Tokovne preobremenitve in njihov vpliv na delovanje in življenjsko dobo elektromotorjev

Analiza okvar asinhronskih motorjev kaže, da je glavni vzrok njihove odpovedi okvara izolacije zaradi pregretja.

Preobremenitev električnega izdelka (naprave) - preseganje dejanske vrednosti moči ali toka električnega izdelka (naprave) nad nazivno vrednostjo. (GOST 18311-80).

Temperatura ogrevanja navitij elektromotorja je odvisna od toplotnih lastnosti motorja in okoljskih parametrov. Del toplote, ki nastane v motorju, gre za ogrevanje tuljav, preostanek pa se sprosti v okolje. Na proces ogrevanja vplivajo fizikalni parametri, kot sta toplotna kapaciteta in odvajanje toplote.

Glede na toplotno stanje elektromotorja in okoliškega zraka se lahko stopnja njihovega vpliva spreminja.Če je temperaturna razlika med motorjem in okoljem majhna in je sproščena energija znatna, potem njen glavni del absorbirajo jeklo navitja, statorja in rotorja, ohišje motorja in njegovi drugi deli. Prihaja do intenzivnega dviga temperature izolacije... S segrevanjem se vedno bolj kaže učinek izmenjave toplote. Proces se vzpostavi, ko se doseže ravnotežje med proizvedeno toploto in toploto, oddano v okolje.

Povečanje toka nad dovoljeno vrednostjo ne povzroči takojšnjega izrednega stanja... Traja nekaj časa, da stator in rotor dosežeta svojo ekstremno temperaturo. Zato ni potrebe, da bi se zaščita odzvala na vsak nadtok. Stroj naj izklopi le takrat, ko obstaja nevarnost hitrega poslabšanja izolacije.

Z vidika ogrevanja izolacije sta zelo pomembna velikost in trajanje toka, ki presega nazivno vrednost. Ti parametri so odvisni predvsem od narave tehnološkega procesa.

Preobremenitev elektromotorja tehnološkega izvora

Preobremenitev elektromotorja, ki jo povzroči občasno povečanje navora na gredi gnanega stroja. Pri takih strojih in napravah se moč elektromotorja ves čas spreminja. Težko je opazovati dolgo časovno obdobje, v katerem tok ostane nespremenjen v velikosti. Na gredi motorja se občasno pojavijo kratkotrajni veliki uporni momenti, ki ustvarjajo tokovne udare.

Takšne preobremenitve običajno ne povzročijo pregrevanja navitij motorja, ki imajo relativno visoko toplotno vztrajnost.Ob dovolj dolgem trajanju in večkratnem ponavljanju pa nevarno segrevanje elektromotorja… Obramba mora "razlikovati" med temi režimi. Ne sme reagirati na kratkotrajne sunke obremenitve.

Drugi stroji lahko doživijo razmeroma majhne, ​​a dolgotrajne preobremenitve. Navitja motorja se postopoma segrejejo do temperature blizu najvišje dovoljene vrednosti. Običajno ima elektromotor določeno rezervo ogrevanja in majhni preveliki tokovi kljub trajanju delovanja ne morejo povzročiti nevarne situacije. V tem primeru zaustavitev ni potrebna. Tako mora tudi tukaj zaščita motorja "ločiti" med nevarnimi in nenevarnimi preobremenitvami.

Zasilne preobremenitve elektromotorja

z izjemo preobremenitve tehnološkega izvora, morda izredne preobremenitve, ki so nastale iz drugih razlogov (poškodba napajalnega voda, motenje delovnih naprav, padec napetosti itd.). Ustvarjajo posebne načine delovanja indukcijskega motorja in ponujajo svoje zahteve za varnostne naprave ... Razmislite o obnašanju indukcijskega motorja v tipičnih izrednih načinih.

Preobremenitve pri neprekinjenem delovanju s konstantno obremenitvijo

Električni motorji so običajno izbrani z določeno rezervo moči. Tudi stroji večino časa delujejo pod obremenitvijo. Zaradi tega je tok motorja pogosto precej pod nazivno vrednostjo. Preobremenitve se praviloma pojavijo v primeru tehnoloških kršitev, okvar, zagozditve in zagozdenja v delovnem stroju.

Stroji, kot so ventilatorji, centrifugalne črpalke, tekoči trakovi in ​​polži, imajo tiho, konstantno ali rahlo spremenljivo obremenitev.Kratkotrajne spremembe materialnega toka praktično ne vplivajo na segrevanje elektromotorja. Lahko jih zanemarimo. Druga stvar je, če kršitve normalnih delovnih pogojev trajajo dlje časa.

Večina električnih pogonov ima določeno rezervo moči. Mehanske preobremenitve povzročajo predvsem poškodbe delov stroja. Glede na naključno naravo njihovega pojavljanja ni mogoče zagotoviti, da bo v določenih okoliščinah tudi elektromotor preobremenjen. To se lahko na primer zgodi pri vijačnih motorjih. Spremembe fizikalnih in mehanskih lastnosti transportiranega materiala (vlažnost, velikost delcev itd.) se takoj odrazijo v moči, ki je potrebna za premikanje. Zaščita naj izklopi elektromotor v primeru preobremenitve, ki povzroči nevarno pregrevanje navitij.

Z vidika vpliva dolgotrajnih nadtokov na izolacijo je treba razlikovati dve vrsti preobremenitev: relativno majhne (do 50%) in velike (več kot 50%).

Učinek prvega se ne pojavi takoj, ampak postopoma, medtem ko se učinki drugega pokažejo po kratkem času. Če je dvig temperature nad dovoljeno vrednost majhen, se staranje izolacije odvija počasi. Majhne spremembe v strukturi izolacijskega materiala se kopičijo postopoma. Z zvišanjem temperature se proces staranja močno pospeši.

Mislim, da pregrevanje nad dovoljenim za vsakih 8-10 ° C prepolovi življenjsko dobo izolacije navitij motorja.Zato pregrevanje za 40 ° C skrajša življenjsko dobo izolacije 32-krat! Čeprav je to veliko, se pokaže po več mesecih dela.

Pri velikih preobremenitvah (več kot 50%) se izolacija pod vplivom visokih temperatur hitro poruši.

Za analizo procesa segrevanja bomo uporabili poenostavljen model motorja. Povečanje toka povzroči povečanje spremenljivih izgub. Tuljava se začne segrevati. Temperatura izolacije se spreminja glede na graf na sliki. Hitrost dviga temperature v stabilnem stanju je odvisna od velikosti toka.

Nekaj ​​časa po preobremenitvi temperatura navitij doseže dovoljeno vrednost za dani razred izolacije. Pri visokih G-silah bo krajši, pri nizkih G-silah pa daljši. Tako bo imela vsaka vrednost preobremenitve svoj dovoljeni čas, ki se lahko šteje za varnega za izolacijo.

Odvisnost dovoljenega trajanja preobremenitve od njene velikosti se imenuje preobremenitvena karakteristika elektromotorja... Toplofizikalne lastnosti elektromotorji različnih vrst imajo nekaj razlik in tudi njihove značilnosti se razlikujejo. Ena od teh lastnosti je na sliki prikazana s polno črto.

Preobremenitvena karakteristika motorja (polna črta) in želena zaščitna karakteristika (črtkana črta)

Iz navedenih značilnosti lahko oblikujemo eno glavnih zahtev na tokovno odvisno zaščito pred preobremenitvijo… Zvišati ga je treba glede na obseg preobremenitve.To omogoča izključitev lažnih alarmov z nenevarnimi tokovnimi konicami, ki se pojavijo na primer ob zagonu motorja. Zaščita naj deluje le, ko pade v območje nesprejemljivih vrednosti toka in trajanja njegovega toka. Njegova želena karakteristika, prikazana na sliki s črtkano črto, mora vedno ležati pod preobremenitveno karakteristiko motorja.

Na delovanje zaščite vplivajo številni dejavniki (netočnost nastavitev, razpršenost parametrov itd.), Zaradi česar opazimo odstopanja od povprečnih vrednosti odzivnega časa. Zato je treba črtkano črto na grafu obravnavati kot nekakšno povprečno značilnost. Da ne bi presegli značilnosti zaradi delovanja naključnih dejavnikov, kar bo povzročilo nepravilno zaustavitev motorja, je treba zagotoviti določeno rezervo. Pravzaprav ne bi smeli delati z ločeno karakteristiko, temveč z zaščitno cono, ob upoštevanju porazdelitve reakcijskega časa zaščite.

Pri natančnih zaščitnih učinkih motorja je zaželeno, da sta si obe karakteristiki čim bližje. Tako se boste izognili nepotrebnemu izklopu pri preobremenitvah blizu dovoljenih. Če pa obstaja velik razpon obeh značilnosti, tega ni mogoče doseči. Da ne bi padli v območje nesprejemljivih trenutnih vrednosti v primeru naključnih odstopanj od izračunanih parametrov, je treba zagotoviti določeno rezervo.

Zaščitna karakteristika mora biti nameščena na določeni razdalji od preobremenitvene karakteristike motorja, da se izključi njihovo medsebojno križanje.Toda to vodi do izgube natančnosti delovanja zaščite motorja.

V območju tokov blizu nominalne vrednosti se pojavi območje negotovosti. Pri vstopu v to cono je nemogoče zagotovo reči, ali bo zaščita delovala ali ne.

Ta pomanjkljivost je odsotna v zaščita, ki deluje glede na temperaturo navitja... Za razliko od nadtokovne zaščite deluje glede na vzrok staranja izolacije, njeno segrevanje. Ko je dosežena temperatura, nevarna za navitje, ugasne motor, ne glede na vzrok, ki je povzročil pregrevanje. To je ena glavnih prednosti zaščite pred temperaturo.

Vendar pomanjkanja pretokovne zaščite ne bi smeli precenjevati. Dejstvo je, da imajo motorji določeno tokovno rezervo. Nazivni tok motorja je vedno nižji od toka, pri katerem temperatura navitij doseže dovoljeno vrednost. Ustanovljeno je, vodeno z ekonomskimi izračuni. Zato je pri nazivni obremenitvi temperatura navitij motorja pod dovoljeno vrednostjo. Zaradi tega se ustvari toplotna rezerva motorja, ki do neke mere kompenzira pomanjkanje toplotni releji.

Številni dejavniki, od katerih je odvisno toplotno stanje izolacije, imajo naključna odstopanja. V zvezi s tem specifikacija značilnosti ne daje vedno želenega rezultata.

Preobremenitve pri spremenljivem neprekinjenem obratovanju

Nekatera delovna telesa in mehanizmi ustvarjajo obremenitve, ki se spreminjajo v širokem razponu, na primer pri drobljenju, mletju in drugih podobnih operacijah. Tukaj občasne preobremenitve spremljajo prenizke obremenitve v prostem teku.Vsako povečanje toka, ločeno, ne vodi do nevarnega dviga temperature. Če pa jih je veliko in se dovolj pogosto ponavljajo, se učinek povišane temperature na izolacijo hitro kopiči.

Postopek segrevanja elektromotorja pri spremenljivi obremenitvi se razlikuje od procesa segrevanja pri konstantni ali rahlo spremenljivi obremenitvi. Razlika se kaže tako v poteku temperaturnih sprememb kot v naravi ogrevanja posameznih delov stroja.

S spreminjanjem obremenitve se spreminja tudi temperatura tuljav. Zaradi toplotne vztrajnosti motorja so temperaturna nihanja manj razširjena. Pri dovolj visoki frekvenci obremenitve se lahko temperatura navitij šteje za praktično nespremenjeno. To bo enakovredno neprekinjenemu delovanju s konstantno obremenitvijo. Pri nizki frekvenci (vrste stotink herca in nižje) postanejo opazna temperaturna nihanja. Občasno pregrevanje navitja lahko skrajša življenjsko dobo izolacije.

Pri velikih nihanjih obremenitve pri nizki frekvenci je motor stalno v prehodnem procesu. Njegova temperatura tuljave se spreminja glede na nihanje obremenitve. Ker imajo posamezni deli stroja različne termofizikalne parametre, se vsak od njih segreva na svoj način.

Potek toplotnih prehodov pri spremenljivi obremenitvi je kompleksen pojav in ni vedno predmet izračuna. Zato temperature navitij motorja ni mogoče oceniti iz toka, ki teče v danem trenutku. Ker se posamezni deli elektromotorja segrevajo na različne načine, prehaja toplota z enega dela na drugega v elektromotorju.Možno je tudi, da se po izklopu elektromotorja temperatura statorskih navitij dvigne zaradi toplote, ki jo dovaja rotor. Tako velikost toka morda ne odraža stopnje segrevanja izolacije. Prav tako je treba upoštevati, da se bo v nekaterih načinih rotor intenzivneje segreval in ohladil manj kot stator.

Zapletenost procesov prenosa toplote otežuje nadzor nad segrevanjem motorja... Tudi neposredno merjenje temperature navitij lahko pod določenimi pogoji povzroči napako. Dejstvo je, da je pri nestabilnih toplotnih procesih lahko temperatura segrevanja različnih delov stroja različna in meritev naenkrat ne more dati prave slike. Vendar je merjenje temperature tuljave natančnejše od drugih metod.

Periodično delo lahko označimo za najbolj neugodne z vidika delovanja zaščite. Periodična vključitev v delo pomeni možnost kratkotrajne motorične preobremenitve. V tem primeru mora biti velikost preobremenitve omejena s pogojem segrevanja navitij, ki ne presega dovoljene vrednosti.

Zaščita, ki "nadzoruje" stanje ogrevanja tuljave, mora prejeti ustrezen signal. Ker se tok in temperatura v prehodnih pogojih morda ne ujemata, zaščita na podlagi merjenja toka ne more pravilno opravljati svoje vloge.