Motorvarmes Overbelastningsbeskyttelse
For at forstå motorvarmeoverbelastningsbeskyttelse i induktionsmotor kan vi diskutere arbejdsmetoden for trefase-induktionsmotor. Der findes en cylindrisk stator og et trefasewinding, der er symmetrisk fordelt langs den indre periferi af statoren. På grund af denne symmetriske fordeling produceres en roterende magnetfelt, når der anvendes trefase strømforsyning til statorwindingen. Dette felt roterer med synkronhastighed. Røret i induktionsmotoren dannes hovedsageligt af faste kobberstænger, der er kortsluttet på begge ender, så de danner en kageagtig struktur. Derfor kaldes denne motor også ekornkageinduktionsmotor. Lad os nu komme til det grundlæggende punkt for trefase-induktionsmotor - som vil hjælpe os med at forstå motorvarmeoverbelastningsbeskyttelse.
Når det roterende magnetfelt krydser hver af rørets lederstænger, vil der være en induceret cirkulerende strøm, der løber gennem lederstængerne. Ved start er røret stillestående, og statorfeltet roterer med synkronhastighed, så den relative bevægelse mellem det roterende felt og røret er maksimal. Derfor er hastigheden, hvormed feltet krydser rørets stænger, maksimal, og den inducerede strøm er maksimal under disse forhold. Men da årsagen til den inducerede strøm er denne relative hastighed, vil røret forsøge at reducere denne relative hastighed og dermed begynde at rotere i retningen af det roterende magnetfelt for at nå synkronhastighed. Når røret når synkronhastighed, bliver denne relative hastighed mellem røret og det roterende magnetfelt nul, så der ikke vil være yderligere feltkryds og dermed ingen induceret strøm i rørets stænger. Da den inducerede strøm bliver nul, vil der ikke være behov for at opretholde nul relativ hastighed mellem røret og det roterende magnetfelt, så rørets hastighed falder.
Når rørets hastighed falder, opnår den relative hastighed mellem røret og det roterende magnetfelt igen en ikke-nul værdi, hvilket igen forårsager en induceret strøm i rørets stænger, og røret vil igen prøve at nå synkronhastighed, og dette vil fortsætte, mens motoren er tændt. På grund af dette fænomen vil røret aldrig nå synkronhastighed, og det vil heller ikke stoppe med at køre under normal drift. Forskellen mellem synkronhastighed og rørets hastighed i forhold til synkronhastighed, kaldes slip for induktionsmotoren.
Slip i en normalt kørende induktionsmotor varierer typisk fra 1% til 3% afhængigt af motorens belastningsforhold. Nu vil vi prøve at tegne hastigheds-strøm karakteristikker for induktionsmotoren - lad os tage et eksempel på en stor ketelfan.
I karakteristikken er Y-aksen taget som tid i sekunder, X-aksen er taget som % af statorstrøm. Når røret er stillestående, altså ved startforhold, er slip maksimal, så den inducerede strøm i røret er maksimal, og pga. transformationsvirksomhed vil stator også trække en tung strøm fra forsyningsnettet, og den vil være omkring 600 % af den nominerede fuldlaststrøm for stator. Som røret bliver accelereret, reduceres slip, og dermed falder rørets strøm, og statorstrømmen falder til omkring 500 % af den nominerede fuldlaststrøm inden for 12 sekunder, når rørets hastighed når 80% af synkronhastighed. Efter det falder statorstrømmen hurtigt til den nominerede værdi, da røret når sin normale hastighed.
Nu vil vi diskutere termisk overbelastning af elektrisk motor eller overophedelsesproblem for elektrisk motor og nødvendigheden af motorvarmeoverbelastningsbeskyttelse.
Når vi tænker på overophedelsen af en motor, er det første, der kommer i tankerne, overbelastning. På grund af mekanisk overbelastning trækker motoren højere strøm fra forsyningsnettet, hvilket fører til overdrevet overophedelse af motoren. Motoren kan også blive overdrevet overophedet, hvis røret er mekanisk låst, dvs. bliver stillestående af en ekstern mekanisk kraft. I denne situation vil motoren trække ekstremt høj strøm fra forsyningsnettet, hvilket også fører til termisk overbelastning af elektrisk motor eller overdrevet overophedelsesproblem. En anden årsag til overophedelse er lav forsyningsstrøm. Da effekten, som motoren trækker fra forsyningsnettet, afhænger af motorens belastningsforhold, vil motoren trække højere strøm fra nettet for at opretholde den påkrævede drejmoment, hvis forsyningsstrømmen er lav. Enfasebetjening forårsager også termisk overbelastning af motor. Når en fase af forsyningsnettet er ude af drift, trækker de resterende to faser højere strøm for at opretholde den påkrævede lastdrejmoment, og dette fører til overophedelse af motoren. Ubalance mellem de tre faser af forsyningsnettet forårsager også overophedelse af motorens vindinger, da et ubalanceret system resulterer i negativ sekvensstrøm i statorvindingen. Igen kan pludselig tab og genoprettelse af forsyningsstrøm forårsage overdrevet overophedelse af motoren. Da pludselig tab af forsyningsstrøm deaccelererer motoren, og pludselig genoprettelse af spænding accelererer motoren for at nå dens nominerede hastighed, vil motoren trække højere strøm fra forsyningsnettet.
Da termisk overbelastning eller overophedelse af motoren kan føre til isoleringsfejl og skade på vindinger, bør motoren beskyttes mod følgende forhold for korrekt motorvarmeoverbelastningsbeskyttelse,
Mekanisk overbelastning,
Stop af motorskaft,
Lav forsyningsstrøm,
Enfasebetjening af forsyningsnettet,
Ubalance i forsyningsnettet,
Pludselig tab og genopbygning af forsyningsstrøm.
Den mest grundlæggende beskyttelsesordning for motoren er termisk overbelastningsbeskyttelse, som primært dækker beskyttelsen af alle de ovennævnte forhold. For at forstå den grundlæggende princips for termisk overbelastningsbeskyttelse, lad os se på skematikken af den grundlæggende motorstyringsskema.
I figuren ovenfor, når START-knap er lukket, er starterbobinen energiseret gennem transformator. Da starterbobinen er energiseret, lukkes normalt åbne (NO) kontakter 5, så motoren får forsyningsstrøm på sine terminaler, og den begynder at rotere. Denne startbobine lukker også kontakt 4, hvilket gør, at starterbobinen er energiseret, selvom START-knapkontakten frigives fra sin lukket position. For at stoppe motoren er der flere normalt lukkede (NC) kontakter i serie med starterbobinen, som vist i figuren. En af dem er STOP-knapkontakt. Hvis STOP-knap trykkes, åbnes denne knapkontakt og brudker kontinuiteten i starterbobincirklen, hvilket gør, at starterbobinen er de-energiseret. Så kommer kontakter 5 og 4 tilbage til deres normalt åbne position. Så, i mangel af spænding på motorens terminaler, vil den sidestoppe med at køre. Ligeledes, hvis enhver af de andre NC-kontakter (1, 2 og 3), der er forbundet i serie med starterbobinen, åbnes, vil det også stoppe motoren. Disse NC-kontakter er elektrisk koblet til forskellige beskyttelsesrelæer for at stoppe motorens drift under forskellige abnormale forhold.
Lad os se på termisk overbelastningsrelæet og dets funktion i motorvarmeoverbelastningsbeskyttelse.
Sekundæren af CT'erne i serie med motorens forsyningscirkel, er forbundet med en bimetallstrip i termisk overbelastningsrelæet (49). Som vist i figuren nedenfor, når strømen gennem sekundæren af nogen af CT'erne overstiger dets forudbestemte værdier i en forudbestemt periode, overophedes bimetallstripen, og den deformeres, hvilket i sidste ende får relæ 49 til at virke. Så snart relæ 49 virker, åbnes NC-kontakterne 1 og 2, hvilket de-energiserer starterbobinen og dermed stopper motoren.
En anden ting, vi skal huske under udformning af motorvarmeoverbelastningsbeskyttelse. Faktisk har hver motor en forudbestemt overbelastningstoleranceværdi. Det betyder, at hver motor kan køre ud over sin nominerede last i en bestemt tilladelig periode, afhængigt af dens belastningsforhold. Hvordan lang tid en motor kan køre sikkert for en bestemt last, er angivet af producenten. Forholdet mellem forskellige laster på motor og de tilsvarende tilladelige perioder for at køre den samme i sikker tilstand, refereres som motorens termiske grænsekurve. Lad os se på kurven for en bestemt motor, som vises nedenfor.
Her repræsenterer Y-aksen eller lodrette akse den tilladelige tid i sekunder, og X-aksen eller vandrette akse repræsenterer procentdelen af overbelastning. Her er det klart fra kurven, at motoren kan køre sikkert uden skade som følge af overophedelse i en lang periode ved 100% af den nominerede last. Den kan køre sikkert 1000 sekunder ved 200 % af den normale nominerede last. Den kan køre sikkert 100 sekunder ved 300 % af den normale nominerede last. Den kan køre sikkert 15 sekunder ved 600% af den normale nominerede last. Øverste del af kurven repræsenterer den normale kørende tilstand for røret, og den nedreste del repræsenterer den mekanisk låste tilstand for røret.
Nu skal den valgte termiske overbelastningsrelæs driftstids-vs-handlingsstrømkurve være placeret under motorens termiske grænsekurve for tilfredsstillende og sikker drift. Lad os have en diskussion om flere detaljer-
Husk på motorens startstrøm karakteristikker - Under start af induktionsmotoren går statorstrømmen ud over 600 % af den normale nominerede strøm, men den bliver kun i 10 til 12 sekunder, efter hvilket statorstrømmen pludselig falder til den normale nominerede værdi. Så hvis termisk overbelastningsrelæet aktiveres, inden disse 10 til 12 sekunder for strømmen 600 % af den normale nominerede, vil motoren ikke kunne starte. Derfor kan det konkluderes, at driftstid-vs-handlingsstrømkurven for det valgte termiske overbelastningsrelæ skal være placeret under motorens termiske grænsekurve, men over motorens startstrøm karakteristikker. Den sandsynlige position af termisk relæ karakteristikker er begrænset af disse to nævnte kurver, som vist i grafen ved fremhævet område.
En anden ting, der skal huskes under valg af termisk overbelastningsrelæ. Dette relæ er ikke et øjeblikkeligt relæ. Det har en minimumsforsinkelse i drift, da bimetallstripen kræver en minimumstid for at blive opvarmet og deformeres for maksimumsværdien af handlingsstrøm. Fra grafen ses, at det termiske relæ vil virke efter 25 til 30 sekunder, hvis enten røret pludselig blokeres mekanisk, eller hvis motoren ikke kan starte. I denne situation vil motoren trække en enorm strøm fra forsyningsnettet. Hvis motoren ikke isoleres hurtigt, kan der forekomme alvorlig skade.
Dette problem løses ved at installere en tids-overbelastningsrelæ med høj optagelsesstrøm. Tids-strøm karakteristikkerne for disse overbelastningsrelæer er så valgt, at for lavere værdi af overbelastning, vil relæet ikke virke, da termisk overbelastningsrelæ vil aktiveres før det. Men for højere værdi af overbelastning og for blokeret rotorforhold vil tids-overbelastningsrelæ virke i stedet for termisk relæ, da det sidste vil aktiveres meget før det første.
Derfor er både bimetallisk overbelastningsrelæ og tids-overbelastningsrelæ installeret for komplet motorvarmeoverbelastningsbeskyttelse.
Der er en hovednade ved bimetallisk termisk overbelastningsrelæ, da opvarmnings- og afkølingshastigheden af bimetallet påvirkes af omgivende temperatur, kan relæets ydeevne variere for forskellige omgivende temperaturer. Dette problem kan løses ved at bruge RTD eller resistansetemperatursensor. De større og mere avancerede motorer beskyttes mere præcist mod termisk overbelastning ved hjælp af RTD. I statorpladsene placeres RTD sammen med statorvindingen. Resistansen af RTD ændres med ændring af temperatur, og denne ændrede resistive værdi registreres af en Wheatstonebrokreds.
Dette motorvarmeoverbelastningsbeskyttelsessystem er meget enkelt. RTD for statoren bruges som en arm af en balanceret Wheatstone-brokreds. Mængden af strøm gennem relæ 49 afhænger af graden af ubalancering af broen. Når temperaturen af statorvindingen stiger, stiger den elektriske resistens af sensor, hvilket forstyrrer den balancerede tilstand af broen. Som resultat begynder strøm at løbe gennem relæ 49, og relæet vil aktiveres efter en forudbestemt værdi af denne ubalancerede strøm, og sidst vil starterkontakten åbnes for at stoppe forsyningsstrømmen til motoren.
Erklæring: Respekter originaliteten, godt indhold fortjener at deles, hvis der er overskridelse af rettigheder kontakt os for sletning.
