Защита двигателей: типы неисправностей и устройства
Система защиты двигателя представляет собой набор устройств и методов, защищающих электродвигатель от различных неисправностей и повреждений. Электродвигатель является ключевым компонентом во многих промышленных и бытовых применениях, начиная от малых приборов до крупных машин. Поэтому важно обеспечить правильную работу и безопасность двигателя и его цепи.
В этой статье мы обсудим типы неисправностей двигателей, типы устройств защиты двигателей и как их выбирать в соответствии с Национальным электрическим кодексом (NEC) и характеристиками двигателя.
Что такое неисправность двигателя?
Неисправность двигателя — это состояние, которое вызывает ненормальную работу или отказ двигателя. Неисправности двигателей можно разделить на две основные категории:
Внешние неисправности: Это неисправности, возникающие из-за сети питания или нагрузки, подключенной к двигателю. Примеры внешних неисправностей включают:
Неравномерное напряжение: Это происходит, когда фазные напряжения не равны по величине или фазному углу. Это может вызвать токи отрицательной последовательности в двигателе, которые создают дополнительные потери, нагрев и пульсации момента.
Недостаточное напряжение: Это происходит, когда напряжение питания падает ниже номинального значения двигателя. Это может вызвать снижение момента, увеличение тока и перегрев двигателя.
Обратная последовательность фаз: Это происходит, когда порядок фаз питания меняется. Это может вызвать обратное вращение двигателя, что может повредить нагрузку или сам двигатель.
Потеря синхронизма: Это происходит, когда синхронный двигатель теряет магнитную связь с частотой питания. Это может вызвать чрезмерный скольжение, охоту и нестабильность двигателя.
Внутренние неисправности: Это неисправности, возникающие из-за самого двигателя или приводимого им механизма. Примеры внутренних неисправностей включают:
Износ подшипников: Это происходит, когда подшипники, поддерживающие вал двигателя, изнашиваются или заклинивают из-за трения, проблем с смазкой или механического напряжения. Это может вызвать шум, вибрацию, несоосность вала и остановку двигателя.
Перегрев: Это происходит, когда температура двигателя превышает его тепловой предел из-за перегрузки, недостаточного охлаждения, окружающих условий или разрушения изоляции. Это может вызвать ухудшение изоляции, повреждение обмоток и снижение эффективности двигателя.
Повреждение обмоток: Это происходит, когда обмотки двигателя коротко замыкаются или обрываются из-за разрушения изоляции, механического напряжения или внешних неисправностей. Это может вызвать искры, дым, пожар и потерю момента в двигателе.
Замыкание на землю: Это происходит, когда фазный проводник двигателя контактирует с заземленной частью цепи или оборудования. Это может вызвать высокие токи короткого замыкания, повреждение изоляции и оборудования, а также потенциальные опасности удара током.
Неисправности двигателя могут иметь серьезные последствия для производительности, безопасности и срока службы двигателя и его цепи. Поэтому необходимо обнаруживать и защищать от них с помощью соответствующих устройств и методов.
Что такое устройство защиты двигателя?
Устройство защиты двигателя — это устройство, которое контролирует и управляет одним или несколькими параметрами двигателя или его цепи, такими как ток, напряжение, температура, скорость или момент. Цель устройства защиты двигателя — предотвратить или минимизировать повреждения двигателя и его цепи в случае неисправности или аномального состояния.
Существуют различные типы устройств защиты двигателей в зависимости от их функции, принципа и применения. Некоторые распространенные типы включают:
Предохранители: Это устройства, которые прерывают цепь, когда через них проходит высокий ток из-за короткого замыкания или перегрузки. Они состоят из металлической полоски или провода, который плавится при нагреве током короткого замыкания. Предохранители просты, дешевы и надежны, предоставляя быструю защиту от коротких замыканий. Однако у них есть некоторые недостатки, такие как:
Они не являются многоразовыми и требуют замены после каждого срабатывания.
Они не обеспечивают защиту от перегрузок или понижения напряжения.
Они не предоставляют индикацию или изоляцию места неисправности.
Автоматические выключатели: Это устройства, которые прерывают цепь, когда через них проходит высокий ток из-за короткого замыкания или перегрузки. Они состоят из пары контактов, которые открываются или закрываются с помощью электромеханического механизма, запускаемого чувствительным элементом. Автоматические выключатели более продвинуты, чем предохранители, так как они обеспечивают следующее:
Многоразовое использование и возможность сброса после каждого срабатывания.
Защиту от перегрузок и понижения напряжения путем настройки их настроек срабатывания.
Индикацию и изоляцию места неисправности с помощью ручного или автоматического управления.
Реле перегрузки: Это устройства, которые прерывают цепь, когда через них проходит высокий ток из-за перегрузки. Они состоят из чувствительного элемента, измеряющего ток, и контакта, который открывается или закрывается с помощью электромеханического или электронного механизма. Реле перегрузки предназначены для защиты двигателей от перегрева и повреждения изоляции из-за длительных перегрузок или неравномерного напряжения. Существует два основных типа реле перегрузки:
Более быстрый отклик и лучшая защита от токов короткого замыкания или замыкания на землю.
Устойчивость к окружающей температуре и отсутствие необходимости в настройке.
Большая точность и повторяемость благодаря цифровой обработке.
Дополнительные функции, такие как обнаружение потери фазы, обнаружение обратного вращения, коммуникация и диагностика.
Они медленно реагируют и могут не защищать от токов короткого замыкания или замыкания на землю.
Они зависят от окружающей температуры и могут требовать соответствующей настройки.
У них ограниченная точность и повторяемость из-за механического износа.
Тепловые реле перегрузки: Это устройства, использующие биметаллическую пластину или нагревательный элемент для измерения температурного подъема тока двигателя. Когда ток превышает заданное значение, тепловой элемент гнется или плавится, вызывая открытие или закрытие контакта. Тепловые реле перегрузки просты, дешевы и надежны, обеспечивая обратное время защиты, то есть они срабатывают быстрее при больших перегрузках. Однако у них есть некоторые недостатки, такие как:
Электронные или цифровые реле перегрузки: Это устройства, использующие трансформатор тока или шунтированный резистор для измерения тока двигателя и микропроцессор или твердотельную схему для управления контактом. Когда ток превышает заданное значение, электронный элемент отправляет сигнал на открытие или закрытие контакта. Электронные или цифровые реле перегрузки более продвинуты, чем тепловые реле перегрузки, так как они обеспечивают:
Дифференциальные реле защиты: Это устройства, которые сравнивают токи на входных и выходных выводах двигателя или его обмоток. Когда разница между токами превышает определенное значение, указывая на неисправность обмотки, реле прерывает цепь. Дифференциальные реле защиты очень чувствительны и надежны, обеспечивая быструю защиту от межфазных и фазно-земляных неисправностей в низковольтных и высоковольтных двигателях.
Реле защиты от обратного вращения: Это устройства, которые обнаруживают направление вращения двигателя и предотвращают его работу в обратном направлении. Обратное вращение может повредить двигатель или нагрузку, особенно в таких приложениях, как конвейеры, насосы или вентиляторы. Реле защиты от обратного вращения могут использовать различные методы для обнаружения направления вращения, такие как:
Обнаружение последовательности фаз: Этот метод использует реле напряжения или ваттметрическое реле для измерения последовательности фаз напряжения питания. Если последовательность фаз изменена, указывая на обратное вращение, реле прерывает цепь.
Обнаружение отрицательной последовательности: Этот метод использует реле тока или мощности для измерения отрицательной последовательности компонента тока двигателя. Если отрицательная последовательность велика, указывая на обратное вращение, реле прерывает цепь.
Обнаружение скорости: Этот метод использует датчик скорости или тахометр для измерения скорости вала двигателя. Если скорость отрицательная, указывая на обратное вращение, реле прерывает цепь.
Как выбрать устройства защиты двигателей?
Выбор устройств защиты двигателей зависит от нескольких факторов, таких как:
Тип и размер двигателя
Характеристики и номинальные значения двигателя
Тип и степень возможных неисправностей
Требования NEC и других стандартов
Стоимость и доступность устройств
Статья 430 NEC предоставляет общие правила и руководства по выбору устройств защиты двигателей на основе этих факторов. Однако также важно проконсультироваться с рекомендациями и спецификациями производителя для каждого двигателя и устройства.
Некоторые общие шаги для выбора устройств защиты двигателей:
Определите полный ток нагрузки (FLC) двигателя по его табличке или по таблице 430.250 NEC для двигателей переменного тока или таблице 430.251(B) для двигателей постоянного тока.
Выберите устройство защиты от перегрузки, которое может обрабатывать не менее 115% FLC для двигателей с коэффициентом обслуживания 1.15 или выше или с температурным подъемом 40°C или меньше; или 125% FLC для других двигателей. Устройство защиты от перегрузки может быть тепловым реле перегрузки, электронным или цифровым реле перегрузки или дифференциальным реле защиты, в зависимости от типа и размера двигателя.
Выберите устройство защиты от короткого замыкания и замыкания на землю, которое может обрабатывать не менее 150% FLC для двигателей с коэффициентом обслуживания 1.15 или выше или с температурным подъемом 40°C или меньше; или 175% FLC для других двигателей. Устройство защиты от короткого замыкания и замыкания на землю может быть предохранителем или автоматическим выключателем, в зависимости от типа и размера двигателя.
Выберите устройство защиты от обратного вращения, если двигатель или нагрузка не могут допустить обратное вращение. Устройство защиты от обратного вращения может быть реле обнаружения последовательности фаз, реле обнаружения отрицательной последовательности или реле обнаружения скорости, в зависимости от типа и размера двигателя.
Выберите размеры проводников для цепи двигателя в соответствии с таблицей 310.15(B)(16) NEC для общего монтажа и таблицей 430.250 для ветвей цепи двигателя. Проводники должны иметь пропускную способность не менее 125% FLC для двигателей с коэффициентом обслуживания 1.15 или выше или с температурным подъемом 40°C или меньше; или 115% FLC для других двигателей.
Выберите соответствующие устройства и методы для управления двигателем, запуска, остановки, регулирования скорости и связи в зависимости от типа и применения двигателя.
Заключение
Защита двигателя является важным аспектом электротехники, обеспечивающим безопасность и эффективность электродвигателей и их цепей. Устройства защиты двигателей выбираются на основе типа и размера двигателя, типа и степени возможных неисправностей, требований NEC и других стандартов, а также стоимости и доступности устройств. Устройства защиты двигателей включают предохранители, автоматические выключатели, реле перегрузки, дифференциальные реле защиты и реле защиты от обратного вращения. Эти устройства контролируют и управляют параметрами, такими как ток, напряжение, температура, скорость и момент, чтобы предотвратить или минимизировать повреждения двигателя и его цепи в случае неисправности или аномального состояния.
Заявление: Уважайте оригинальные, качественные статьи, достойные распространения. В случае нарушения авторских прав, свяжитесь для удаления.
