热敏电阻在电动机保护中的应用.pdf

第48卷第2期
石油化工自动化
Vol 48, No. 2
2012年4月
AUTOMATION IN PETRO-CHEMICAL INDUSTRY
April, 2012
热敏电阻在电动机保护中的应用
杨振
(东华正程科技股份有限公司,合肥230024)
摘要:PTC热敏电阻是一种对其居里温度反应非常敏感的热电阻,国外利用这一特性将其应用于电动机的温度过熱保护中
介绍了PTC热敏电阻的物連特性;分析了液氧泵高压电动机联锁保护的实现方法。
关键词:PTC燃敏电电机保护电器温度联锁保护
中图分类号:TH81
文就标志码:B
文章编号:1007-7324(2012)02-0080-03
某大型媒化工项目空分装置采用离心式内压阻、临界温度(CTR)热敏电阻。
缔液氧泵增压,采用高压电机驱动。液氧泵从瑞
PTC热敏电阻是一种以钛酸钡为主要成分的
进口。由于不明原因,该液氧泵电动机的联锁保护高技术半导体功能陶瓷材料,当温度在某个温度值
在空分成套商的设计文件中未给予设计。笔者通(居里温度)附近时,其阻值发生阶跃性变化。正是
过详细研究,成功设计了该泵电动机的联锁保护利用PTC热敏电阻对居里温度的敏感性能,国外
系统。
先进电动机厂已经将其用于电动机的安全保护系
电动机是工业生产中广泛应用的一种驱动设统中。PTC热敏电阻的主要物理特性有电阻温度
备,在运行过程中,温度过高会导致绝缘老化,大大特性、电压电流特性、电流时间特性。
缩短电动机的使用寿命,甚至会使绝缘损坏而发生2.1电阻温度特性
烧毁电动机的事故?。因此,重要的电动机必须设
电阻温度特性通常简称为阻温特性,根据德
置温度监视及联锁保护系统。常见的保护方式是在国标准DN41081-1185的规定,通用型单支式
电动机内部埋人铂热电阻,将信号引入控制系统,但PTC热敏电阳的电阻温度特性如图1所示。
在西方发达国家,电动机内部不仅埋入常规的铂热
电阻,同时还埋入热敏电阻。铂热电阻一般用于电
动机的温度监视,热敏电阻用于温度的联锁保护。
该项目中,液氧泵高压电动机定子绕组设置
组3套管式PIC热敏电阻,1组用于温度高报警
550
(报警值130℃),另1组用于温度高高联锁停机保
250
护(联锁值150℃)。电机轴承非轴伸端设置1组
单支式PTC热敏电阻,用于温度高高联镟停机保
护(联锁值120℃)。其余轴系温度监测均采用
Pt100热电阻
图1PTC热敏电阻阻温特性曲线
与常规泵保护系统不同的是,该泵保护采用普
通Ptl00和PTC热敏电阻相结合的方法。对于
其中NAT表示PIC热敏电阻的响应温度,即
Pr100温度信号,配备接收P1信号的卡件或者居里温度,由PTC热电阻本身的物理特性袂定。
温度变送器即可实现,但是对于PTC热敏电阻信一般PTC热敏电阳的NAT为40~-300C?
号的处理,国内尚没有成熱的案例。因此,PTC熱2.2电压电流特性
敏电阻信号的处理是该工程的一个难点。
电压电流特性,即伏安特性,是PTC热敏电
PTC热敏电阻简介
阻实际工作状态下的电压、电流之间的关系,典型
热敏电阻是由金属氧化物或半导体材料成
的热敏元件,一般测温为-100~300C。热敏电稿件收到日期:2011-12-08,修改稿收到日期:2012-01-18
阻的响应时间远小于普通热电阻,一般用于测量反作者箇介:杨振(1986-),男,2007年毕业于北京化工大学自动化
应速度快的场合2。按其温度特性可分为正温度专业,毕业后一直在东华工程科技股份有限公司从事自控设计
系数(PTC)热敏电阻、负温度系数(NTC)热撖电工作
第2期
杨振.热敏电阻在电动机保护中的应用
曲线如图2所示。
该继电器是PTC热敏电阻专用的“PTC热敏
电阻电机保护继电器”,借助于内置在定子绕组或
轴承中的PTC热敏电阻对温度进行检测。该继电
器适用于标准PTC热敏电阻的任何温度,并提供
可靠的保护以防止电动机绕组或者轴承过热。几
经周折,最后采用了ABB的CM-MSS系列产品。
PTC热敏电阻电机保护继电器的主要参数见表1
所列。
表1PTC热敏电阻技术数据
项目
参数
图2PTC热敏电阻伏安特性曲线
从上图可以看出,PTC热敏电阻的伏安特性
供电电压/V
24(DC),220~240(AC)
传感器回路数/个
曲线可以分为三个区间:左边区间,由于PTC热
输出触点
1C/O,1N/O,1N/O+1(/O,2N/
敏电阻两端所加电压较低,由功耗引起的温升电
0+1C/O
阻变化很小,称为等电阻段;中间区间,由于元件温度值/k2
的功耗可以通过自身电阻的变化调整而基本保温度迟滞/kQ
1.7~2.3
持不变,称为等功率段;右边区间,因受电压效应短路阈值/kQ
的影响,电阻阻值增大速度减慢,电流变化逐渐短路迟滞/AkQ
趋于平稳。
传感器串联R。x/k≤1.5
2.3电流一时间特性
最大电缆长度/m100(0.75mm2),400(2.5mm2)
电流一时间特性表示在PTC热敏电阻两端加
复位模式
自动、人工
上额定工作电压时,流过电阻的电流随时间而变化
温度阈值是指保护继电器在接收到PTC热敏
的特性,典型曲线如图3所示。
电阻的信号后跳变的阻值。不同的是,该阻值不是
个定值,而是一个区间信号。温度迟滞是指温度
在降低的过程中,该继电器复位时的值。
根据图1可知:在温度小于NAT-20℃时
R≤2502;在温度小于NAT-5℃时,R≤55002;
在温度大于NAT时,R≥13302;在温度大于
NAT+5℃时,R≥400002。
图3PTC热敏电阻电流时间特性曲线
该项目中液氧泵定子绕组温度检测采用三支串
联式PTC热敏电阻,其居里温度为150℃。当定
在PTC热敏电阻两端施加某一电压的瞬间,子绕组温度低于130℃(NAT-一20℃)时,回路总电
由于其初始阻值小,电流迅速增大。随着时间的推阻Ra≤3×2500=7502,没有达到继电器温度阈
移,PTC热敏电阻发热,进入正温度系数特性区值,液氧泵正常运转。当温度升至145℃(NAT
域,电阻阻值急剧增加,电流大幅度下降,最后达到5℃时,回路总电阻Ra=3×550=16502,没有
稳定状态67。
达到继电器温度阈值,液氧泵正常运转。当温度稍
3PTC热敏电阻在液氧泵电动机保护中的实现再升高时,PT℃热敏电阻阻值呈阶跃性增长。当温
目前,DCS尚没有接收PTC热敏电阻信号的度达到150℃(NAT)时,Ra=3×1330Q
卡件。因此,笔者采用配套“继电器”接收PTC热3990>37002。PTC热敏电阻电机保护继电器
敏电阻信号。在正常情况下,电动机内部的PTC已经发生跳变,将干接点信号送到DCS,参与液氧
热敏电阻处于低阻态,不影响电动机的正常运转。泵联锁保护,然后输出干接点信号去电气配电柜控
当电动机内部因故障过热时,PTC热敏电阻因受制停泵,达到保护泵的目的。
热阻值跃变,将信号送给配套的“继电器”,通过“继
液氧泵非轴伸端温度检