Áram túlterhelések és azok hatása a villanymotorok működésére és élettartamára
Az aszinkron motorhibák elemzése azt mutatja, hogy meghibásodásuk fő oka a túlmelegedés miatti szigetelés meghibásodása.
Elektromos termék (eszköz) túlterhelése – az elektromos termék (eszköz) teljesítményének vagy áramának tényleges értékének túllépése a névleges érték felett. (GOST 18311-80).
Az elektromos motor tekercseinek fűtési hőmérséklete a motor termikus jellemzőitől és a környezeti paraméterektől függ. A motorban keletkező hő egy része a tekercsek fűtésére megy el, a többi pedig a környezetbe kerül. A fűtési folyamatot olyan fizikai paraméterek befolyásolják, mint a hőkapacitás és a hőleadás.
A villanymotor és a környező levegő termikus állapotától függően ezek hatásának mértéke eltérő lehet.Ha a motor és a környezet közötti hőmérsékletkülönbség kicsi, és a felszabaduló energia jelentős, akkor ennek nagy részét a tekercs, az állórész és a forgórész acélja, a motorház és annak egyéb részei nyelik el. A szigetelés hőmérséklete intenzíven növekszik... A fűtéssel egyre jobban megnyilvánul a hőcsere hatása. A folyamat a keletkező hő és a környezetbe kibocsátott hő közötti egyensúly elérése után jön létre.
Az áramerősség megengedett érték fölé emelése nem vezet azonnal vészhelyzethez... Kell egy kis idő, amíg az állórész és a forgórész eléri szélső hőmérsékletét. Ezért nincs szükség arra, hogy a védelem minden túláramra reagáljon. Csak akkor kapcsolja ki a gépet, ha fennáll a szigetelés gyors károsodásának veszélye.
A szigetelés fűtése szempontjából nagy jelentősége van a névleges értéket meghaladó áramáramlás nagyságának és időtartamának. Ezek a paraméterek elsősorban a technológiai folyamat természetétől függenek.
Technológiai eredetű villanymotor túlterhelése
Az elektromos motor túlterhelése, amelyet a hajtott gép tengelyén a nyomaték időszakos növekedése okoz. Az ilyen gépekben és berendezésekben az elektromos motor teljesítménye folyamatosan változik. Nehéz megfigyelni olyan hosszú időtartamot, amely alatt az áram nagysága változatlan marad. A motor tengelyén időnként rövid távú nagy ellenállási nyomatékok jelennek meg, áramlökéseket okozva.
Az ilyen túlterhelések általában nem okozzák a motor tekercseinek túlmelegedését, amelyeknek viszonylag nagy a hőtehetetlensége.Azonban kellően hosszú ideig és ismétlődő ismétléssel, az elektromos motor veszélyes felmelegedése… A védelemnek „különbséget kell tennie” e rezsimek között. Nem szabad reagálnia a rövid távú terhelési sokkokra.
Más gépek viszonylag kicsi, de hosszú távú túlterhelést tapasztalhatnak. A motor tekercselése fokozatosan felmelegszik a megengedett maximális értékhez közeli hőmérsékletre. Általában az elektromos motornak van egy bizonyos fűtési tartaléka, és a kis túláramok a hatás időtartama ellenére nem okozhatnak veszélyes helyzetet. Ebben az esetben a leállítás nem szükséges. Ilyen módon a motorvédelemnek itt is "meg kell különböztetnie" a veszélyes és a nem veszélyes túlterheléseket.
Az elektromos motor vészhelyzeti túlterhelései
kivéve a technológiai eredetű túlterheléseket, esetleg egyéb okból bekövetkezett vészhelyzeti túlterheléseket (tápvezeték sérülése, működő eszközök elakadása, feszültségesés stb.). Az aszinkronmotorok sajátos működési módjait hoznak létre, és biztosítják a biztonsági berendezésekre vonatkozó követelményeiket... Tekintsük az indukciós motor viselkedését tipikus vészüzemmódokban.
Túlterhelések folyamatos üzemben állandó terhelés mellett
Az elektromos motorokat általában bizonyos teljesítménytartalékkal választják ki. Emellett a gépek legtöbbször terhelés alatt működnek. Ennek eredményeként a motor árama gyakran jóval a névleges érték alatt van. Túlterhelések általában technológiai megsértések, meghibásodások, elakadások és a munkagépben való elakadások esetén fordulnak elő.
Az olyan gépek, mint a ventilátorok, centrifugálszivattyúk, szállítószalagok és csavarok csendes, állandó vagy enyhén változó terhelésűek.Az anyagáramlás rövid távú változása gyakorlatilag nincs hatással a villanymotor fűtésére. Figyelmen kívül hagyhatók. Más kérdés, ha a normál munkakörülmények megsértése hosszú ideig fennáll.
A legtöbb elektromos hajtásnak van egy bizonyos teljesítménytartaléka. A mechanikai túlterhelések elsősorban a gépalkatrészek károsodását okozzák. Tekintettel ezek előfordulásának véletlenszerűségére, nem biztos, hogy bizonyos körülmények között a villanymotor is túlterhelődik. Ez például csavaros motoroknál fordulhat elő. A szállított anyag fizikai és mechanikai tulajdonságainak változása (nedvesség, szemcseméret stb.) azonnal megmutatkozik a mozgatásához szükséges teljesítményben. A védelemnek le kell állítania az elektromos motort, ha túlterhelés lép fel, ami a tekercsek veszélyes túlmelegedését okozza.
A hosszú távú túláramok szigetelésre gyakorolt hatása szempontjából kétféle túlterhelést kell megkülönböztetni: viszonylag kicsi (legfeljebb 50%) és nagy (több mint 50%).
Az előbbi hatása nem azonnal, hanem fokozatosan, míg az utóbbi hatása rövid időn belül jelentkezik. Ha a hőmérséklet a megengedett érték fölé kicsi, akkor a szigetelés öregedése lassan megy végbe. A szigetelőanyag szerkezetének kis változásai fokozatosan halmozódnak fel. A hőmérséklet emelkedésével az öregedési folyamat jelentősen felgyorsul.
Úgy gondolom, hogy minden 8-10 ° C-on megengedett túlmelegedés felére csökkenti a motortekercsek szigetelésének élettartamát.Ezért a 40 °C-os túlmelegedés 32-szer csökkenti a szigetelés élettartamát! Bár ez sok, sok hónapos munka után látszik.
Nagy túlterhelésnél (több mint 50%) a szigetelés gyorsan összeomlik a magas hőmérséklet hatására.
A fűtési folyamat elemzéséhez egy egyszerűsített motormodellt fogunk használni. Az áramerősség növekedése a változó veszteségek növekedéséhez vezet. A tekercs elkezd felmelegedni. A szigetelés hőmérséklete az ábrán látható grafikon szerint változik. Az állandósult hőmérséklet-emelkedés sebessége az áram nagyságától függ.
A túlterhelés bekövetkezése után egy idő után a tekercsek hőmérséklete eléri az adott szigetelési osztályra megengedett értéket. Nagy G-erőknél rövidebb, alacsony G-erőknél hosszabb lesz. Így minden túlterhelési értéknek megvan a saját megengedett ideje, amely biztonságosnak tekinthető elkülönítése.
A túlterhelés megengedett időtartamának a nagyságától való függését a villanymotor túlterhelési jellemzőjének nevezzük... Termofizikai tulajdonságok különféle típusú villanymotorok vannak eltérések és jellemzőik is különböznek. Ezen jellemzők egyike folyamatos vonallal látható az ábrán.
A motor túlterhelési karakterisztikája (folytonos vonal) és a kívánt védelmi karakterisztika (szaggatott vonal)
A megadott jellemzőkből megfogalmazhatjuk az egyik fő követelményt áramfüggő túlterhelés elleni védelemre… A túlterhelés mértékétől függően emelni kell.Ez lehetővé teszi a nem veszélyes áramcsúcsokkal járó téves riasztások kizárását, például a motor indításakor. A védelemnek csak akkor kell működnie, ha az elfogadhatatlan áramértékek és áramlási időtartama zónájába esik. Az ábrán szaggatott vonallal jelölt kívánt karakterisztikája mindig a motor túlterhelési karakterisztikája alatt kell, hogy legyen.
A védelem működését számos tényező befolyásolja (beállítások pontatlansága, paraméterek szóródása stb.), amelyek következtében eltérések figyelhetők meg a válaszidő átlagos értékétől. Ezért a szaggatott vonalat a grafikonon valamiféle átlagos jellemzőnek kell tekinteni. Annak érdekében, hogy ne lépje át a karakterisztikát véletlenszerű tényezők hatására, amelyek a motor helytelen leállításához vezetnek, bizonyos tartalékot kell biztosítani. Valójában nem külön jellemzővel, hanem védőzónával kell dolgozni, figyelembe véve a védelem reakcióidejének eloszlását.
A pontos motorvédelmi hatások szempontjából kívánatos, hogy mindkét jellemző a lehető legközelebb legyen egymáshoz. Ezzel elkerülhető a szükségtelen kioldás a megengedett túlterhelés közelében. Ha azonban mindkét jellemző nagymértékben elterjedt, ez nem érhető el. Annak érdekében, hogy a számított paraméterektől való véletlen eltérések esetén ne essen az elfogadhatatlan áramértékek zónájába, bizonyos tartalékot kell biztosítani.
A védőkarakterisztikát bizonyos távolságra kell elhelyezni a motor túlterhelési jellemzőitől, hogy kizárják egymás keresztezését.Ez azonban a motorvédelmi művelet pontosságának elvesztéséhez vezet.
A névleges értékhez közeli áramok tartományában egy bizonytalansági zóna jelenik meg. Ebbe a zónába lépve nem lehet biztosan megmondani, hogy a védelem működni fog-e vagy sem.
Ez a hátrány hiányzik belőle védelem a tekercselés hőmérsékletétől függően működik... A túláramvédelemmel ellentétben a szigetelés elöregedésének okától, felmelegedésétől függően hat. A tekercsre veszélyes hőmérséklet elérésekor leállítja a motort, függetlenül attól, hogy mi okozta a melegedést. Ez a hőmérséklet elleni védelem egyik fő előnye.
A túláramvédelem hiányát azonban nem szabad túlhangsúlyozni. Az a tény, hogy a motoroknak van egy bizonyos áramtartaléka. A motor névleges árama mindig kisebb, mint az az áram, amelynél a tekercsek hőmérséklete eléri a megengedett értéket. Megállapításra kerül, gazdasági számítások vezérlik. Ezért névleges terhelésnél a motortekercsek hőmérséklete a megengedett érték alatt van. Ennek köszönhetően a motor hőtartaléka keletkezik, amely bizonyos mértékig kompenzálja a hiányt hőrelék.
Számos tényező, amelytől a szigetelés hőállapota függ, véletlenszerű eltérésekkel rendelkezik. Ebben a tekintetben a jellemzők meghatározása nem mindig adja meg a kívánt eredményt.
Túlterhelések változó folyamatos üzemben
Egyes munkatestek és mechanizmusok széles tartományban változó terheléseket hoznak létre, például a zúzás, őrlés és más hasonló műveletek során. Itt az időszakos túlterheléseket alapjárati alulterhelés kíséri.Az áramerősség-növekedés külön-külön nem vezet veszélyes hőmérséklet-emelkedéshez. Ha azonban sok van és elég gyakran ismétlődnek, a megnövekedett hőmérséklet szigetelésre gyakorolt hatása gyorsan felhalmozódik.
Az elektromos motor változó terhelés melletti fűtési folyamata eltér az állandó vagy enyhén változó terhelésű fűtési folyamattól. A különbség megnyilvánul mind a hőmérséklet-változások során, mind a gép egyes részeinek melegedésének jellegében.
A terhelés változásával a tekercsek hőmérséklete is változik. A motor hőtehetetlensége miatt a hőmérséklet-ingadozások kevésbé elterjedtek. Megfelelően nagy terhelési gyakoriság mellett a tekercsek hőmérséklete gyakorlatilag változatlannak tekinthető. Ez egyenértékű lesz a folyamatos működéssel állandó terhelés mellett. Alacsony frekvencián (egy század hertz nagyságrendű és alacsonyabb) hőmérséklet-ingadozások észrevehetők. A tekercs időszakos túlmelegedése lerövidítheti a szigetelés élettartamát.
Alacsony frekvencián nagy terhelésingadozások esetén a motor folyamatosan átmeneti folyamatban van. A tekercs hőmérséklete a terhelés ingadozása után változik. Mivel a gép egyes részei eltérő termofizikai paraméterekkel rendelkeznek, mindegyik a maga módján melegszik fel.
A hőtranziensek lefutása változó terhelés mellett összetett jelenség, és nem mindig számítható. Ezért a motor tekercseinek hőmérséklete nem becsülhető meg az adott időpontban folyó áramból. Tekintettel arra, hogy a villanymotor egyes részeit különböző módon melegítik fel, a hő a villanymotorban egyik részről a másikra halad át.Az is előfordulhat, hogy a villanymotor lekapcsolása után az állórész tekercseinek hőmérséklete megemelkedik a forgórész által szolgáltatott hő hatására. Így az áram nagysága nem feltétlenül tükrözi a szigetelés melegítési fokát. Azt is szem előtt kell tartani, hogy bizonyos üzemmódokban a forgórész intenzívebben melegszik fel és kevésbé hűl le, mint az állórész.
A hőátadási folyamatok bonyolultsága megnehezíti a motor fűtésének szabályozását... Még a tekercsek hőmérsékletének közvetlen mérése is hibát adhat bizonyos körülmények között. A helyzet az, hogy instabil hőfolyamatokban a gép különböző részeinek fűtési hőmérséklete eltérő lehet, és az egyidejű mérés nem tud valós képet adni. A tekercs hőmérsékletének mérése azonban pontosabb, mint más módszerek.
Időszakos munka a védelem fellépése szempontjából a legkedvezőtlenebbre utalható. A munkába való időszakos bevonás magában foglalja a motor rövid távú túlterhelésének lehetőségét. Ebben az esetben a túlterhelés nagyságát korlátozni kell a tekercsek fűtésének állapotával, amely nem haladja meg a megengedett értéket.
A tekercs fűtési állapotát "figyelő" védelemnek a megfelelő jelet kell kapnia. Mivel tranziens körülmények között előfordulhat, hogy az áramerősség és a hőmérséklet nem felel meg egymásnak, az árammérésen alapuló védelem nem tudja megfelelően ellátni szerepét.