Proteksyon sa Sobrang Init sa Motor
Para mas makat-on sa motor thermal overload protection sa induction motor, mahimo nato ipahayag ang operasyon nga prinsipyo sa three phase induction motor. Adunay usa ka cylindrical stator ug ang three phase winding adunay simetrikong distribusyon sa interior nga periphery sa stator. Tungod kay simetrikong distribusyon, kapag naa ang three phase power supply sa stator winding, makakaprodukta og rotating magnetic field. Kini nga field mag-rotate sa synchronous speed. Ang rotor gikuhit sa induction motor pinaagi sa solid copper bars nga shorted sa duha ka dako pinaagi nga mogamit og cylinder cage-like structure. Kini ang rason kung unsaon kini gitawag og squirrel cage induction motor. Anyway, pagbalik ta sa basic point sa three phase induction motor – nga makatabang namo sa pagkakaintiha sa motor thermal overload protection.
Tungod sa rotating magnetic flux nga nag-cut sa bawat bar conductor sa rotor, adunay induced circulating current nga nag-flow sa bar conductors. Sa pagstart, ang rotor walay galaw ug ang stator field nag-rotate sa synchronous speed, ang relative motion tali sa rotating field ug rotor maximum. Kini nga resulta sa rate sa cuts sa flux sa rotor bars maximum, ang induced current maximum sa kondisyon. Apan tungod sa induced current mao ang relative speed, ang rotor mosulbad sa relative speed ug giya sa direksyon sa rotating magnetic field aron mapasabot sa synchronous speed. Tanang makarating sa synchronous speed, ang relative speed tali sa rotor ug rotating magnetic field zero, wala na unta induced current sa rotor bars. Tungod kay induced current zero, wala na unta need sa pagmaintain sa zero relative speed tali sa rotor ug rotating magnetic field, kini nga resulta sa rotor speed mubaba.
Tanang mubaba ang rotor speed, ang relative speed tali sa rotor ug rotating magnetic field makuha usab ang non-zero value nga resulta sa induced current sa rotor bars, ang rotor mosulbad sa synchronous speed ug mosugyot kini hangtod sa motor switch on. Tungod sa kini nga phenomenon, ang rotor dili makakapagsabot sa synchronous speed apan dili sad ma-stop sa normal operation. Ang difference tali sa synchronous speed ug rotor speed sa respeto sa synchronous speed, gitawag og slip sa induction motor.
Ang slip sa normal running induction motor tipikal nga vary from 1% to 3% depende sa loading condition sa motor. Ngayon, sugyoton nato ang speed current characteristics sa induction motor – let’s have an example of large boiler fan.
Sa characteristic, ang Y axis gikuha isip oras sa segundo, ang X axis gikuha isip % sa stator current. Kapag ang rotor walay galaw, ang slip maximum, kini nga resulta sa induced current sa rotor maximum ug tungod sa transformation action, ang stator mokukog og heavy current gikan sa supply ug mahimong 600% sa rated full load stator current. Tungod kay ang rotor nag-accelerate, ang slip mubaba, ang rotor current ug stator current mubaba sa 500% sa full load rated current sa 12 seconds kung ang rotor speed nakakita sa 80% sa synchronous speed. Pagkatapos, ang stator current mubaba sa rated value tungod kay ang rotor nakarating sa iyang normal speed.
Ngayon, sugyoton nato ang thermal over loading sa electrical motor o overheating problem sa electric motor ug ang necessity sa motor thermal overload protection.
Kapag nag-isip ta sa overheating sa motor, ang una nga butang naa sa atong utak mao ang over loading. Tungod kay mechanical over loading, ang motor kukog og higher current gikan sa supply nga resulta sa excessive overheating sa motor. Ang motor mohimo usab og excessive overheating kung ang rotor mechanically locked, i.e. nahimong stationary tungod sa external mechanical force. Sa kini nga sitwasyon, ang motor kukog og excessively high current gikan sa supply nga resulta sa thermal over loading sa electrical motor o excessive overheating problem. Ang lahi pang rason sa overheating mao ang low supply voltage. Tungod kay ang power kukog gikan sa motor sa supply depende sa loading condition sa motor, para sa lower supply voltage, ang motor kukog og higher current gikan sa mains aron mapabilin ang required torque. Single phasing mohimo usab og thermal over loading sa motor. Kapag ang usa ka phase sa supply walay serbisyo, ang natun-an duha ka phases kukog og higher current aron mapabilin ang required load torque ug kini resulta sa overheating sa motor. Unbalance condition tali sa three phases sa supply mohimo usab og overheating sa motor winding, tungod kay unbalance system resulta sa negative sequence current sa stator winding. Ug tungod sa sudden loss ug reestablishment sa supply voltage mohimo usab og excessive heating sa motor. Tungod kay sudden loss sa supply voltage, ang motor de-accelerated ug tungod sa sudden reestablishment sa voltage, ang motor accelerate aron mapasabot sa iyang rated speed ug kini resulta sa higher current gikan sa supply.
Tungod kay thermal over loading o overheating sa motor mohimo og insulation failure ug damage sa winding, kini kinahanglan sa proper motor thermal overload protection, ang motor kinahanglan protektahan kontra sa sumala nga kondisyon
Mechanical over loading,
Stalling sa motor shaft,
Low supply voltage,
Single phasing sa supply mains,
Unbalancing sa supply mains,
Sudden Loss ug rebuilding sa supply voltage.
Ang pinaka basic protection scheme sa motor mao ang thermal over load protection nga primary covers ang protection sa tanang nabanggit nga kondisyon. Aron mas makat-on sa basic principle sa thermal over load protection, sugyoton nato ang schematic diagram sa basic motor control scheme.
Sa figure sa itaas, kapag ang START push button closed, ang starter coil energized pinaagi sa transformer. Tungod kay ang starter coil energized, ang normally open (NO) contacts 5 closed, kini nga resulta sa motor gets supply voltage sa iyang terminal ug mohimo og rotate. Kini nga start coil mohimo usab og contact 4 nga close ang starter coil energized bisan ang START push button contact released gikan sa iyang close position. Aron stop ang motor, adunay daghang normally closed (NC) contacts in series sa starter coil sama sa figure. Usa niya ang STOP push button contact. Kapag ang STOP push button pressed, ang button contact opens ug breaks ang continuity sa starter coil circuit, kini nga resulta sa starter coil de-energized. Kini nga resulta sa contact 5 ug 4 mobalik sa ilang normally open position. Kini nga resulta, wala na unta voltage sa motor terminals, kini nga resulta sa motor stop running. Parehas niini, ang uban NC contacts (1, 2 ug 3) connected in series sa starter coil, kini nga resulta sa stop sa motor. Kini nga NC contacts electrically coupled sa uban nga protection relays aron stop operation sa motor sa uban nga abnormal conditions.
Sugyoton nato ang thermal over load relay ug ang iyang function sa motor thermal overload protection.
Ang secondary sa CTs in series sa motor supply circuit, connected sa bimetallic strip sa thermal over load relay (49). Sama sa figure sa ibaba, kapag ang current sa secondary sa CTs crosses it’s predetermined values for a predetermined time, ang bi-metallic strip overheated ug deform, kini nga resulta sa operate ang relay 49. Tanang operate ang relay 49, ang NC contacts 1 ug 2 opened, kini nga resulta sa de-energize ang starter coil ug stop ang motor.
Ang lahi pang butang naa sa atong memorya sa pagprovide sa motor thermal overload protection. Tanang motor adunay predetermined overload tolerance value. Kini nga means, ang motor mohimo og run beyond sa iyang rated load sa specific allowable period depende sa iyang loading condition. Pila ka oras ang motor mohimo og safe run para sa particular load, specified sa manufacturer. Ang relation tali sa different loads sa motor ug corresponding allowable periods para sa same run sa safe condition gitawag og thermal limit curve sa motor. Sugyoton nato ang curve sa particular motor, sama sa ibaba.
Hini, ang Y axis o vertical axis represents ang allowable time sa segundos ug ang X axis o horizontal axis represents ang percentage sa overload. Hini nga clear sa curve, ang motor mohimo og safe run wala pa damage tungod sa overheating sa prolonged period sa 100% sa rated load. Mohimo og safe 1000 segundos sa 200% sa normal rated load. Mohimo og safe 100 segundos sa 300% sa normal rated load. Mohimo og safe 15 segundos sa 600% sa normal rated load. Ang upper portion sa curve represents ang normal running condition sa rotor ug ang lower most portion represents ang mechanical locked condition sa rotor.
Karon ang operating time Vs actuating current curve sa chosen thermal over load relay dapat situated below sa thermal limit curve sa motor para satisfactory ug safe operation. Sugyoton nato ang more details-
Remember the characteristics of starting current of the motor – During start up of the induction motor, the stator current goes beyond 600% of normal rated current but it stays up to 10 to 12 seconds after that stator current suddenly falls to normal rated value. So if the thermal overload relay is operated before that 10 to 12 seconds for the current 600% of normal rated then the motor cannot be started. Hence, it can be concluded that the operating time Vs actuating current curve of the chosen thermal over load relay should be situated below the thermal limit curve of the motor but above the starting current characteristics curve of the motor. Probable position of the thermal current relay characteristics is bounded by these two said curves as shown in the graph by highlighted area.
Another thing has to be remembered during choosing of thermal overload relay. This relay is not an instantaneous relay. It has a minimum delay in operation as the bimetallic strip required a minimum time to be heated up and deformed for maximum value of operating current. From the graph it is found that the thermal relay will be operated after 25 to 30 seconds if either the rotor is suddenly mechanically blocked or motor is fail to start. At this situation the motor will draw a huge current from the supply. If the motor is not isolated sooner, severer damage may occur.
This problem is overcome by providing time over current relay with high pickup. The time current characteristics of these over current relays are so chosen that for lower value of over load, the relay will not operate since thermal overload relay will be actuated before it. But for higher value of overload and for blocked rotor condition time over load relay will be operated instead of thermal relay because former will actuate much before the latter.
Hence both the bimetallic over load relay and time over current relay are provided for complete motor thermal overload protection.
There is one main disadvantage of bimetallic thermal over load relay, as the rate of heating and cooling of bi-metal is affected by ambient temperature, the performance of the relay may differ for different ambient temperatures. This problem can be overcome by using RTD or resistance temperature detector. The bigger and more sophisticated motors are protected against thermal over load more accurately by using RTD. In stator slots, RTDs are placed along with stator winding. Resistance of the RTD changes with changing temperature and this changed resistive value is sensed by a Wheatstone bridge circuit.
This motor thermal overload protection scheme is very simple. RTD of stator is used as one arm of balanced Wheatstone bridge. The amount of current through the relay 49 depends upon the degree of unbalancing of the bridge. As the temperature of the stator winding is increased, the electrical resistance of the detector increases which disturbs the balanced condition of the bridge. As a result current start flowing through the relay 49 and the relay will be actuated after a predetermined value of this unbalanced current and ultimately starter contact will open to stop the supply to the motor.
Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
