№3 / 2011 / статья 3

На защите электродвигателя: мотор-протекторы Sensata

Сергей Шемякин (КОМПЭЛ)

 

 

 

Среди выпускаемой продукции компании Sensata особое место занимают термостаты, служащие для отключения различных устройств (электродвигателей, обмоток реле и т.д.) от цепей питания при перегрузке по току или при перегреве. Согласно установившейся традиции Sensata называет такие устройства «мотор-протекторами» (motor-protectors), поскольку основное их назначение состоит именно в защите электромоторов. Однако заложенный в них принцип отключения цепи можно использовать также для защиты и других устройств (в этом случае используется термин «термопротектор»). В некоторых случаях мотор-протекторы Sensata можно применять вместо плавких предохранителей. При этом количество их циклов срабатывания исчисляется тысячами, тогда как плавкий предохранитель представляет собой одноразовое устройство.

Отметим, что в русскоязычной литературе мотор-протекторы принято называть просто «термореле», хотя они представляют собой более широкий класс устройств. Поскольку в статье кроме как о мотор-протекторах ни о каких других термореле речи не идет, то в отношении перечисленных ниже семейств мы в равной степени будем использовать оба термина.

 

Принцип действия

Как и в термостатах серии 1NT, в мотор-протекторах Sensata используется хорошо известное свойство биметаллической пластины — щелчком изгибаться при достижении некоторого критического порога температуры (что происходит благодаря различным температурным коэффициентам расширения металлов, слагающих биметаллический диск), размыкая электрический контакт, по которому протекает ток.

При снижении температуры до безопасного уровня обратное замыкание контактов происходит автоматически у всех семейств мотор-протекторов, описываемых в этой статье, за исключением одного: 3MP Self-Hold, где обратное замыкание происходит принудительно.

Поскольку протекающий ток нагревает термореле, то при заданной температуре окружающей среды можно измерить силу тока, при которой происходит нагревание до температуры размыкания, и использовать мотор-протектор как предохранитель, отключающий цепь при заданном токе (замена плавкого предохранителя).

 

Типы мотор-протекторов Sensata

Все мотор-протекторы компании Sensata подразделяются на несколько больших семейств:

  • 2MM- низкопрофильные мотор-протекторы, рассчитанные на малые переменные токи. Нормируемое количество циклов срабатывания: 3000 при 250В и 4 (1,5)А. Здесь и далее в аналогичных случаях в круглых скобках указывается значение индуктивного тока. А перед скобками- значение резистивного тока.
  • 7AM- полнопрофильные мотор-протекторы, рассчитанные на переменные и постоянные токи. Нормируемое количество циклов срабатывания составляет 10000 при 20А постоянного тока и 16В. Те же 10000 циклов гарантируются производителем при следующих трех режимах переменного тока: 22А при 120В; 8А при 277В и 4А при 600В.
  • 15AM- полнопрофильные мотор-протекторы с расширенным набором опций (например, больший набор возможных значений внутренних сопротивлений), рассчитанные только на переменные токи. Нормируемое количество циклов срабатывания составляет 10000 при 13 (5)А и 250В переменного тока.
  • 3MP- полнопрофильные мотор-протекторы, рассчитанные на работу с переменным током, с нагревательным элементом, увеличивающим чувствительность термореле. Нормируемые количества циклов срабатывания: 500 циклов при 27,5А@cos1 и 250В; 1000 циклов при 18А@cos0,6 и 250В; 15000 циклов при 18А@cos0,6 и 120В.
  • 3MP Self-Hold- то же, что и 3MP, но со специальной функцией удержания отключения и рассчитанные на работу с переменным током. Нормируемое значение количества циклов срабатывания: 300 циклов при 18А@cos0,6 и 250В.
  • 6AP- полнопрофильные мотор-протекторы с нагревательным элементом, рассчитанные только на работу с постоянным током. Нормируемое количество циклов срабатывания: 30000 при 30А и 15В или те же 30000 циклов при 15А и 30В.

Отметим, что термин «полнопрофильные» мотор-протекторы специалистами компании Sensata не употребляется. Мы ввели его здесь для того, чтобы при рассмотрении описываемых семейств с точки зрения конструктива противопоставить по внешнему виду и массе семейство 2MM-протекторов всем остальным.

 

Отличительные черты каждого
из семейств мотор-протекторов Sensata

2MM — самый маленький по размеру из описываемых в этой статье типов термореле [1]. Низкопрофильность является его главным достоинством и недостатком одновременно. Небольшая поверхность устройства ограничивает максимальную величину рассеиваемого тепла, что делает прибор менее мощным по сравнению с его полнопрофильными «собратьями». Нормируемая величина токов отключения не превышает 7…8 А, а гарантируемое количество в 3000 циклов задается при и того более низком токе в 4 (1,5) А. Число опций при заказе термореле 2ММ также минимально. Одна из опций касается длины и типа проводного соединения. Это отражено соответствующим образом в структуре партнамбера (см. рис. 1).

 

Структура партнамбера термостатов серии 2ММ

 

Рис. 1. Структура партнамбера термостатов серии 2ММ

 

Вторая — 2ММ-термореле доступны в двух модификациях: с эпоксидным покрытием и с дополнительным изолирующим чехлом. Внешний вид изделия показан на рис. 2. Длина корпуса датчика составляет не более 28 мм, а ширина 5,3 мм.

 

Мотор-протектор серии 2ММ

 

Рис. 2. Мотор-протектор серии 2ММ

Графики на рис. 3 и 4 предназначены для выбора образцов в качестве первого приближения (для последующих верификационных тестов). Причем на рисунке 4 представлены кривые для 3-х различных биметаллических пластин с тремя различными температурами размыкания.

 

Зависимость максимального тока размыкания 2MM от температуры окружающей среды (при отсутствии циркуляции воздуха)

 

Рис. 3. Зависимость максимального тока размыкания 2MM от температуры окружающей среды (при отсутствии циркуляции воздуха) 

 

 

Приближенная зависимость времени первого размыкания 2MM от силы тока (температура окружающей среды 25°С)

 

Рис. 4. Приближенная зависимость времени первого размыкания 2MM от силы тока (температура окружающей среды 25°С)

Другие технические характеристики 2ММ:

  • Диапазон температур размыкания (конкретная температура указывается заказчиком) 70…160°С с шагом в 5°С;
  • Допуск для температуры размыкания ±10°К;
  • Максимальная температура внешней среды 175°С;
  • Дифференциал не менее 20°К.

Небольшие размеры данного семейства определяют его применение. 2ММ предназначены для защиты от перегрузки по току (в том числе в режиме принудительного останова ротора, иначе называемого режимом заторможенного ротора) двигателей небольшой мощности, главным образом однофазных. Эти мотор-протекторы также используются в маломощных трансформаторах, катушках индуктивности, электромагнитных клапанах (соленоидных клапанах), применяющихся как в промышленности, так и в бытовой технике. В однофазных электродвигателях данный тип термореле можно включать прямо в основную цепь, монтируя его как на обмотку, так и внутрь обмотки (последнее применение возможно именно благодаря небольшим размерам данного типа мотор-протекторов).

По сравнению с 2MM полнопрофильные мотор-протекторы (чертежи с габаритными размерами на все мотор-протекторы читатель может найти на сайте производителя, ссылки на соответствующие страницы даны в конце статьи) рассчитаны на большие значения токов срабатывания и протекающих штатных токов. Эти термореле также включают в цепи переменного тока. Единственное исключение — семейство 7AM, которое можно также включать и в цепи постоянного тока. Для 7АМ гарантированное количество циклов срабатывания, равное 10000, нормируется, во-первых, для одного режима использования на постоянном токе и, во-вторых, для трех различных режимов использования на переменном токе.

7AM являются лидерами рынка в своем классе устройств (см. рис. 5). Длина корпуса этого датчика составляет 20 мм, а ширина 10 мм. Основу прибора составляет откалиброванный биметаллический диск, изготовленный по специальной запатентованной технологии Klixon® и реагирующий как на изменение окружающей температуры, так и на изменение тока, протекающего через устройство.

 

Мотор-протектор семейства 7АМ

 

Рис. 5. Мотор-протектор семейства 7АМ

Рисунок 6 предназначен для выбора образцов в качестве первого приближения (для последующих верификационных тестов).

 

Зависимость максимального тока размыкания 7AM от температуры окружающей среды (при отсутствии циркуляции воздуха)

 

Рис. 6. Зависимость максимального тока размыкания 7AM от температуры окружающей среды (при отсутствии циркуляции воздуха)

Биметаллический диск крепится посредством приваренной шпонки. Напротив него находится неподвижный контакт. Нижняя часть корпуса отделена от верхней при помощи изолирующей прокладки, которая одновременно герметизирует собой зазор между двумя половинками корпуса. От термостата идет провод, длина которого определяется заказчиком, что отражено в структуре партнамбера (см. рис. 7). Провод оканчивается разъемом под клемму либо другими предусмотренными для данного мотор-протектора стандартными типами контактов. Компания Sensata рекомендует применять 7АМ в электродвигателях с экранированным полюсом, конденсаторных двигателях, балластах люминесцентных и разрядных ламп высокой интенсивности, трансформаторах, встраиваемых светильниках, портативных батарейных источниках питания, пылесосах, вспомогательных электродвигателях, соленоидах и материнских платах персональных компьютеров. Детальная расшифровка партнамбера представлена на рис. 7.

 

Структура партнамбера семейства мотор-протекторов 7АМ

 

Рис. 7. Структура партнамбера семейства мотор-протекторов 7АМ

На рис. 6 и рис. 8 представлены два основных семейства кривых, которые определяют режим работы термореле 7АМ. Допустим, температура окружающей среды составляет 25°С, мы хотим, чтобы размыкание цепи происходило при 100°С (разница между температурой размыкания и температурой окружающей среды в 75°С), а ток размыкания составлял 15 А, тогда, судя по рис. 6, мы должны выбрать вариант с биметаллическим диском с низким внутренним сопротивлением. Если мы ориентируемся на ток размыкания в 8 А (при оговоренных только что условиях), то мы должны выбрать уже вариант термореле с высоким внутренним сопротивлением биметаллического диска.

 

Приближенная зависимость времени первого размыкания 7AM от силы тока (температура окружающей среды 25°С)

 

Рис. 8. Приближенная зависимость времени первого размыкания 7AM от силы тока (температура окружающей среды 25°С)

График на рис. 8 предназначен для выбора образцов в качестве первого приближения (для последующих верификационных тестов). Здесь представлены кривые для четырех различных вариантов биметаллических дисков, различающихся между собой значениями электрического сопротивления. В структуре партнамбера (рис. 7) сопротивления биметаллических дисков косвенным образом отражены в трехзначных цифровых кодах, следующих непосредственно за корневым обозначением серии: 7AM. Два из них (316 и 020) соответствуют биметаллическому диску с низким сопротивлением (для их размыкания и нагрева требуется больший ток), а два других (219 и 201) — биметаллическому диску с высоким сопротивлением (он нагревается сильнее и при меньших токах).

15AM — один из наиболее массовых мотор-протекторов, выпускаемых компанией Sensata (лидер продаж на европейском рынке защиты электродвигателей переменного тока). Термореле 15AM используются для защиты электродвигателей как промышленного, так и бытового применения. Поскольку корпус этих мотор-протекторов сделан из металла, может возникнуть необходимость изолировать его от других металлических частей устройства, в котором это термореле применяется. Для этого 15АМ может поставляться заказчику уже в изолирующем чехле (литера «А» в партнамбере). 15АМ, в отличие от 7АМ, рассчитаны только на переменный ток и выпускаются с шестью различными вариантами внутреннего сопротивления (а не с двумя, как в случае 2ММ). А значит, можно точнее подобрать режим работы устройства. С другой стороны, 7АМ выдерживают пропитку катушки, а 15АМ — нет. Кроме того, у мотор-протекторов 7АМ провода могут подводиться не только с одной, но и с разных сторон корпуса, а в 15АМ такой модификации нет. Внешне 15АМ похож на 7АМ. Кроме того, 15АМ имеют похожие графики зависимостей, представленных для 7АМ на рис. 6 и рис. 8. Их легко можно найти на сайте производителя. по приведенной в конце этой статьи ссылке на техническое описание семейства 15АМ. Там же приведена структура партнамбера 15АМ.

15AM используются для защиты моторов и насосов моющих (в том числе и посудомоечных) машин, сушильных аппаратов, пылесосов, вентиляторов, зарядных устройств для аккумуляторов и микроволновых печей.

Другие технические характеристики 15АМ:

  • Диапазон температур размыкания (конкретная температура указывается заказчиком) 65…170°С с шагом в 5°С;
  • Допуск для температуры размыкания ±5°К;
  • Максимальная температура внешней среды 180°С;
  • Максимальная температура выводов 185°К.

Серия 3MP отличается тем, что внутри корпуса рядом с биметаллическим диском находится еще и S-образный нагревательный элемент, который обеспечивает лучшую чувствительность (откликаемость) данного устройства при перегреве. Для этого достаточно сравнить кривые зависимости времени размыкания первого цикла при превышении порогового тока для 3MP и 7AM: при меньших значениях тока для 3MP-термореле время срабатывания меньше. Благодаря указанному нагревательному элементу биметаллический диск разогревается быстрее. Однако, это приводит к заметному уменьшению гарантированного количества циклов срабатывания.

Компания Sensata специально сертифицировала 3МР (рис. 9) как устройство, обеспечивающее размыкание электрической цепи при превышении заданного тока и пороговой температуры, что позволяет использовать данную серию в качестве недорогого и эффективного средства защиты тороидальных трансформаторов от перегрузок. Другие применения (они также определяются повышенной чувствительностью данного типа мотор-протекторов): защита при перегреве электродвигателей моющих машин, сушилок, посудомоечных машин и пылесосов.

 

Мотор-протектор семейства 3МР

 

Рис. 9. Мотор-протектор семейства 3МР

 

Предполагается, что во всех защищаемых устройствах должно использоваться напряжение 120…250 В переменного тока.

 

Зависимость максимального тока размыкания 3MP от температуры окружающей среды (при отсутствии циркуляции воздуха)

 

Рис. 10. Зависимость максимального тока размыкания 3MP от температуры окружающей среды (при отсутствии циркуляции воздуха)

На рис. 11. представлены кривые для двух различных значений сопротивлений биметаллического диска.

 

Приближенная зависимость времени первого размыкания 3MP от силы тока (температура окружающей среды 25°С)

 

Рис. 11. Приближенная зависимость времени первого размыкания 3MP от силы тока (температура окружающей среды 25°С)

Опционально мотор-протекторы данного семейства могут поставляться в специальном изолирующем чехле, сделанном из мэйлара.

Общая структура партнамбера для 3MP отсутствует, и на сегодняшний день эти устройства вначале поставляются заказчику в качестве опытных образцов, изготовленных на основании его требований. Партнамбер формируется производителем в зависимости от каждого конкретного случая.

Другие технические характеристики 3МР:

  • Диапазон температур размыкания (конкретная температура указывается заказчиком) 80…170°С с шагом в 5°К;
  • Допуск для температуры размыкания ±5°К;
  • Максимально допустимая температура (в течение 5 минут) 200°С;
  • Максимальная температура внешней среды (Тразм + 20)°С;
  • Временная задержка 4…10 сек при температуре окружающей среды 25°С.

3MP Self-Hold (мотор-протектор с удержанием отключения) — по сути, тот же мотор-протектор, что и ЗMP, но возвращающийся к исходному состоянию только через некоторое время после ручного отключения цепи питания. Подчеркнем, что речь идет именно о принудительном отключении внешней цепи. Это возможно благодаря тому, что помимо S-образного нагревателя, увеличивающего чувствительность, здесь используется еще один тип нагревательного элемента — PTC-элемент (от англ. Positive Temperature Coefficient). Он монтируется непосредственно на корпус 3MP и крепится к нему металлической скобой (рис. 12). РТС-элемент блокирует характерное для обычных нормально-замкнутых (open-on-rise) биметаллических термостатов самопроизвольное замыкание контактов при понижении температуры обратно до точки нижнего порога срабатывания. Когда основная цепь размыкается, ток начинает течь параллельно через нагревательный PTC-элемент, обладающий большим сопротивлением.

 

Мотор-протектор семейства 3МР Self-Hold

 

Рис. 12. Мотор-протектор семейства 3МР Self-Hold

Чтобы биметаллическая пластина остыла и разомкнула цепь, а потом снова замкнула ее, необходимо, чтобы сначала остыл этот нагревательный элемент. В данном случаи переводить термин «Self-Hold» как «самовозврат к исходному состоянию» неправильно. Как раз наоборот, возврат данного термореле к исходному состоянию происходит принудительно, т.е. путем отключения внешней цепи питания. Способность отключаться автоматически (если что-то не так) и включаться назад только принудительно как раз и определяют спектр применения мотор-протекторов семейства 3MP Self-Hold как в индустриальном, так и в бытовом оборудовании: моечные машины, пылесосы, цепные пилы, газонокосилки, насосы. При этом защищаемые электродвигатели должны быть рассчитаны на переменный ток с напряжением питания 120…250 В. Однако усложнение принципа работы данного устройства (появление еще одного нагревательного элемента) приводит к дальнейшему уменьшению гарантированного числа циклов срабатывания до 300. Несмотря на то что внешний вид 3MP Self-Hold сильно отличается от 3МР, мотор-протекторы 3MP Self-Hold имеют аналогичные кривые основных рабочих зависимостей (рис. 10 и 11). Партнамбер же в каждом конкретном случаи вырабатывается производителем для заказчика на основе детального описания режимов работы.

Другие технические характеристики 3МР Self-Hold:

  • Диапазон температур размыкания (конкретная температура указывается заказчиком) 80…170°С с шагом в 5°К;
  • Допуск для температуры размыкания ±8°К;
  • Температура окружающей среды, при которой гарантируется стабильность удержания отключения (при обратном падении температуры окружающей среды ниже температуры размыкания) 0°С;
  • Максимально допустимая температура (в течение 5 минут) 200°С;
  • Максимальная температура внешней среды Тразм + 20°С.

6AP рассчитаны строго на использование на постоянном токе. По своему внутреннему устройству 6AP являются почти точной копией мотор-протекторов 3MP, которые рассчитаны на работу на переменном токе. У них также рядом с биметаллическим диском находится S-образный нагревательный элемент, который повышает чувствительность данного элемента, уменьшая величину тока размыкания и время отклика.

Термореле 6AP рекомендуется использовать для защиты устройств постоянного тока: регулировочных электродвигателей, дверных замков, стеклоочистителей.

Кривые зависимостей максимального тока размыкания от температуры окружающей среды и зависимости времени первого размыкания от силы тока очень близки к аналогичным кривым для 3МР (рис. 10, 11), поэтому мы их здесь не приводим, отсылая читателя к соответствующему техническому описанию.

Другие технические характеристики 6АР:

  • Диапазон температур размыкания (конкретная температура указывается заказчиком) 100…170°С с шагом в 5°К;
  • Допуск для температуры размыкания ±5°К;
  • Максимально допустимая температура (в течение 5 минут) 200°С;
  • Максимальная температура внешней среды 20°С;
  • Временная задержка 4…10 сек при температуре окружающей среды 25°С.

 

Возможность пропитки

Для некоторых применений требуется возможность пропитки индуктивной катушки, которую надо защитить от перегрева и перегрузки по току при помощи термореле. Из описываемых в этой статье термореле для этих целей подходит только серия 7AM, т.к. изолирующая прокладка, соединяющая две половинки корпуса мотор-протекторов данного типа, специально рассчитана на пропитку.

 

Выбор мотор-протектора Sensata
для конкретного применения

В простых случаях заказчик сможет сам подобрать нужный мотор-протектор для своего применения, а также правильно заказать нужный партнамбер изделия. Материала, представленного в данной статье и технических описаний с сайта компании Sensata вполне достаточно. Например, самостоятельный выбор легко сделать, когда речь идет о применении мотор-протекторов серии 2ММ для стандартных приложений.

В более сложных случаях для заказа необходима консультация инженеров Sensata. В какой форме ее можно получить, и что для этого необходимо сделать — зависит от конкретных технических требований. Иногда заказчику необходимо просто заполнить стандартную анкету (как в случае с серией 3МР), и технические специалисты Sensata сами посоветуют, какой мотор-протектор больше подходит для данных условий применения. В любом случаи технические специалисты компании Sensata помогут заказчику сделать правильный предварительный выбор образцов для последующего тестирования (проведения верификационных тестов и выбора наиболее подходящего из нескольких близких по характеристикам образцов).

Однако следует помнить, что минимальное количество мотор-протекторов для заказа составляет несколько тысяч изделий (в зависимости от наименования). Поставляются же они строго на заказ. Именно при таких условиях оказывается техническая поддержка, описанная выше. Но эти требования являются вполне естественными и обоснованными, учитывая, что низкая стоимость рассматриваемых изделий обеспечивается лишь благодаря их массовому производству. ПО вопросам приобретения вы можете обратиться в представительство компании КОМПЭЛ.

 

Ссылки

1. http://www.sensata.com/download/2mm.pdf

2. http://www.sensata.com/download/7am.pdf

3. http://www.sensata.com/download/15am.pdf

4. http://www.sensata.com/download/3mp.pdf

5. http://www.sensata.com/download/3mp-self.pdf

6. http://www.sensata.com/download/6ap.pdf.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: sensors.vesti@compel.ru

 

 

Наши информационные каналы

Рубрики:

О компании Sensata

Компания Sensata (в прошлом Klixon), входившая до 2005 г в состав Texas Instruments, и имеющая свыше 35 лет богатого опыта разработки и производства биметаллических термостатов и устройств защиты для электродвигателей, является мировым лидером в этой области. Непревзойденная надежность продукции сделала синонимами слова «Sensata» и «качество», такая характеристика по праву заслужена безотказностью продукции и оценена потребителями, в число которых входит и Бош Юнкерс, - известный мировой лиде ...читать далее