Protecció de sobrecàrrega tèrmica del motor
Per entendre la protecció de sobrecàrrega tèrmica del motor en un motor d'inducció, podem discutir el principi de funcionament del motor d'inducció trifàsic. Hi ha un estator cilíndric i una bobina trifàsica distribuïda simètricament a l'interior de l'estator. A causa d'aquesta distribució simètrica, quan s'aplica una alimentació trifàsica a la bobina de l'estator, es produeix un camp magnètic giratori. Aquest camp gira a velocitat síncrona. El rotor es crea principalment amb barres de cobre sòlides que estan encurtades als dos extrems formant una estructura de caixa de roedores. És per això que aquest motor també es coneix com a motor d'inducció de caixa de roders. De totes formes, anem al punt bàsic del motor d'inducció trifàsic - que ens ajudarà a entendre clarament la protecció de sobrecàrrega tèrmica del motor.
Com el flux magnètic giratori talla cada conductor de barra del rotor, hi haurà una corrent induïda que circula pels conductors de les barres. En iniciar-se, el rotor està parat i el camp de l'estator gira a velocitat síncrona, la velocitat relativa entre el camp giratori i el rotor és màxima. Per tant, la taxa de tall del flux amb les barres del rotor és màxima, i la corrent induïda és màxima en aquesta condició. Però, com la causa de la corrent induïda és aquesta velocitat relativa, el rotor intentarà reduir aquesta velocitat relativa i, per tant, començarà a girar en la direcció del camp magnètic giratori per assolir la velocitat síncrona. Tan aviat com el rotor arribi a la velocitat síncrona, aquesta velocitat relativa entre el rotor i el camp magnètic giratori es converteix en zero, i, per tant, no hi haurà cap tall addicional de flux ni, en conseqüència, cap corrent induïda en les barres del rotor. Com la corrent induïda es converteix en zero, no hi haurà més necessitat de mantenir aquesta velocitat relativa zero entre el rotor i el camp magnètic giratori, i, per tant, la velocitat del rotor disminuirà.
Tan aviat com la velocitat del rotor disminueix, la velocitat relativa entre el rotor i el camp magnètic giratori torna a adquirir un valor no zero, el qual torna a causar corrent induïda en les barres del rotor, i el rotor tornarà a intentar assolir la velocitat síncrona, i això continuarà fins que el motor s'apague. Degut a aquest fenomen, el rotor mai assolirà la velocitat síncrona, ni tampoc es pararà durant la operació normal. La diferència entre la velocitat síncrona i la velocitat del rotor respecte a la velocitat síncrona, es denomina lliscament del motor d'inducció.
El lliscament en un motor d'inducció en funcionament normal sol variar entre el 1% i el 3%, depenent de la condició de càrrega del motor. Ara intentarem dibuixar les característiques de velocitat-corrent del motor d'inducció - prenem com a exemple un gran ventilador de caldera.
En la característica, l'eix Y s'ha pres com a temps en segons, i l'eix X com a % de corrent de l'estator. Quan el rotor està parat, és a dir, en condició d'arrancada, el lliscament és màxim, per tant, la corrent induïda en el rotor és màxima, i degut a l'acció de transformació, l'estator també absorbirà una corrent elevada de l'alimentació, i serà al voltant del 600% de la corrent nominal de ple càrrega de l'estator. Com el rotor s'accelera, el lliscament disminueix, en conseqüència, la corrent del rotor, i per tant, la corrent de l'estator, disminueix fins al voltant del 500% de la corrent nominal de ple càrrega dins de 12 segons, quan la velocitat del rotor assolirà l'80% de la velocitat síncrona. Després, la corrent de l'estator disminueix ràpidament fins al valor nominal, quan el rotor arriba a la seva velocitat normal.
Ara discutirem sobre el sobrecàrrega tèrmica del motor elèctric o el problema de superescalfament del motor elèctric i la necessitat de protecció de sobrecàrrega tèrmica del motor.
Cada vegada que pensam en el superescalfament d'un motor, la primera cosa que ens ve a la ment és la sobrecàrrega. Degut a la sobrecàrrega mecànica, el motor absorbeix una corrent més elevada de l'alimentació, el que porta a un superescalfament excessiu del motor. El motor també pot superescalfar-se excessivament si el rotor queda bloquejat mecanicament, és a dir, esdevé estacionari per força externa mecànica. En aquesta situació, el motor absorbirà una corrent excessivament alta de l'alimentació, el que també porta a una sobrecàrrega tèrmica del motor elèctric o a un problema de superescalfament excessiu. Una altra causa de superescalfament és la tensió d'alimentació baixa. Com la potència absorbida pel motor de l'alimentació depèn de la condició de càrrega del motor, amb una tensió d'alimentació baixa, el motor absorbirà una corrent més elevada de la xarxa per mantenir el moment necessari. La monofase també provoca sobrecàrrega tèrmica del motor. Quan una fase de l'alimentació queda fora de servei, les dues fases restants absorben una corrent més elevada per mantenir el moment de càrrega necessari, i això porta al superescalfament del motor. La condició desequilibrada entre les tres fases de l'alimentació també provoca el superescalfament de la bobina del motor, ja que un sistema desequilibrat resulta en una corrent de seqüència negativa a la bobina de l'estator. Un altre cop, degut a la pèrdua súbita i reestabliment de la tensió d'alimentació, pot causar un superescalfament excessiu del motor. Ja que, degut a la pèrdua súbita de la tensió d'alimentació, el motor es desaccelera, i degut al reestabliment súbit de la tensió, el motor s'accelera per assolir la seva velocitat nominal, i per això, el motor absorbeix una corrent més elevada de l'alimentació.
Com la sobrecàrrega tèrmica o superescalfament del motor pot portar a l'aturada de l'isolant i al dañament de la bobina, per tant, per una protecció de sobrecàrrega tèrmica del motor adequada, el motor hauria de estar protegit contra les següents condicions
Sobrecàrrega mecànica,
Bloqueig del volant del motor,
Tensió d'alimentació baixa,
Monofase de l'alimentació,
Desbalanç de l'alimentació,
Pèrdua i reestabliment súbits de la tensió d'alimentació.
L'esquema de protecció més bàsic del motor és la protecció de sobrecàrrega tèrmica, que principalment cobreix la protecció de totes les condicions mencionades anteriorment. Per entendre el principi bàsic de la protecció de sobrecàrrega tèrmica, examinem l'esquema de control bàsic del motor.
En la figura superior, quan el botó START es tanca, la bobina de l'arrancador es carrega a través del transformador. Com la bobina de l'arrancador s'energitzada, els contactes normalment oberts (NO) 5 es tanquen, per tant, el motor rep la tensió d'alimentació a les seves bornes i comença a girar. Aquesta bobina d'arrancada també tanca el contacte 4, el que fa que la bobina de l'arrancador s'energitzada encara que el contacte del botó START es liberegi de la seva posició tancada. Per aturar el motor, hi ha diversos contactes normalment tancats (NC) en sèrie amb la bobina de l'arrancador, com es mostra a la figura. Un d'ells és el contacte del botó STOP. Si es pren el botó STOP, aquest contacte s'obre i treu la continuïtat del circuit de la bobina de l'arrancador, en conseqüència, la bobina de l'arrancador es desenergitzada. Per tant, els contactes 5 i 4 tornen a la seva posició normalment oberta. Llavors, en l'absència de tensió a les bornes del motor, aquest finalment deixarà de funcionar. De manera similar, qualsevol dels altres contactes NC (1, 2 i 3) connectats en sèrie amb la bobina de l'arrancador, si es tanquen, també aturaran el motor. Aquests contactes NC estan acoblats elèctricament amb diversos relés de protecció per aturar l'operació del motor en diferents condicions anòmal·les.
Mirem el relé de sobrecàrrega tèrmica i la seva funció en la protecció de sobrecàrrega tèrmica del motor.
Les segones de les CTs en sèrie amb el circuit d'alimentació del motor, estan connectades amb una fitxa bimetàlica del relé de sobrecàrrega tèrmica (49). Com es mostra a la figura inferior, quan la corrent a través de la segona de qualsevol de les CTs, supera els seus valors predeterminats durant un temps predeterminat, la fitxa bimetàlica es superescalfa i es deforma, el que finalment provoca que el relé 49 s'activi. Tan aviat com el relé 49 s'activa, els contactes NC 1 i 2 s'obre, el que desenergitzada la bobina de l'arrancador i, per tant, atura el motor.
Una altra cosa que hem de recordar durant la prestació de protecció de sobrecàrrega tèrmica del motor. En realitat, tot motor té un valor predeterminat de tolerància a la sobrecàrrega. Això significa que tot motor pot funcionar més enllà de la seva càrrega nominal per un període permès específic, depenent de la seva condició de càrrega. Quan un motor pot funcionar de forma segura per a una càrrega específica, es especifica pel fabricant. La relació entre les diferents càrregues en el motor i els períodes permisosos corresponents per fer-lo funcionar en condicions segures, es coneix com a corba límit tèrmic del motor. Mirem la corba d'un motor específic, mostrada a continuació.
Aquí, l'eix Y o vertical representa el temps permès en segons, i l'eix X o horitzontal representa el percentatge de sobrecàrrega. Aquí, és clar a partir de la corba que el motor pot funcionar de forma segura sense cap danys per superescalfament durant un període prolongat al 100% de la càrrega nominal. Pot funcionar de forma segura 1000 segons al 200% de la càrrega normal. Pot funcionar de forma segura 100 segons al 300% de la càrrega normal. Pot funcionar de forma segura 15 segons al 600% de la càrrega normal. La part superior de la corba representa la condició de funcionament normal del rotor, i la part inferior més baixa representa la condició de rotor bloquejat mecànica.
Ara, la corba de temps d'operació versus corrent d'actuació del relé de sobrecàrrega tèrmica triat hauria de trobar-se per sota de la corba límit tèrmic del motor per a una operació satisfactòria i segura. Discutim detalladament -
Recordem les característiques de la corrent d'arrancada del motor - Durant l'arrancada del motor d'inducció, la corrent de l'estator supera el 600% de la corrent nominal, però només dura 10 a 12 segons, després de la qual la corrent de l'estator disminueix ràpidament fins al valor nominal. Per tant, si el relé de sobrecàrrega tèrmica s'activa abans d'aquests 10 a 12 segons per una corrent del 600% de la corrent nominal, el motor no podrà arrancar. Per tant, es pot concloure que la corba de temps d'operació versus corrent d'actuació del relé de sobrecàrrega tèrmica triat hauria de trobar-se per sota de la corba límit tèrmic del motor, però per sobre de la corba de característiques de corrent d'arrancada del motor. La posició probable de les característiques del relé de corrent tèrmica està limitada per aquestes dues corbes, com es mostra a la gràfica per l'àrea ressaltada.
Una altra cosa que cal tenir en compte en la tria del relé de sobrecàrrega tèrmica. Aquest relé no és un relé instantani. Té un retard mínim en l'operació, ja que la fitxa bimetàlica requereix un temps mínim per escalfar-se i deformar-se per al valor màxim de corrent d'operació. A partir de la gràfica, es troba que el relé tèrmic s'activarà després de 25 a 30 segons si el rotor es bloqueja súbitament mecànicament o el motor falla en arrancar. En aquesta situació, el motor absorbirà una corrent enormement alta de l'alimentació. Si el motor no s'isol·la prontament, podrien ocórrer danys greus.
Aquest problema es supera proporcionant un relé de sobrecàrrega de temps i corrent amb un pick-up elevat. Les característiques de temps i corrent d'aquests relés de sobrecàrrega són triades de tal manera que, per a valors més baixos de sobrecàrrega, el relé no s'activarà ja que el relé de sobrecàrrega tèrmica s'activarà abans. Però, per a valors més elevats de sobrecàrrega i per a la condició de rotor bloquejat, el relé de sobrecàrrega de temps i corrent s'activarà en lloc del relé tèrmic, ja que el primer s'activarà molt abans que el segon.
Així, es proporcionen tant el relé de sobrecàrrega bimetàlica com el relé de sobrecàrrega de temps i corrent per a una protecció completa de sobrecàrrega tèrmica del motor.
Hi ha un inconvenient principal del relé de sobrecàrrega tèrmica bimetàlica, ja que la velocitat d'escalfament i refredament de la fitxa bimetàlica es veu afectada per la temperatura ambient, el rendiment del relé pot variar en diferents temperatures ambientals. Aquest problema es pot superar utilitzant un RTD o detector de temperatura de resistència. Els motors més grans i sofisticats es protegeixen contra la sobrecàrrega tèrmica de manera més precisa utilitzant un RTD. Dins de les ranures de l'estator, es col·loquen RTDs juntament amb la bobina de l'estator. La resistència del RTD canvia amb el canvi de temperatura, i aquest valor de resistència canviat es detecta mitjançant un pont de Wheatstone.
Aquest esquema de protecció de sobrecàrrega tèrmica del motor és molt simple. El RTD de l'estator s'utilitza com a un braç d'un pont de Wheatstone equilibrat. La quantitat de corrent que passa pel relé 49 depèn del grau de desequilibri del pont. Com la temperatura de la bobina de l'estator augmenta, la resistència elèctrica del detector augmenta, el que pertorba la condició equilibrada del pont. Com a resultat, la corrent comença a fluir a través del relé 49, i el relé s'activarà després d'un valor predeterminat d'aquesta corrent desequilibrada, i finalment, el contacte de l'arrancador s'obre per aturar l'alimentació al motor.
Declaració: Respecteu l'original, els bons articles mereixen ser compartits, si hi ha infracció contacteu per eliminar.
