مقدمه

یکی از عومل مخرب، گرمای بیش از حد موتور می باشد. برای جلوگیری از تخریب و هزینه های ناشی از آن، حفاظت های مختلفی تعبیه می شود. یکی از آن ها حفاظت ترمیستوری است. در این مقاله برای نصب و استفاده بهینه از آن، نکات کاربردی بیان شده است. شما را به خواندن این مقاله دعوت می کنیم.

نکات کاربردی برای نصب و استفاده از حفاظت ترمیستوری موتور

حفاظت ترمیستوری موتور

ترمیستور یک سنسور مقاومت غیر خطی کوچک است که می تواند در داخل عایق سیم پیچ یک الکتروموتور تعبیه شود تا ارتباط حرارتی نزدیک با سیم پیچ فراهم شود. ترمیستور از مواد اکسید فلزی یا نیمه هادی ساخته می شود.

ترمیستور شیشه ای K10 NTC  نصب شده در موتور الکتریکی

رابطه بین مقاومت و دما غیر خطی است و با تغییرات دمایی کم در اطراف نقطه تنظیم شده مقاومت به شدت تغییر می کند.

با قرار دادن درست ترمیستورها، انها می توانند در نزدیکی نقاط داغ یا بحرانی سیم پیچ قرار بگیرند، جایی که آنها از نزدیک دمای سیمهای مسی سیم پیچی را با یک تاخیر زمانی مشخص دنبال می کنند، با توجه به اندازه ترمیستورها و اینکه آنها چگونه در سیم پیچ نصب شده اند مقدار تاخیر متفاوت خواهد بود.

ترمیستورها می توانند به راحتی در اجزای ساکن موتورها نظیر سیم پیچی استاتور در موتورهای AC و سیم پیچ های میدان یا قطب کمکی در موتور DC نصب شوند.

چهار مزیت ترمیستور

مزایای اصلی ترمیستورها عبارتند از:

1- اندازه کوچک آنها هجازه می دهد تا آنها در تماس مستقیم با سیم پیچ استاتور نصب شوند.

2- اینرسی حرارتی کمی داشته و واکنش سریع و دقیق به تغییرات دمای سیم پیچی می دهند.

3- آنها بطور مستقل و بدون در نظر گرفتن این که چگونه این دما ایجاد شده است درجه حرارت را اندازه گیری می کنند.

4- آنها می توانند برای تشخیص شرایط اضافه بار یا overload در موتورهای به کاررفته با مبدل فرکانس استفاده شوند.

ضریب دما می تواند مثبت باشد (PTC مخفف Positive Temperature Coefficient)، جایی که مقاومت با دما افزایش می یابد، یا منفی باشد (NTC – Negative Temperature Coefficient)، جایی که مقاومت با دما کاهش می یابد.

شکل 1 – منحنی مشخصه سنسورترمیستور PTC مطابق با استاندارد IEC TC2

RRT  درجه حرارت پاسخ مورد نظر قطعه است. محدوده های درجه حرارت/مقاومت به طور واضح توسط استاندارد IEC مشخص شده است.

نوعی که بیشتر در صنایع استفاده میشود، ترمیستور PTC است که مشخصه مقاومت آن در منحنی بالا نشان داده شده است.

مقاومت در دمای طبیعی نسبتا کم است و تقریبا تا دمای نامی پاسخ ثابت باقی می ماند(RRT). با نزدیک شدن به دمای نامی پاسخ (RRT)و عبور از این دما شیب افزایش مقاومت به شدت زیاد می شود و ترمیستور PTC در این ناحیه حساسیت زیادی به تغییرات کوچک دما نشان می دهد.

در نقطه تنظیم، افزایش دما کوچک و در حد چند درجه باعث افزایش شدید مقاومت می شود. مقدارمقاومت توسط یک رله حفاظت ترمیستور (TPR) پایش می شود و هنگامی که تغییر شدید مقاومت توسط رله حفاظت ترمیستور (TPR) تشخیص داده شد، یک رله بسته می شود و یک بوق هشدار را راه اندازی می کند و یا دستگاه محافظت شده توسط آن از مدار خارج می گردد.

رله های حفاظت ترمیستور هنگامی که مقاومت سنسور به بیش از 3 کیلو اهم افزایش می یابد بطور مطمئن عمل می کنند.

آن ها همچنین در صورت مدار باز شدن در کابل یا سنسور ترمیستور عمل می کنند، و به این ترتیب، در برابر خرابی محافظت می شوند.TPR های مدرن همچنین برای شناسایی اتصال کوتاه سنسور ترمیستور نیز طراحی شده اند، زمانی که مقاومت سنسور در مقداری کمتر از 50 اهم می شود عمل می کنند.

شکل 2 – رله حفاظت ترمیستوری موتور

سطوح عملیاتی مشخص شده عبارتند از:

1. حفاظت در برابر حرارت زیاد مطابق با استانداندارد IEC:

           • محدوده پاسخ = Ω100±Ω3300

           • محدوده برگشتن به وضعیت پیشین =Ω 100 Ω±1650

2. حفاظت اتصال کوتاه ترمیستور مطابق با استاندارد IEC:• محدوده پاسخ ≤  Ω15

در درایوهای سرعت متغیر AC، ترمیستورهای PTC معمولا برای محافظت از موتور قفس سنجابی AC تغذیه شده از اینورترها استفاده می شود. در بسیاری از مبدل های AC مدرن، یک واحد حفاظت ترمیستوری در داخل خود مبدل تعبیه شده است. که نیاز به رله حفاظت ترمیستوری جداگانه را برطرف می کند.

در موتورهای DC، ، سنسورهای ترمیستور PTC به طور فزاینده ای، به جای سنسورهای ترموگارد استفاده می شوند که در بخش بالا توضیح داده شده است. درجه حرارت نامی پاسخ (RRT)، که معمولا برای کلاس های مختلف عایق در موتورهای الکتریکی انتخاب می شود، در جدول 3 بطور مختصر نشان داده شده است.

شکل 3 – تنظیمات درجه حرارت نوعی مورد استفاده در ماشین های الکتریکی دوار

با توجه به انتقال نسبتا آهسته گرما به سنسورها از طریق محیط عایق، ترمیستورهای PTC حفاظت با سرعت مناسب در مقابل اتصال کوتاه در موتورها یا ترانسفورماتورها را فراهم نمی کنند. همچنین، از آنجا که معمولا در سیم پیچ های استاتور قرار می گیرند، آنها حفاظت کافی برای روتور موتورهای مهم یا حساس و یا برای موتورهای با اینرسی بالا در راه اندازی یا شرایط روتور قفل شده ایجاد نمی کنند.

در این موارد، برای دستیابی به حفاظت کامل، توصیه شده است که ترمیستورهای PTC باید در ترکیب با رله های الکترونیکی حفاظت موتور استفاده شوند، چونکه این رله ها جریان ورودی به موتور را پایش می کنند.

استفاده از ترمیستورهای PTC به عنوان سنسورهای دما تنها زمانی موثر است که:

1. RRT) ترمیستور به درستی و با توجه به کلاس عایقی سیم پیچ انتخاب شده باشد.
2. ترمیستورها به درستی در نزدیکی نقاط داغ و بحرانی قرار گرفته باشند.
3. مقاومت حرارتی کمی بین سیم پیچ و ترمیستور PTC وجود دارد. این مقاومت بستگی به عایق الکتریکی بین سیم پیچ و ترمیستور دارد. از آنجا که ترمیستورها باید از ولتاژ های زیاد جدا شوند، با توجه به اینکه در موتور ولتاژ بالا ضخامت عایق بیشتر است ایجاد یک مسیر انتقال حرارت با مقاومت حرارتی کم مشکل است.

شکل 4 – سنسور دمای موتور

ممکن است چندین سنسور ترمیستور به صورت سری در یک مدار سنسور متصل شوند، در صورتی که مقاومت کلی در دمای محیط از  1.5 کیلواهم بیشتر نشود در عمل، و همانطور که توسط IEC توصیه شده است، تا 6 سنسور ترمیستور می تواند به صورت سری متصل شود.

برای یک موتور سه فاز AC ، معمولا دو سنسور ترمیستور در هر یک از 3 سیم پیچ تعبیه می شود  که در دو گروه و بصورت سه تایی متصل می شوند. یک گروه را می توان برای هشدار و گروه دیگر را برای خاموش کردن موتور استفاده کرد. گروه هشدار معمولا با درجه حرارت پایین پاسخ نامی (RRT) انتخاب می شود، دمای آن معمولا 5 درجه سانتیگراد یا 10 درجه سانتیگراد پایین تر از گروه خاموش کننده است.

اگر اپراتور هیچ اقدامی نکند، گروه سنسور خاموش کننده برای جلوگیری از آسیب به عایق سیم پیچ وارد عمل شده  و موتور را قطع می کند.

#### در بسیاری از موارد، کاربران هر دو گروه را انتخاب می کنند تا RRT مشابهی داشته باشند. در این مورد، تنها یک گروه از ترمیستورها استفاده می شود (یکی در هر فاز) و همین یک گروه برای خاموش کردن موتور استفاده می شود. این کار باعث می شود که در هر فاز یک ترمیستور یدکی داشته باشیم.

مکان قرارگیری سنسورهای ترمیستور در یک موتور AC به ساختمان موتور بستگی دارد، به اینکه موتوردارای روتور استوانه ای یا روتور قطب برجسته است و چندین پارامتر و متغیر مرتبط با طراحی و ساخت الکتروموتور مرتبط است. در بعضی موارد ممکن است بهترین مکان قرارگیری سنسور بصورت تجربی و با آزمون و خطا تعیین شود.

شکل 5 – دو رله حفاظت ترمیستوری موتور ساخت ABB

رله حفاظت ترمیستور

رله حفاظت ترمیستور (TPR) برای نصب در داخل یک کابین کنترل یا مرکز کنترل موتور (MCC)، معمولا با ترمینالهای استاندارد قابل نصب بر روی ریل طراحی شده است. شکل 6 یک نمونه از اتصال دو رله حفاظت ترمیستور و گروه های مربوط به سنسورهای ترمیستور را نشان می دهد.

برای کنترل هشدار و قطع موتورالقایی سه فاز AC. عملکرد رله های حفاظت ترمیستور می تواند تحت تأثیر تداخل الکتریکی خارجی قرار گیرد، جایی که در کابل سنسور ممکن است ولتاژ القا شود.

در نتیجه، کابل های بین رله حفاظت ترمیستور و سنسورهای ترمیستور PTC با هدف حداقل کردن تاثیرات نویز القا شده، باید انتخاب و نصب شوند.

کابل ها باید در کوتاه ترین اندازه ممکن بریده شوند و باید ازبه کارگیری آنها در مجاورت کابل های نویزدار و ولتاژ بالا در فواصل طولانی اجتناب کنید.

شکل 6 – اتصال نوعی از رله حفاظت ترمیستور

در حین آزمایش، باید توجه کرد که ترمیستورها را به مگر متصل نکنیم چونکه احتمال دارد مگر به آنها آسیب برساند. روش صحیح این است که تمام سرسیمهای ترمیستورها را به هم وصل کرده و سپس ولتاژ تست بین آنها و زمین یا فازها را اعمال کنید.

برخی از توصیه های عملی برای انواع کابل هایی که باید استفاده شوند عبارتند از:

   • فواصل≤  20m  ، – کابل استاندارد موازی قابل قبول است

   • 100m ≥ فواصل ≥ 20m ، – کابل زوج به هم پیچیده مورد نیاز است.

   • فاصله بیش از 100 متر – کابل زوج به هم پیچیده پوشش دار (STP) مورد نیاز است

   • سطح بالای تداخل – کابل زوج به هم پیچیده پوشش دار (STP) مورد نیاز است

پوشش تنها باید در یک انتها زمین شود.

برای فواصل بیش از 200 متر کابل تا سنورها ، باید سطح مقطع هادی ها نیز در هنگام اجرا در نظر گرفته شود. موارد زیر توصیه می شود:

شکل 7 – اندازه کابل توصیه شده برای سنسورهای ترمیستور

خلاصه ای کوتاه و مفید

یکی از راه های حفاظت موتور از گرما، حفاظت ترمیستوری است. از جمله مزایای آن؛ اندازه کوچک، اینرسی حرارتی کم، اندازه گیری درجه حرارت به صورت مستقل، تشخیص overload می باشد. برای اتصال رله حفاظت ترمیستور بایستی از کابل متناسب در اندازه ای مناسب استفاده نمود.

مرجع؛   electrical-engineering-portal.com