Om een motor tegen thermische effecten te beschermen wordt het thermisch relais toegepast. Het relais genereert een thermisch equivalent van de machine als functie van de normale en negatieve component van de motorstroom. Hiermee wordt zowel de stator als de rotor beveiligd tegen opwarming als gevolg van overbelasting en onbalans. Een thermische beveiliging is een onderdeel van een vemogenschakelaar.
Voor een gedetailleerde beschrijving zie: https://www.phasetophase.nl/pdf/ModelleringBeveiligingseenhedenInVision.pdf
Parameters
Parameter |
Default |
Eenheid |
Omschrijving |
|---|---|---|---|
Ipre |
0 |
A |
initiële belastingsstroom (loadflow resultaat). |
Fa |
1 |
|
omgevingstemperatuur factor |
q |
3 |
|
onbalansfactor |
I> |
0 |
A |
aanspreekstroom van het relais, I> = Inom · k (k = 1 .. 1,5) |
Th> |
0 |
s |
thermische tijdconstante opwarming machine (heating) |
Istart |
0 |
A |
stroom waarbij verondersteld wordt dat de motor aanloopt |
Ths |
0 |
s |
thermische tijdconstante opwarming machine tijdens start |
I>> |
0 |
A |
Stroom voor medium afschakeling |
t>> |
0 |
s |
Tijd van medium afschakeling |
Afval-aanspreek- verhouding |
1 |
|
Verhouding van de stroomwaarde voor het afvallen van het relais ten opzichte van het aanspreken (alleen bij vaste tijd, I>> en I>>> instelling) |
MODELLERING
De vele verschillende motoren en de diversiteit van applicaties resulteert in een zeer complexe thermische relatie. Het is hierdoor praktisch onmogelijk om de thermodynamica van de motor exact met een generiek wiskundig model te beschrijven. Het is echter wel mogelijk om de machine als een homogene massa te beschouwen, hierdoor kan de thermodynamica van de machine beschreven worden middels een eerste orde differentiaalvergelijking. In het tijdsdomein en opgelost voor t als functie van Ieq wordt de volgende vergelijking verkregen:
waar:
t_trip(I_eq) |
triptijd als functie van de equivalente stroom |
|---|---|
I_eq |
equivalente stroom |
τ |
thermische tijdconstante |
F_a |
omgevingstemperatuur factor |
I> |
aanspreekstroom van het relais, I> = Inom · k (k = 1 .. 1,5) |
I_pre |
initiële belastingsstroom (loadflow resultaat) |
Met behulp van deze vergelijking is een stroom-/tijdkarakteristiek te tekenen die binnen de beveiligingsmodule gehanteerd wordt. Het thermisch relais wordt vervolgens behandeld als een stroombeveiliging.
Machines zijn ontworpen te opereren bij een specifieke omgevingstemperatuur met een bepaalde tolerantie. Mocht de daadwerkelijke omgevingstemperatuur hoger zijn dan waar de machine voor is ontworpen kunnen de windingen dusdanig opwarmen dat de maximale temperatuur overschreden wordt zelfs als de machine binnen de belasting grenzen opereert. De thermische belastbaarheidskarakteristiek kan middels de factor Fa aan deze afwijkende omgevingstemperatuur worden aangepast. Deze factor is als volgt gedefinieerd:
waar:
F_a |
omgevingstemperatuur factor |
|---|---|
T_max |
maximale machine temperatuur conform IEC 60085 |
T_a |
actuele omgevingstemperatuur |
T_limit |
maximale omgevingstemperatuur waarvoor de machine ontworpen is |
Onbalans in de statorwikkelingen van de motor heeft tot gevolg dat de rotor van de machine opwarmt. Deze opwarming is niet meegenomen in de thermische belastbaarheidskarakteristiek. Om het effect van onbalans mee te nemen wordt gebruik gemaakt van een equivalente stroom. Deze stroom wordt als volgt berekend:
waar:
I_eq |
equivalente stroom |
|---|---|
I_1 |
normale stroomcomponent |
I_2 |
inverse stroomcomponent |
q |
onbalansfactor |