Mitä tapahtuu moottorille vaihekatkoksen ja yksivaiheisen toiminnan yhteydessä

Vaihehäviön alla ymmärrämme sähkömoottorin yksivaiheisen toimintatavan kolmivaihejärjestelmän yhden johtimen virransyötön katkaisun seurauksena.

Syyt vaiheen katoamiseen sähkömoottorista voivat olla: yhden johdon katkeaminen, yhden sulakkeen palaminen; kosketinvika jossakin vaiheessa.

Riippuen olosuhteista, joissa vaihehäviö tapahtui, sähkömoottorilla voi olla erilaisia ​​toimintatapoja ja niihin liittyviä seurauksia. Tässä tapauksessa on otettava huomioon seuraavat tekijät: sähkömoottorin käämien kytkentäkaavio ("tähti" tai "kolmio"), moottorin toimintatila vaihekatkon hetkellä (vaihehäviö voi tapahtua ennen tai jälkeen moottorin käynnistämisen, kuormituksen aikana), moottorin kuormitusaste ja työkoneen mekaaniset ominaisuudet, vaihehäviöllä toimivien sähkömoottoreiden lukumäärä ja niiden keskinäinen vaikutus.

Tässä sinun tulee kiinnittää huomiota tarkasteltavan tilan ominaisuuksiin. Kolmivaihetilassa käämin jokainen vaihe kulkee virralla, joka on siirretty ajassa kolmanneksen jaksosta. Kun vaihe katoaa, molemmat käämit kulkevat suunnilleen saman virran, kolmannessa vaiheessa ei ole virtaa. Huolimatta siitä, että käämien päät on kytketty kolmivaihejärjestelmän kahteen vaihejohtimeen, molempien käämien virrat osuvat ajallisesti yhteen. Tätä toimintatapaa kutsutaan yksivaiheiseksi.

Yksivaiheisen virran synnyttämä magneettikenttä, toisin kuin kolmivaiheisen virtajärjestelmän synnyttämä pyörivä kenttä, sykkii. Se muuttuu ajan myötä, mutta ei liiku staattorin kehän ympäri. Kuvassa 1a on esitetty moottoriin yksivaihetilassa luotu magneettivuovektori. Tämä vektori ei pyöri, se vain muuttaa suuruutta ja etumerkkiä. Pyöreä kenttä on litistetty suoraksi viivaksi.

Kuva 1. Induktiomoottorin ominaisuudet yksivaihetilassa: a — sykkivän magneettikentän graafinen esitys; b - sykkivän kentän hajoaminen kahdeksi pyöriväksi; c-oikosulkumoottorin mekaaniset ominaisuudet kolmivaiheisessa (1) ja yksivaiheisessa (2) käyttötilassa.

Sykkivä magneettikenttä voidaan katsoa koostuvan kahdesta samansuuruisesta kentästä, jotka pyörivät toisiaan kohti (kuva 1, b). Jokainen kenttä on vuorovaikutuksessa roottorin käämin kanssa ja tuottaa vääntömomentin. Niiden yhdistetty toiminta luo vääntömomentin moottorin akselille.

Mikäli vaihehäviö tapahtuu ennen kuin moottori kytketään verkkoon, paikallaan olevaan roottoriin vaikuttaa kaksi magneettikenttää, jotka muodostavat kaksi vastakkaista merkkiä olevaa, mutta suuruudeltaan samansuuruista momenttia. Niiden summa on nolla.Siksi, kun käynnistät moottorin yksivaihetilassa, se ei voi peruuttaa, vaikka akselilla ei olisikaan kuormitusta.

Jos vaihehäviö tapahtuu moottorin roottorin pyöriessä, sen akselille syntyy vääntömomentti. Tämä voidaan selittää seuraavasti. Pyörivä roottori on eri tavoin vuorovaikutuksessa toisiaan kohti pyörivien kenttien kanssa. Yksi niistä, jonka pyöriminen on sama kuin roottorin pyöriminen, muodostaa positiivisen (suunnassa samansuuntaisen) momentin, toinen - negatiivisen. Toisin kuin kiinteässä roottorin kotelossa, nämä momentit ovat suuruudeltaan erilaisia. Niiden ero on yhtä suuri kuin moottorin akselin momentti.

Kuva 1, c esittää moottorin mekaanisia ominaisuuksia yksi- ja kolmivaihekäytössä. Nollanopeudella vääntömomentti on nolla; kun se pyörii kumpaankin suuntaan, moottorin akseliin syntyy vääntömomentti.

Jos jokin vaiheista katkeaa moottorin käydessä, sen nopeuden ollessa lähellä nimellisarvoa, vääntömomentti riittää usein jatkamaan toimintaa pienellä nopeuden laskulla. Toisin kuin kolmivaiheisessa symmetrisessä tilassa, esiintyy tyypillistä huminaa. Muilta osin hätätilan ulkoisia ilmentymiä ei ole. Henkilö, jolla ei ole kokemusta asynkronisista moottoreista, ei välttämättä huomaa muutosta sähkömoottorin toiminnan luonteessa.

Sähkömoottorin siirtymiseen yksivaiheiseen tilaan liittyy virtojen ja jännitteiden uudelleenjako vaiheiden välillä. Jos moottorin käämit on kytketty "tähti"-kaavion mukaisesti, muodostuu vaihehäviön jälkeen piiri, joka näkyy kuvassa 2. Verkkojännitteeseen Uab on kytketty kaksi sarjaan kytkettyä moottorin käämiä, jolloin moottori on yksi- vaiheen toiminta.

Tehdään pieni laskelma, määritetään moottorin käämien läpi kulkevat virrat ja verrataan niitä kolmivaihesyötön virtoihin.

Kuva 2. Moottorin käämien tähtikytkentä vaihehäviön jälkeen

Koska resistanssit Za ja Zb on kytketty sarjaan, vaiheiden A ja B jännitteet ovat yhtä suuret kuin puolet lineaarisesta:

Virran likimääräinen arvo voidaan määrittää seuraavien näkökohtien perusteella.

Vaiheen A käynnistysvirta vaihehäviössä

Vaiheen A käynnistysvirta kolmivaihetilassa

missä Uao — verkon vaihejännite.

Syöttövirtasuhde:

Suhteesta seuraa, että vaihekatkon sattuessa käynnistysvirta on 86 % kolmivaihesyötön käynnistysvirrasta. Jos otamme huomioon, että oikosulkumoottorin käynnistysvirta on 6-7 kertaa suurempi kuin nimellisvirta, käy ilmi, että moottorin käämien läpi kulkee virta Iif = 0,86 x 6 = 5,16 Azn, eli yli viisi kertaa nimellisarvo. Lyhyessä ajassa tällainen virta ylikuumentaa kelan.

Yllä olevasta laskelmasta voidaan nähdä, että harkittu toimintatapa on erittäin vaarallinen moottorille, ja jos se tapahtuu, suojaus on kytkettävä pois päältä lyhyessä ajassa.

Vaihehäviö voi tapahtua myös moottorin käynnistämisen jälkeen, kun sen roottorin pyörimisnopeus vastaa käyttötilaa. Harkitse käämien virtoja ja jännitteitä, kun siirrytään yksivaiheiseen tilaan pyörivällä roottorilla.

Za:n arvo riippuu pyörimisnopeudesta. Käynnistettäessä, kun roottorin nopeus on nolla, se on sama sekä kolmivaiheisessa että yksivaiheisessa tilassa. Käyttötilassa pyörimisnopeus voi vaihdella kuormituksesta ja moottorin mekaanisista ominaisuuksista riippuen.Siksi nykyisten kuormien analysointiin tarvitaan erilainen lähestymistapa.

Oletetaan, että moottori toimii sekä kolmivaiheisessa että yksivaiheisessa tilassa. sama teho. Sähkömoottorin kytkentäkaaviosta riippumatta työkone vaatii saman tehon, joka tarvitaan teknologisen prosessin suorittamiseen.

Olettaen, että moottorin akseliteho on sama molemmissa tiloissa, meillä on:

kolmivaihetilassa

yksivaihetilassa

missä Uа — verkon vaihejännite; Uаo — vaiheen A jännite yksivaihetilassa, cos φ3 ja cos φ1-tehokertoimet kolmivaiheisissa ja yksivaiheisissa muodoissa.

Kokeet induktiomoottorilla osoittavat, että itse asiassa virta lähes kaksinkertaistuu. Pienellä marginaalilla voidaan katsoa, ​​että I1a / I2a = 2.

Yksivaiheisen toiminnan vaaran arvioimiseksi sinun on tiedettävä myös moottorin kuormitus.

Ensimmäisenä likiarvona tarkastellaan sähkömoottorin virtaa kolmivaihetilassa suhteessa sen kuormaan akselille. Tämä oletus pätee kuormille, jotka ovat yli 50 % nimellisarvosta. Sitten voit kirjoittaa Azf = Ks NS Azn, missä Ks — moottorin kuormituskerroin, Azn — moottorin nimellisvirta.

Yksivaiheinen virta I1f = 2KsNS Azn, eli virta yksivaihetilassa riippuu moottorin kuormituksesta. Nimelliskuormalla se on kaksi kertaa nimellisvirta. Alle 50 %:n kuormituksella vaihehäviö, kun moottorin käämit kytketään «tähteen», ei aiheuta käämeille vaarallista ylivirtaa. Useimmissa tapauksissa moottorin kuormituskerroin on pienempi kuin yksi. Sen arvoilla, jotka ovat luokkaa 0,6 - 0,75, pitäisi odottaa lievää virran ylitystä (20 - 50 %) nimellisarvoon verrattuna.Tämä on välttämätöntä suojan toiminnan kannalta, koska juuri tällä ylikuormitusalueella se ei toimi riittävän selvästi.

Joidenkin suojausmenetelmien analysoimiseksi on tarpeen tietää moottorin vaiheiden jännite. Kun roottori on lukittu, vaiheiden A ja B jännite on yhtä suuri kuin puolet verkkojännitteestä Uab ja vaiheen C jännite on nolla.

Muuten jännite jakautuu roottorin pyöriessä. Tosiasia on, että sen pyörimiseen liittyy pyörivän magneettikentän muodostuminen, joka vaikuttaessaan staattorin käämiin aiheuttaa niissä sähkömotorisen voiman. Tämän sähkömotorisen voiman suuruus ja vaihe ovat sellaiset, että pyörimisnopeudella, joka on lähellä synkronista, käämeille palautuu symmetrinen kolmivaiheinen jännitejärjestelmä ja tähtien nollajännite (piste 0) nollautuu. Näin ollen, kun roottorin nopeus muuttuu nollasta synkroniseksi yksivaiheisessa toimintatilassa, vaiheiden A ja B jännite muuttuu arvosta, joka on yhtä suuri kuin puolet linjasta, arvoon, joka on yhtä suuri kuin verkon vaihejännite. Esimerkiksi järjestelmässä, jonka jännite on 380/220 V, vaiheiden A ja B jännite vaihtelee välillä 190 - 220 V. Jännite Uco muuttuu nollasta lukitun roottorin ollessa 220 V vaihejännitteeksi synkronisella nopeudella. Mitä tulee pisteen 0 jännitteeseen, se muuttuu arvosta Uab / 2 — nollaan synkronisella nopeudella.

Jos moottorin käämit kytketään kolmioon, saadaan vaihehäviön jälkeen kuvan 3 mukainen kytkentäkaavio. Tässä tapauksessa moottorin käämitys resistanssilla Zab osoittautuu kytketyksi verkkojännitteeseen Uab ja käämi resistanssiin Zfc ja Zpr. on.— kytketty sarjaan ja kytketty samaan verkkojännitteeseen.

Kuva 3. Moottorin käämien kolmiokytkentä vaihehäviön jälkeen

Käynnistystilassa käämien AB läpi kulkee sama virta kuin kolmivaiheisessa versiossa, ja puolet virrasta kulkee käämien AC ja BC läpi, koska nämä käämit on kytketty sarjaan.

Lineaaristen johtimien virrat I'a =I'b ovat yhtä suuria kuin rinnakkaisten haarojen virtojen summa: I'A = I'ab + I'bc = 1,5 Iab

Näin ollen tarkasteltavana olevassa tapauksessa vaihehäviöllä käynnistysvirta yhdessä vaiheessa on yhtä suuri kuin käynnistysvirta kolmivaiheisella syötöllä, ja linjavirta kasvaa vähemmän intensiivisesti.

Virtojen laskemiseksi vaihehäviössä moottorin käynnistämisen jälkeen käytetään samaa menetelmää kuin "tähti"-piirissä. Oletetaan, että moottori kehittää saman tehon sekä kolmivaiheisessa että yksivaiheisessa tilassa.

Tässä toimintatavassa virta eniten kuormitetussa vaiheessa, jossa on vaihehäviö, kaksinkertaistuu kolmivaiheisen syötön virtaan verrattuna. Verkkojohtimessa oleva virta on Ia 'A = 3Iab ja kolmivaihesyötöllä Ia = 1,73 Iab.

Tässä on tärkeää huomata, että vaikka vaihevirta kasvaa kertoimella 2, linjavirta kasvaa vain kertoimella 1,73. Tämä on välttämätöntä, koska ylivirtasuoja reagoi linjavirtoihin. Laskelmat ja päätelmät kuormituskertoimen vaikutuksesta yksivaihevirtaan «tähti»-kytkennällä pätevät «kolmio»-piirin tapauksessa.

AC- ja BC-vaihejännitteet riippuvat roottorin nopeudesta. Kun roottori on lukittu, Uac '= Ub° C' = Uab / 2

Synkronisella pyörimisnopeudella symmetrinen jännitejärjestelmä palautuu, eli ac '= Ub° C' = Uab.

Näin ollen AC- ja BC-vaihejännitteet, kun pyörimisnopeus muutetaan nollasta synkroniseksi, muuttuvat arvosta, joka on yhtä suuri kuin puolet verkkojännitteestä, arvoksi, joka on yhtä suuri kuin linjajännite.

Moottorin vaiheiden virrat ja jännitteet yksivaihekäytössä riippuvat myös moottoreiden lukumäärästä.

Vaihehäviö tapahtuu usein, kun jokin sähköaseman tai kojeiston verkkovirran sulakkeista on palanut. Tämän seurauksena ryhmä käyttäjiä on yksivaihetilassa ja vuorovaikutuksessa keskenään. Virtojen ja jännitteiden jakautuminen riippuu yksittäisten moottoreiden tehosta ja niiden kuormituksesta. Eri vaihtoehdot ovat mahdollisia täällä. Jos sähkömoottoreiden tehot ovat samat ja niiden kuormitus on sama (esimerkiksi ryhmä poistopuhaltimia), niin koko moottoriryhmä voidaan korvata vastaavalla.

Asynkronisten sähkömoottoreiden hätätilat ja niiden suojausmenetelmät