Jste zde

Jednoduché teplotní ochrany pro akubaterie, motory apod.

Antonín Vojáček, 16. Březen 2007 - 22:20

Ne vždy se musí hodit složité integrované senzory teploty, protože prostě někde stačí jednodušší nebo potřebujeme nenáročné řešení, nechceme vytvářet desky plošných spojů nebo vymýšlet pracné zakomponování do zařízení. Pro jednoduchou kontrolu teploty stačí použít miniaturní přesné a rychlé bimetalové termostaty, které lze lehce připojit i instalovat. Více v následujícím článku...

Pro jednoduchou kontrolu teploty nabíjení a provozu akumulátorů, přehřívání motorů, zahřívání elektrických spotřebičů, stačí použít nenáročné, ale dnes již velmi přesné a malinké bimetalové termostaty. Mezi nejznámější výrobky v tomto směru a takovou referencí jsou přesné termostaty se systémem Klixon. Ty se vyrábějí v různém provedení, hodnotách, přesnostech a velikostech, které jsou vhodné pro různé aplikace.

Obecné vlastnosti bimetalových tepelných ochran

Detekce překročení teploty
Detekce přetížení (velké hodnoty proudu)
Malá nebo miniaturní velikost v řádu jednotek až desítek mm
Mžikově spínající bimetalový snímač
Detekce překročení teplot: 35 až 165 °C
Vícenásobná opakovatelná funkce - funkce autoresetu
Provedení pouzdra: plast nebo ocel
Jednoduché dvojvodičové připojení
Spínací/rozpínací kontakt 12 V DC až 600 V AC, až 22 A
Snadná aplikovatelnost
Velká životnost (10 tis. až 250 tis. sepnutí/rozepnutí)

Použití

Kontrola nabíjení a vybíjení akumulátorů
Kritické zahřívání libovolných spotřebičů (vysavače, PC, větráky apod.)
Ochrana přehřívání a přetěžování motorů a solenoidů
Ochrana transformátorů
Zahřívání elektroluminiscenčních displejů a panelů a dalších HMI
Ochrana elektrických topných těles
Hlídání komunikačních zařízení - telefony, modemy, servery, switch
Automobilová technika - motorky, ventily, servomechanismy, řídící el. desky ...
Gyroskopy
Venkovní kamery
Klimatizace
Ochrana zařízení proti zamrznutí v zimě či přehřátí v létě
apod.

Obecný princip termostatů (tepelných ochran) KLIXON

Teplotní ochrany/termostaty KLIXON (thermal circuit breaker) se obvykle používají jako mžikové rozpojovače obvodů přehřátých nebo přetížených zařízení. Jejich služeb se již využívá dlouhou dobu, ale stále se vyvíjejí. Výhodou, i v současné době, je jednoduchý princip senzoru, který nevyžaduje žádné externí napájení a je odolný proti jakémukoliv elektromagnetickému rušení. Navíc je zároveň schopen zajistit tepelnou ochranu proti přetížení.

Každý termostat má na výstupu kontakt, který je obvykle v normálním klidovém režimu v poloze sepnuto. Na kontakt se například může připojit rozběhové vinutí menšího motoru nebo kontakt pomocného ovládacího obvodu tak, aby došlo k vypnutí a přerušení rozběhu motoru, když se kontakt rozepne během nastavené doby rozběhu na časovém relé. Tepelné čidlo chrání spouštěč před spálením vlivem provozních poruch nebo chybných manipulací obslužným personálem. Při dodatečně zjištěné vyšší náročnosti rozběhových podmínek (délka rozběhu, počet rozběhů), lze tepelnou kapacitu spouštěče dodatečně zvýšit intenzivní cizí ventilací skříně spouštěče.

Samotný princip funkce je jednoduchý a efektivní: Srdcem senzoru je speciální mžikově přepínající bimetalový teplotně citlivý disk KLIXON (bimetal snap-action disc). Jestliže teplota tohoto disku dosáhne nakalibrované hodnoty, nastane prohnutí disku na opačnou stranu, něž je ta klidová a provede se rozpojení obvodu. Této teploty může být dosaženo buď zvýšením okolní teploty vzduchu, předmětu, na který je senzor přiložen, nebo vlivem rostoucí hodnoty proudu, který prochází přes odporovou vrstvu. Případně kombinací obou vlivů. Obvykle je to dáno chybnou funkcí hlídaného zařízení. Ochlazení senzoru tradičně opětovně obnoví celou funkci senzoru. Přídavným chlazením tak lze ovlivnit a dodatečně regulovat odvod tepla, i reakční rychlost detekce. Materiál bimetalu a odporové cesty senzoru je dán podle požadované spínací teplotní hranice a velikosti procházejícího proudu (zatížení).

Jako materiály se používají následující:

slitina Ti-Cu
slitina Be-Cu
slitina Ni-Cu
nerezová ocel

Klixon® 7AM thermal protector

Tepelné ochrany Klixon řady 7AM patří mezi nejvíce univerzální a mohou chránit libovolné el. zařízení proti přehřátí, příp. proudovému přetížení. Jsou schovány v miniaturních kovových pouzdrech, což umožňuje jejich nasazení i ve stísněných prostorech. V nabídce jsou provedení s různými terminály a kontakty pro připojení vodičů, izolační návleky nebo niklované vývody pro Ni-Cd bateriové balíky (battery packs).

Parametry řady 7AM:

Max. trvalé zatížení kontaktů: 16 V DC / 20 A, 115 V AC / 22 A, 115 V AC / 22 A, 277 V AC / 8 A, 600 V AC / 4 A
Rozpínací teplotní hranice: 70 °C až 175 °C (dle verze)
Přesnost spínací hranice: +/- 5 °C
Rozměry: 20.2 x 10.8 x 4.9 mm
Vyvedené dva pájitelné kontakty pro vodiče

Klixon® MM Series Battery Pack

Řady 4MM a 6MM patří mezi ty nejmenší v celé nabídce a jsou primárně určeny pro kontrolu provozu (nabíjení a vybíjení) akumulátorů, resp. akumulátorových packů. Lze je jak připevňovat na vrch celého packu, tak díky malé tloušťce i mezi jednotlivé články. Obě řady nabízejí duální funkci, tedy ochranu proti překročení teploty a zkratu, při které dojde k automatickému rozpojení obvodu. Po odstranění zkratu nebo snížení teploty se spojení opět obnoví.

Parametry řady 4MM (pro A akubaterie) a 6MM (pro AA akubaterie):

Max. trvalé zatížení kontaktů:
- 13 V DC/10 A, 24 V DC/5 A (řada 4MM)
- 12 V DC/5 A, 24 V DC/3 A (řada 6MM)
Detekční teplotní rozsah: 45°C až 110°C (řada 4MM), 70°C až 95°C (řada 6MM)
Detekce zkratu: až 120 A (řada 4MM) nebo až 80 A při nap. 12 V DC
Přesnost spínací hranice: +/- 5 °C (řada 4MM), +/- 8°C (řada 6MM)
Vhodný jen pro čistá prostředí
Vyvedené dva kontakty jsou pájitelné
Materiál kontaktů: niklový proužek, drát AWG#24/#22/#20/#18, niklová tyč prům. 0.6 mm, měděný plátek tloušťky 0.5 mm

Klixon® 3BT and 4BT Series Thermostats

Řada KLIXON 3BT a 4BT patří mezi velmi přesné a odolné termostaty s malými rozměry a dlouhou životností. Zvláště řada 4BT se vyznačuje miniaturními rozměry i při plném hermetické zapouzdření uvnitř plněné dusíkem. To zajišťuje velkou životnost bimetalového snímače (spínače), protože kontakty jsou chráněny proti vlhkosti, korozi a přístupu nečistot. Pozlacení či přímo zlaté kontakty u některých verzí umožňují detekovat i ohřátí proudy 500 mA nebo 200 mA při napětích 30 V DC, resp. 115 V AC. Ve speciálních případech i menší.

Parametry řady 3BT a 4BT:

Max. trvalé zatížení kontaktů: 30 V DC nebo 115 V AC / 1 A
Rozpínací teplotní hranice: -17.8°C až +176.7°C (dle verze)
Pracovní okolní teplota: -62.2°C až 176.7°C
Přesnost spínací hranice: +/- 4.4°C
Rozpínací hystereze: 16.7°C
Funkce spínání: v klidovém stavu sepnuto nebo rozepnuto (dle verze)
Rozměry:
- prům. 5.5 až 7.1 mm x 8.2 až 13 mm
- prům. 6.7 mm x výška 2.0 mm (řada 4BT)
Vyvedené dva pájitelné kontakty pro vodiče - příp. postříbřené nebo pozlacené
Pouzdro: pozlacené hermeticky uzavřené plněné dusíkem

Klixon® M2 Series Thermostats

Velmi přesné termostaty řady M2 jsou konstruovány s mžikově přepínající bimetalovým diskem jako aktivním prvkem. Když teplota dosáhne přesně přednastaveného kalibrovaného bodu (s přesností na 2°C), disk se zahne na opačnou stranu než je klidová.Tím do jde obvykle k rozepnutí připojených a z pouzdra vyvedených kontaktů. Precizní kalibrace a výroba zajišťuje přesnou funkci přepnutí a dlouhou životnost.

Tato řada termostatů M2 je univerzální a byla vyvinuta pro ochranu náročných a citlivých průmyslových i spotřebních zařízení. Pro dlouhodobé zajištění přesné funkce je celý senzor hermeticky zapouzdřen v nerezové oceli a uvnitř naplněn suchým dusíkem. Tato suchá inertní atmosféra uvnitř pouzdra eliminuje vliv vlhkosti, její kondenzaci při nízkých teplotách nebo možnou oxidaci kontaktů či jejich kontaminaci při vysokých teplotách.

Parametry řady M2:

Max. trvalé zatížení kontaktů: 30 V DC / 2 A, 120 V AC / 2 A
Rozpínací teplotní hranice: -53.9°C až +204.4°C (dle verze)
Přesnost spínací hranice: +/- 2.2°C (příp. 1.7°C)
Rozpínací hystereze: 1.1 až 2.8°C
Funkce spínání: v klidovém stavu sepnuto nebo rozepnuto (dle verze)
Rozměry: prům. 16.8 x výška 7.6 mm
Vyvedené dva pájitelné kontakty pro vodiče - příp. postříbřené nebo pozlacené
Pouzdro: hermeticky uzavřené

Závěr

Bimetalové termostaty nemusí být pomalé a nepřesné, jako tomu bývalo v minulosti. Termostaty se systémem KLIXON poskytují přesně to, co o se od nich může očekávat. Tj. velmi rychlé překlopení po dosažení určité teploty s přesností až na jednotky °C a to vše bez použití jakékoliv elektroniky. Jde tedy o teplotní ochranu v pravém slova smyslu, protože i když celé zařízení nefunguje nebo z nějaké příčiny pracuje špatně, výše uvedené termostaty nezávisle na tom vyhodnocují situaci. Nemůže se tedy stát, že porucha stroje způsobí nefunkčnost ochrany, jako je tomu možné u elektronických senzorů teploty.

Antonín Vojáček
vojacek@ hwg.cz