Virran ylikuormitukset ja niiden vaikutus sähkömoottoreiden toimintaan ja käyttöikään

Asynkronisten moottoreiden vikojen analyysi osoittaa, että niiden vikojen pääasiallinen syy on ylikuumenemisen aiheuttama eristeen rikkoutuminen.

Sähkötuotteen (laitteen) ylikuormitus — sähkötuotteen (laitteen) tehon tai virran todellisen arvon ylittäminen nimellisarvon yli. (GOST 18311-80).

Sähkömoottorin käämien lämmityslämpötila riippuu moottorin lämpöominaisuuksista ja ympäristöparametreista. Osa moottorissa syntyvästä lämmöstä menee käämien lämmittämiseen ja loput vapautuu ympäristöön. Lämmitysprosessiin vaikuttavat sellaiset fysikaaliset parametrit kuin lämpökapasiteetti ja lämmönpoisto.

Sähkömoottorin ja ympäröivän ilman lämpötilasta riippuen niiden vaikutuksen aste voi vaihdella.Jos moottorin ja ympäristön välinen lämpötilaero on pieni ja vapautuva energia on merkittävää, niin pääosa siitä imeytyy käämiin, staattorin ja roottorin teräkseen, moottorin koteloon ja muihin osiin. Eristyksen lämpötila nousee voimakkaasti... Lämmityksen myötä lämmönvaihdon vaikutus ilmenee yhä enemmän. Prosessi vakiintuu sen jälkeen, kun syntyneen lämmön ja ympäristöön vapautuvan lämmön välillä on saavutettu tasapaino.

Virran nostaminen yli sallitun arvon ei johda välittömästi hätätilanteeseen... Kestää jonkin aikaa ennen kuin staattori ja roottori saavuttavat äärilämpötilansa. Siksi suojan ei tarvitse reagoida jokaiseen ylivirtaan. Hän saa sammuttaa koneen vain silloin, kun on olemassa vaara, että eristys heikkenee nopeasti.

Eristyksen lämmityksen kannalta nimellisarvon ylittävän virran suuruudella ja kestolla on suuri merkitys. Nämä parametrit riippuvat ensisijaisesti teknologisen prosessin luonteesta.

Teknologista alkuperää olevan sähkömoottorin ylikuormitus

Sähkömoottorin ylikuormitus, joka johtuu jaksoittaisesta vääntömomentin kasvusta käytettävän koneen akselissa. Tällaisissa koneissa ja asennuksissa sähkömoottorin teho muuttuu koko ajan. On vaikea havaita pitkää ajanjaksoa, jonka aikana virta pysyy suuruudeltaan muuttumattomana. Moottorin akseliin ilmestyy ajoittain lyhytkestoisia suuria vastusmomentteja, jotka aiheuttavat virtapiikkejä.

Tällaiset ylikuormitukset eivät yleensä aiheuta moottorin käämien ylikuumenemista, sillä niillä on suhteellisen korkea lämpöinertia.Kuitenkin riittävän pitkällä kestolla ja toistuvilla toistoilla, sähkömoottorin vaarallinen kuumeneminen... Puolustus on "erottava" näiden järjestelmien välillä. Sen ei pitäisi reagoida lyhytaikaisiin kuormitusiskuihin.

Muut koneet voivat kohdata suhteellisen pieniä, mutta pitkäaikaisia ​​ylikuormituksia. Moottorin käämit lämpenevät vähitellen lämpötilaan, joka on lähellä suurinta sallittua arvoa. Yleensä sähkömoottorilla on tietty lämpövarasto ja pienet ylivirrat eivät voi toiminnan kestosta huolimatta luoda vaarallista tilannetta. Tässä tapauksessa sammutus ei ole tarpeen. Tälläkin tavalla moottorin suojauksen tulee "erottaa" vaaralliset ja vaarattomat ylikuormitukset.

Sähkömoottorin hätäylikuormitukset

lukuun ottamatta teknologista alkuperää olevaa ylikuormitusta, mahdollisesti muista syistä syntyneitä hätäylikuormituksia (virransyöttöjohdon vauriot, työlaitteiden tukkeutuminen, jännitehäviö jne.). Ne luovat oikosulkumoottorin erityisiä toimintatapoja ja tarjoavat vaatimuksensa turvalaitteille... Harkitse oikosulkumoottorin käyttäytymistä tyypillisissä hätätiloissa.

Ylikuormitukset jatkuvassa käytössä vakiokuormalla

Sähkömoottorit valitaan yleensä tietyllä tehoreservillä. Lisäksi suurimman osan ajasta koneet käyvät kuormitettuna. Tämän seurauksena moottorin virta on usein selvästi nimellisarvon alapuolella. Ylikuormituksia esiintyy pääsääntöisesti työkoneen teknisten rikkomusten, rikkoutumisten, jumittumisen ja tukkeutumisen yhteydessä.

Koneet, kuten puhaltimet, keskipakopumput, kuljetinhihnat ja ruuvit, kuormittavat hiljaista, tasaista tai hieman vaihtelevaa.Lyhytaikaiset materiaalivirran muutokset eivät käytännössä vaikuta sähkömoottorin lämmitykseen. Ne voidaan jättää huomiotta. Eri asia on, jos normaalien työolojen rikkomukset jatkuvat pitkään.

Useimmilla sähkökäytöillä on tietty tehoreservi. Mekaaniset ylikuormitukset vahingoittavat ensisijaisesti koneen osia. Koska niiden esiintyminen on satunnaista, ei voi olla varmaa, että tietyissä olosuhteissa myös sähkömoottori ylikuormituu. Tämä voi tapahtua esimerkiksi ruuvimoottoreilla. Muutokset kuljetettavan materiaalin fysikaalisissa ja mekaanisissa ominaisuuksissa (kosteus, hiukkaskoko jne.) heijastuvat välittömästi sen siirtämiseen tarvittavaan tehoon. Suojauksen tulee sammuttaa sähkömoottori, jos ylikuormitus aiheuttaa vaarallisen käämien ylikuumenemisen.

Pitkäaikaisten ylivirtojen vaikutuksen kannalta eristykseen tulee erottaa kaksi ylikuormitustyyppiä: suhteellisen pieni (jopa 50%) ja suuri (yli 50%).

Edellisen vaikutus ei näy heti, vaan vähitellen, kun taas jälkimmäisen vaikutukset näkyvät lyhyen ajan kuluttua. Jos lämpötilan nousu yli sallitun arvon on pieni, eristeen vanheneminen tapahtuu hitaasti. Pienet muutokset eristysmateriaalin rakenteessa kerääntyvät vähitellen. Lämpötilan noustessa ikääntymisprosessi kiihtyy merkittävästi.

Luulen, että ylikuumeneminen yli sallitun 8 - 10 ° C:n välein puolittaa moottorin käämien eristyksen käyttöiän.Siksi ylikuumeneminen 40 ° C lyhentää eristeen käyttöikää 32 kertaa! Vaikka tämä on paljon, se näkyy useiden kuukausien työn jälkeen.

Suurilla ylikuormituksilla (yli 50%) eristys romahtaa nopeasti korkeiden lämpötilojen vaikutuksesta.

Lämmitysprosessin analysoimiseksi käytämme yksinkertaistettua moottorimallia. Virran lisääntyminen johtaa muuttuvien häviöiden lisääntymiseen. Kierukka alkaa lämmetä. Eristyksen lämpötila muuttuu kuvan käyrän mukaan. Vakiolämpötilan nousunopeus riippuu virran suuruudesta.

Jonkin ajan kuluttua ylikuormituksen esiintymisestä käämien lämpötila saavuttaa tietylle eristysluokalle sallitun arvon. Suurilla G-voimilla se on lyhyempi, pienillä G-voimilla pidempi. Siten jokaisella ylikuormitusarvolla on oma sallittu aika, jonka voidaan pitää turvallisena eristettävänä.

Ylikuormituksen sallitun keston riippuvuutta sen suuruudesta kutsutaan sähkömoottorin ylikuormitusominaiseksi... Termofysikaaliset ominaisuudet erityyppiset sähkömoottorit niillä on joitain eroja ja myös niiden ominaisuudet vaihtelevat. Yksi näistä ominaisuuksista on esitetty kuvassa yhtenäisellä viivalla.

Moottorin ylikuormitusominaisuus (jatkuva viiva) ja haluttu suojausominaisuus (katkoviiva)

Annetuista ominaisuuksista voimme muotoilla yhden tärkeimmistä vaatimuksista virrasta riippuvaiseen ylikuormitussuojaukseen… Sitä tulee nostaa ylikuormituksen suuruuden mukaan.Näin voidaan sulkea pois vääriä hälytyksiä, joissa on vaarattomia virtapiikkejä, joita esiintyy esimerkiksi moottoria käynnistettäessä. Suojauksen tulisi toimia vain, kun se putoaa ei-hyväksyttävien virta-arvojen ja sen virtauksen keston alueelle. Sen halutun ominaiskäyrän, joka on esitetty kuvassa katkoviivalla, tulee aina olla moottorin ylikuormituskäyrän alapuolella.

Suojauksen toimintaan vaikuttavat useat tekijät (asetusten epätarkkuudet, parametrien hajaantuminen jne.), joiden seurauksena havaitaan poikkeamia vasteajan keskiarvoista. Siksi kaavion katkoviiva tulisi nähdä jonkinlaisena keskimääräisenä ominaisuutena. Jotta ominaisuudet eivät ylittyisi satunnaisten tekijöiden vaikutuksesta, mikä johtaa moottorin virheelliseen pysähtymiseen, on tarpeen tarjota tietty marginaali. Itse asiassa ei pitäisi työskennellä erillisellä ominaisuudella, vaan suojavyöhykkeellä, ottaen huomioon suojan reaktioajan jakautuminen.

Tarkkojen moottorinsuojatoimintojen kannalta on toivottavaa, että molemmat ominaisuudet ovat mahdollisimman lähellä toisiaan. Tämä välttää tarpeettoman laukaisun lähellä sallittua ylikuormitusta. Kuitenkin, jos molempien ominaisuuksien leviäminen on laaja, tätä ei voida saavuttaa. Jotta et joutuisi ei-hyväksyttävien virta-arvojen alueelle, jos lasketut parametrit poikkeavat satunnaisesti, on tarpeen tarjota tietty marginaali.

Suojausominaisuudet on sijoitettava tietylle etäisyydelle moottorin ylikuormitusominaisuuksista, jotta vältetään niiden keskinäinen risteytys.Mutta tämä johtaa moottorin suojaustoiminnon tarkkuuden menettämiseen.

Lähellä nimellisarvoa olevien virtojen alueelle ilmestyy epävarmuusvyöhyke. Tälle alueelle tullessa on mahdotonta sanoa varmasti, toimiiko suojaus vai ei.

Tämä haittapuoli puuttuu suojaus toimii käämin lämpötilan mukaan... Toisin kuin ylivirtasuoja, se toimii riippuen eristeen ikääntymisen syystä, sen lämpenemisestä. Kun käämityksen kannalta vaarallinen lämpötila saavutetaan, se sammuttaa moottorin, riippumatta siitä, mikä aiheutti lämpenemisen. Tämä on yksi tärkeimmistä lämpötilasuojauksen eduista.

Ylivirtasuojan puutetta ei kuitenkaan pidä liioitella. Tosiasia on, että moottoreilla on tietty virtareservi. Moottorin nimellisvirta on aina pienempi kuin virta, jolla käämien lämpötila saavuttaa sallitun arvon. Se on perustettu taloudellisten laskelmien ohjaamana. Siksi nimelliskuormituksella moottorin käämien lämpötila on alle sallitun arvon. Tästä johtuen moottoriin syntyy lämpövarasto, joka jossain määrin kompensoi puutetta lämpöreleet.

Monilla tekijöillä, joista eristyksen lämpötila riippuu, on satunnaisia ​​poikkeamia. Tässä suhteessa ominaisuuksien määrittely ei aina anna toivottua tulosta.

Ylikuormitukset muuttuvassa jatkuvassa käytössä

Jotkut työkappaleet ja mekanismit luovat kuormia, jotka vaihtelevat laajalla alueella, kuten murskauksessa, jauhamisessa ja muissa vastaavissa toiminnoissa. Tässä jaksottaisiin ylikuormitukseen liittyy alikuormituksia tyhjäkäynnille.Virran lisäys erikseen tarkasteltuna ei johda vaaralliseen lämpötilan nousuun. Jos niitä on kuitenkin useita ja niitä toistetaan riittävän usein, kohonneen lämpötilan vaikutus eristykseen kertyy nopeasti.

Sähkömoottorin lämmitysprosessi vaihtelevalla kuormalla eroaa lämmitysprosessista vakiolla tai hieman vaihtelevalla kuormalla. Ero ilmenee sekä lämpötilan muutosten kulussa että koneen yksittäisten osien kuumenemisen luonteessa.

Kuorman muuttuessa myös kelojen lämpötila muuttuu. Moottorin lämpöinertian vuoksi lämpötilan vaihtelut ovat vähemmän yleisiä. Riittävän korkealla kuormitustaajuudella käämien lämpötilaa voidaan pitää käytännössä muuttumattomana. Tämä vastaa jatkuvaa käyttöä vakiokuormalla. Matalilla taajuuksilla (hertsin sadasosien luokkaa ja sitä alhaisemmat) lämpötilan vaihtelut tulevat havaittaviksi. Käämityksen säännöllinen ylikuumeneminen voi lyhentää eristeen käyttöikää.

Suurilla kuormituksen vaihteluilla matalalla taajuudella moottori on jatkuvasti ohimenevässä prosessissa. Sen patterin lämpötila muuttuu kuormituksen vaihtelun jälkeen. Koska koneen yksittäisillä osilla on erilaiset lämpöfysikaaliset parametrit, jokainen niistä lämpenee omalla tavallaan.

Lämpötransienttien kulku vaihtelevalla kuormituksella on monimutkainen ilmiö eikä sitä aina lasketa. Siksi moottorin käämien lämpötilaa ei voida arvioida kulloinkin kulloinkin kulkevasta virrasta. Koska sähkömoottorin yksittäiset osat lämmitetään eri tavoin, lämpö siirtyy sähkömoottorissa osasta toiseen.On myös mahdollista, että sähkömoottorin sammuttamisen jälkeen staattorikäämien lämpötila nousee roottorin tuottaman lämmön vaikutuksesta. Näin ollen virran suuruus ei välttämättä heijasta eristeen kuumenemisastetta. On myös pidettävä mielessä, että joissakin tiloissa roottori lämpenee voimakkaammin ja jäähtyy vähemmän kuin staattori.

Lämmönsiirtoprosessien monimutkaisuus vaikeuttaa moottorin lämmityksen säätelyä... Jopa käämien lämpötilan suora mittaus voi joissain olosuhteissa antaa virheen. Tosiasia on, että epävakaissa lämpöprosesseissa koneen eri osien lämmityslämpötila voi olla erilainen, eikä mittaus kerralla voi antaa oikeaa kuvaa. Kelan lämpötilan mittaus on kuitenkin tarkempi kuin muut menetelmät.

Säännöllinen työ voidaan viitata suojan toiminnan kannalta epäedullisimpiin. Säännöllinen osallistuminen työhön merkitsee mahdollisuutta lyhytaikaiseen moottorin ylikuormitukseen. Tässä tapauksessa ylikuormituksen suuruus on rajoitettava käämien lämmityksen ehdolla, joka ei ylitä sallittua arvoa.

Patterin lämmitystilaa "seuraavan" suojan tulee vastaanottaa vastaava signaali. Koska virta ja lämpötila eivät välttämättä vastaa toisiaan transienttiolosuhteissa, virtamittaukseen perustuva suojaus ei voi suorittaa tehtäväänsä kunnolla.