Термисторная защита электродвигателей

Проверка мультиметром

Работоспособность позистора покажет мультиметр. Проверка основывается на замерах сопротивления при изменении температуры. Алгоритм:

1. Переводим тестер на замеры Ом (например, на отметку 200K).
2. Щупы — к ножкам ТР, полярность не имеет значения.
3. Записываем результат.
4. Нагреваем элемент: подносим паяльник, зажигалку к терморезистору, но соблюдаем расстояние, можно опустить в воду или просто зажать на несколько сек. пальцами.
5. Снова замеряем количество Ом: если это PTC, то число должно вырасти, у термистора (NTC) падает.
6. Сравниваем с номиналом, если, например, PTC по своим характеристикам в нормальном режиме имеет 6.9 Ом, а после нагрева значение растет на 2 Ом, то с большой степенью уверенности можно утверждать, что изделие исправное. Конечно, такая проверка будет приблизительной, для точности надо сравнить, как соотносятся уровни повышение R и t° (есть специальные таблицы и графики). Но ТР точно сломан, если сопротивление скачет резко или вообще не реагирует.

Проверка терморезистора опусканием в теплую воду и замерами тестером, показывающим сопротивление:

Где находится на схеме

Отображение терморезистора на схеме может различаться. Изделие легко найти по обозначениям t и t0. Внешне оно отражается как сопротивление, через которое проходит полоска по диагонали с «подставкой» под t0 снизу. Главные обозначения — R1, TH1 или RK1.

Если возникают сомнения в сфере применения, терморезистор можно нагреть и посмотреть на его поведение. Если сопротивление будет меняться, это нужный элемент.

Терморезисторы используются почти везде — в плате зарядного устройства, в автомобильных усилителях, блоках питания ПК, в Li-Ion аккумуляторах и других устройства. Найти их на схеме не трудно.

Характеристики NTC терморезисторов

Опишем главные позиции и инструменты для определения подходящих термисторов.

Соотношение t°/Ом (кривая R-T)

Большинство NTC детекторов подходят для температурного диапазона −55…+200° C, там они наиболее точные. Но есть и спецсемейство для t° близких к абс. нулю (−273.15 °C), а также для значений выше +200.

На рисунке показана общая тенденция, конкретные цифры зависят от спецификации, номинала. Кривая четко показывает особенность типа NTC: t° растет, сопр. снижается. В позисторах (PTC) наоборот, и они имеют нюанс: обладают своеобразной точкой перелома, при которой сильно изменяют сопр. при некоторых значениях, поэтому работать с ними сложнее. Это одна из причин, по которой большинство не особо дорогих и сравнительно простых приборов снабжаются именно НТЦ детекторами.

Чувствительность по температуре выражена как изменение в % на 1 градус Цельсия. Типичные величины чувствительности находятся в рамках −3…−6 % на 1°.

Теплоемкость и самонагрев

Самонагрев возникает, когда ток течет через терморезистор. Поскольку это резистор, то происходит рассеивание энергии в виде тепла, что влияет на точность замеров. Уровень данного явления зависит от силы тока, среды, а также от ТКС, количества деталей на сегменте. Тот факт, что, нагрев влияет на сопротивление, пропускную способность по току детектора, зависит от окружающих условий, делает деталь незаменимой для использования в резервуарах, содержащих жидкость.

Под теплоемкостью подразумевают количество тепла, требуемого для увеличения температуры сенсора на 1° C, выражена в мДж/° C. Параметр чрезвычайно важен при применении термосенсора как ограничителя пусковых реле, так как ним определяется оперативность отклика этого элемента.

Охарактеризуем чувствительность выдержкой из специализированного сайта:

ВАХ, режимы работы и их применение

Также подбор осуществляется по вольт-амперной характеристике (ВАХ), которая зависима от прилагаемой к прибору с НТЦ датчиком температуре и от конструкции такового.

NTC сенсоры с рабочей отметкой на нисходящем сегменте ВАХ используются как реле (пусковые, временные) в оснащении, где производятся замеры и контроль мощности электромагнитных излучений сверхвысоких частот. А также для систем теплоконтроля, пожарной сигнализации, на установках, управляющих расходом жидкости, сыпучих веществ.

Типоразмеры

Форма ТР: тонкие пластинки (реже трубочки), шайбочки, таблетки, каплевидные формы, размером в несколько мм. Некоторые типоразмеры микроскопические (микроны).

Есть также типоразмер SMD, напоминающий такого же типа плавкие предохранители, конденсаторы, иные детали. Изделия таких форм похожие (находятся в стандартных диапазонах 1206, 0805, 0603 и так далее), их почти невозможно различить «на глаз», надо читать спецификацию схемы.

Другой особый тип — встроенные изделия, они более узнаваемые: термопара, таблетка, капля с выводами или более габаритный корпус-цилиндр с двумя проводками.

По количеству отпаек (ножек) есть 2 типа позисторов: с 2 или 3 указанными элементами. Трехвыводные состоят из 2 позитронов-таблеток, объединенных одним корпусом. Одна из пластинок меньшая. Отличается и R, например, 1.3…3.6 кОм и 18…24 Ом. ТР с 2 ножками чаще всего кремниевые (Si), это более узнаваемые пластинки.

Обозначения разных электродеталей на схемах:

NTC

Основные сведения

Сопротивление NTC-терморезисторов уменьшается при нагреве, их ТКС отрицательный. Зависимость сопротивления от температуры изображена на графике ниже.

Здесь вы можете убедиться, что при нагреве сопротивление NTC-терморезистора уменьшается.

Такие термисторы изготавливают из полупроводников. Принцип действия заключается в том, что с ростом температуры увеличивается концентрация носителей зарядов, электроны переходят в зону проводимости. Кроме полупроводников используются оксиды переходных металлов.

Обратите внимание на такой параметр как бета-коэффициент. Учитывается при использовании терморезистора для измерения температуры, для усреднения графика сопротивления от температуры и проведения расчетов с помощью микроконтроллеров

Бета-уравнение для приближения кривой изменения сопротивления термистора вы видите ниже.

Интересно: в большинстве случаев термисторы используют в диапазоне температур 25-200 градусов Цельсия. Соответственно могут использоваться для измерений в этих диапазонах, в то время как термопары работают и при 600 градусах Цельсия.

Где используется

Терморезисторы с отрицательным ТКС часто используют для ограничения пусковых токов электродвигателей, пусковых реле, для защиты от перегрева литиевых аккумуляторов и в блоках питания для уменьшения зарядных токов входного фильтра (емкостного).

На схеме выше приведен пример использования термистора в блоке питания. Такое применение называется прямым нагревом (когда элемент сам разогревается при протекании тока через него). На плате блока питания NTC-резистор выглядит следующим образом.

На рисунке ниже вы видите, как выглядит NTC-терморезистор. Он может отличаться размерам, формой, а реже и цветом, самый распространенный – это зелёный, синий и черный.

Ограничение пускового тока электродвигателей с помощью NTC-термистора получило широкое распространение в бытовой технике благодаря простоте реализации. Известно, что при пуске двигателя он может потреблять ток в разы и десятки раз превышающий его номинальное потребление, особенно если двигатель пускается не в холостую, а под нагрузкой.

Принцип работы такой схемы:

Когда термистор холодный его сопротивление велико, мы включаем двигатель и ток в цепи ограничивается активным сопротивлением термистора. Постепенно происходит разогрев этого элемента и его сопротивление падает, а двигатель выходит на рабочий режим. Термистор подбирается таким образом, чтобы в горячем состоянии сопротивление было приближено к нулю. На фото ниже вы видите сгоревший терморезистор на плате мясорубки Zelmer, где и используется такое решение.

Недостаток этой конструкции состоит в том, что при повторном пуске, когда термистор еще не остыл – ограничения тока не происходит.

Есть не совсем привычное любительское применение терморезистора для защиты ламп накаливания. На схеме ниже изображен вариант ограничения всплеска тока при включении таких лампочек.

Если терморезистор используется для измерения температуры – такой режим работы называют косвенным нагревом, т.е. он нагревается от внешнего источника тепла.

Интересно: у терморезисторов нет полярности, так что их можно использовать как в цепях постоянного, так и переменного тока не опасаясь переполюсовки.

Маркировка

Терморезисторы могут маркироваться как буквенным способом, так и содержать цветовую маркировку в виде кругов, колец или полос. При этом различают множество способов буквенной маркировки – это зависит от производителя и типа конкретного элемента. Один из вариантов:

На практике, если он применяется для ограничения пускового тока чаще всего встречаются дисковые термисторы, которые маркируются так:

5D-20

Где первая цифра обозначает сопротивление при 25 градусах Цельсия – 5 Ом, а «20» — диаметр, чем он больше – тем большую мощность он может рассеять. Пример такого вы видите на рисунке ниже:

Для расшифровки цветовой маркировки можно воспользоваться таблицей, изображенной ниже.

Из-за обилия вариантов маркировки можно ошибиться в расшифровке, поэтому для точности расшифровки лучше искать техническую документацию к конкретному компоненту на сайте производителя.

Где применяются

Самое очевидное применение терморезисторов – в качестве датчиков для измерения температуры. Для этой цели пригодны как термисторы с характеристикой NTC, так и PTC. Надо лишь выбрать элемент по рабочему участку и учесть характеристику термистора в измерительном приборе.

Можно построить термореле – когда сопротивление (точнее, падение напряжения на нём) сравнивается с заданным значением, и при превышении порога происходит переключение выхода. Такой прибор можно применять в качестве устройства теплового контроля или пожарного датчика. Создание измерителей температуры основано на явлении косвенного нагрева – когда терморезистор нагревается от внешнего источника.

Также в сфере использования термосопротивлений используется прямой нагрев – термистор нагревается током, проходящим через него. NTC-резисторы таким способом можно применить для ограничения тока – например, при зарядке конденсаторов большой ёмкости при включении, а также для ограничения тока пуска электродвигателей и т.п. В холодном состоянии термозависимые элементы имеют большое сопротивление. Когда конденсатор частично зарядится (или электродвигатель выйдет на номинальные обороты), термистор успеет нагреться протекающим током, его сопротивление упадет, и он перестанет оказывать влияние на работу схемы.

Таким же способом можно продлить срок службы лампы накаливания, включив последовательно с ней терморезистор. Он ограничит ток в самый сложный момент – при включении напряжения (именно в это время большинство ламп выходит из строя). После прогрева он перестанет оказывать влияние на лампу.

Для защиты электродвигателей во время работы служат, наоборот, термисторы с положительной характеристикой. Если ток в цепи обмотки будет повышаться из-за заклинивания двигателя или превышения нагрузки на валу, PTC-резистор нагреется и ограничит этот ток.

Термисторы с отрицательным ТКС, также можно использовать в качестве компенсаторов нагрева других компонентов. Так, если параллельно резистору, задающему режим транзистора и имеющему положительный ТКС, установить NTC-термистор, то изменение температуры подействует на каждый элемент противоположным образом. В результате действие температуры компенсируется, и рабочая точка транзистора не сместится.

Существуют комбинированные приборы, называемые терморезисторами с косвенным нагревом. В одном корпусе такого элемента расположены термозависимый элемент и нагреватель. Между ними существует тепловой контакт, но гальванически они развязаны. Изменяя ток через нагреватель, можно управлять сопротивлением.

Терморезисторы с различными характеристиками широко используются в технике. Наряду со стандартными применениями, их сферу работы можно расширять. Все ограничивается только фантазией и квалификацией разработчика.

Что такое резистор и для чего он нужен?

Что такое триггер, для чего он нужен, их классификация и принцип работы

Принцип работы и основные характеристики стабилитрона

Что такое диодный мост, принцип его работы и схема подключения

Что такое датчик Холла: принцип работы, устройство и способы проверки на работоспособность

Термометр сопротивления — датчик для измерения температуры: что это такое, описание и виды

Что такое датчики PT100 RTD?

Веб-сайт IC Station не дает ответа на вопрос «что это за датчики». К счастью, сайт Omega объясняет, что такое датчики PT100:

Как вы уже могли заметить, наш первый датчик имеет 3 провода, а второй — только два. Это также объясняется:

Наконец, есть несколько материалов, которые можно использовать для датчика, и платиновый резистор, найденный в последнем датчике, считается наиболее распространенным и точным. Другими распространенными материалами являются никель и медь, а вольфрам и алюминиевый композит встречаются реже. В датчике ICS должно быть очень небольшое количество платины (драгоценного металла), поскольку он продается всего за 4 доллара, иначе описание просто неверное. PT100 означает, что платиновый зонд имеет сопротивление 100 Ом при 0 °C.

Общий принцип действия

Терморезисторы делаются максимально чувствительными к изменению температурного режима, ведь на этом принципе они и работают. При отсутствии нагрева атомы, входящие в состав детали, находятся в правильном порядке и формируют длинные ряды.

В случае нагрева количество активных «переносчиков» заряда растет. Чем больше таких единиц, тем выше проводимость материала.

При изучении кривой зависимости сопротивления от температуры можно увидеть характеристику нелинейного типа. При этом лучшие характеристики терморезистор показывает в диапазоне от -90 до +130 градусов.

Важно учесть, что принцип действия таких деталей строится на корреляции между температурным режимом и металлами в составе детали. Сам терморезистор изготавливается с применением полупроводниковых составов (оксидов, марганца, меди, никеля, силикатов, железа и других)

Такие компоненты способны реагировать на малейшее изменение в температуре

Сам терморезистор изготавливается с применением полупроводниковых составов (оксидов, марганца, меди, никеля, силикатов, железа и других). Такие компоненты способны реагировать на малейшее изменение в температуре.

Создаваемое электрическое поле подталкивает электрон, который перемещается до момента удара об атом. По этой причине движение электрона затормаживается.

При росте температуры атомы двигаются активнее. При таких обстоятельствах исходный актом быстрее столкнется с другим элементом. В результате возникает дополнительное сопротивление.

После снижения рабочей температуры электроны «падают» в нижние валентные уровни и переходят в невозбужденное состояние. Иными словами, они меньше перемещаются и не создают такого сопротивления.

В случае повышения температуры растет и показатель R. Но здесь нужно учесть тип терморезистора, от которого зависит принцип повышения и роста сопротивления при изменении температурного режима.

Принцип действия терморезисторов

Термисторы и позисторы относятся к полупроводниковым термосопротивлениям, принцип работы которых основан на изменении сопротивления в зависимости от температуры. В зависимости от типа, они могут иметь как прямую, так и обратную нелинейную характеристику зависимости сопротивления от температуры.

NTC (Negative Temperature Coefficient) датчики, они же термисторы представляют собой полупроводниковые резисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). То есть при при достижении заданной температуры их сопротивление резко уменьшается.

PTC (Positive Temperature Coefficient ) позисторы наоборот, имеют положительный температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Для данного типа характерно резкое увеличение своего сопротивления при достижении заданной температуры. Для электродвигателей чаще применяется именно этот тип защиты.

На каждую обмотку асинхронного двигателя монтируется по одному температурному датчику, то есть всего получается три датчика. Подключение датчиков, в зависимости от типа, может быть выполнено как параллельно, в случае применения термисторов, так и последовательно, в случае позисторов.

Помимо достоинств, есть у данной защиты и один недостаток, если это можно назвать недостатком. Дело в том, что датчики нельзя напрямую подключить к коммутационному устройству, например контактору. Требуется некое промежуточное звено, которое в начале проанализирует значение температуры с датчика, а потом уже выдаст сигнал на включение или отключение. Таким устройством является реле термисторной защиты.

Современные PTC сайты

За последние годы PTC претерпели много изменений и все как правило в лучшею сторону. Лишь недавно была решена проблема автоматических выплат. Раньше приходилось ждать по 2-3 месяца или больше, чтобы получить выплату. Сейчас же как правило выплаты моментальные. Но всё же есть некоторые проекты, выплачивающие средства сроком от недели до 1-го месяца. Не так давно была введена опция аренды реферралов, а так же их замены в случае не активности. В плюс к этому была тщательно продумана система управления аккаунтом. Сюда вошли всевозможные статистики, графики и фильтры реферралов. Безопасность тоже изменилась не в худшею сторону.

Поддержка Arduino и схемы подключения

Теперь мы лучше понимаем что такое датчики PT100 RTD, но как мы можем их точно использовать? В поисках поддержки Arduino мы обнаружили библиотеку PT100RTD на Github, в которой добавлена ​​поддержка точного преобразования значений из Ом в Цельсия в RTD PT100 в Arduino IDE.

Разработчик предоставляет некоторые дополнительные сведения и размер библиотеки 3 КБ, поэтому, вместо этого, рекомендуется использовать «уравнение Каллендара-Ван Дюсена» для «обычных» измерений температуры в диапазоне от -60 °C до 650 °C. 

Датчики являются аналоговыми датчиками, но вы не можете просто подключить их напрямую к одному из ваших аналоговых входов Arduino. Сигнал должен быть усилен, и быстрый веб-поиск показал два варианта, хотя их может быть больше:

1. Мост Уитстона плюс операционный усилитель, как описано в Instructables.

Этот пост также подробно описывает математические расчеты, лежащие в основе  конструкции схемы и должен быть хорошо прочитан. Схема Arduino не использует библиотеку PT100RTD, упомянутую выше, и намного проще, но учтите, что используемая схема поддерживает только от -51,85 до 129,87 градусов Цельсия .

2. Усилитель датчика температуры Adafruit PT100 RTD на основе MAX31865 продается за 14,95 $. 

Как вы можете видеть выше, схема подключения намного проще с этой платой.Плата работает с датчиками PT100 с использованием 2-, 3- или 4-проводных кабелей, и компания также предлагает дополнительный датчик PT100 с диапазоном температур от 0 до 550 ° C.Adafruit также опубликовал очень подробное руководство для своего усилителя, и код Arduino опирается на библиотеку Arduino для датчика Adafruit MAX31865 RTD , но все же рекомендуем самую первую библиотеку PT100RTD, о которой мы упоминали в этом посте, если требуется максимально возможная точность.Если Arduino вам не подходит, руководство также предоставляет пример кода для MicroPython/CircuitPython.

Выражаем свою благодарность источнику из которого взята и переведена статья, сайту cnx-software.com.

Оригинал статьи вы можете прочитать здесь.

Позисторы или PTC — элементы

Позисторы или PTC — элементы – это полупроводниковые керамические камни, изготовленные из поликристаллической керамики на основе титаната бария (BaTiO3) и характеризующиеся чувствительностью к температуре. Их электрическое сопротивление нелинейно зависит от температуры нагрева. При подключении в электрическую сеть и подаче напряжения после достижения через короткий период времени температуры максимального сопротивления (температуры Кюри), обусловленной составом керамики, сопротивление элемента многократно увеличивается, ограничивая протекающий ток и дальнейший рост температуры.

Динамическая характеристика сопротивления делает PTC-элементы великолепным выбором для обеспечения контролируемого электрического нагрева. Благодаря качествам саморегулирования, нагревательные элементы, базирующиеся на позисторах, могут обходиться без элементов системы управления и стабилизирующих компонентов, так же, как и без защиты от перегрева.

Простота дизайна и низкое энергопотребление обеспечивают экономичность данных устройств. Изготовление камней из керамики дает возможность выбора любой формы элемента: плоской, объемной; квадратной, круглой, треугольной и т.д. С помощью правильного подбора внутренних характеристик позистора обеспечивается точная стабилизация температуры нагреваемого рабочего тела.

Немаловажное свойство PTC-элементов – их пожаро- и взрывобезопасность, поскольку, как было сказано выше, температура камня не превысит максимальное значение, вне зависимости от силы тока на данном участке сети.

При сохранении физической целостности камней, PTC-элементы не теряют своих свойств на протяжении всего срока службы.

Области применения нагревателей PTC:

• В автомобильной промышленности: подогрев салона, системы омывания стёкол, топливных фильтров, картера двигателя и др. легковых автомобилей; системы обогрева автомобильных фургонов.
• В авиастроении: обогрев кабин летательных аппаратов.
• В электротехнике и энергетике: обогрев электротехнических и монтажных шкафов, обогрев клапанов управления, вентилей трубопроводов; защиты термоблоков от обледенения и конденсата.
• В электронике: обогрев и защита от влажности электроники банкоматов, паркоматов, терминалов, таксофонов, уличных камер и дисплеев, световых и информационных табло.
• В телекоммуникации: элементы нагрева, в том числе нестандартные, для устройств передачи информации.
• В вентиляционных установках: тепловые завесы; системы кондиционирования, в том числе на железнодорожном транспорте.
• В пищевой промышленности: комплектация испарителей пароконвектоматов, конвекционных печей; нагревательных элементов в термоконтейнерах и мармитах; нагревательных элементов в устройствах подогрева посуды и напитков (в кофемашинах и др.); машин для вакуумной упаковки продуктов.
• В косметологии и медицине:  нагревательные элементы ингаляторов, стерилизаторов, устройств для завивки / выпрямления волос и т.п.
• В бытовой технике, инструментах и приспособлениях: нагревательные элементы в технике различного назначения, от холодильников, посудомоечных и сушильных машин до дорожных утюгов, клеевых пистолетов и т.п. Подогреватели детского питания и стерилизаторы детских бутылочек.

NTC

Изделия такого типа обладают отрицательными ТКХ. Их отличие в том, что внутреннее сопротивление термистора способно уменьшаться при увеличении t0, и наоборот. Если температурная нагрузка t0 уменьшается, то сопротивление R увеличивается.

Такие характеристики важны в тех случаях, когда необходимо ограничить пусковой ток при:

• запуске электродвигателя;
• защите Li-ионных аккумуляторных батарей.

Также термистор нужен в блоке питания для понижения зарядных токов.

Терморезисторы NTC-типа находят применение и в автомобильной промышленности, как датчик для автоматического управления системой климат-контроль. Или как датчик контроля перегрева двигателя. Если допустимо безопасный режим превышается, уходит управляющая команда на реле управления и двигатель автоматически глушится.

Элементы NTC-типа — могут быть применены в системах пожаротушения, как датчик пожара, который обнаруживает быстрый рост температуры и включающий пожарную сигнализацию.

На этих миниустройствах может быть нанесена буквенная маркировка или цветовая в виде полосок или колец. Вид рисунка зависит от того где сделан компонент, его типа и ряда других параметров.

Для примера расшифруем маркировку 4D-21.

4D — показывает, что его номинал рассчитан для температур до 24 градусов Цельсия. Цифра 21 — диаметр элемента.

Чтобы правильно подобрать этот элемент существуют специальные таблицы, с рассчитанными параметрами работы. Например, такая как для термисторов SCN-серии:

Аналогичные таблицы помогают выбрать элемент в нужном рабочем диапазоне под свои задачи.