Механизм привода контактов управляется ЭЭД токовой катушки. Традиционно токовые реле подключаются последовательно с предохранителями в каждой фазе.
Защита электродвигателя от перегрузок
Основной причиной отказов электродвигателей является повреждение обмоток. Сильный перегрев повреждает изоляционный лак, что приводит к неисправности обмотки.
Нагрев, возникающий при запуске или кратковременной перегрузке двигателя, является нормальным процессом, и избыточное тепло поглощается компонентами двигателя.
Аварийный режим работы — это нагрев обмоток электродвигателя до недопустимой температуры, вызванный чрезмерным током. Основные причины его возникновения:
- Устойчивая технологическая перегрузка.
- Длительная перегрузка процессов. Механическое заклинивание вала по различным причинам.
- Повреждения, износ двигателя.
- Короткое замыкание в цепях обмотки.
Типы неисправностей можно разделить на 2 группы: Короткие замыкания и сверхтоки. Первый вызывает сверхтоки, во много раз превышающие номинальный ток. Сильный сверхток вызывает быстрое разрушение изоляционного слоя и короткое замыкание в обмотках.
Перегрузка по току вызывает перенапряжение обмоток, что приводит к чрезмерному нагреву и заставляет двигатель работать долгое время. Более высокие температуры приводят к более быстрому старению изоляции. Например, повышение температуры на 100 °C сокращает срок службы изоляции вдвое.
Во избежание таких условий используется защитное оборудование. Давайте рассмотрим различные типы защитных устройств и способы их выбора.
Виды защит двигателя и принцип их действия
Устройства электрической защиты предотвращают возникновение неисправностей и отключают двигатель до его выхода из строя. Основные требования к защите: своевременное четкое срабатывание в случае недопустимой перегрузки по току или недопустимого нагрева обмоток и отсутствие ложных срабатываний при пуске, допустимая кратковременная технологическая перегрузка.
Основные виды защиты:
- Защита от короткого замыкания. Наиболее важными видами защиты являются защита от короткого замыкания. Эта защита должна быть активирована немедленно.
- Защита от перенапряжения. Эта защита от сверхтоков реализуется автоматическими выключателями с тепловым расцепителем и температурными реле различных типов. Защита срабатывает при непрерывной перегрузке по току в течение определенного времени. Время задержки выбирается в зависимости от величины сверхтока.
- Время задержки выбирается в зависимости от величины падения перенапряжения, отказа одной из фаз. Когда напряжение на обмотках двигателя, работающего под нагрузкой, падает, ток в обмотках увеличивается. Для защиты в обмотках установлены термодатчики и реле.
- Защита от тепловой перегрузки. Для этой цели используются биметаллические реле. Датчик изгибается под воздействием тепла, замыкает или размыкает контакт реле, которое, в свою очередь, генерирует сигнал для остановки двигателя. Устройство работает с временной задержкой, которая необходима в случае сильного пуска и возможной перегрузки процесса.
Для защиты от неисправностей используются специализированные электронные устройства на базе микропроцессоров, также поддерживаются преобразователи частоты и функции аварийного останова системы управления.
Выбор защиты для электродвигателя
Защита двигателя выбирается в зависимости от мощности, условий и режимов работы, наличия или отсутствия электротехнического персонала, условий нагрузки и других факторов.
Для всех двигателей требуется защита от короткого замыкания при максимальных сверхтоках.
Двигатели для ответственного оборудования, а также оборудования, работающего в сложных условиях и при динамических нагрузках, должны быть защищены предохранителем или автоматическим выключателем со встроенным тепловым расцепителем.
Электрооборудование мощностью до 1,1 кВт, эксплуатируемое в постоянном присутствии квалифицированного персонала, защищено тепловыми реле и предохранителями.
Тепловая и токовая защита двигателей мощностью свыше 1,1 кВт, эксплуатируемых без присутствия электриков, дополнительно оснащена фоточувствительным устройством.
Выбор защиты основывается на анализе условий сети, режимов работы двигателя, условий нагрузки и характеристик защитных устройств.
Перегрузка по току вызывает перенапряжение обмоток, что приводит к чрезмерному нагреву и заставляет двигатель работать долгое время. Более высокие температуры приводят к более быстрому старению изоляции. Например, повышение температуры на 100 °C сокращает срок службы изоляции вдвое.
Защита от перегрузки
Перегрузка приводит к увеличению тока в обмотке. Если ток превышает номинальный ток для двигателя и условий эксплуатации, двигатель перегреется.
Тепловые реле и автоматические выключатели используются для защиты от перегрузки по току. Устройство защиты должно быть настроено в соответствии с номинальным током двигателя. Если двигатель обычно работает ниже номинальной мощности, рекомендуется уменьшить настройку теплового реле или автоматического выключателя путем измерения рабочего тока двигателя.
Защита от короткого замыкания
Короткое замыкание (КЗ) может возникнуть не только в обмотке двигателя, но и в клеммной коробке, силовом кабеле или цепи стартера. По этой причине рекомендуется установить защиту от короткого замыкания на входе питания стартера. Как правило, используются предохранители и автоматические выключатели, при этом предпочтение следует отдавать трехполюсным автоматическим выключателям, поскольку они полностью прерывают подачу питания на двигатель в случае неисправности — в случае короткого замыкания срабатывает электромагнитный расцепитель.
Согласно ГОСТ 28173, электродвигатели могут эксплуатироваться при отклонении напряжения ±5% или частоты ±2%. Если эти диапазоны превышены, мощность двигателя будет меньше номинальной, так как температура обмоток статора может быть слишком высокой.
Уровень напряжения контролируется реле контроля фаз, которые могут отключить двигатель, если напряжение в одной из фаз выходит за установленные пределы. Другие функции реле включают потерю фазы, чередование фаз и дисбаланс фаз.
Существуют также специальные реле защиты двигателя, которые могут контролировать множество других параметров, таких как перегрузка или недогрузка двигателя, дисбаланс тока, перегрев и т.д.
Ниже рассматриваются защитные характеристики при питании двигателя от преобразователя частоты, когда напряжение и частота значительно отклоняются от номинального значения.
Защита от перегрева
Источником перегрева может быть обмотка статора, ротор, подшипники или электрическое соединение. Во всех этих случаях тепловая энергия вырабатывается в корпусе двигателя. Обмотка обычно является источником тепла. Поэтому датчики температуры обычно устанавливаются рядом с обмоткой в передней части двигателя, которая меньше охлаждается вентилятором.
В качестве датчиков используются полупроводниковые терморезисторы PTC (термисторы или позеры). Термисторная защита наиболее эффективна, поскольку реагирует на все возможные причины перегрева — заблокированные подшипники или нагрузки (быстрый нагрев), перегрузка, обрыв фазы или плохое охлаждение (медленный нагрев).
Типовое сопротивление позистора при температуре +25°C не должно превышать 300 Ом. При повышении температуры до пороговой температуры сопротивление резко возрастает и достигает значения более 2 кОм.
Если двигатель находится в критическом положении, рекомендуется установить несколько датчиков в двигателе и в корпусе, чтобы двигатель постоянно контролировался и мог быстро реагировать на нештатные ситуации.
Чтобы защитить корпус от перегрева, убедитесь, что система воздушного охлаждения работает правильно. В системе охлаждения используется вентилятор, крыльчатка которого установлена на валу двигателя. Эффективность вентилятора снижается при повышении температуры окружающей среды. Рабочий КПД двигателя можно оценить, если температура окружающей среды не превышает 40°C.
Если температура окружающей среды повышается, необходимо уменьшить мощность на валу, иначе двигатель перегреется. При температуре окружающей среды, например, +60°C, мощность не должна превышать 82% от номинальной мощности.
Перегрев двигателя также зависит от высоты, на которой установлен двигатель. Это связано с менее эффективной работой воздушного потока на больших высотах. Например, если на высоте до 1000 м рабочая мощность может быть равна номинальной, то на высоте 4000 м мощность должна быть снижена до 80%.
На больших высотах и при высоких температурах окружающей среды возможно, что механическая мощность не снижается, если обеспечить интенсивное принудительное охлаждение. Кроме того, при интенсивном охлаждении и нормальных условиях эксплуатации можно достичь мощности, превышающей номинальную. В этих случаях необходимо уделять особое внимание контролю температуры двигателя.
