عملکرد توابع حفاظت حرارتی و اضافه بار در راه انداز نرم و سافت استارترها

راه اندازهای نرم روش های متنوعی را برای اندازه گیری دمای موتور و اعمال حفاظت های حرارتی در اختیار کاربر قرار می دهند. این روش ها شامل اندازه گیری و حفاظت حرارتی هوشمند داخلی راه انداز نرم مبتنی بر جریان و وضعیت موتور، و همچنین حفاظت مبتنی بر سنسور های PTC و PT100 می باشد. روش اول به عنوان روش حفاظت الکتریکی یا تابع تجسم حرارتی نیز شناخته می شود. در این روش به جای اندازه گیری مستقیم پارامتر دما و اقدام به حفاظت بر مبنای آن، یک ظرفتی حرارتی برای موتور در نظر گرفته می شود و با محاسباتی که در ادامه توضیح داده شده است، تعیین می شود که آیا موتور به حداکثر ظرفیت حرارتی خود رسیده است یا نه. شما می توانید مقاله نحوه محاسبه ابعاد تابلو برق از نظر حرارتی را مطالعه کنید

اما در استفاده از سنسورهای حرارتی، اساس کار بر مبنای اندازه گیری مستقیم دما است. سنسور های PTC و PT100 المان های مقاومتی هستند که درون موتور (سیم پیچ ها، بدنه، بلبرینگ ها و …) قرار می گیرند و بسته به مشخصه عملکردی شان به محض رسیدن به حد دمایی خود، تغییر مقاومت می دهند و راه انداز نرم با اندازه گیری این مقاومت می تواند دمای بالا را تشخیص داده و اقدام به تریپ و حفاظت از موتور نماید. در ادامه به بررسی هر کدام از این حفاظت ها می پردازیم. شما می توانید مقالات روش های اتصال راه انداز نرم و موتور کدامند؟ و چند نمونه از کاربردهای راه انداز نرم را مطالعه بفرمایید.

اندازه گیری داخلی هوشمند توسط راه انداز نرم مبتنی بر مدل حرارتی موتور

این اندازه گیری بر پایه مدل حرارتی موتور تعریف و توسط راه انداز نرم محاسبه می شود. مبنای این اندازه گیری استانداردهای IEC 60947-4-1 و IEC 60255 هستند که مدل حرارتی موتور را به صورت زیر تعریف کرده است:

در این جا θ در واقع ظرفیت حرارتی موتور است. اگر مقدار θ  به 100% برسد، راه انداز نرم می تواند بسته به تنظیمات داده شده توسط کاربرد، اقدام به تریپ موتور نماید. در این رابطه:

این مدل حرارتی برای اندازه گیری حرارتی هوشمند داخلی سافت استارتر مورد استفاده قرار می گیرد و مقادیر محاسبه شده را می تواند روی صفحه راه انداز نرم خود مشاهده نمایید. همانطور که مشاهده می شود این اندازه گیری بر حسب درصد است و نه واحد های دمایی و این درصد در واقع نشان دهنده میزان حرارت موتور به قابلیت حرارتی موتور است.

از این اندازه گیری برای مقاصد حفاظتی نیز استفاده شود، در نتیجه برای زمان تریپ t داریم:

ثابت حرارتی نیز با توجه به کلاس تریپ 10 که در اکثر راه اندازهای نرم پیاده سازی شده است، از رابطه زیر به دست می آید:

با تنظیم مقدار X در رابطه زیر می توان تپ مورد نظر برای اعمال حفاظت اضافه جریان را بر اساس مدل حرارتی موتور تنظیم کرد:

در این حالت، با رسیدن مقدار مدل حرارتی θ  به 100% تریپ با تاخیر t اعمال می شود.

عموما در موارد زیر با این خطا مواجه می شویم:

• زمانی که موتور به حد ماکزیمم ظرفیت حرارتی اش رسیده باشد. این اضافه بار ممکن است به دلیل موارد زیر باشد:
• مشخصات موتور شامل جریان نامی به درستی به سافت استارتر داده نشده است.
• تعداد استارت های بالا در مدت کم رخ داده است و باعث گرم شدن موتور شده است.
• آسیب دیدن سیم پیچی موتور که باعث اضافه جریان های جزئی درون آن گشته است.

حفاظت حرارتی با استفاده از ترمیستورها PTC

ترمیستورهای حرارتی به زبان ساده مقاومت های متغیر با دما هستند. این تجهیزات به صورت گسترده ای در صنعت ماشین های الکتریکی و راه انداز نرم به منظور اعمال حفاظت های حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند. حفاظت پیاده سازی شده بر اساس این سنسور ها بدین صورت است که مقاومت آن ها توسط راه انداز های نرم و سافت استارتر اندازه گیری می شود و زمانی که مقاومت اندازه گیری شده از سطح تعیین شده قبلی بیشتر شود، دستور تریپ ارسال می شود.

این نوع ترمیستورها اخیرا پرکاربردترین نوع سنسورهای دمایی در ماشین های الکتریکی هستند. این نوع سنسور ها بسته به مواد سازنده وساختارشان به دو دسته تقسیم بندی می شوند. دسته اول که سیلیستورها هستند از سیلیکون به عنوان نیمه هادی بهره می برند. سیلیستورها دارای مشخصه خطی هستند. گروه دوم ترمیستورهای متغیر هستند. ترمیستورهای متغیر منحنی دما-مقاومت شدیدا غیرخطی دارند. این نوع از سنسورها ابتدا با افزایش دما دچار کاهش مقاومت می شوند اما با رسیدن به نقطه دمایی مشخصی (T_c) افزایش ناگهانی مقاومت خواهند داشت. این نقطه به طور رایج بین 60 تا 120  درجه سانتی گراد متفاوت است. شکل زیر منحنی دما- مقاومت را برای سنسورهای PTC مختلف نمایش می دهد.

همانطور که واضح است به دلیل مشخصه غیر خطی سنسورهای رایج متغیر، PTC ها نمی توانند اندازه گیری حرارتی در اختیار قرار دهند و تنها برای مقاصد حفاظتی مورد استفاده قرار می گیرند.

عموما در موارد زیر با این خطا مواجه می شویم:

• ورودی ترمیستور فعال شده است که ناشی از یکی از موارد ذیل می تواند باشد:
• مقاومت ورودی برای بیش از یک ثانیه بیش از 6 kohm شده است.
• سیم پیچ موتور بیش از حد گرم شده است.
• ورودی ترمیستور موتور باز شده است.

سنسور PT100

مقاومت این نوع سنسورها تغییرات خطی با دما دارند. جنس این نوع سنسورها عموما پلاتینیوم بوده و مقاومت در دمای 0 برابر با 100ohm است. تغییرات مقاومت تقریبا برابر است با  و دارای کلاس های دمایی متفاوت هستند. از آنجا که رابطه دما-مقاومت این نوع سنسور ها مشخص است، می توانند برای مقاصد اندازه گیری دما و همچنین اعمال حفاظت های دلخواه بر اساس دماهای مختلف در راه انداز نرم مورد استفاده قرار بگیرند. منحنی مقاومت به دما را می توانید در شکل زیر مشاهده  کنید.

عموما در موارد زیر با این خطا مواجه می شویم:

• بدین معنی است که دمای تنظیم شده برای سنسور PT100 شماره X از حد مجاز بیشتر شده است و سافت استارتر تریپ داده است.
• نشان دهنده این است که مدار PT100 متصل شده اتصال کوتاه شده است.

امیدواریم که مطالب فوق برای شما مفید واقع شده باشد، همچنین شما می توانید مطالب مرتبط دیگر ما شامل پارامترهای تنظیمات داخلی راه انداز نرم کدامند؟ و راه انداز نرم و دیزل ژنراتور را مطالعه بفرمایید.