Kaj se zgodi z motorjem v primeru izgube faze in enofaznega delovanja

Pod fazno izgubo razumemo enofazni način delovanja elektromotorja kot posledico odklopa napajanja enega od vodnikov trifaznega sistema.

Vzroki za izgubo faze iz elektromotorja so lahko: zlom ene od žic, izgorevanje ene od varovalk; okvara kontakta v eni od faz.

Glede na okoliščine, v katerih je prišlo do izgube faze, so lahko različni načini delovanja elektromotorja in posledice, ki te načine spremljajo. V tem primeru je treba upoštevati naslednje dejavnike: shemo povezave navitij elektromotorja ("zvezda" ali "trikot"), stanje delovanja motorja v trenutku izgube faze (lahko pride do izgube faze). pred ali po vklopu motorja, med obremenitvenim delovanjem), stopnjo obremenitve motorja in mehanske lastnosti delovnega stroja, število elektromotorjev, ki delujejo z izpadom faze in njihov medsebojni vpliv.

Tukaj morate biti pozorni na značilnosti obravnavanega načina. V trifaznem načinu vsaka faza navitja teče s tokom, premaknjenim v času za eno tretjino obdobja. Ko se faza izgubi, oba navitja tečeta približno enak tok, v tretji fazi toka ni. Kljub dejstvu, da so konci navitij povezani z dvema faznima vodnikoma trifaznega sistema, tokovi v obeh navitjih časovno sovpadajo. Ta način delovanja se imenuje enofazni.

Magnetno polje, ki ga ustvari enofazni tok, za razliko od vrtilnega polja, ki ga ustvari trifazni sistem tokov, utripa. Sčasoma se spreminja, vendar se ne premika po obodu statorja. Slika 1a prikazuje vektor magnetnega pretoka, ustvarjen v motorju v enofaznem načinu. Ta vektor se ne vrti, spreminja le velikost in predznak. Krožno polje je sploščeno v ravno črto.

Slika 1. Značilnosti indukcijskega motorja v enofaznem načinu: a — grafični prikaz pulzirajočega magnetnega polja; b — razčlenitev pulzirajočega polja na dve rotacijski; c-mehanske lastnosti indukcijskega motorja v trifaznem (1) in enofaznem (2) načinu delovanja.

Utripajoča magnetno polje lahko obravnavamo kot sestavljeno iz dveh polj enake velikosti, ki se vrtita drug proti drugemu (slika 1, b). Vsako polje sodeluje z navitjem rotorja in ustvarja navor. Njihovo skupno delovanje ustvarja navor na gredi motorja.

V primeru, da pride do izpada faze, preden je motor priključen na omrežje, delujeta na mirujoči rotor dve magnetni polji, ki tvorita dva momenta nasprotnega predznaka, a enaka po velikosti. Njihova vsota bo enaka nič.Zato, ko zaženete motor v enofaznem načinu, se ne more obrniti, tudi če na gredi ni obremenitve.

Če med vrtenjem rotorja motorja pride do izgube faze, se na njegovi gredi ustvari navor. To je mogoče razložiti na naslednji način. Rotacijski rotor na različne načine vpliva na polja, ki se vrtijo drug proti drugemu. Eden od njih, katerega vrtenje sovpada z vrtenjem rotorja, tvori pozitiven (v smeri sovpada) moment, drugi - negativen. Za razliko od ohišja stacionarnega rotorja bodo ti momenti drugačni po velikosti. Njihova razlika bo enaka momentu gredi motorja.

Slika 1, c prikazuje mehanske lastnosti motorja v enofaznem in trifaznem delovanju. Pri ničelni hitrosti je navor enak nič; ko se vrti v obe smeri, se na gredi motorja pojavi navor.

Če je med delovanjem motorja ena od faz odklopljena, ko je bila njegova hitrost blizu nazivne vrednosti, je navor pogosto zadosten za nadaljevanje delovanja z rahlim zmanjšanjem hitrosti. V nasprotju s trifaznim simetričnim načinom se pojavi značilen hrup. Za ostalo ni nobenih zunanjih manifestacij nujnega načina. Oseba, ki nima izkušenj z asinhronimi motorji, morda ne bo opazila spremembe v naravi delovanja elektromotorja.

Prehod elektromotorja v enofazni način spremlja prerazporeditev tokov in napetosti med fazami. Če so navitja motorja povezana po shemi "zvezda", se po izpadu faze oblikuje vezje, prikazano na sliki 2. Dva zaporedno vezana navitja motorja sta priključena na omrežno napetost Uab, potem je motor v enojni fazno delovanje.

Naredimo majhen izračun, določimo tokove, ki tečejo skozi navitja motorja, in jih primerjamo s tokovi s trifaznim napajanjem.

Slika 2. Vezava navitij motorja v zvezdo po izgubi faze

Ker sta upora Za in Zb vezana zaporedno, bosta napetosti faz A in B enaki polovici linearne:

Približno vrednost toka je mogoče določiti na podlagi naslednjih premislekov.

Vzgonski tok faze A ob izgubi faze

Zagonski tok faze A v trifaznem načinu

kjer je Uao - fazna napetost omrežja.

Razmerje zagonskega toka:

Iz razmerja sledi, da je v primeru izpada faze zagonski tok 86% zagonskega toka pri trifaznem napajanju. Če upoštevamo, da je začetni tok indukcijskega motorja s kletko 6-7 krat višji od nazivnega, se izkaže, da skozi navitja motorja teče tok Iif = 0,86 x 6 = 5,16 Azn, to je, več kot petkrat več kot nominalno. V kratkem času bo takšen tok pregrel tuljavo.

Iz zgornjega izračuna je razvidno, da je obravnavani način delovanja zelo nevaren za motor in če do njega pride, je treba zaščito v kratkem času izklopiti.

Izguba faze se lahko pojavi tudi po vklopu motorja, ko ima njegov rotor hitrost vrtenja, ki ustreza načinu delovanja. Upoštevajte tokove in napetosti navitij v primeru prehoda na enofazni način z vrtljivim rotorjem.

Vrednost Za je odvisna od hitrosti vrtenja. Ob zagonu, ko je vrtilna frekvenca rotorja enaka nič, je enaka tako za trifazni kot za enofazni način. V načinu delovanja, odvisno od obremenitve in mehanskih lastnosti motorja, je lahko hitrost vrtenja različna.Zato je za analizo trenutnih obremenitev potreben drugačen pristop.

Predvidevamo, da motor deluje v trifaznem in enofaznem načinu. enaka moč. Ne glede na shemo povezave elektromotorja delovni stroj potrebuje enako moč, kot je potrebna za izvedbo tehnološkega procesa.

Ob predpostavki, da je moč gredi motorja enaka za oba načina, bomo imeli:

v trifaznem načinu

v enofaznem načinu

kjer je Ua - fazna napetost omrežja; Uаo - napetost faze A v enofaznem načinu, cos φ3 in cos φ1 - koeficient moči za trifazni in enofazni način.

Poskusi z indukcijskim motorjem kažejo, da se tok dejansko skoraj podvoji. Z nekaj rezerve je mogoče upoštevati I1a / I2a = 2.

Za oceno stopnje nevarnosti enofaznega delovanja morate poznati tudi obremenitev motorja.

Kot prvi približek bomo upoštevali tok elektromotorja v trifaznem načinu sorazmerno z njegovo obremenitvijo na gredi. Ta predpostavka velja za obremenitve nad 50 % nazivne vrednosti. Nato lahko napišete Azf = Ks NS Azn, kjer je Ks — faktor obremenitve motorja, Azn — nazivni tok motorja.

Enofazni tok I1f = 2KsNS Azn, to je tok v enofaznem načinu bo odvisen od obremenitve motorja. Pri nazivni obremenitvi je enak dvakratnemu nazivnemu toku. Pri obremenitvi, manjši od 50%, izguba faze pri povezovanju navitij motorja v "zvezdo" ne povzroči prevelikega toka, nevarnega za navitja. V večini primerov je faktor obremenitve motorja manjši od ena. S svojimi vrednostmi reda 0,6 - 0,75 je treba pričakovati rahel presežek toka (za 20 - 50%) v primerjavi z nominalno.To je bistveno za delovanje zaščite, saj ravno na tem področju preobremenitve ne deluje dovolj jasno.

Za analizo nekaterih zaščitnih metod je potrebno poznati napetost faz motorja. Ko je rotor zaklenjen, bo napetost faz A in B enaka polovici omrežne napetosti Uab, napetost faze C pa nič.

V nasprotnem primeru se napetost porazdeli, ko se rotor vrti. Dejstvo je, da njegovo vrtenje spremlja nastanek vrtljivega magnetnega polja, ki ob delovanju na navitja statorja v njih povzroči elektromotorno silo. Velikost in faza te elektromotorne sile sta takšni, da se pri vrtilni hitrosti, ki je blizu sinhroni, na navitjih obnovi simetričen trifazni napetostni sistem in nevtralna napetost zvezde (točka 0) postane nič. Tako, ko se hitrost rotorja spremeni od nič do sinhronega v enofaznem načinu delovanja, se napetost faz A in B spremeni iz vrednosti, ki je enaka polovici črte, na vrednost, ki je enaka fazni napetosti omrežja. Na primer, v sistemu z napetostjo 380/220 V se napetost faz A in B spreminja v območju 190-220 V. Napetost Uco se spremeni od nič z zaklenjenim rotorjem do fazne napetosti 220 V s sinhrono hitrostjo. Kar zadeva napetost v točki 0, se spremeni od vrednosti Uab / 2 - do nič pri sinhroni hitrosti.

Če so navitja motorja povezana v trikotniku, bomo po izgubi faze imeli povezovalni diagram, prikazan na sliki 3. V tem primeru se izkaže, da je navitje motorja z uporom Zab povezano z omrežno napetostjo Uab, navitje z upornostjo Zfc in Zpr. je.— zaporedno vezani in priključeni na isto omrežno napetost.

Slika 3. Delta povezava navitij motorja po izgubi faze

V zagonskem načinu bo skozi navitja AB tekel enak tok kot pri trifazni različici, skozi navitja AC in BC pa bo tekla polovica toka, saj sta ta navitja povezana zaporedno.

Tokovi v linearnih vodnikih I'a =I'b bodo enaki vsoti tokov v vzporednih vejah: I'A = I'ab + I'bc = 1,5 Iab

Tako bo v obravnavanem primeru z izgubo faze začetni tok v eni od faz enak začetnemu toku s trifaznim napajanjem, linijski tok pa se povečuje manj intenzivno.

Za izračun tokov v primeru izgube faze po zagonu motorja se uporablja enaka metoda kot pri vezju "zvezda". Predvidevamo, da motor razvije enako moč v trifaznem in enofaznem načinu.

Pri tem načinu delovanja se tok v najbolj obremenjeni fazi z izpadom faze podvoji v primerjavi s tokom s trifaznim napajanjem. Tok v linijskem vodniku bo Ia 'A = 3Iab, pri trifaznem napajanju pa Ia = 1,73 Iab.

Tukaj je pomembno omeniti, da medtem ko se fazni tok poveča za faktor 2, se omrežni tok poveča le za faktor 1,73. To je bistveno, ker se nadtokovna zaščita odziva na omrežne tokove. Izračuni in sklepi o vplivu faktorja obremenitve na enofazni tok pri vezavi «zvezda» ostajajo veljavni tudi za primer vezja «trikot».

Fazne napetosti AC in BC bodo odvisne od hitrosti rotorja. Ko je rotor blokiran, je Uac '= Ub° C' = Uab / 2

Pri vrtilni hitrosti, ki je enaka sinhronski, se ponovno vzpostavi simetrični sistem napetosti, tj.ac '= Ub° C' = Uab.

Tako se bosta fazni napetosti AC in BC, ko se hitrost vrtenja spremeni iz nič v sinhrono, spremenila iz vrednosti, ki je enaka polovici omrežne napetosti, na vrednost, ki je enaka omrežni napetosti.

Tokovi in ​​napetosti faz motorja pri enofaznem obratovanju so odvisni tudi od števila motorjev.

Do izpada faze pogosto pride, ko pregori ena od varovalk na razdelilni postaji ali omrežnem omrežju stikalne naprave. Posledično je skupina uporabnikov v enofaznem načinu interakcije med seboj. Razporeditev tokov in napetosti je odvisna od moči posameznih motorjev in njihove obremenitve. Tukaj so možne različne možnosti. Če sta moč elektromotorjev enaka in je njihova obremenitev enaka (na primer skupina ventilatorjev), potem lahko celotno skupino motorjev zamenjamo z enakovrednim.

Zasilni načini asinhronih elektromotorjev in metode njihove zaščite