PTC-Thermistorsonden zur Überhitzungserkennung

Was ist eine nichtlineare PTC (EN) - PTC (FR) Thermistorsonde?

Thermistorsonde CDreifache PTC-ThermistorsondeTP oder PTC ist ein kleiner nichtlinearer Widerstandssensor, der in die Wicklung von Elektromotoren integriert werden kann. Dieses Messgerät besteht aus Metalloxid oder Halbleitermaterial.
Praktische Hinweise für die Installation und Verwendung von nichtlinearen PTC-Thermistor-Temperatursensoren:

  • Der Zusammenhang zwischen Widerstand und Temperatur ist nicht linear, er variiert stark bei kleinen Temperaturänderungen um den Sollwert herum.
  • Für eine korrekte Positionierung müssen Thermistor-Messsonden in der Nähe thermisch kritischer Bereiche oder heißer Stellen in der Wicklung platziert werden. Dadurch kann die Temperatur der Kupferdrähte genau überwacht werden.
    Je nach Größe der Thermosonde und deren Einbau in die Wicklung verbleibt jedoch ein Versatz.
  • Nichtlineare Thermistoren werden in die nicht rotierenden Teile von Motoren eingesetzt, wie z. B. die Statorwicklung in einem Wechselstrommotor oder die Feldwicklungen in einem Gleichstrommotor.
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Anwendungen PTC-Thermistoren (Positive Temperature Coefficient) sind Widerstände aus ...

Die Vorteile des nichtlinearen PTC - PTC-Thermistorfühlers

  • Entwicklung des PTC / PTC-SondenwiderstandsAufgrund ihrer geringen Größe kann der PTC-Temperatursensor in direktem Kontakt mit der Statorwicklung installiert werden.
  • Ihre geringe thermische Trägheit ermöglicht eine schnelle und präzise Reaktion auf Änderungen der Wicklungstemperatur.
  • Thermistoren können die Temperatur direkt messen, unabhängig davon, wie diese Temperaturen ausgelöst werden.
  • Nichtlineare PTC-Thermistorsonden können verwendet werden, um Überlastbedingungen in Motoren zu erkennen, die von Frequenzumrichtern angetrieben werden.



Die Widerstandsänderung ist relativ klein und bleibt bis zur Nennansprechtemperatur nahezu konstant. Bei Annäherung und Überschreiten der Nennansprechtemperatur steigt der Widerstandsgradient stark an, was dem PTC-Thermistor eine hohe Empfindlichkeit gegenüber geringsten Temperaturschwankungen verleiht.

Am Curie-Punkt bewirkt eine Temperaturerhöhung um wenige Grad eine starke Widerstandserhöhung. Der Widerstand wird von einem Schutzrelais überwacht, und wenn das Schutzrelais eine große Widerstandsänderung erkennt, betätigt es einen Kontakt, um einen Alarm auszulösen oder das geschützte Gerät abzuschalten.

Thermistorschutzrelais sollten zuverlässig auslösen, wenn der Widerstand des Temperatursensors ca. 3 kΩ überschreitet.

Diese PTC-Zähler reagieren auch auf einen offenen Stromkreis, entweder im Kabel oder im Thermistorsensor, und bieten so Schutz vor Ausfall. Moderne Relais sind auch so ausgelegt, dass sie einen Kurzschluss des PTC-Sensors erkennen, wenn der Widerstand des Sensors unter etwa 50 Ω fällt.

Diese Temperatursensoren werden häufig in AC-Antrieben mit variabler Drehzahl verwendet, um den von Wechselrichtern gespeisten AC-Motor zu schützen. Viele moderne Frequenzumrichter haben eine eingebaute Thermistor-Schutzeinheit, wodurch die Verwendung eines separaten Thermistor-Schutzrelais vermieden wird.

Auslösetemperatur je nach Isolationsklasse des Elektromotors

Motorisolationsklasse E F H
Niedrigere Nenntemperatur 120 ° C 140 ° C 165 ° C
Alarmtemperatur 120 ° C 140 ° C 165 ° C
Temperatur auslösen 120 ° C 140 ° C 175 ° C


Allgemeine technische Eigenschaften

Max. Betriebsspannung Vmax 30V
Max. Messspannung Vmess, max 2,5 V
Nennwiderstand (max. 2,5 V) R25  ≤ 100 Ohm
Isolationsspannung V 2,5 kV
Ts Reaktionszeit t ≤5 Sekunden
Detektionstemperaturtoleranz Ts ΔT ±5K
Max. Betriebstemperaturbereich (V ≤ Vmeas, max) ° C 200C


Die Verwendung von nichtlinearen Thermistor-Messgeräten

Vorsichtsmaßnahme für die Verwendung

Aufgrund der relativ langsamen Wärmeübertragung durch die Isolierung zu den Sensoren bieten Kaltleiterfühler keinen ausreichend schnellen Schutz vor Kurzschlüssen in Motoren oder Transformatoren.
Da sie sich normalerweise in den Statorwicklungen befinden, bieten sie außerdem keinen angemessenen Schutz für kritische Motoren oder Startbedingungen mit hoher Trägheit oder blockiertem Rotor.

Standardfarben PTC-Thermistoren

Um einen vollständigen Schutz zu erreichen, empfiehlt sich in diesen Fällen der Einsatz von PTC-Thermistoren in Kombination mit elektronischen Motorschutzrelais, die den vom Motor aufgenommenen Primärstrom überwachen. Der Einsatz von PTC-Thermistoren als Temperatursensoren ist nur sinnvoll, wenn:

1. Die Nennansprechtemperatur des Thermistors ist für die verwendete Isolationsklasse der Wicklung richtig gewählt.

2. Thermistoren befinden sich korrekt in der Nähe von thermisch kritischen Bereichen.

3. Zwischen der Wicklung und dem PTC-Thermistor besteht ein geringer thermischer Widerstand.
Mehrere Thermistorsensoren können in einem einzigen Eingangsrelais in Reihe geschaltet werden, vorausgesetzt, dass der Gesamtwiderstand bei Umgebungstemperatur 1,5 kΩ nicht überschreitet. In der Praxis können bis zu sechs Thermistorsensoren in Reihe geschaltet werden.

Da Thermistoren von hohen Spannungen isoliert werden müssen, ist es schwieriger, einen niedrigen Wärmeübergangswiderstand in HV-Motoren zu erreichen, die eine größere Isolationsdicke aufweisen.


Der Einsatz der PTC-Messsonde und Drehstrommotoren

Bei einem Drehstrommotor sind üblicherweise zwei Thermistorsensoren in jeder der drei Wicklungen vorgesehen und in zwei Gruppen zu je drei Reihen geschaltet. Eine Gruppe kann für den Alarm und die andere Gruppe für die Motorauslösung verwendet werden. Die Alarmgruppe wird typischerweise mit einer niedrigeren Nennansprechtemperatur ausgewählt, typischerweise 5 °C oder 10 °C niedriger als die Auslösegruppe.

Wenn der Bediener nichts unternimmt, wird die Auslösegruppe verwendet, um den Motor zu stoppen, um eine Beschädigung der Wicklungsisolierung zu verhindern. Die physische Position von Thermistorsensoren in einem Wechselstrommotor hängt von der Konstruktion des Motors ab, ob es sich um einen zylindrischen Rotor oder einen Schenkelpolrotor handelt, und von mehreren anderen Konstruktions- und Konstruktionsvariablen. 

In einigen Fällen muss der optimale Standort möglicherweise anhand von Tests unter realen Bedingungen ermittelt werden.

Relais für nichtlineare PTC-Thermistoren

PTC-Thermistor-Relais-DiagrammDas Thermistorschutzrelais ist für die Montage in einem Schaltschrank oder einer Motorsteuerzentrale vorgesehen, normalerweise auf einer Standard-DIN-Schiene.

Die folgende Abbildung zeigt eine typische Verbindung von zwei Thermistor-Schutzrelais und den zugehörigen Gruppen von Temperatursensoren.

Zur Alarm- und Auslösesteuerung eines Drehstrom-Wechselstrom-Induktionsmotors. Die Leistung von Thermistorschutzrelais kann durch externe elektrische Störungen beeinträchtigt werden, bei denen Spannungen im Sensorkabel induziert werden können.



Daher sollten die Kabel zwischen dem Thermistorschutzrelais und den nichtlinearen PTC-Thermistorsensoren so ausgewählt und installiert werden, dass die Auswirkungen von induziertem Rauschen minimiert werden.

Kabel sollten so kurz wie möglich gehalten werden und es sollte vermieden werden, über lange Strecken in der Nähe von lauten oder Hochspannungskabeln zu verlaufen!

Während der Tests muss darauf geachtet werden, dass die Thermistorsonden nicht durchbrennen, da sie dadurch beschädigt werden können!!
Das korrekte Verfahren besteht darin, alle Thermistorleitungen miteinander zu verbinden und die Prüfspannung zwischen ihnen und Masse oder Phasen anzulegen.

Einige praktische Empfehlungen für die Art der zu verwendenden Kabel lauten wie folgt:

  • Abstände ≤ 20 m - Standard-Parallelkabel sind zulässig
  • Abstände ≥ 20 m, ≤ 100 m - Twisted Pair-Kabel erforderlich
  • Abstände ≥ 100 m - Es ist ein geschirmtes Twisted Pair (STP) -Kabel erforderlich
  • Hoher Interferenzpegel - Ein abgeschirmtes Twisted Pair-Kabel (STP) ist erforderlich