การป้องกันมอเตอร์: ประเภท ข้อผิดพลาด และอุปกรณ์
ระบบป้องกันมอเตอร์คือชุดของอุปกรณ์และวิธีการที่ปกป้องมอเตอร์ไฟฟ้าจากความผิดพลาดและเสียหายต่างๆ มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นส่วนประกอบสำคัญในหลายแอพพลิเคชันทางอุตสาหกรรมและครัวเรือน ตั้งแต่เครื่องใช้เล็กๆ ไปจนถึงเครื่องจักรขนาดใหญ่ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องรับรองการทำงานที่เหมาะสมและความปลอดภัยของมอเตอร์และวงจรของมัน
ในบทความนี้ เราจะพูดถึงประเภทของข้อผิดพลาดของมอเตอร์ ประเภทของอุปกรณ์ป้องกันมอเตอร์ และวิธีการเลือกตามรหัสไฟฟ้าแห่งชาติ (NEC) และลักษณะของมอเตอร์
ข้อผิดพลาดของมอเตอร์คืออะไร?
ข้อผิดพลาดของมอเตอร์คือสภาพที่ทำให้มอเตอร์ทำงานผิดปกติหรือเสียหาย ข้อผิดพลาดของมอเตอร์สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก:
ข้อผิดพลาดภายนอก: คือข้อผิดพลาดที่เกิดจากเครือข่ายจ่ายไฟหรือโหลดที่เชื่อมต่อกับมอเตอร์ ตัวอย่างของข้อผิดพลาดภายนอกได้แก่:
แรงดันไม่สมดุล: คือเมื่อแรงดันเฟสสามเฟสไม่เท่ากันในขนาดหรือมุมเฟส ซึ่งอาจทำให้เกิดกระแสลำดับลบในมอเตอร์ ซึ่งสร้างการสูญเสียเพิ่มเติม การทำความร้อน และการกระตุกของแรงบิด
แรงดันต่ำ: คือเมื่อแรงดันจ่ายลดลงต่ำกว่าค่ากำหนดของมอเตอร์ ซึ่งอาจทำให้แรงบิดลดลง กระแสเพิ่มขึ้น และมอเตอร์ร้อนเกิน
ลำดับเฟสกลับ: คือเมื่อลำดับเฟสจ่ายถูกสลับ ซึ่งอาจทำให้มอเตอร์หมุนกลับ ซึ่งอาจทำลายโหลดหรือมอเตอร์เอง
สูญเสียความสอดคล้อง: คือเมื่อมอเตอร์ซิงโครนัสสูญเสียการล็อกแม่เหล็กกับความถี่จ่าย ซึ่งอาจทำให้เกิดการลื่นไถลมากเกินไป การไล่ล่า และความไม่เสถียรของมอเตอร์
ข้อผิดพลาดภายใน: คือข้อผิดพลาดที่เกิดจากมอเตอร์หรือเครื่องจักรที่ขับเคลื่อน ตัวอย่างของข้อผิดพลาดภายในได้แก่:
การเสียหายของแบริ่ง: คือเมื่อแบริ่งที่รองรับเพลาของมอเตอร์สึกหรอหรือติดเนื่องจากการเสียดสี ปัญหาการหล่อลื่น หรือความเครียดทางกล ซึ่งอาจทำให้เกิดเสียง ความสั่นสะเทือน การย้ายเพลา และการหยุดของมอเตอร์
ความร้อนเกิน: คือเมื่ออุณหภูมิของมอเตอร์สูงเกินขีดจำกัดทางความร้อนเนื่องจากการโหลดเกิน การระบายความร้อนไม่เพียงพอ สภาวะแวดล้อม หรือการชำรุดของฉนวน ซึ่งอาจทำให้ฉนวนเสื่อมสภาพ การชำรุดของวงจร และประสิทธิภาพของมอเตอร์ลดลง
การชำรุดของวงจร: คือเมื่อวงจรของมอเตอร์เกิดการลัดวงจรหรือวงจรเปิดเนื่องจากการชำรุดของฉนวน ความเครียดทางกล หรือข้อผิดพลาดภายนอก ซึ่งอาจทำให้เกิดประกายไฟ ควัน ไฟไหม้ และการสูญเสียแรงบิดในมอเตอร์
ข้อผิดพลาดต่อพื้น: คือเมื่อสายนำเฟสของมอเตอร์สัมผัสกับส่วนที่ต่อพื้นของวงจรหรืออุปกรณ์ ซึ่งอาจทำให้เกิดกระแสข้อผิดพลาดสูง การชำรุดของฉนวนและอุปกรณ์ และอันตรายจากการช็อกไฟฟ้า
ข้อผิดพลาดของมอเตอร์อาจมีผลร้ายแรงต่อประสิทธิภาพ ความปลอดภัย และอายุการใช้งานของมอเตอร์และวงจรของมัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องตรวจพบและป้องกันโดยใช้อุปกรณ์และวิธีการที่เหมาะสม
อุปกรณ์ป้องกันมอเตอร์คืออะไร?
อุปกรณ์ป้องกันมอเตอร์คืออุปกรณ์ที่ตรวจสอบและควบคุมพารามิเตอร์หนึ่งหรือมากกว่าของมอเตอร์หรือวงจร เช่น กระแส แรงดัน อุณหภูมิ ความเร็ว หรือแรงบิด วัตถุประสงค์ของอุปกรณ์ป้องกันมอเตอร์คือป้องกันหรือลดความเสียหายต่อมอเตอร์และวงจรในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดหรือสภาพผิดปกติ
มีอุปกรณ์ป้องกันมอเตอร์ประเภทต่างๆ ขึ้นอยู่กับฟังก์ชัน หลักการ และการใช้งาน บางประเภทที่พบบ่อยได้แก่:
ฟิวส์: คืออุปกรณ์ที่ตัดวงจรเมื่อมีกระแสสูงไหลผ่านเนื่องจากวงจรลัดหรือโหลดเกิน ประกอบด้วยแถบหรือสายโลหะที่ละลายเมื่อถูกความร้อนจากกระแสข้อผิดพลาด ฟิวส์เป็นอุปกรณ์ที่ง่าย ราคาถูก และเชื่อถือได้ ที่ให้การป้องกันที่รวดเร็วต่อวงจรลัด แต่มีข้อเสียบางอย่าง เช่น:
ไม่สามารถใช้ซ้ำได้และต้องเปลี่ยนใหม่หลังจากใช้งานแต่ละครั้ง
ไม่สามารถป้องกันโหลดเกินหรือแรงดันต่ำได้
ไม่สามารถระบุหรือแยกตำแหน่งของข้อผิดพลาดได้
เบรกเกอร์: คืออุปกรณ์ที่ตัดวงจรเมื่อมีกระแสสูงไหลผ่านเนื่องจากวงจรลัดหรือโหลดเกิน ประกอบด้วยคู่ของตัวต่อที่เปิดหรือปิดโดยกลไกอิเล็กโตรแมคคานิกที่ถูกกระตุ้นโดยองค์ประกอบตรวจจับ เบรกเกอร์เป็นอุปกรณ์ที่ทันสมัยกว่าฟิวส์เนื่องจากให้สิ่งต่อไปนี้:
สามารถใช้ซ้ำและรีเซ็ตได้หลังจากใช้งานแต่ละครั้ง
ป้องกันโหลดเกินและแรงดันต่ำโดยปรับการตั้งค่าการทริป
ระบุและแยกตำแหน่งของข้อผิดพลาดโดยการใช้งานด้วยมือหรืออัตโนมัติ
รีเลย์โหลดเกิน: คืออุปกรณ์ที่ตัดวงจรเมื่อมีกระแสสูงไหลผ่านเนื่องจากโหลดเกิน ประกอบด้วยองค์ประกอบตรวจจับที่วัดกระแสและตัวต่อที่เปิดหรือปิดโดยกลไกอิเล็กโตรแมคคานิกหรืออิเล็กทรอนิกส์ รีเลย์โหลดเกินถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันมอเตอร์จากการร้อนเกินและการชำรุดของฉนวนเนื่องจากโหลดเกินหรือแรงดันไม่สมดุลนานๆ มีสองประเภทหลักของรีเลย์โหลดเกิน:
ตอบสนองเร็วและป้องกันได้ดีต่อกระแสวงจรลัดหรือข้อผิดพลาดต่อพื้น
ไม่ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิแวดล้อมและไม่จำเป็นต้องปรับ
ความแม่นยำและความน่าเชื่อถือสูงขึ้นเนื่องจากการประมวลผลดิจิตอล
คุณสมบัติเพิ่มเติม เช่น การตรวจจับการขาดเฟส การตรวจจับการหมุนกลับ การสื่อสาร และการวินิจฉัย
ตอบสนองช้าและอาจไม่ป้องกันต่อกระแสวงจรลัดหรือข้อผิดพลาดต่อพื้น
ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิแวดล้อมและอาจต้องปรับตาม
มีความแม่นยำและความน่าเชื่อถือน้อยลงเนื่องจากการสึกหรอทางกล
รีเลย์โหลดเกินแบบความร้อน: คืออุปกรณ์ที่ใช้แถบทวิโลหะหรือธาตุความร้อนเพื่อตรวจจับอุณหภูมิของกระแสมอเตอร์ เมื่อกระแสเกินค่าที่กำหนด องค์ประกอบความร้อนจะโค้งหรือละลาย ทำให้ตัวต่อเปิดหรือปิด รีเลย์โหลดเกินแบบความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ง่าย ราคาถูก และเชื่อถือได้ ที่ให้การป้องกันแบบเวลาผกผัน หมายความว่าทริปเร็วขึ้นสำหรับโหลดเกินสูง แต่มีข้อเสียบางอย่าง เช่น:
รีเลย์โหลดเกินแบบอิเล็กทรอนิกส์หรือดิจิตอล: คืออุปกรณ์ที่ใช้ทรานสฟอร์เมอร์กระแสหรือตัวต้านทาน分流电阻来测量电机电流，并使用微处理器或固态电路来控制触点。当电流超过预设值时，电子元件会发送信号以打开或关闭触点。与热过载继电器相比，电子或数字过载继电器具有以下优点： - 对短路电流或接地故障的响应更快，保护更好。 - 不受环境温度影响，无需调整。 - 由于数字处理，精度和重复性更高。 - 具有额外功能，如缺相检测、反向旋转检测、通信和诊断。 - 热过载继电器：这些设备使用双金属条或加热元件来感应电机电流的温升。当电流超过预设值时，热元件弯曲或熔化，导致触点打开或关闭。热过载继电器是简单、廉价且可靠的设备，提供反时限保护，意味着对于更高的过载，它们跳闸更快。然而，它们有一些缺点，例如： - 它们对环境温度敏感，可能需要相应调整。 - 由于机械磨损，精度和重复性有限。 - 差动保护继电器：这些设备比较电机或其绕组输入和输出端子的电流。当电流差超过某个值，表明存在绕组故障时，继电器会跳闸断开电路。差动保护继电器是非常灵敏和可靠的设备，能够快速保护低压和高压电机中的相间和相地故障。 - 反向旋转保护继电器：这些设备检测电机的旋转方向并防止其反向运行。反向旋转可能会损坏电机或负载，特别是在输送带、泵或风扇等应用中。反向旋转保护继电器可以使用不同的方法来感应旋转方向，例如： - 相序检测：这种方法使用电压继电器或瓦特表继电器来测量供电电压的相序。如果相序反转，表明反向旋转，继电器会跳闸断开电路。 - 负序检测：这种方法使用电流继电器或功率继电器来测量电机电流的负序分量。如果负序分量高，表明反向旋转，继电器会跳闸断开电路。 - 速度检测：这种方法使用速度传感器或测速发电机来测量电机轴的速度。如果速度为负，表明反向旋转，继电器会跳闸断开电路。 ### 如何选择电机保护装置？ 选择电机保护装置取决于几个因素，例如： - 电机的类型和大小 - 电机的特性和额定值 - 可能发生的故障类型和严重程度 - NEC 和其他标准的要求 - 设备的成本和可用性 NEC 第 430 条提供了基于这些因素选择电机保护装置的一般规则和指南。但同时，也需要咨询制造商对每个电机和装置的建议和规格。 选择电机保护装置的一些一般步骤是： 1. 从铭牌或 NEC 表 430.250（交流电机）或表 430.251(B)（直流电机）确定电机的满载电流 (FLC)。 2. 选择一个能够处理至少 115% FLC 的过载保护装置，适用于服务系数为 1.15 或更高或温升为 40°C 或更低的电机；或其他电机的 125% FLC。过载保护装置可以是热过载继电器、电子或数字过载继电器或差动保护继电器，具体取决于电机的类型和大小。 3. 选择一个能够处理至少 150% FLC 的短路和接地故障保护装置，适用于服务系数为 1.15 或更高或温升为 40°C 或更低的电机；或其他电机的 175% FLC。短路和接地故障保护装置可以是保险丝或断路器，具体取决于电机的类型和大小。 4. 如果电机或负载不能承受反向旋转，请选择反向旋转保护装置。反向旋转保护装置可以是相序检测继电器、负序检测继电器或速度检测继电器，具体取决于电机的类型和大小。 5. 根据 NEC 表 310.15(B)(16) 选择电机电路的导体尺寸，用于一般布线，以及 NEC 表 430.250 用于电机分支电路。导体应具有不小于 115% FLC 的载流量，适用于服务系数为 1.15 或更高或温升为 40°C 或更低的电机；或其他电机的 125% FLC。 6. 根据电机的类型和应用选择适当的电机控制、启动、停止、速度调节和通信设备及方法。 ### 结论 电机保护是电气工程中至关重要的方面，确保电动机及其电路的安全和效率。根据电机的类型和大小、可能发生的故障类型和严重程度、NEC 和其他标准的要求以及设备的成本和可用性来选择电机保护装置。电机保护装置包括保险丝、断路器、过载继电器、差动保护继电器和反向旋转保护继电器。电机保护装置通过监测和控制电流、电压、温度、速度和转矩等参数，在发生故障或异常情况时防止或最小化对电机及其电路的损害。 声明：尊重原创，好文章值得分享，如有侵权请联系删除。
