Die Grundlagen des eingebauten Motorschutzes für Ingenieure Anfänger

Python #1 - Die Grundlagen (Juli 2019).

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Warum ist ein Motorschutz notwendig?

Um unerwartete Ausfälle, kostspielige Reparaturen und spätere Verluste aufgrund von Motorausfällen zu vermeiden, ist es wichtig, dass der Motor mit einer Art Schutzvorrichtung ausgestattet ist .

Die Grundlagen des eingebauten Motorschutzes für Anfänger (auf dem Foto: Ansicht des eingebauten Thermostaten im Motor; Kredit: johndearmond.com)

Dieser Artikel behandelt den eingebauten Motorschutz mit thermischem Überlastschutz, um Schäden und Motorausfälle zu vermeiden. Die eingebaute Schutzeinrichtung benötigt immer einen externen Schutzschalter, während einige eingebaute Motorschutzarten sogar ein Überlastrelais benötigen.

Interner Schutz // In den Motor eingebaut

Warum haben Sie einen eingebauten Motorschutz, wenn der Motor bereits mit Überlastrelais und Sicherungen ausgestattet ist? Manchmal registriert das Überlastrelais keine Motorüberlastung.

Hier sind ein paar Beispiele dafür //

  1. Wenn der Motor bedeckt ist und langsam auf eine hohe Temperatur erwärmt wird.
  2. Im Allgemeinen hohe Umgebungstemperaturen.
  3. Wenn der externe Motorschutz auf einen zu hohen Auslösestrom eingestellt ist oder falsch installiert ist.
  4. Wenn ein Motor innerhalb kurzer Zeit mehrmals neu gestartet wird, erwärmt der blockierte Rotorstrom den Motor und beschädigt ihn schließlich.

Die Schutzart, die ein internes Schutzgerät bietet, ist in der Norm IEC 60034-11 klassifiziert.

TP-Bezeichnung

TP ist die Abkürzung für Wärmeschutz. Verschiedene Arten von Wärmeschutz existieren und werden durch einen TP-Code (TPxxx) identifiziert, der anzeigt:

  • Die Art der thermischen Überlastung, für die der thermische Schutz ausgelegt ist (1-stellig)
  • Anzahl der Ebenen und Art der Aktion (2-stellig)
  • Die Kategorie des eingebauten Wärmeschutzes (3-stellig)

Wenn es um Pumpenmotoren geht, sind die gebräuchlichsten TP-Bezeichnungen:

  • TP 111 - Schutz vor langsamer Überlastung
  • TP 211 - Schutz gegen schnelle und langsame Überlastung.

Interner Schutz in Wicklungen eingebaut

Angabe des zulässigen Temperaturniveaus bei thermischer Überlastung des Motors. Kategorie 2 erlaubt höhere Temperaturen als Kategorie 1.

Symbol
(TP)
Technische Überlastung mit Variation
(1 Ziffer)
Anzahl der Ebenen und Funktionsbereich (2 Ziffern)Kategorie
(3 Ziffern)
TP 111 Nur langsam (dh konstante Überlastung) 1 Stufe am Cutoff1
TP 1122
TP 121 2 Stufen bei Notsignal und Abschaltung1
TP 1222
TP 211 Langsam und schnell (dh konstante Überlast und blockierter Zustand) 1 Stufe am Cutoff1
TP 2122
TP 221 2 Stufen bei Notsignal und Abschaltung1
TP 2222
TP 311 Nur schnell (dh blockierter Zustand) 1 Stufe am Cutoff1
TP 3122

Informationen darüber, welche Zündschutzart für einen Motor angewendet wurde, finden Sie auf dem Typenschild mit einer TP-Bezeichnung (Thermoschutz) gemäß IEC 60034-11 .

Im Allgemeinen kann der interne Schutz mit zwei Arten von Protektoren implementiert werden:

  1. Wärmeschutz oder
  2. Thermistoren.

Wärmeschutz - in den Klemmenkasten eingebaut

Thermische Schutzvorrichtungen oder Thermostate verwenden einen Schnapp-, Bimetall-, Scheibenschalter, um den Stromkreis zu öffnen oder zu schließen, wenn er eine bestimmte Temperatur erreicht. Thermische Protektoren werden auch als Klixons bezeichnet, (Handelsname von Texas Instruments).

Wenn die Bimetallscheibe eine vorbestimmte Temperatur erreicht, öffnet oder schließt sie einen Satz von Kontakten in einer erregten Steuerschaltung . Thermostate sind mit Kontakten für normalerweise offenen oder normalerweise geschlossenen Betrieb verfügbar, aber das gleiche Gerät kann nicht für beide verwendet werden.

Thermostate sind vom Hersteller vorkalibriert und können nicht eingestellt werden. Die Scheiben sind hermetisch abgedichtet und befinden sich auf dem Klemmenbrett.

Oberes Typenschild: TP 211 in einem MG 3, 0 kW-Motor mit PTC; Unteres Typenschild: TP 111 in einem Grundfos MMG 18, 5 kW Motor mit PTC.

Symbole für thermische Motorschalter

Symbole (von links nach rechts):

  1. Thermoschalter ohne Heizung
  2. Thermoschalter mit Heizung
  3. Thermoschalter ohne Heizung für Drehstrommotoren (Sternpunktschutz)

Ein Thermostat kann entweder einen Alarmkreis erregen, falls er normalerweise offen ist, oder das Motorschütz stromlos schalten, wenn es normalerweise geschlossen und in Reihe mit dem Schütz geschaltet ist.

Da sich Thermostate an der äußeren Oberfläche der Spulenenden befinden, erfassen sie die Temperatur an dieser Stelle. In Verbindung mit Drehstrommotoren werden Thermostate als instabiler Schutz gegen Blockierung oder andere sich schnell ändernde Temperaturbedingungen angesehen.

In Einphasenmotoren schützen Thermostate gegen blockierende Rotorbedingungen.

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Thermoschalter - in die Wicklungen eingebaut

In die Wicklungen können auch thermische Schutzvorrichtungen eingebaut werden, siehe Abbildung unten. Sie arbeiten als empfindliche Leistungsabschaltung für ein- und dreiphasige Motoren. Bei einphasigen Motoren kann er bis zu einer bestimmten Motorgröße von etwa 1, 1 kW direkt im Hauptkreis montiert werden, um als Aufwickelschutz zu dienen.

Wärmeschutzsymbol

Thermischer Schutz, der in Reihe mit der Wicklung oder einem Steuerkreis im Motor geschaltet wird.

Wärmeschutz in den Wicklungen eingebaut

Klixon und Thermik sind Beispiele für Thermoschalter Diese Geräte werden auch PTO (Protection Thermique à Ouverture) genannt.

Aktuelle und temperaturempfindliche Thermoschalter: Oben: Klixons; Unten: Thermik - PTO

Interne Anpassung

Bei einphasigen Motoren wird ein einziger Thermoschalter verwendet. Bei Drehstrommotoren sind zwei in Reihe geschaltete Thermoschalter zwischen den Phasen des Motors angeordnet. Auf diese Weise sind alle drei Phasen in Kontakt mit einem Thermoschalter.

Thermoschalter können am Spulenende nachgerüstet werden, was jedoch zu einer erhöhten Reaktionszeit führt. Die Schalter müssen an ein externes Überwachungssystem angeschlossen sein. Auf diese Weise ist der Motor gegen eine langsame Überlastung geschützt. Die Thermoschalter benötigen kein Verstärkerrelais.

Thermoschalter können NICHT gegen blockierte Rotorbedingungen schützen.

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Wie funktioniert ein Thermoschalter?

Die Kurve auf der rechten Seite zeigt den Widerstand als Funktion der Temperatur für einen typischen Thermoschalter. Abhängig vom Hersteller des Thermoschalters ändert sich die Kurve.

TN liegt typischerweise bei etwa 150 bis 160 ° C.

Widerstand als Funktion der Temperatur für einen typischen Thermoschalter

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Verbindung

Anschluss eines Drehstrommotors mit eingebautem Thermoschalter und Überlastrelais.

TP-Bezeichnung für das Diagramm

Schutz gemäß der Norm IEC 60034-11: TP 111 (langsame Überlast) . Um einen blockierten Rotor zu handhaben, muss der Motor mit einem Überlastrelais ausgestattet sein.

Automatische Wiedereinschaltung (links) und manuelle Wiedereinschaltung (rechts)

Woher:

  • S1 - Ein / Aus-Schalter
  • S2 - Aus-Schalter
  • K 1 - Schütz
  • t - Thermoschalter im Motor
  • M - Motor
  • MV - Überlastrelais

Thermoschalter können wie folgt geladen werden:

U max = 250 V AC
I N = 1, 5 A

I max = 5, 0 A (Einschalt- und Ausschaltstrom)

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Thermistoren - auch in die Wicklungen eingebaut

Die zweite Art des internen Schutzes sind die Thermistoren oder die positiven Temperaturkoeffizientensensoren (PTC) . Die Thermistoren sind in die Motorwicklungen eingebaut und schützen den Motor vor blockierten Rotorbedingungen, dauerhafter Überlastung und hoher Umgebungstemperatur.

Der thermische Schutz wird dann erreicht, indem die Temperatur der Motorwicklungen mit PTC-Sensoren überwacht wird. Überschreiten die Wicklungen die Nennauslösetemperatur, erfährt der Sensor eine schnelle Widerstandsänderung gegenüber der Temperaturänderung.

Als Ergebnis dieser Änderung schalten die internen Relais die Steuerspule des externen Unterbrechungsschützes aus. Wenn der Motor abkühlt und eine akzeptable Motorwicklungstemperatur wiederhergestellt ist, sinkt der Sensorwiderstand auf den Rücksetzpegel.

Zu diesem Zeitpunkt wird das Modul automatisch zurückgesetzt, sofern es nicht für das manuelle Zurücksetzen eingerichtet wurde. Wenn die Thermistoren an den Spulenenden nachgerüstet werden, können die Thermistoren nur als TP 111 klassifiziert werden. Der Grund ist, dass die Thermistoren keinen vollständigen Kontakt mit den Spulenenden haben und daher nicht so schnell reagieren können, als wenn sie ursprünglich in die Wicklung eingebaut wären.

Thermistor / PTC

Das Thermistor-Temperatursensorsystem besteht aus PTC-Sensoren (Positive Temperature Coefficient Sensors), die in einer Dreierreihe zwischen jeder Phase eingebettet sind, und einem elektronischen Halbleiterschalter in einem geschlossenen Steuermodul. Ein Satz Sensoren besteht aus drei Sensoren, einen pro Phase.

PTC-Schutz in Wicklungen integriert

Nur temperaturempfindlich. Der Thermistor muss an eine Steuerschaltung angeschlossen werden, die das Widerstandssignal umwandeln kann, das wiederum den Motor trennen muss. Wird in Drehstrommotoren verwendet.

Der Widerstand in dem Sensor bleibt über ein breites Temperaturband relativ niedrig und konstant und steigt abrupt bei einer vorbestimmten Temperatur oder einem vorgegebenen Auslösepunkt an.

Wenn dies auftritt, wirkt der Sensor als Festkörper-Thermoschalter und schaltet ein Pilotrelais ab .

Das Relais öffnet den Steuerkreis der Maschine, um die geschützten Geräte abzuschalten. Wenn die Wicklungstemperatur auf einen sicheren Wert zurückkehrt, kann das Modul manuell zurückgesetzt werden.

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Referenz // Grundfos - Motor Book (Download hier)

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