Для защиты и предотвращения нежелательных явлений, связанных с чрезмерным повышением температуры нагрева обмоток электродвигателей бытовых приборов при неисправной их эксплуатации или аварийных режимах работы, часто применяют специальные защитные устройства, которые по принципу действия можно разделить на: токовые, температурные и температурно-токовые.
Итак, по порядку:
Токовые защитные устройства реагируют на ток, протекающий в обмотке статора защищаемого электродвигателя (плавкие предохранители, токовые защитные реле). Основной частью предохранителя является плавкая вставка, которая представляет собой небольшой по длине проводник или пластину, изготовленную из серебра меди или цинка.
Плавкая вставка включается последовательно с защищаемой цепью. При увеличении тока, протекающего через защищаемую цепь, выше допустимого плавкая вставка перегорает и отключает прибор от сети. Для повторного включения прибора необходимо заменить плавкую вставку. При случайных кратковременных перегрузках для тепловой защиты электродвигателей плавкие предохранители применяются редко.
Наибольшее распространение получили токовые защитные реле. Принцип действия их основан на изменении физических свойств материалов при изменении температуры нагрева. Чувствительным элементов таких реле служит биметаллическая пластина, состоящая из двух сваренных по всей длине слоев разнородных металлов с разными коэффициентами линейного температурного расширения. Один конец биметаллической пластины закреплен неподвижно, а второй, на котором расположен подвижный контакт, свободно перемещается.
При обесточенной обмотке электродвигателя подвижный контакт биметаллической пластины соприкасается с неподвижным контактом, расположенным на корпусе реле. При протекании тока через обмотку электродвигателя и последовательно соединенное с ней тепловое реле биметаллическая пластина изгибается в сторону слоя металла с меньшим коэффициентом линейного температурного расширения и при определенном токе размыкает цепь питания электродвигателя.
По способу нагрева биметаллической пластины токовые реле подразделяются на реле с непосредственным, косвенным и комбинированным нагревом. В токовых защитных реле с непосредственным нагревом ток обмотки статора электродвигателя протекает непосредственно через биметаллическую пластину.
Вследствие удельного сопротивления материала биметалла такую конструкцию реле применяют для электродвигателей большой мощности, имеющий большой ток обмотки статора. При косвенном нагреве ток обмотки статора защищаемого электродвигателя протекает через специальный нагреватель, выполненный из пластины или проволоки с большим удельным сопротивлением. Нагреватель можно расположить вблизи биметаллической пластины или непосредственно намотать на нее. Биметаллическую пластину при этом не включают в цепь питания защищаемого электродвигателя.
При комбинированном нагреве ток защищаемого электродвигателя протекает через последовательно соединенные нагревательный элемент и биметаллическую пластину. Изгиб биметаллической пластины обусловлен совместным действием тепла, выделяемого в биметаллической пластине и в нагревателе. Токовые реле с косвенным и комбинированным нагревом применяют для защиты обмоток маломощных электродвигателей с непосредственным разрывом контактов реле силовой питающей сети.
Токовые реле располагают отдельно от электродвигателя. Связь между ним и электродвигателем осуществляется через ток обмотки статора, вследствие чего реле чувствительны лишь к составляющей потерь, которая обусловлена увеличением тока обмотки статора. Однако практике возможны случаи возрастания температуры нагрева обмоток статора без увеличения протекающего через них тока (нарушения условий вентиляции, увеличение механических потерь и др.). На такие возрастания температуры обмоток токовые реле не реагируют.
Токовые реле имеют неодинаковую чувствительность к изменениям перегрузок. Наибольшей чувствительностью они обладают в диапазоне больших перегрузок, связанных с резким возрастанием тока статора защищаемого электродвигателя. В диапазоне малых перегрузок чувствительность их снижается, что является основным недостатком токовой защиты.
Температурные защитные устройства реагируют на температуру нагрева обмоток электродвигателя и позволяют защищать двигатель от многих сложных типов перегрузок (увеличение механических потерь, длительные небольшие перегрузки и др.). Конструктивно температурные реле выполняются в виде биметаллических дисков, встраиваемых непосредственно в обмотку статора. Преимущество температурной защиты – высокая эффективность при малых длительных перегрузках.
Однако этот вид защиты плохо действует при больших толчковых перегрузках, так как тепловая инерция изоляции обмотки статора, через которую тепло передается от обмотки чувствительному элементу реле, приводит к запаздыванию срабатывания защиты. Вследствие этого температурная защита неэффективна при заторможенном роторе электродвигателя, что является ее существенным недостатком.
Температурно-токовые защитные устройства совмещают в себе положительные свойства температурных и токовых устройств и свободны от недостатков, свойственных каждому из них в отдельности. Температурно-токовые защитные устройства достаточно хорошо защищают электродвигателя как при возникновении небольших длительных перегрузках, так и при кратковременных.
Конструктивно температурно-токовую защиту выполняют обычно в виде биметаллических дисков с дополнительным нагревателем. Диск крепят к стали сердечника ротора или встраивают непосредственно в обмотку, а нагреватель включают последовательно с обмоткой статора. Биметаллический диск реагирует на температуру нагрева обмотки и обеспечивает защиту двигателя при длительных небольших перегрузках, а нагреватель реагирует на ток обмотки статора, обеспечивая защиту при кратковременных длительных больших перегрузках.
В зарубежных электробытовых приборах для защиты электродвигателей широко применяют температурную и температурно-токовую защиту, в отечественных наибольшее распространение получила токовая. Основные параметры защитных токовых реле: время срабатывания контактов и время возврата их в исходное положение при определенных значениях тока и окружающей температуры.
Зависимость времени срабатывания контактов реле от тока при определенной температуре называют защитной характеристикой реле. Совокупность таких характеристик для различных температур окружающей среды образует семейство защитных характеристик реле.
В стиральных машинах, например, применяют тепловые реле типа РТ. Это реле с одним нормально замкнутым контактом, служащее для защиты от перегрузок электроустановок и однофазных электрических двигателей переменного тока с питающим напряжением 220 В частотой 50 Гц.
