Тепловой защитник для электродвигателей-компрессоров герметичного и полугерметичного исполнения

Тепловой защитник для электродвигателей-компрессоров герметичного и полугерметичного исполнения

Введение
Надежная работа герметичных и полугерметичных компрессорных агрегатов, широко используемых в холодильной технике и кондиционировании воздуха, критически зависит от защиты электродвигателя от перегрева. Основным устройством, обеспечивающим эту защиту, является тепловой защитник (термозащита). Его правильный подбор и функциональность напрямую влияют на долговечность и безопасность компрессора. Данная статья описывает ключевые аспекты испытаний тепловых защитников, используемых в таких электродвигателях.

1. Объекты испытаний

Объектами испытаний являются тепловые защитники, предназначенные для установки на электродвигатели компрессоров герметичного и полугерметичного исполнения. К ним относятся:

1. Встроенные биметаллические защиты: Непосредственно смонтированные на обмотке статора или вблизи нее внутри герметичного корпуса компрессора.
2. Внешние защитные реле (для полугерметичных компрессоров):
   • Дискретные биметаллические реле: Устанавливаются на корпусе компрессора или вблизи него, механически связаны с температурой корпуса или имеют собственный нагреватель, управляемый током двигателя.
   • Электронные модули защиты: Более сложные устройства, измеряющие ток двигателя и/или температуру чувствительным элементом (термистором, термопарой) на корпусе или внутри него, и разрывающие цепь управления при превышении заданных параметров.
3. Чувствительные элементы: Сами датчики температуры (например, позисторы, к которым подключается внешний электронный модуль), встроенные в обмотку или установленные на корпусе двигателя.

2. Область испытаний

Испытания тепловых защитников направлены на проверку соответствия их ключевых рабочих параметров заявленным характеристикам и требованиям безопасности. Основные проверяемые аспекты включают:

1. Температура срабатывания (Trip Temperature): Температура (на чувствительном элементе или корпусе), при которой защитник должен разомкнуть электрическую цепь двигателя.
2. Температура возврата (Reset Temperature): Температура, при которой защитник должен автоматически восстановить цепь питания двигателя после остывания.
3. Температурный гистерезис (Differential): Разница между температурой срабатывания и температурой возврата.
4. Тепловая инерция и время срабатывания: Время, необходимое для срабатывания защиты при заданном превышении температуры или тока.
5. Чувствительность к току перегрузки (для токозависимых защит): Проверка срабатывания защиты при токах, превышающих номинальный, в различных условиях окружающей среды.
6. Стабильность параметров: Сохранение характеристик срабатывания и возврата после многократных циклов (старение).
7. Механическая надежность: Способность контактной группы выдержать требуемое количество циклов срабатывания без ухудшения параметров.
8. Электрическая надежность: Проверка изоляции, способности контактов коммутировать рабочие и пусковые токи двигателя без сваривания или чрезмерного эрозионного износа.
9. Устойчивость к внешним воздействиям:
   • Вибрации (имитация работы компрессора).
   • Циклическим изменениям температуры.
   • Повышенной влажности.
   • Агрессивным средам (масло, хладагент – для встроенных защит).

3. Методы испытаний

Методы испытаний варьируются в зависимости от типа теплового защитника и проверяемого параметра:

1. Испытания в термокамерах (для температурозависимых параметров):

   • Защитник помещается в климатическую камеру с регулируемой температурой.
   • Температура камеры плавно повышается с контролируемой скоростью (например, 1°C/мин) до момента срабатывания защиты (фиксация температуры срабатывания T_trip).
   • Температура затем плавно понижается до момента возврата защиты в исходное состояние (фиксация температуры возврата T_reset). Разница T_trip - T_reset дает гистерезис.
   • Испытание повторяется многократно для проверки стабильности и старения.

2. Испытания с электрическим нагревом (имитация работы):

   • Для встроенных биметаллических защит: Защитник устанавливается на нагревательный стенд или макет обмотки. Через защитник или отдельный нагревательный элемент пропускается ток, создающий тепловую нагрузку, эквивалентную работе двигателя. Фиксируется ток и время до срабатывания при различных температурах окружающей среды.
   • Для защит с собственным нагревателем: Пропускается ток через нагревательный элемент реле, имитируя ток перегрузки двигателя. Фиксируется ток и время срабатывания.

3. Испытания на реальном компрессоре (или точном макете):

   • Наиболее комплексный метод. Тепловой защитник устанавливается в штатное положение на работающем компрессоре.
   • Имитируются условия перегрузки (например, повышением давления нагнетания) или блокировки ротора ("locked rotor").
   • Фиксируются температуры в контрольных точках (обмотка, корпус, место установки датчика), ток двигателя и моменты срабатывания/возврата защиты.
   • Проверяется, предотвращает ли защита опасный перегрев обмоток.

4. Испытания на износостойкость (механическая надежность):

   • Защитник многократно (сотни или тысячи раз) приводится в действие с помощью внешнего нагрева или механического воздействия (для симуляции), имитируя циклы срабатывания.
   • После заданного числа циклов проверяются параметры срабатывания/возврата и состояние контактов.

5. Испытания на коммутационную способность (электрическая надежность):

   • Защитник включается в испытательную цепь с источником тока, соответствующим пусковому и рабочему току защищаемого двигателя.
   • Выполняется серия включений/отключений под нагрузкой.
   • Оценивается состояние контактов (оплавление, эрозия, сваривание) и стабильность переходного сопротивления.

6. Испытания на воздействие внешних факторов:

   • Вибрации: Защитник закрепляется на вибростенде, воспроизводящем спектр вибраций работающего компрессора. Проверяется, вызывает ли вибрация ложные срабатывания или повреждения.
   • Термоциклирование: Защитник подвергается многократным циклам нагрева и охлаждения в расширенном диапазоне температур.
   • Влажность/Среда: Испытания в камерах с повышенной влажностью или при воздействии паров масла/хладагента (для встроенных элементов) с последующей проверкой параметров и изоляции.

4. Испытательное оборудование

Для проведения испытаний тепловых защитников требуется специализированное оборудование:

1. Климатические камеры: Обеспечивают точный контроль температуры и влажности в широком диапазоне (например, от -40°C до +200°C).
2. Нагревательные стенды/макеты: Установки для локального нагрева защитника или его чувствительного элемента с регулируемой мощностью и скоростью нагрева.
3. Источники тока/испытательные нагрузки: Регулируемые источники постоянного или переменного тока, способные генерировать токи от долей ампера до сотен ампер (для имитации рабочих токов и перегрузок).
4. Системы сбора данных (DAQ):
   • Высокоточные термопары, термосопротивления (RTD) или термисторы.
   • Токоизмерительные клещи или шунты.
   • Мультиметры.
   • Регистраторы данных или ПЛК с соответствующим ПО для записи температуры, тока, состояния контактов защиты в реальном времени.
5. Вибрационные стенды: Электродинамические или гидравлические стенды, способные воспроизводить заданные профили вибрации.
6. Установки для испытаний на коммутацию: Специализированные стенды для проверки отключения токов короткого замыкания и устойчивости контактов к дуге.
7. Установки для испытаний на долговечность (износостойкость): Автоматизированные стенды для многократного циклического срабатывания защиты механическими или термическими методами.
8. Измерители сопротивления изоляции (мегаомметры): Для проверки электрической изоляции защитника после воздействия среды или влаги.
9. Микроскопы/увеличители: Для визуального контроля состояния контактов до и после испытаний.

Заключение

Комплексные испытания тепловых защитников для герметичных и полугерметичных компрессорных электродвигателей являются неотъемлемой частью обеспечения их надежности и безопасности. Проверка критических параметров – температур срабатывания и возврата, гистерезиса, чувствительности к току, устойчивости к циклическим нагрузкам и внешним воздействиям – требует применения специализированного оборудования и строгих методик. Результаты таких испытаний позволяют гарантировать, что защитник своевременно отключит двигатель при угрозе перегрева, предотвратит повреждение дорогостоящих обмоток и обеспечит долгий срок службы компрессорного агрегата в целом. Постоянное совершенствование методов испытаний соответствует растущим требованиям к энергоэффективности и надежности современных холодильных систем.