Bảo vệ động cơ: Các loại lỗi và thiết bị
Hệ thống bảo vệ động cơ là một tập hợp các thiết bị và phương pháp nhằm bảo vệ động cơ điện khỏi các lỗi và hư hỏng. Động cơ điện là thành phần quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và gia đình, từ các thiết bị nhỏ đến các máy móc lớn. Do đó, việc đảm bảo hoạt động đúng đắn và an toàn của động cơ và mạch điện là rất quan trọng.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về các loại lỗi động cơ, các loại thiết bị bảo vệ động cơ, và cách chọn chúng theo Tiêu chuẩn Điện Quốc gia (NEC) và đặc tính của động cơ.
Động cơ có lỗi là gì?
Lỗi động cơ là tình trạng khiến động cơ hoạt động bất thường hoặc hỏng. Các lỗi động cơ có thể được phân loại thành hai danh mục chính:
Lỗi bên ngoài: Đây là các lỗi xuất phát từ mạng cung cấp điện hoặc tải kết nối với động cơ. Một số ví dụ về lỗi bên ngoài bao gồm:
Cung cấp điện không cân bằng: Điều này xảy ra khi các điện áp ba pha không bằng nhau về độ lớn hoặc góc pha. Điều này có thể gây ra dòng điện thứ tự âm trong động cơ, tạo ra tổn thất bổ sung, nhiệt và rung động mô-men xoắn.
Dưới điện áp: Điều này xảy ra khi điện áp cung cấp giảm xuống dưới giá trị định mức của động cơ. Điều này có thể gây ra mô-men xoắn giảm, dòng điện tăng và quá nhiệt động cơ.
Thứ tự pha ngược: Điều này xảy ra khi thứ tự của các pha cung cấp bị đảo ngược. Điều này có thể gây ra sự quay ngược của động cơ, có thể làm hỏng tải hoặc động cơ.
Mất đồng bộ: Điều này xảy ra khi động cơ đồng bộ mất khóa từ với tần số cung cấp. Điều này có thể gây ra trượt quá mức, săn đuổi và không ổn định của động cơ.
Lỗi bên trong: Đây là các lỗi xuất phát từ động cơ hoặc hệ thống truyền động. Một số ví dụ về lỗi bên trong bao gồm:
Hư hỏng ổ đỡ: Điều này xảy ra khi các ổ đỡ hỗ trợ trục động cơ bị mòn hoặc kẹt do ma sát, vấn đề bôi trơn hoặc stress cơ học. Điều này có thể gây ra tiếng ồn, rung động, sai lệch trục và dừng động cơ.
Quá nhiệt: Điều này xảy ra khi nhiệt độ của động cơ vượt quá giới hạn nhiệt do quá tải, làm mát không đủ, điều kiện môi trường hoặc hỏng hóc cách điện. Điều này có thể gây ra sự suy giảm cách điện, hư hỏng cuộn dây và hiệu suất giảm của động cơ.
Hư hỏng cuộn dây: Điều này xảy ra khi cuộn dây của động cơ bị ngắn mạch hoặc mạch mở do hỏng cách điện, stress cơ học hoặc lỗi bên ngoài. Điều này có thể gây ra tia lửa, khói, cháy và mất mô-men xoắn trong động cơ.
Lỗi đất: Điều này xảy ra khi dây dẫn pha của động cơ tiếp xúc với phần nối đất của mạch hoặc thiết bị. Điều này có thể gây ra dòng điện lỗi cao, hỏng cách điện và thiết bị, và nguy cơ giật điện.
Lỗi động cơ có thể có hậu quả nghiêm trọng đối với hiệu suất, an toàn và tuổi thọ của động cơ và mạch điện. Do đó, việc phát hiện và bảo vệ chống lại chúng bằng các thiết bị và phương pháp phù hợp là rất cần thiết.
Thiết bị bảo vệ động cơ là gì?
Thiết bị bảo vệ động cơ là thiết bị giám sát và kiểm soát một hoặc nhiều tham số của động cơ hoặc mạch điện, như dòng điện, điện áp, nhiệt độ, tốc độ hoặc mô-men xoắn. Mục đích của thiết bị bảo vệ động cơ là ngăn chặn hoặc giảm thiểu thiệt hại cho động cơ và mạch điện trong trường hợp có lỗi hoặc tình trạng bất thường.
Có nhiều loại thiết bị bảo vệ động cơ khác nhau tùy thuộc vào chức năng, nguyên lý và ứng dụng. Một số loại phổ biến bao gồm:
Chì: Đây là các thiết bị ngắt mạch khi có dòng điện lớn chảy qua do chập mạch hoặc quá tải. Chúng bao gồm một thanh kim loại hoặc sợi dây tan chảy khi bị nóng bởi dòng điện lỗi. Chì là các thiết bị đơn giản, rẻ tiền và đáng tin cậy, cung cấp bảo vệ nhanh chóng chống chập mạch. Tuy nhiên, chúng có một số nhược điểm, chẳng hạn như:
Chúng không tái sử dụng được và cần phải thay thế sau mỗi lần hoạt động.
Chúng không cung cấp bảo vệ chống quá tải hoặc dưới điện áp.
Chúng không cung cấp chỉ báo hoặc cách ly vị trí lỗi.
Cầu dao: Đây là các thiết bị ngắt mạch khi có dòng điện lớn chảy qua do chập mạch hoặc quá tải. Chúng bao gồm một cặp tiếp điểm mở hoặc đóng bằng cơ chế điện-mechanical được kích hoạt bởi một phần tử cảm biến. Cầu dao tiên tiến hơn so với chì vì chúng cung cấp các tính năng sau:
Khả năng tái sử dụng và đặt lại sau mỗi lần hoạt động.
Bảo vệ chống quá tải và dưới điện áp bằng cách điều chỉnh cài đặt ngắt.
Chỉ báo và cách ly vị trí lỗi bằng cách vận hành thủ công hoặc tự động.
Rơle quá tải: Đây là các thiết bị ngắt mạch khi có dòng điện lớn chảy qua do quá tải. Chúng bao gồm một phần tử cảm biến đo dòng điện và một tiếp điểm mở hoặc đóng bằng cơ chế điện-mechanical hoặc điện tử. Rơle quá tải được thiết kế để bảo vệ động cơ khỏi quá nhiệt và hỏng cách điện do quá tải kéo dài hoặc điện áp không cân bằng. Có hai loại chính của rơle quá tải:
Phản ứng nhanh hơn và bảo vệ tốt hơn chống dòng điện chập mạch hoặc lỗi đất.
Miễn nhiễm với nhiệt độ môi trường và không cần điều chỉnh.
Độ chính xác và khả năng lặp lại cao hơn do xử lý số.
Các tính năng bổ sung như phát hiện mất pha, phát hiện quay ngược, giao tiếp và chẩn đoán.
Chúng phản ứng chậm và có thể không bảo vệ chống dòng điện chập mạch hoặc lỗi đất.
Chúng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường và có thể cần điều chỉnh tương ứng.
Chúng có độ chính xác và khả năng lặp lại hạn chế do mài mòn cơ khí.
Rơle quá tải nhiệt: Đây là các thiết bị sử dụng thanh song kim loại hoặc phần tử làm nóng để cảm biến sự tăng nhiệt độ của dòng điện động cơ. Khi dòng điện vượt quá giá trị cài đặt, phần tử nhiệt uốn cong hoặc tan chảy, gây ra tiếp điểm mở hoặc đóng. Rơle quá tải nhiệt là các thiết bị đơn giản, rẻ tiền và đáng tin cậy, cung cấp bảo vệ thời gian nghịch, nghĩa là chúng ngắt nhanh hơn cho quá tải cao. Tuy nhiên, chúng có một số nhược điểm, chẳng hạn như:
Rơle quá tải điện tử hoặc số: Đây là các thiết bị sử dụng biến dòng hoặc điện trở shunt để đo dòng điện động cơ và vi xử lý hoặc mạch bán dẫn để kiểm soát tiếp điểm. Khi dòng điện vượt quá giá trị cài đặt, phần tử điện tử gửi tín hiệu để mở hoặc đóng tiếp điểm. Rơle quá tải điện tử hoặc số tiên tiến hơn so với rơle quá tải nhiệt vì chúng cung cấp:
Rơle bảo vệ chênh lệch: Đây là các thiết bị so sánh dòng điện tại đầu vào và đầu ra của động cơ hoặc cuộn dây. Khi sự khác biệt giữa các dòng điện vượt quá một giá trị nhất định, chỉ ra lỗi cuộn dây, rơle ngắt mạch. Rơle bảo vệ chênh lệch là các thiết bị rất nhạy và đáng tin cậy, cung cấp bảo vệ nhanh chống lỗi pha-pha và pha-đất trong động cơ điện áp thấp và cao.
Rơle bảo vệ quay ngược: Đây là các thiết bị phát hiện hướng quay của động cơ và ngăn nó chạy ngược. Quay ngược có thể làm hỏng động cơ hoặc tải, đặc biệt trong các ứng dụng như băng tải, bơm hoặc quạt. Rơle bảo vệ quay ngược có thể sử dụng các phương pháp khác nhau để cảm biến hướng quay, như:
Phát hiện thứ tự pha: Phương pháp này sử dụng rơle điện áp hoặc rơle watt để đo thứ tự pha của điện áp cung cấp. Nếu thứ tự pha bị đảo ngược, chỉ ra quay ngược, rơle ngắt mạch.
Phát hiện thứ tự âm: Phương pháp này sử dụng rơle dòng điện hoặc rơle công suất để đo thành phần thứ tự âm của dòng điện động cơ. Nếu thành phần thứ tự âm cao, chỉ ra quay ngược, rơle ngắt mạch.
Phát hiện tốc độ: Phương pháp này sử dụng cảm biến tốc độ hoặc tachometer để đo tốc độ của trục động cơ. Nếu tốc độ âm, chỉ ra quay ngược, rơle ngắt mạch.
Cách chọn thiết bị bảo vệ động cơ?
Việc chọn thiết bị bảo vệ động cơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như:
Loại và kích thước của động cơ
Đặc tính và định mức của động cơ
Loại và mức độ nghiêm trọng của các lỗi có thể xảy ra
Yêu cầu của NEC và các tiêu chuẩn khác
Chi phí và sẵn có của các thiết bị
Tiêu chuẩn NEC Mục 430 cung cấp các quy tắc và hướng dẫn chung để chọn thiết bị bảo vệ động cơ dựa trên các yếu tố này. Tuy nhiên, cũng rất quan trọng khi tham khảo khuyến nghị và thông số kỹ thuật của nhà sản xuất cho từng động cơ và thiết bị.
Một số bước chung để chọn thiết bị bảo vệ động cơ bao gồm:
Xác định dòng điện định mức (FLC) của động cơ từ nhãn mác hoặc từ Bảng 430.250 của NEC cho động cơ AC hoặc Bảng 430.251(B) cho động cơ DC.
Chọn thiết bị bảo vệ quá tải có thể xử lý ít nhất 115% FLC cho động cơ có hệ số dịch vụ 1.15 hoặc cao hơn hoặc có nhiệt độ tăng 40°C hoặc ít hơn; hoặc 125% FLC cho các động cơ khác. Thiết bị bảo vệ quá tải có thể là rơle quá tải nhiệt, rơle quá tải điện tử hoặc số, hoặc rơle bảo vệ chênh lệch, tùy thuộc vào loại và kích thước của động cơ.
Chọn thiết bị bảo vệ chập mạch và lỗi đất có thể xử lý ít nhất 150% FLC cho động cơ có hệ số dịch vụ 1.15 hoặc cao hơn hoặc có nhiệt độ tăng 40°C hoặc ít hơn; hoặc 175% FLC cho các động cơ khác. Thiết bị bảo vệ chập mạch và lỗi đất có thể là chì hoặc cầu dao, tùy thuộc vào loại và kích thước của động cơ.
Chọn thiết bị bảo vệ quay ngược nếu động cơ hoặc tải không thể chịu đựng quay ngược. Thiết bị bảo vệ quay ngược có thể là rơle phát hiện thứ tự pha, rơle phát hiện thứ tự âm, hoặc rơle phát hiện tốc độ, tùy thuộc vào loại và kích thước của động cơ.
Chọn kích thước dây dẫn cho mạch động cơ theo Bảng 310.15(B)(16) của NEC cho dây dẫn chung và Bảng 430.250 của NEC cho mạch nhánh động cơ. Dây dẫn nên có khả năng dẫn điện không ít hơn 125% FLC cho động cơ có hệ số dịch vụ 1.15 hoặc cao hơn hoặc có nhiệt độ tăng 40°C hoặc ít hơn; hoặc 115% FLC cho các động cơ khác.
Chọn các thiết bị và phương pháp phù hợp cho điều khiển, khởi động, dừng, điều chỉnh tốc độ và giao tiếp của động cơ theo loại và ứng dụng của động cơ.
Kết luận
Bảo vệ động cơ là một khía cạnh quan trọng của kỹ thuật điện, đảm bảo an toàn và hiệu quả của động cơ điện và mạch điện. Thiết bị bảo vệ động cơ được chọn dựa trên loại và kích thước của động cơ, loại và mức độ nghiêm trọng của các lỗi có thể xảy ra, yêu cầu của NEC và các tiêu chuẩn khác, và chi phí và sẵn có của các thiết bị. Thiết bị bảo vệ động cơ bao gồm chì, cầu dao, rơle quá tải, rơle bảo vệ chênh lệch, và rơle bảo vệ quay ngược. Thiết bị bảo vệ động cơ giám sát và kiểm soát các tham số như dòng điện, điện áp, nhiệt độ, tốc độ và mô-men xoắn để ngăn chặn hoặc giảm thiểu thiệt hại cho động cơ và mạch điện trong trường hợp có lỗi hoặc tình trạng bất thường.
Tuyên bố: Hãy tôn trọng bản gốc, các bài viết hay đáng được chia sẻ, nếu có vi phạm bản quyền vui lòng liên hệ để xóa.
