Motorbeskyttelse: Typer, fejl og enheder
Et motorsikringssystem er en række enheder og metoder, der beskytter en elektrisk motor mod forskellige fejl og skader. En elektrisk motor er en vigtig komponent i mange industrielle og hjemlige anvendelser, fra små apparater til store maskiner. Derfor er det vigtigt at sikre, at motoren og dens kredsløb fungerer korrekt og sikkert.
I denne artikel vil vi diskutere typer af motorfejl, typer af motorbeskyttelsesenheder, og hvordan man vælger dem i overensstemmelse med National Electrical Code (NEC) og motorernes karakteristika.
Hvad er en motorfejl?
En motorfejl er en tilstand, der forårsager, at motoren fungerer abnormt eller mislykkes. Motorfejl kan inddeles i to hovedkategorier:
Eksterne fejl: Dette er fejl, der stammer fra strømforsyningen eller belastningen, der er forbundet med motoren. Nogle eksempler på eksterne fejl er:
Ubalancerede spændinger: Dette forekommer, når de trefasede spændinger ikke er lige store i størrelse eller fasevinkel. Dette kan forårsage negative sekvensstrømme i motoren, hvilket producerer yderligere tab, opvarmning og drejningsmomentpulsationer.
Underspænding: Dette forekommer, når strømforsyningens spænding falder under den anbefalede værdi for motoren. Dette kan forårsage nedsat drejningsmoment, øget strøm og overophedning af motoren.
Omvendt fasesekvens: Dette forekommer, når rækkefølgen af strømforsyningsfaserne bliver vendt om. Dette kan forårsage omvendt rotation af motoren, hvilket kan skade belastningen eller motoren selv.
Tab af synkronisme: Dette forekommer, når en synkronmotor mister sin magnetiske lås med strømforsyningens frekvens. Dette kan forårsage for stor slip, jakt og ustabilitet i motoren.
Interne fejl: Dette er fejl, der stammer fra motoren eller den drevne anlæg. Nogle eksempler på interne fejl er:
Længselstilstand: Dette forekommer, når længslerne, der understøtter motorens akse, slits ud eller blokeres på grund af friktion, smøringsspørgsmål eller mekanisk stress. Dette kan forårsage støj, vibration, akseforvrængning og stopning af motoren.
Overophedning: Dette forekommer, når temperaturen i motoren overstiger dens termiske grænse på grund af overbelastning, utilstrækkelig køling, omgivende forhold eller isoleringsopløsning. Dette kan forårsage forringelse af isoleringen, vindingskader og nedsat effektivitet af motoren.
Vindingstilstand: Dette forekommer, når vindingerne i motoren kortslutter eller åbner kredsløbet på grund af isoleringsopløsning, mekanisk stress eller eksterne fejl. Dette kan forårsage gnister, røg, brand og tab af drejningsmoment i motoren.
Jordfejl: Dette forekommer, når en fasledning i motoren kommer i kontakt med en jordet del af kredsløbet eller udstyr. Dette kan forårsage høje fejlstrømme, skader på isoleringen og udstyr, samt potentielle stødfare.
Motorfejl kan have alvorlige konsekvenser for motorens og dens kredsløbs ydeevne, sikkerhed og levetid. Derfor er det essentielt at opdage og beskytte mod dem ved hjælp af passende enheder og metoder.
Hvad er en motorbeskyttelsesenhed?
En motorbeskyttelsesenhed er en enhed, der overvåger og kontrollerer én eller flere parametre for motoren eller dens kredsløb, såsom strøm, spænding, temperatur, hastighed eller drejningsmoment. Formålet med en motorbeskyttelsesenhed er at forhindre eller minimere skader på motoren og dens kredsløb i tilfælde af en fejl eller abnorm tilstand.
Der findes forskellige typer motorbeskyttelsesenheder, afhængigt af deres funktion, princip og anvendelse. Nogle almindelige typer er:
Sikringe: Dette er enheder, der afbryder kredsløbet, når en høj strøm løber igennem dem på grund af en kortslutning eller overbelastning. De består af en metalstrejf eller tråd, der smelter, når den opvarmes af fejlstrømmen. Sikringe er simple, billige og pålidelige enheder, der giver hurtig beskyttelse mod kortslutninger. Dog har de nogle ulemper, såsom:
De er ikke genbrugelige og skal erstattes efter hver operation.
De giver ikke beskyttelse mod overbelastninger eller underspændinger.
De giver ikke indikation eller adskillelse af fejlstedet.
Kredsløbsafbrydere: Dette er enheder, der afbryder kredsløbet, når en høj strøm løber igennem dem på grund af en kortslutning eller overbelastning. De består af et par kontakter, der åbnes eller lukkes af en elektromekanisk mekanisme, som aktiveres af en sensor. Kredsløbsafbrydere er mere avancerede end sikringe, da de giver følgende:
Genbrugelighed og nulstilling efter hver operation.
Beskyttelse mod overbelastninger og underspændinger ved at justere deres trip-indstillinger.
Indikation og adskillelse af fejlstedet ved manuel eller automatisk operation.
Overbelastningsrelæer: Dette er enheder, der afbryder kredsløbet, når en høj strøm løber igennem dem på grund af en overbelastning. De består af en sensor, der måler strømmen, og en kontakt, der åbnes eller lukkes af en elektromekanisk eller elektronisk mekanisme. Overbelastningsrelæer er designet til at beskytte motorer mod overophedning og isoleringsskader på grund af forlænget overbelastning eller ubalancerede spændinger. Der findes to hovedtyper overbelastningsrelæer:
Hurtigere respons og bedre beskyttelse mod kortslutningsstrømme eller jordfejl.
Immunitet over for omgivende temperatur og ingen behov for justering.
Højere præcision og gentagelighed på grund af digital behandling.
Yderligere funktioner som fasemangelfrembring, reversrotationdetektion, kommunikation og diagnostik.
De er langsomme til at reagere og kan muligvis ikke beskytte mod kortslutningsstrømme eller jordfejl.
De påvirkes af omgivende temperatur og kan være nødt til at justeres i overensstemmelse hermed.
De har begrænset præcision og gentagelighed på grund af mekanisk slid og tear.
Termiske overbelastningsrelæer: Dette er enheder, der bruger en bimetallisk strejf eller en opvarmningsenhed til at registrere temperaturstigningen i motorens strøm. Når strømmen overstiger den forudindstillede værdi, bøjer eller smelter den termiske enhed, hvilket får kontakten til at åbne eller lukke. Termiske overbelastningsrelæer er simple, billige og pålidelige enheder, der giver invers tidspunktbeskyttelse, hvilket betyder, at de tripper hurtigere for højere overbelastninger. Dog har de nogle ulemper, såsom:
Elektroniske eller digitale overbelastningsrelæer: Dette er enheder, der bruger en strømtransformator eller en shuntmodstand til at måle motorens strøm og en mikroprocessor eller en fasttilstandsirkuit til at styre kontakten. Når strømmen overstiger den forudindstillede værdi, sender den elektroniske enhed et signal til at åbne eller lukke kontakten. Elektroniske eller digitale overbelastningsrelæer er mere avancerede end termiske overbelastningsrelæer, da de giver:
Differentialbeskyttelsesrelæer: Dette er enheder, der sammenligner strømme ved input- og outputterminalerne på motoren eller dens vindinger. Når forskellen mellem strømmerne overstiger en vis værdi, hvilket indikerer en vindingsfejl, tripper relæet kredsløbet. Differentialbeskyttelsesrelæer er meget sensitive og pålidelige enheder, der giver hurtig beskyttelse mod fase-til-fase og fase-til-jordfejl i lavspændings- og høyspændingsmotorer.
Reversrotationbeskyttelsesrelæer: Dette er enheder, der registrerer retningen af motorens rotation og forhindrer, at den kører baglæns. Reversrotation kan skade motoren eller belastningen, især i applikationer som transportbånd, pumper eller ventilatorer. Reversrotationbeskyttelsesrelæer kan bruge forskellige metoder til at registrere rotationsretningen, såsom:
Fasesekvensdetektion: Denne metode bruger en spændingsrelæ eller en wattmetrelæ til at måle fasesekvensen af strømforsyningens spænding. Hvis fasesekvensen er vendt om, hvilket indikerer reversrotation, tripper relæet kredsløbet.
Negativ sekvensdetektion: Denne metode bruger en strømrelæ eller en effektrelæ til at måle den negative sekvenskomponent af motorens strøm. Hvis den negative sekvenskomponent er høj, hvilket indikerer reversrotation, tripper relæet kredsløbet.
Hastighedsdetektion: Denne metode bruger en hastighedssensor eller en tachometer til at måle hastigheden af motorens akse. Hvis hastigheden er negativ, hvilket indikerer reversrotation, tripper relæet kredsløbet.
Hvordan vælge motorbeskyttelsesenheder?
Vælgelsen af motorbeskyttelsesenheder afhænger af flere faktorer, såsom:
Typen og størrelsen af motoren
Motorens karakteristika og rating
Typen og alvorligheden af mulige fejl
Kravene i NEC og andre standarder
Kosten og tilgængeligheden af enhederne
NEC Artikel 430 giver generelle regler og retningslinjer for at vælge motorbeskyttelsesenheder baseret på disse faktorer. Det er dog også vigtigt at konsultere producentens anbefalinger og specifikationer for hver motor og enhed.
Nogle generelle trin for at vælge motorbeskyttelsesenheder er:
Bestem fuldlaststrømmen (FLC) for motoren fra dens etiket eller fra NEC Tabel 430.250 for AC-motorer eller Tabel 430.251(B) for DC-motorer.
Vælg en overbelastningsbeskyttelsesenhed, der kan håndtere mindst 115% af FLC for motorer med en servicefaktor på 1.15 eller højere, eller med en temperaturstigning på 40°C eller mindre; eller 125% af FLC for andre motorer. Overbelastningsbeskyttelsesenheten kan være en termisk overbelastningsrelæ, en elektronisk eller digital overbelastningsrelæ, eller en differentialbeskyttelsesrelæ, afhængigt af typen og størrelsen af motoren.
Vælg en kortslutnings- og jordfejlbeskyttelsesenhed, der kan håndtere mindst 150% af FLC for motorer med en servicefaktor på 1.15 eller højere, eller med en temperaturstigning på 40°C eller mindre; eller 175% af FLC for andre motorer. Kortslutnings- og jordfejlbeskyttelsesenheten kan være en sikring eller en kredsløbsafbryder, afhængigt af typen og størrelsen af motoren.
Vælg en reversrotationbeskyttelsesenhed, hvis motoren eller belastningen ikke kan tolerere reversrotation. Reversrotationbeskyttelsesenheten kan være en fasesekvensdetektionsrelæ, en negativ sekvensdetektionsrelæ, eller en hastighedsdetektionsrelæ, afhængigt af typen og størrelsen af motoren.
Vælg ledningsstørrelserne for motorkredsløbet i overensstemmelse med NEC Tabel 310.15(B)(16) for generel kablingsarbejde og NEC Tabel 430.250 for motorbranchekredsløb. Ledningerne skal have en ampacit, der ikke er mindre end 125% af FLC for motorer med en servicefaktor på 1.15 eller højere, eller med en temperaturstigning på 40°C eller mindre; eller 115% af FLC for andre motorer.
Vælg de passende enheder og metoder for motorstyring, start, stop, hastighedsregulering og kommunikation i overensstemmelse med typen og anvendelsen af motoren.
Konklusion
Motorbeskyttelse er en vital aspekt af elektrisk teknik, der sikrer sikkerhed og effektivitet af elektriske motorer og deres kredsløb. Motorbeskyttelsesenheder vælges baseret på typen og størrelsen af motoren, typen og alvorligheden af mulige fejl, kravene i NEC og andre standarder, samt kostnaden og tilgængeligheden af enhederne. Motorbeskyttelsesenheder inkluderer sikringe, kredsløbsafbrydere, overbelastningsrelæer, differentialbeskyttelsesrelæer og reversrotationbeskyttelsesrelæer. Motorbeskyttelsesenheder overvåger og kontrollerer parametre som strøm, spænding, temperatur, hastighed og drejningsmoment for at forhindre eller minimere skader på motoren og dens kredsløb i tilfælde af en fejl eller abnorm tilstand.
Erklæring: Respekter originalen, godt artikel fortjener at deles, hvis der er krænkelse kontakt og slet.
