186513. lajstromszámú szabadalom • Elektronikus hőkioldó villamos motorokhoz
I 186 5 ! 3 2 A találmány tárgya elektronikus hökioldó villamos motorokhoz, célszerűen búvárszivattyú motorokhoz, ahol a motor és az azt működtető hőkioldóval ellátott kapcsoló környezeti hőmérséklete eltérő. Villamos motoroknak a használat közbeni védelmére valamint a nehéz indítási viszonyok, túlterhelés, fáziskimaradás, feszültségcsökkenés, frekvencianövekedés, lefékezett forgórész következtében fellépő károsodások elkerülésére általában termikus védelmet szokás alkalmazni. Kétféle termikus védelem ismeretes, közvetlen és közvetett. A közvetlen termikus védelemnél a hőmérséklet érzékelésére egy termisztort vagy több sorosan kapcsolt termisztort alkalmaznak, és ezek általában Whealsone-hid egyik elemét képezik. A hidat pedig úgy méretezik, hogy a kimenő feszültsége által működtetett beavatkozó szerv a motor disszipációs görbéjének egy előre meghatározott pontjánál kapcsolja le a motort a hálózatról. A termisztorok által érzékelt hőmérséklet a motorok disszipációs görbéjén egy gyakorlati tapasztalatok alapján előre meghatározott teljesítményértékhez tartozik. Természetesen az ehhez tartozó áramérték a motorban olyan hőmennyiséget fejleszt, amely arra már káros hatással van. A közvetett védelem esetében a hőmérsékletet egy ikerfém szolgáltatja, mégpedig úgy, hogy a terhelő áram átfolyik rajta és a motorhoz hasonlóan felmelegíti azt. így tehát az ikerfém a motor hőmása lesz. Ennél a kialakításnál még egy további mechanikus elemet kell alkalmazni, amely az elmozdulást a beavatkozó szerv működtetésére alkalmas villamos jellé alakítja át. Mindkét megoldásnak van előnye és hátránya. A termisztorok előnye, hogy a motor tekercsfejébe vannak elhelyezve, így előnyösen a káros hatást kiváltó hőmérsékletet érzékelik, és az alapján történik a beavatkozás. Hátránya azonban, hogy a lefékezett forgórész és szakaszos üzem esetén nem tud az igényeknek megfelelően beavatkozni. Problémát jelent az alkalmazásuk azoknál a motoroknál, ahol a működtető kapcsolók távol vannak a motoroktól (pl. mély kutaknál), ui. az érzékelőket egy külön kábellel kell a kapcsolókhoz catlakoztatni és szűkös férőhely esetén (kútbéléscsőbe) nehézkes az elhelyezésük és a hosszú kábel is drága. . Az ikerfémes hőmérséklet-érzékelés hátránya az, hogy csak akkor képes a villamos motor „hőmását” képezni, ha azonosan változó környezeti hőmérsékleten működnek. Nem nyújt tehát védelmet akkor, ha a motor állandó környezeti hőmérsékleten üzemel, a kapcsoló a hőkioldóval pedig tőle távolabb változó környezeti hőmérsékleten. A búvárszivattyú motorok jó példaként szolgálnak erre az esetre, ugyanis ezek általában kutakba vannak beépítve, amelyeknek mélyén (néhányszor 10 intői, néhányszor 100 m-ig) állandó a hőmérséklet, a föld felszínén uralkodó hőmérséklet pedig ettől lényegesen eltérhet. Ez a gyakorlatban azt eredményezi, hogy nyáron, amikor a hőmérséklet magasabb a felszínen, mint lenn a kútban, a motorvédő kapcsoló a szükségesnél hamarabb lekapcsolja a motort, télen pedig olyankor sem kapcsolja le, amikor a motor hőmérséklete a megengedett értéket jóval túlhaladta. A tapasztalatok is azt mutatják, hogy télen sokkal több búvárszivattyú motor ég le mint nyáron. Ezen probléma kiküszöbölésére gyártanak ugyan hőkompenzált hökioldókat, azonban ezek csak pozitív hőmérséklet-tartományban működnek jól. A találmány célja, hogy olyan hökioldót hozzunk létre, előnyösen azokhoz a villamos motorokhoz, amelyeknél a hőkioldóval ellátott kapcsolójuk és a motor eltérő környezeti hőmérsékletű helyen működnek. A hőkioldó az előzőekben említett hátrányokat azzal küszöböli ki, hogy működése független a környezeti hőmérséklettől. Találmányunk azon a felismerésen alapul, hogy az ikerfémes hökioldó is közvetett módon, tehát az átfolyó terhelő túláram hatására kapcsolja ki a motort és ezt figyelembevéve egy olyan hökioldót hoztunk létre, amely szintén közvetett módon érzékeli a motor hőmérsékletét, de a hökioldó elektronikus elemekből van kialakítva, és működése gyakorlatilag független a környezeti hőmérséklet változásoktól. így a bevezetőben említett hátrányokat kiküszöböltük. Vizsgáljuk meg először, hogy az ikerfémes hőkioldó a motor védelme közben hogyan működik. A szabvány megadja a disszipációs görbén néhány nevezetes pontra, hogy a villamos motorok ezekben a pontokban a névleges áramuknak hányszorosával és mennyi ideig terhelhetők túl anélkül, hogy károsodást szenvednének. Az 1. ábrán egy ilyen terhelési görbe látható, amelyiket úgy kaptunk meg, hogy a megadott pontokat összekötöttük. A vízszintes tengelyen a névleges áram 1,05-8- szorosa van felvive, míg a függőleges tengelyen az a maximális idő van feltüntetve, amely alatt a motorokat le kel! kapcsolni a hálózatról. Ez a függvény lényegében a lekapcsolási jelleggörbe. Az ikerfém elhajlása a terhelő áram növekedésével nő, mégpedig időben exponenciálisan. Vagyis ebben az esetben egy olyan átalakító az ikerfémes érzékelő, amely villamos áramot alakit át elmozdulássá az időnek exponenciális függvénye szerint. A motor működése közben a névleges áram alatti áramával melegíti az ikerfémet és az a hideg állapotbeli helyzetét elhagyva a végálláskapcsoló felé közelít, ha a terhelőáram növekszik. A terhelőáram változó terhelés esetében bizonyos mértékű lengéseket végez, ugyanígy az ikerfém is hol közeledik, hol pedig távolodik a végálláskapcsolótól. így előfordulhat az, hogy a névleges áram fölé emelkedik a terhelőáram és mégsem történik iekapcsolás, mivel az csak a megengedett időn belül volt magas. A találmány szerinti elektronikus hőkioldóval az ikerfémes hőkioldó hasznos tulajdonságait valósítjuk meg. Az eltérés az, hogy az ikerfémes hőkioldó analóg módon valósítja meg a lekapcsolási jelleggörbét, míg a találmány szerint csak a görbe 16 pontját, illetve nagyobb motorok esetén tetszés szerinti 2n pontot. Gyakorlati tapasztalatok alapján a 16 pontos közelítése a görbének 3,5 kW névleges motorteljesítményig megfelelőnek bizonyult. Általánosságban pedig kimondható, hogy az indulási áram legalább 2 A-kénti lépésekben legyen a görbére felvive, azaz 100 A induló áram esetén legalább 5 10 15 20 25 30 5 40 45 50 55 60 65 2
