Сопротивление термистора: Страница не найдена – ElektrikExpert.ru

.

Температурный коэффициент сопротивления термистора – это величина, равная отношению относительного измене­ния сопротивления термистора к изменению его температуры:

                                                        (8.4)

Температурный коэффициент сопротивления зависит от тем­пературы, поэтому его необходимо записывать с индексом, указы­вающим температуру, при которой он измеряется. Зависимость температурного коэффициента сопротивления от температуры можно получить, использовав уравнения (8.4) и (8.1):

.

Значения температурного коэффициента сопротивления при комнатной температуре различных термисторов находятся в пре­делах – (0,8…6,0)^.10^-2 К^-1.

Коэффициент рассеяния термистора (Н) численно равен мощ­ности, рассеиваемой термистором при разности температур тер­мистора и окружающей среды в 1 К, или, другими словами, численно равен мощ­ности, которую надо выделить в термисторе, чтобы нагреть его на 1 К.

Статическая ВАХ термистора – это зависимость падения напряжения на термисторе от проходящего через него тока в условиях теплового равновесия между термистором и окружающей средой (рис. 8.2).

Линейность характе­ристик (рис. 8.2) при малых токах и напряжениях объясняется тем, что выделяемая в тер­мисторе мощность недостаточна для су­щественного изменения его температуры. При увеличении тока, проходящего через термистор, выделяемая в нем мощность повышает его температуру. Таким образом, сопротивление тер­мистора зависит от  суммарной температуры (температуры окружающей среды и температуры перегрева термистора). При повышенных токах сопротивление термистора уменьшается с увеличением тока и температуры в соответствии с уравнением (8.1), линейность статиче­ской ВАХ нарушается. При дальнейшем увеличении тока и боль­шой температурной чувствительности термистора может наблюдаться падающий участок статической ВАХ, т.е. уменьшение напряжения на термисторе с увеличением проходящего через него тока.

Максимально допустимая температура термистора – это тем­пература, при которой еще не происходит необратимых измене­ний параметров и характеристик термистора. Максимально до­пустимая температура зависит не только от свойств исход­ных материалов термистора, но и от его конструктивных особен­ностей.

Максимально допустимая мощность рассеяния термистора – это мощность, при которой термистор, находящийся в спокой­ном воздухе при температуре 20 °С, разогревается при прохожде­нии тока до максимально допустимой температуры. При умень­шении температуры окружающего воздуха, а также при работе термистора в сре

дах, обеспечивающих лучший теплоотвод, мощ­ность рассеяния может превышать максимально допустимое значение.

.

Значение коэффициента энергетической чувствительности за­висит от режима работы термистора, т.е. оно различно в каждой точке статической ВАХ.

Постоянная времени термистора – это время, в течение ко­торого температура термистора уменьшится на 63 % (в е раз) по отношению к разности температур термистора и окружающей среды (например, при переносе термистора из воздушной среды с температурой 120 °С в воздушную среду с температурой 20°С). Тепловая инерционность термистора, характеризуемая его посто­янной времени, зависит от конструкции и размеров термис­тора, а также от теплопроводности среды, в которой находится термистор. Для разных типов термисторов постоянная времени лежит в пределах от 0,5 до 140 с.

РТС термисторы

РТС датчики – это термисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) (Positive Temperature Coefficient – положительный температурный коэффициент). Термисторы или терморезисторы – это полупроводниковые резисторы, сопротивление которых нелинейно зависит от температуры. Температурная зависимость сопротивления термистора с положительным ТКС характеризуется значительным увеличением сопротивления при достижении определенной температуры. Терморезисторы с отрицательным ТКС имеют экспоненциальную температурную зависимость сопротивления, т.е. сопротивление увеличивается при уменьшении температуры и уменьшается при ее увеличении. Термисторы выпускаются в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок. Широкое применение термисторы нашли во всех областях автоматики, где требуется измерять, поддерживать и регулировать температуру.

Термисторы типа РТС можно разделить на две основные категории: силисторы и «защитные термисторы». Силисторы – термочувствительные силиконовые резисторы, характеризующиеся тем, что имеют положительный, в температурном диапазоне до 150 °С, и отрицательный, в температурном диапазоне выше 150 °С, ТКС. Наиболее стабильный ТКС (около 0,77 %/°С) силисторы имеют в области от – 60 до + 150 °С, где они наиболее часто применяются для контроля температуры. «Защитные термисторы» не используются для измерения температуры, а служат как элементы встроенной температурной защиты или в качестве предохранителей в схемах защиты от перегрузок по току и напряжению.

Компания ОВЕН производит cледующие модели датчиков ДРТС:

Рекомендации по монтажу и эксплуатации РТС датчиков

• Датчики РТС выпускаются во влагозащищенном корпусе, который препятствует попаданию воды внутрь защитной металлической гильзы, предохраняя чувствительный элемент датчика. Тем не менее монтировать датчики температуры рекомендуется вверх заглушкой металлической гильзы.
• Внешние электромагнитные поля могут оказывать существенное влияние на работоспособность датчика. Поэтому при монтаже РТС датчиков провода от места установки самого датчика до регулятора желательно прокладывать на максимально возможном удалении от источников помех. Если конструкция установки не позволяет этого сделать, то уменьшить влияние внешнего электромагнитного поля позволяет экранирование измерительного провода и последующее заземление экрана.

temperature-sensor — Какая разница делает сопротивление термисторов?

Связанный:

Я пытался понять это сам и собирался задать вопрос, чтобы проверить мои результаты. Поскольку этот вопрос так близок, я просто отправлю результаты в качестве ответа, а комментарии /голоса помогут мне выяснить, правильно ли это.

Я читал этот учебник по Adafruit , который, к сожалению , не говорит о why , они используют термистор 10 кОм, соединенный с соответствующим резистором с фиксированным /смещением.

Итак, мы находимся на одной странице, здесь используется схема (делитель напряжения, рис., взятый из второго ответного ответа выше):

Формула, используемая для получения сопротивления от температуры (взята из руководства Adafruit, в которой используется Steinhart- Харт ):

Вот полный код, используемый для определения температуры на основе делителя напряжения, созданного фиксированным /смещающим резистором и термистором:

---- +: = 0 = + ----

Моя цель – измерить около 150-250 градусов Цельсия, и мне было любопытно, что мое разрешение было после просмотра очень специфических значений «steppy» при просмотре серийного выхода. Например, по мере роста temps я бы увидел такие значения, как 202, 211, 222, но ничего не произошло.

Я использовал ---- +: = 1 =: + ---- , чтобы отправить все возможные значения АЦП 0-1023 через уравнение, чтобы найти соответствующую рассчитанную температуру.

В моем случае я изменил код выше для

Возвращаясь к математике, казалось, что я могу сбросить фиксированное сопротивление для лучшего разрешения. Здесь один и тот же 100 k термистор, но сравнивая разрешение, полученное с фиксированными резисторами 22k, 47k и 100k:

Используя более низкий фиксированный резистор, у меня есть значительно больше точек данных в моем диапазоне интереса! Мы можем просто сравнить диапазоны ADC, которые составляют этот диапазон 150-250C: ~ 20 для 100k и ~ 80 для 22k.

Я не очень беспокоюсь о текущем потреблении, но, поскольку он появился в других ответах, мы также можем увеличить номинальное сопротивление термистора. Вот график, разбивающий термистор (100k – 1M) и соответствующий фиксированный резистор (те же значения 22k-100k). Я удалил точки, чтобы сделать их менее занятыми, а серые названия мини-сюжетов – это значения термистора, на которые я смотрел:

Наконец, чтобы избавить вас от необходимости вычислять диапазоны диапазонов min /max ADC, охватывающие нужный диапазон 150-250C, вот простой график, показывающий, сколько шагов мы получаем в этом диапазоне.

Таким образом, с термистором 1M Ом и фиксированным резистором 22k мы могли бы иметь разрешение ~ 0.5C в этом большом диапазоне (интервал 100C, деленный на 200 шагов ADC).

Я повторяю предложение Джона Тейлора о том, чтобы рассказать об этом, но в моем случае datasheet не перечислил ключевые значения, необходимые для его таблицы. Я думаю, что изложение кода Adafruit и помещение кода ---- +: = 2 =: + ---- в конце могут помочь понять, как это сделать (приблизительное), чтобы сравнить температуры по сравнению с шагами АЦП, которые его покрывают.

Как последний в стороне, я столкнулся с упоминанием об «импедансе источника» по одному из связанных вопросов. Я не инженер-электрик, но некоторые ответы говорят о том, что может возникнуть проблема с задержкой при считывании значений АЦП, когда сопротивление цепи очень велико:

Тем не менее, поскольку я измеряю максимум на временной шкале, термистор NTC будет иметь сопротивление меньше макс. Нам также помогает тот факт, что эквивалентное сопротивление:

---- +: = 3 = + ----

Таким образом, даже при 1M термисторе с фиксированным 100k, наше эквивалентное сопротивление при комнатной температуре:

---- +: = 4 = + ----

Это будет только уменьшаться дальше при более высоких темпах, но я думал, что упомянул об этом ради тщательности!

Вот код R, используемый для генерации многострочного покрытия, покрывающего термисторы 100k-1M против фиксированных резисторов 22k-100k:

---- +: = 5 = + ----

Сопротивление – терморезистор – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Сопротивление – терморезистор

Cтраница 1

Сопротивление терморезистора уменьшается, и это вызывает снижение сопротивления всего нижнего плеча, состоящего из R.  [2]

Сопротивление терморезистора определяется температурой окружающей среды и температурой перегрева. Вольт-амперные характеристики терморезисторов ( рис. 3) снимают в спокойном воздухе при постоянной температуре окружающей среды.  [3]

Сопротивление терморезистора уменьшается с увеличением температуры, что соответствует отрицательному значению температурного коэффициента сопротивления а.  [4]

Сопротивление терморезистора обладает резко выраженной зависимостью от температуры.  [5]

Сопротивление терморезистора выбирают таким, чтобы изменения ЭДС Ех и компенсирующего напряжения UK при изменении температуры раствора взаимно компенсировались.  [6]

Когда сопротивление терморезистора R вследствие повысившейся температуры объекта снизится до определенного значения, ключ на транзисторах VTh VT2 включится и схема управления шунтируется.  [8]

Изменение сопротивления терморезистора приводит к увеличению тока через калиброванные резисторы и компенсирует погрешность.  [10]

Зависимость сопротивления терморезистора от температуры окружающей среды позволяет использовать их для измерения неэлектрических величин – скорости и расхода жидких и газообразных веществ, состава газовой среды и других целей.  [11]

Приращение сопротивления терморезистора зависит от рассеиваемой в нем мощности и от распределения температуры.  [12]

Измерение сопротивления терморезистора ( а следовательно, и мощности) производится с помощью моста постоянного тока. В одно плечо моста включается болометр или термистор, а в остальные – постоянные резисторы, сопротивления которых равны сопротивлению терморезистора в рабочей точке. Такой равноплечий мост обладает наибольшей чувствительностью.  [14]

Уменьшение сопротивления терморезистора при увеличении температуры объясняется тем, что у него под действием тепловой энергии увеличивается число свободных носителей заряда.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

NTC-терморезиторы (термисторы) от компании Sencera

NTC-терморезисторы (термисторы) от компании Sencera

Терморезисторы (термисторы) – это полупроводниковые элементы, сопротивление которых логарифмически зависит от температуры. Существуют терморезисторы с отрицательным (NTC) и положительным (PTC) температурным коэффициентом. В первом случае сопротивление уменьшается с увеличением температуры, во втором случае – увеличивается.

Не следует путать терморезисторы с термосопротивлениями (термометрами сопротивления, RTD). Термосопротивления имеют практически линейную зависимость R(T), работают в более широком диапазоне температур, превосходят терморезисторы по надежности и повторяемости, однако их стоимость значительно выше по сравнению с терморезисторами.

NTC-терморезисторы от компании Sencera – это бюджетные датчики для работы с температурами до +110 °C. Выпускаются SMD-датчики и элементы для монтажа в отверстия с жесткими или гибкими выводами.

Миниатюрные элементы для поверхностного монтажа, которые выпускаются в корпусах трех типов – 1206, 0805 и 0603.

Коэффициент рассеяния составляет 1 мВ/°С, а постоянная времени t = 7 сек. Другие характеристики термисторов серии CT представлены в таблице.

Терморезисторы серии TS представляют собой “бусинки”, покрытые гипоксидной смолой и оснащенные двумя гибкими изолированными выводами, оголенными на конце.

L = 100±3 мм

W = 1,6 мм (максимум)

Рабочий температурный диапазон серии TS – от -40 до +90 °C.

Коэффициент рассеяния составляет 0.7 мВ/°С, постоянная времени t = 3.2 .. 3.4 сек. Другие характеристики термисторов серии TS представлены в таблице.

СЕРИИ HAT И HT – ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ С ЖЕСТКИМИ ВЫВОДАМИ

Терморезисторы серии HAT и HT имеют два жестких вывода и предназначены для ручного монтажа на плату.

Главное отличие датчиков HAT и HT – размеры элемента. 

Кроме того, эти серии еще отличаются рядом электрических характеристик. Например, коэффициент рассеяния для серии HAT составляет 3 мВ/°C, а для серии HT – 2 мВ/°C; постоянная температуры для HAT составляет 12 секунд, а для HT – 15 секунд. Другие характеристики элементов приведены в таблице.

Определение зависимости сопротивления NTC-термистора от температуры кристаллов силовых модулей

5 ноября 2020

Тепловое моделирование позволяет наиболее точно вычислить температуру кристаллов – основной параметр, определяющий срок службы устройства. Infineon Technologies предлагает простое решение, которое позволяет легко и точно оценить температуру кристалла.

При работе устройств силовой электроники большой интерес для пользователя представляет текущая температура кристаллов. Если нет возможности измерять температуру самих кристаллов – можно использовать дополнительные датчики, такие как NTC-термисторы, и измерять их температуру, которая зависит от температуры кристаллов, а уже исходя из полученных значений, оценивать температуру самих кристаллов. Однако определение зависимости между температурой кристалла и показаниями датчика – не такая уж и тривиальная задача. Рассмотрим простую и вместе с тем достаточно надежную методику, позволяющую экспериментально получить необходимые данные.

Разработка любого устройства силовой электроники обычно начинается со схемотехнического и теплового моделирования. Задача теплового моделирования состоит в том, чтобы как можно точнее определить температуру кристаллов, поскольку это основной параметр, определяющий срок службы устройства. С одной стороны, существует стандарт JEDEC [1], который предусматривает определение температуры полупроводниковых кристаллов путем проведения натурных измерений при эксплуатации. С другой стороны, организация этого процесса сопряжена с определенными трудностями, да и вряд ли получится выполнить такие измерения в работающем устройстве. Однако существует более простое решение, позволяющее оценить температуру кристалла. Это решение было получено в результате экспериментального исследования, установка для проведения которого показана на рисунке 1а. В состав установки входят:

• силовой модуль;
• источник питания;
• аппаратура для сбора данных;
• охлаждающая установка;
• оборудование для измерения температуры.

Рис. 1. Экспериментальная установка (а) и изображение тестируемого модуля в ИК-диапазоне при подаче напряжение только на диоды (б)

Исследуемое устройство представляет собой силовой модуль 1000 А/1700 В, установленный на радиатор с возможностью принудительного воздушного охлаждения. Объемный расход формируемого воздушного потока контролируется, чтобы обеспечить режим охлаждения, соответствующий реальным условиям эксплуатации модуля. Температура кристаллов регистрируется ИК-камерой. Также измеряется температура корпуса под кристаллами, для этого используются термопары, прикрепленные к основанию силового модуля.

Сопротивление NTC-термистора, регистрируемое аппаратурой сбора данных, преобразуется в значение температуры, в соответствии с характеристической кривой термистора, приведенной в паспорте модуля [2]. Кроме того, измеренные значения сопротивления впоследствии используются для построения соответствующих зависимостей. Также температуру NTC-термистора можно определить с помощью ИК-камеры.

Для питания исследуемого устройства используется регулируемый источник постоянного тока, который обеспечивает нагрев полупроводниковых диодов за счет пропускания через них большого тока при малых значениях напряжения. Для наблюдения за состоянием исследуемого устройства используется ИК-камера, как показано на рисунке 1б.

Регулируя ток через диоды, можно нагревать кристаллы до различных температур, а также удерживать систему в стационарном состоянии для проведения измерений. Измеренные значения приведены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты измерений при использовании принудительного воздушного охлаждения

Сопоставляя измеренные значения с помощью подходящего ПО, можно построить график зависимости между температурой диода и сопротивлением NTC-термистора. На рисунке 2 этот график приведен вместе с соответствующим интерполяционным полиномом.

Рис. 2. График зависимости между температурой кристалла и сопротивлением термистора, построенный по экспериментальным данным

На рисунке 2 хорошо видно, что зависимость имеет нелинейный характер, поэтому для точной интерполяции экспериментальных данных необходимо использовать полином третьей степени. Поскольку характеристическая кривая термистора обычно приводится в паспорте на модуль, не составляет никакого труда преобразовать измеренные значения сопротивления в температуру. Если полученные значения температуры коррелируют с измеренными значениями температуры кристалла, то итоговый график зависимости температуры диода от температуры термистора будет иметь линейный характер, что и показано на рисунке 3.

Рис. 3. График зависимости между температурой кристалла и температурой NTC-термистора, построенный по экспериментальным данным

В значительной степени на эту зависимость влияет сама система охлаждения модуля. Если в системах с принудительным воздушным охлаждением тепло распределяется по всей поверхности модуля и может достаточно быстро достигать места установки NTC-термистора, то при использовании радиаторов с жидкостным охлаждением, имеющих сложную структуру, тепло, отводимое от полупроводниковых кристаллов, практически не рассеивается в толще материала радиатора, что напрямую влияет на скорость нагрева NTC-термистора.

В итоге увеличивается разрыв между температурой полупроводниковых кристаллов и термистора. Чтобы убедиться в этом, был проведен второй эксперимент с тем же силовым модулем в корпусе PrimePACKTM 3 [2], только на этот раз модуль установили на радиатор с жидкостным охлаждением, как показано на рисунке 4.

Рис. 4. Экспериментальная установка, в которой используется радиатор с жидкостным охлаждением (а) и изображение тестируемого модуля в ИК-диапазоне (б)

Чтобы оценить влияние различных условий охлаждения, в том числе скорости потока охлаждающей жидкости, были проведены две серии измерений. При этом ток через модуль задавался таким, чтобы тепловой режим кристаллов в обоих случаях (при разных скоростях потока) оставался примерно одинаковым. Полученные данные сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Результаты измерений при использовании радиаторов

Чтобы сравнить полученные результаты, мы изобразили все три зависимости на одном графике, показанном на рисунке 5.

Рис. 5. Зависимость температуры NTC-термистора от температуры кристаллов при различных условиях охлаждения

Как видим, чем выше эффективность системы охлаждения, тем больше расхождение между температурой кристалла и температурой NTC-термистора, поэтому нельзя создать универсальную тепловую модель для «голого» силового модуля, которая учитывала бы все возможные условия его применения. Если же мы попробуем найти зависимость, исходя из значений теплового сопротивления, то столкнемся с еще большими трудностями [3].

Ограничения модели

Предложенная модель позволяет в первом приближении оценить взаимосвязь температур различных участков силового модуля. Однако описанная процедура имеет ряд особенностей, которые необходимо принимать во внимание при построении более точной модели. Особенно тщательно надо изучить характер изменения температуры, если требуется определить уровень срабатывания защиты от перегрузки по току.

Применимость методики

Все результаты, полученные в ходе проведенных экспериментов, справедливы только для статических режимов работы. Поскольку установка имеет определенную теплоемкость, после изменения параметров необходимо подождать некоторое время, пока не закончатся все динамические процессы. В случае принудительного воздушного охлаждения время такого ожидания составляет несколько минут. При использовании радиатора с жидкостным охлаждением статическое равновесие достигается за 30…60 секунд. Как следствие, сопротивление NTC-термистора очень медленно реагирует на изменение температуры, что не позволяет использовать его для наблюдения за переходными процессами. Обычно эти термисторы применяются для защиты от перегрева, который может возникнуть из-за различных проблем с системой охлаждения, таких как загрязнение радиаторов, отказ вентиляторов или поломка насосов. В таких ситуациях температура растет медленно, поэтому ее можно контролировать по сопротивлению термистора, если выбрать правильное пороговое значение. Для определения последнего рекомендуется проводить эксперимент в условиях, близких к реальным условиям эксплуатации модуля в конкретном оборудовании.

Температура кристалла и T

При создании тепловой модели необходимо установить взаимосвязь с максимальной температурой кристалла. Если посмотреть на модуль в ИК-диапазоне, можно увидеть, что температура на поверхности кристалла отличается от температуры перехода Tvj,max. В то же время при эксплуатационных измерениях, описанных в стандартах, за максимальную температуру кристалла Tvj,max принимается средняя температура по всей его поверхности. Это значение используется для прогнозирования срока службы силового модуля при циклическом режиме работы [4]. ИК-камера, используемая в эксперименте, определяет температуру локальных зон, каждая из которых соответствует одному пикселю изображения.

Тепловая модель, построенная на основе таких измерений, будет очень неточной. Значения, получаемые в ходе эксплуатационных измерений, представляют собой среднюю температуру всех кристаллов модуля, особенно в случае силовых модулей больших размеров. Чтобы построить модель, близкую к стандартной, требуется дополнительная обработка результатов инфракрасной съемки, заключающаяся в усреднении температур всех активных зон модуля. Как показано на рисунке 6, максимальную температуру (104°C), по данным ИК-камеры, имеют соединительные проводники кристаллов. Максимальная температура на поверхности кристалла оказывается немного ниже – около 100°C. А средняя температура, которая будет зарегистрирована при эксплуатационных измерениях, окажется равной всего 93°С.

Рис. 6. Детальное изображение одного кристалла в ИК-диапазоне и температура разных его областей

Работа при постоянном и переменном токах

При проведении эксперимента мы для удобства использовали источник постоянного тока. Это позволило исключить взаимный нагрев близко расположенных кристаллов IGBT и диодов. Однако в действительности потери возникают в обоих компонентах, поэтому питание тестируемого модуля переменным током позволит создать для него условия, более соответствующие реальным условиям эксплуатации. Для это можно использовать источник переменного тока достаточной мощности [5]. В качестве альтернативного варианта тестируемый модуль можно включить в качестве нагрузки в мостовую схему. В этом случае также можно будет оценить влияние коэффициента мощности приложения cos(φ) на работу модуля.

Выводы

Для «голого» силового модуля нет универсальной модели, которая бы описывала зависимость между сопротивлением NTC-термистора и температурой кристаллов. Чтобы точно определить эту зависимость, никак не обойтись без проведения натурных измерений. Чтобы получить надежные и достоверные соотношения между температурой кристаллов и сопротивлением NTC-термистора, необходимо учитывать даже такие детали, которые обычно считаются малозначимыми. Съемка модуля в ИК-диапазоне позволяет получить наиболее полную информацию о распределении температуры по его поверхности, а также выявить зоны с максимальной температурой. Она же позволяет в полной мере учесть влияние всех конструктивных особенностей устройства на температуру модуля.

Правильная интерпретация результатов измерений в ИК-диапазоне дает возможность создать соответствующую тепловую модель, описывающую зависимость сопротивления NTC-термистора от температуры кристаллов модуля в статическом и квазистатическом режимах работы.

Литература

1. Electronic Industries Association. EIA/JESD51-1, Integrated Circuits Thermal Measurement Method — Electrical Test Method (Single Semiconductor Device)
2. Infineon Technologies. Data sheet FF1OOOR7IP4
3. Nils Kerstin, Martin Schulz. The Challenge of Accurately measuring Thermal Resistances PCIM 2O14 Nuremberg, Germany in May 2O14.
4. Infineon Technologies. Application Note AN2O1O-O2, Use of Power Cycling Curves for IGBT4
5. Zheng Ziqing et. al. Analysis of temperature correlation on IGBT modules. PCIM 2O15 Shanghai, China, June 2O15.

Оригинал статьи

Перевел Андрей Евстифеев по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Наши информационные каналы

Термисторная защита электродвигателей и реле термисторной защиты двигателя

Термисторная (позисторная) защита электродвигателей

Сложность конструкции тепловых реле к пускателям электродвигателей, недостаточная надежность систем защиты на их основе, привели к созданию тепловой защиты, реагирующей непосредственно на температуру обмоток электродвигателя. При этом датчики температуры устанавливаются на обмотке двигателя.  Другими словами, осуществляется непосредственный контроль измерения нагрева двигателя. Прямая защита двигателя через контроль температуры обмотки даже при тяжелейших условиях окружающей среды обеспечивает полную защиту двигателя, оснащенного температурными датчиками с положительным коэффициентом сопротивления (PTC). Температурные датчики PTC встроены в обмотки электродвигателя (укладываются в обмотку двигателя изготовителем двигателей).

Термочувствительные защитные устройства: термисторы, позисторы

В качестве датчиков температуры получили применение термисторы и позисторы (РТС – резисторы) – полупроводниковые резисторы, изменяющие свое сопротивление от температуры. Термисторы представляют собой полупроводниковые резисторы с большим отрицательным ТСК. При увеличении температуры сопротивление термистора уменьшается, что используется для схемы отключения двигателя. Для увеличения крутизны зависимости сопротивления от температуры, термисторы, наклеенные на три фазы, включаются параллельно (рисунок 1).

Рисунок 1 – Зависимость сопротивления позисторов и термисторов от температуры: а – последовательное соединение позисторов; б – параллельное соединение термисторов

Позисторы являются нелинейными резисторами с положительным ТСК. При достижении определенной температуры сопротивление позистора скачкообразно увеличивается на несколько порядков.

Для усиления этого эффекта позисторы разных фаз соединяются последовательно. Характеристика позисторов показана на рисунке.

Защита с помощью позистоpoв является более совершенной. В зависимости от класса изоляции обмоток двигателя берутся позисторы на температуру срабатывания =105, 115, 130, 145 и 160 . Эта температура называется классификационной. Позистор резко меняет сопротивление при температура за время не более 12 с. При сопротивление трёх последовательно включенных позисторов должно быть не более 1650 Ом, при температуре их сопротивление должно быть не менее 4000 Ом.

Гарантийный срок службы позисторов 20000 ч. Конструктивно позистор представляет собой диск диаметром 3.5 мм и толщиной 1 мм, покрытый кремне-органической эмалью, создающей необходимую влагостойкость и электрическую прочность изоляции.

Рассмотрим схему позисторной защиты, показанную на рисунке 2.

К контактам 1, 2 схемы (рисунок 2, а) подключаются позисторы, установленные на всех трёх фазах двигателя (рисунок 2, б). Транзисторы VТ1, VT2 включены по схеме триггера Шмидта и работают в ключевом режиме. В цепь коллектора транзистора VT3 оконечного каскада включено выходное реле К, которое подает сигнал на обмотку пускателя электродвигателя.

При нормальной температуре обмотки двигателя и связанных с ним позисторов сопротивление последних мало. Сопротивление между точками 1-2 схемы также мало, транзистор VT1 закрыт (на базе малый отрицательный потенциал), транзистор VТ2 открьт (большой потенциал). Отрицательный потенциал на коллекторе транзисторе VT3 мал, и он закрыт. При этом ток в обмотке реле К недостаточен для его срабатывания.

При нагреве обмотки двигателя сопротивление позисторов увеличивается, и при определенном значении этого сопротивления отрицательный потенциал точки 3 достигает напряжения срабатывания триггера. Релейный режим триггера обеспечивается эммитерной обратной связью (сопротивление в цепи эммитера VТ1) и коллекторной обратной связью между коллектором VT2 и базой VT1. При срабатывании триггера VТ2 закрывается, а VT3 – открывается. Срабатывает реле К, замыкая цепи сигнализации и размыкая цепь электромагнита пускателя, после чего обмотка статора отключается от напряжения сети, двигатель останавливается.

Рисунок 2 – Аппарат позисторной защиты с ручным возвратом: а – принципиальная схема; б – схема подключения к двигателю

После охлаждения двигателя его пуск возможен после нажатия кнопки «возврат», при котором триггер возвращается в начальное положение.

В современных электродвигателях позисторы защиты устанавливаются на лобовой части обмоток двигателя. В двигателях прежних разработок позисторы можно приклеивать к лобовой части обмоток.

Достоинства и недостатки термисторной (позисторной) защиты

• Термочувствительная защита электродвигателей предпочтительней в тех случаях, когда по току невозможно определить с достаточной точностью температуру электродвигателя. Это касается, прежде всего, электродвигателей с продолжительным периодом запуска, частыми операциями включения и отключения (повторно-кратковременный режим работы) или двигателей с регулируемым числом оборотов (при помощи преобразователей частоты). Термисторная защита эффективна также при сильном загрязнении электродвигателей или выходе из строя системы принудительного охлаждения.
• Термисторная защита эффективна также при сильном загрязнении двигателей или выходе из строя принудительного охлаждения. Следующей областью применения термисторной защиты является температурный контроль в трансформаторах, жидкостях и подшипниках для их защиты от перегрева.
• Недостатками термисторной защиты является то, что с термисторами или позисторами выпускаются далеко не все типы электродвигателей. Это особенно касается электродвигателей отечественного производства. Термисторы и позисторы могут устанавливаться в электродвигатели только в условиях стационарных мастерских. Температурная характеристика термистора достаточно инерционна и сильно зависит от температуры окружающей среды и от условий эксплуатации самого электродвигателя.
• Термисторная защита требует наличия специального электронного блока: термисторного устройства защиты электродвигателей, теплового или электронного реле перегрузки, в которых находятся блоки настройки и регулировки, а также выходные электромагнитные реле, служащие для отключения катушки пускателя или электромагнитного расцепителя.

Виды термисторных реле различных производителей:

Реле термисторной защиты двигателя TER-7 ELCO (Чехия)

• контролирует температуру обмотки электродвигателя в температ. интервале, данном сопротивл. PTC термистора фиксированный настроенный уровень коммутации
• в качестве считывающего элемента применяетсчя термистор PTC встроенный в обмотку электродвигателя его производителем, возможно использование внешнего PTC сенсора
• функция ПАМЯТЬ – реле в случае ошибки блокируется до момента вмешательства персонала (наж. кнопки RESET)
  RESET ошибочного состояния:
  a) кнопкой на передней панели
  b) внешним контактом (на расстоянии по двум проводам)
• функция контроля короткого замыкани или отключения сенсора , состояние нарушения сенсора указывает мигающий красный светодиодный индикатор
• выходной контакт 2x переключ. 8 A / 250 V AC1
• состояние превышение температуры обмотки двигателя указывает светящийся красный светодиодный индикатор
• универсальное напряжение питания AC/ DC 24 – 240 V
• клеммы сенсора не изолированы гальванически, но их можно замкнуть с клеммой PE без поломки устройства, в случае питания от сети должен быть подключен нейтраль на клемму A2

Реле термисторной защиты электродвигателя РТ-М01-1-15 (МЕАНДР, Россия)

• контролирует температуру двигателей, оснащенные позисторами (термисторы с положительным температурным коэффициентом – РТС резисторы), встроенные в обмотку двигателя ( производителем).
• коммутируемый ток 5А/250В (пиковый 16А), контакты реле 1з+1р
• индикация рабочих состояний:
• (напряжение питания, срабатывание реле, перегрев двигателя, КЗ датчиков)
• напряжение питания АС 220, 100, 380 (по исполнениям)

Реле контроля температуры двигателя E3TF01 230VAC (PTC), 1 CO, TELE Серия ENYA (Австрия)

• контролируемая величина PTC (контр. температуры двигателя  на повышение) от 6 PTC датчиков
• диапазон измерения общее сопр. холодн. <1,5kΩ клеммы T1-T2 или T1-T3
• напряжений питания    230V AC
• максимальный коммутируемый ток 250V, 5A AC (1 перекидной)

Реле контроля температуры двигателя G2TF02 (PTC), 2ПК (требуется модуль TR2) TELE Серия GAMMA (Австрия)

• контролируемая величина PTC (контр. температуры двигателя  на повышение) от 6 PTC датчиков
• диапазон измерения общее сопр. холодн. <1,5kΩ клеммы T1-T2
• диапазон напряжений питания спомощью модуля питания TR2 или SNT2 * (устанавливается в реле)
• напряжений питания    230V AC
• максимальный коммутируемый ток 250V, 5A AC (2 перекидных)

Реле термисторной защиты двигателя CR-810 F&F ЕвроАвтоматика (Белоруссия)

• контроль температуры электродвигателей, генераторов, трансформаторов и защита их от перегрева
• датчики РТС устанавливаются в обмотках электродвигателя производителем и в комплект не входят (термисторы РТС соединенные последовательно от 1 до 6 штук)
• напряжение питания 230V AC и 24V AC/DC
• максимальный комутируемый ток 16А, 1 переключающий контакт
• контроль КЗ в цепи термисторных датчиков
• с ростом температуры электродвигателя растет сопротивление цепи термисторных датчиков, при достижении более 3000 Ом питание отключается (реле разрывает цепь питания катушки контактора), включение происходит автоматически при снижении температуры и соответсвенно сопротивления до 1800 Ом.

Реле контроля температуры двигателя MTR01, MTR02 BMR (Чехия)

• Реле контролирует температуру обмотки электрического двигателя. Принцип действия основан на измерении сопротивления термистора, встроенного в двигатель.
• Устройство также контролирует короткое замыкание или пропадание фазы. Реле имеет один выходной перекидной контакт на ток 8 А.
• Модификация MTR01 24V/ MTR02 24V предназначена для напряжения питания 24 В. Остальные параметры.
• MTR02 с гальванической изоляцией
• Сопротивление PTC в раб. режиме 50 Ω < PTC < 3,3 кΩ
• Сопротивление PTC в авар. режиме PTC > 3,3кΩ или PTC < 50Ω
• Отключение аварийного режима PTC < 1,8 кΩ + RESET
• Номинальный ток 8 A (15А – пиковый ток), 1 перекидной контакт

Реле контроля температуры двигателя BTR-12E BTR Electronic Systems, “METZ CONNECT” (Германия)

• реле термистор применяется для защиты моторов от термических перегрузок, возникающих при механических перегрузках в приводах или при использовании электродвигателей под перенапряжением. Для регистрации температуры применяется РТС = сопротивление с позитивным температурным коэффициентом, которые позиционируются в месте наибольшего нагрева.
• выпускается с памятью ошибки и без ЗУ (запоминающее  устройство)
• напряжение питания 230V AC / 24V AC/DC
• предельно допустимый ток контактов 6А (1 или 2 переключающих контакта)

Реле термической защиты Grundfos MS 220 C Grundfos/Ziehl (Германия)

• Реле Grundfos MS 220C предназначено для преобразования термисторного сигнала в релейный и передачи его на пускатель в насосах с мощностью двигателя более 3.0 кВт.
• напряжение питания AC/DC 24 – 240V (и др. в зависимости от исполнения 110,400V)
• 1 CO, ток контактов 6А

Реле контроля температуры двигателя серии 71.91 и 71.92 Finder (Италия)

Термисторное реле определения температуры для промышленного применения.

Реле Finder термисторной защиты двигателя [71.91.8.230.0300]

• 1 нормально разомкнутый контакт, без памяти отказов
• Питание 24 В переменного/постоянного тока или 230 В переменного тока
• Защита от перегрузок в соответствии с EN 60204-7-3
• Положительная предохранительная логическая схема размыкает контакт, если значения измерений выходят за пределы приемлемого диапазона
• Индикация состояния с помощью светодиода
• Определение температуры с положительным температурным коэффициентом (PTC)
• Выявление короткого замыкания с помощью PTC
• Выявление обрыва провода с помощью PTC

Реле Finder термисторной защиты двигателя (с памятью) [71.92.8.230.0401]

• Термисторное реле с памятью отказов
• 2 перекидных контакта
• Питание 24 В переменного/постоянного тока или 230 В переменного тока
• Защита от перегрузок в соответствии с EN 60204-7-3
• Положительная предохранительная логическая схема размыкает контакт, если значения измерений выходят за пределы приемлемого диапазона
• Индикация состояния с помощью светодиода
• Определение температуры с положительным температурным коэффициентом (PTC)
• Память отказов выбирается переключателем
• Выявление короткого замыкания с помощью PTC
• Выявление обрыва провода с помощью PTC

Терминология и словарь термисторов – Информация о термисторах

Бета (° K), (в градусах Кельвина)

Материальная постоянная термистора. Если не указано иное, бета рассчитывается на основе измерений сопротивления термистора, полученных при 0 ° и 50 ° C.

Текущие временные характеристики

Токовая временная характеристика – это соотношение при заданной температуре окружающей среды между током через термистор и временем при подаче или отключении напряжения на нем.

Константа рассеяния – это отношение (выраженное в милливаттах на градус Цельсия) при заданной температуре окружающей среды изменения рассеиваемой мощности в термисторе к результирующему изменению температуры тела.

Отрицательный температурный коэффициент (NTC)

Термистор NTC – это такой термистор, в котором сопротивление при нулевой мощности уменьшается с увеличением температуры тела.

Максимальная рабочая температура – это максимальная температура тела, при которой термистор будет работать в течение длительного периода времени с приемлемой стабильностью его характеристик.Эта температура может быть результатом внутреннего или внешнего нагрева, либо того и другого, и не должна превышать максимальное указанное значение.

Максимальная номинальная мощность термистора – это максимальная мощность, которую термистор будет рассеивать в течение длительного периода времени при приемлемой стабильности его характеристик.

Максимальный установившийся ток (IMAX)

Для силовых термисторов – максимальный непрерывный установившийся ток постоянного или среднеквадратичного переменного тока, который устройство способно пропустить.Максимальный установившийся ток для силовых термисторов Littelfuse определяется исходя из максимальной рабочей температуры окружающей среды 65 ° C. Если для конкретного применения требуется работа при температуре окружающей среды выше 65 ° C, доступны специальные устройства.

Положительный температурный коэффициент (PTC)

Термистор PTC – это тот, в котором сопротивление при нулевой мощности увеличивается с увеличением температуры тела

Сопротивление при максимальном токе (RIMAX)

Для силовых термисторов – приблизительное сопротивление устройства в условиях максимального установившегося тока.

Коэффициент сопротивления

Характеристика отношения сопротивлений определяет отношение сопротивления термистора при нулевой мощности, измеренного при 25 ° C, к сопротивлению, измеренному при 125 ° C.

Температурная характеристика сопротивления – это соотношение между сопротивлением термистора при нулевой мощности и температурой его корпуса. Уравнение Стейнхарта и Харта – это эмпирическое выражение, которое является лучшим математическим выражением зависимости сопротивления от температурных характеристик термистора NTC.Расчет для определения констант довольно длительный. Чтобы найти константы, обратитесь в отдел разработки приложений US Sensor Corp.®, приобретенного Littelfuse в 2017 году, за копией списка программ BASIC.

ROHS

Ограничение использования некоторых опасных веществ.

Стабильность термистора – это способность термистора сохранять заданные характеристики после того, как он подвергся определенным условиям окружающей среды или электрических испытаний.

Температура Мощность Характеристики

Температурная характеристика термистора – это соотношение при заданной температуре окружающей среды между температурой термистора и приложенной мощностью в установившемся режиме.

Термическая постоянная времени – это время, необходимое термистору для изменения 63,2% общей разницы между его начальной и конечной температурой тела, когда он подвергается ступенчатому изменению температуры в условиях нулевой мощности.

Сопротивление при нулевой мощности – это значение сопротивления термистора постоянному току, измеренное при заданной температуре с мощностью, рассеиваемой термистором, настолько низкой, что любое дальнейшее снижение мощности приведет к не более чем 0.1% (или одна десятая указанного допуска измерения, в зависимости от того, что меньше) изменение сопротивления.

Температурный коэффициент сопротивления при нулевой мощности (Alpha T)

Коэффициент сопротивления при нулевой мощности – это отношение при заданной температуре (T) скорости изменения сопротивления при нулевой мощности в зависимости от температуры к сопротивлению при нулевой мощности термистора.

Как выбрать термистор NTC

Приложения

• Измерение температуры
• Температурная компенсация
• Контроль температуры