | Класс 30, обнаружение залипания ротора, ток на фазу | Электронное реле с коммуникациями |
| Пускатель звезда-треугольник | Настройка на 0,58 номинального тока, второе реле в звезде | Тепловое, рассчитанное на основной контактор |
| Один двигатель, малая мощность | Комбинированное магнитное и тепловое, одно устройство | Автоматический выключатель защиты двигателя |
В случаях, когда предприятие изготавливает собственные пускатели вместо покупки, реле является частью триады элементов, необходимых для принятия решения. Координация между реле и контактором должна осуществляться так, чтобы пускатель не пострадал в результате отключения при неисправности; это и есть суть координации типа 2, и степень успеха в её достижении полностью зависит от выбора устройства на входе. Миниатюрный автоматический выключатель на раме 63 A является обычным выбором на входе для малых пускателей, и его характеристика должна соответствовать пусковому току двигателя, иначе первый пуск отключит автомат вместо реле.
Часто задаваемые вопросы
Какова функция реле перегрузки в цепи двигателя?
Для защиты обмотки двигателя от длительного перегрузочного тока метод заключается в размыкании цепи управления, когда длительность тока превышает тепловую способность двигателя. Оно не устраняет короткие замыкания и не может заменить автоматический выключатель или предохранитель перед цепью управления.
Какова цель теплового реле перегрузки в пускателе двигателя?
Этот защитный механизм работает с использованием биметаллических пластин, нагреваемых током двигателя. Его преимущество в пускателе заключается в том, что он не требует дополнительного источника питания и ведет себя аналогично двигателю по температурным и токовым характеристикам. Таким образом, этот тип защиты остается стандартом для простых пускателей прямого включения.
Как работает реле перегрузки двигателя?
Тепло, выделяемое током в биметалле или трансформаторе тока, сравнивается с тепловой моделью. Однако, если полученный сигнал превышает предел согласно классу срабатывания, нормально замкнутый контакт размыкается, и контактор отключается. Контактор остается зафиксированным до сброса.
Какие типы реле перегрузки используются в пускателях двигателя?
В практических применениях обычно используются четыре типа реле: тепловое биметаллическое реле, электронное реле перегрузки, автоматический выключатель двигателя, сочетающий свойства тепловых и магнитных реле, и твердотельный блок перегрузки, который использует электронные методы измерения перегрузки, но имеет те же размеры, что и тепловые реле.
Что вызывает срабатывание реле перегрузки?
The occurrence of mechanical overload, low voltage supply, changes in the operational load, or a motor that fully fails to attain speed. In an older installation, a potential mechanical problem will show signs of multiple trips; however, a new installation could simply indicate the need for a different trip class or the wrong trip setting.
Does an overload relay protect against short circuit?
No, it is purposely made slow so that it can be able to pass through the starting of motors. Hence, it does not work for fault current. Hence, separate protection has to be provided against short circuit failures. These two devices have to be chosen together, so that starter survives the failure without being damaged.
Can I set the overload relay above the motor’s rated current?
The service factor can only be set higher if there is a valid reason for that. Putting the service factor higher to avoid nuisance trips defeats the purpose of having the motor in the first place, and instead of a trip, the next failure will be a winding.
Ссылки
- Siemens — SIRIUS Overload Relay Technical Documentation
- ABB — Thermal and Electronic Overload Relays
- Newark — Overload Relay and Motor Protection Components
- Grainger — Motor Controls and Overload Relays
- NEMA — Motor Control Equipment Standards
Заключение
An overload relay is slow at its work, guarding the appliance energetically. The essence of its task is to detect slight prolonged overcurrent, which implies setting its dial at motor rated current, the trip class just over the start time, and understanding that a trip is information only.
The only defects to watch for are a relay set too high and a relay 95-96 contact not connected to the coil circuit. In both cases, a motor is still unprotected even with a seemingly fully assembled panel, and checking for both cases doesn’t take more than a minute.
