Θερμική Προστασία Υπερφόρτωσης Μοτέρα
Για να κατανοήσουμε την προστασία από θερμική υπερφόρτωση σε μοτέρ περιγράψουμε τη λειτουργία του τριφασικού μοτέρ. Υπάρχει ένας κυλινδρικός στάτωρ και ένα τριφασικό πλέξιμο διανεμημένο συμμετρικά στην εσωτερική περιφέρεια του στάτωρ. Λόγω αυτής της συμμετρικής διανομής, όταν εφαρμοστεί τριφασική ενέργεια στο πλέξιμο του στάτωρ, παράγεται ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Αυτό το πεδίο περιστρέφεται με συγχρόνη ταχύτητα. Ο ρότωρ είναι δημιουργημένος κυρίως από στερεά κοπανιά από χαλκό, τα οποία είναι συνδεδεμένα στα δύο άκρα τους με τέτοιο τρόπο ώστε να σχηματίζουν μια κυλινδρική κατασκευή. Γι' αυτό αυτό το μοτέρ επίσης ονομάζεται "squirrel cage induction motor". Ας πάμε τώρα στο βασικό σημείο του τριφασικού μοτέρ - το οποίο θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε σαφώς την προστασία από θερμική υπερφόρτωση.
Όταν το περιστρεφόμενο μαγνητικό φλούξος κόβει κάθε συνδεδεμένη συνδεσμού του ρότωρ, θα υπάρξει μια περιοδική ροή ρεύματος που θα κυκλοφορεί μέσω των συνδεσμών. Στην έναρξη, ο ρότωρ είναι σταθερός και το πεδίο του στάτωρ περιστρέφεται με συγχρόνη ταχύτητα, η σχετική κίνηση μεταξύ του περιστρεφόμενου πεδίου και του ρότωρ είναι μέγιστη. Επομένως, η ταχύτητα των κοπών του φλούξου με τους συνδεσμούς του ρότωρ είναι μέγιστη, το επενδεδόμενο ρεύμα είναι μέγιστο σε αυτή τη συνθήκη. Ωστόσο, λόγω της επενδεδομένης ροής ρεύματος, ο ρότωρ θα προσπαθήσει να μειώσει αυτή τη σχετική ταχύτητα και έτσι θα ξεκινήσει να περιστρέφεται στην κατεύθυνση του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου για να επιτευχθεί η συγχρόνη ταχύτητα. Τη στιγμή που ο ρότωρ θα φτάσει στη συγχρόνη ταχύτητα, αυτή η σχετική ταχύτητα μεταξύ του ρότωρ και του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου γίνεται μηδέν, επομένως δεν θα υπάρξει περαιτέρω κοπή φλούξου και συνεπώς δεν θα υπάρξει επενδεδόμενο ρεύμα στους συνδεσμούς του ρότωρ. Καθώς το επενδεδόμενο ρεύμα γίνεται μηδέν, δεν θα υπάρχει περαιτέρω ανάγκη να διατηρείται μηδενική σχετική ταχύτητα μεταξύ του ρότωρ και του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου, οπότε η ταχύτητα του ρότωρ μειώνεται.
Μόλις η ταχύτητα του ρότωρ μειωθεί, η σχετική ταχύτητα μεταξύ του ρότωρ και του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου ξανά παίρνει μη μηδενική τιμή, η οποία ξανά προκαλεί επενδεδόμενο ρεύμα στους συνδεσμούς του ρότωρ, ο ρότωρ θα προσπαθήσει ξανά να επιτευχθεί η συγχρόνη ταχύτητα και αυτό θα συνεχιστεί μέχρι να απενεργοποιηθεί το μοτέρ. Λόγω αυτού του φαινομένου, ο ρότωρ δεν θα επιτευχθεί ποτέ η συγχρόνη ταχύτητα, ούτε θα σταματήσει να λειτουργεί κατά την κανονική λειτουργία. Η διαφορά μεταξύ της συγχρόνης ταχύτητας και της ταχύτητας του ρότωρ σε σχέση με τη συγχρόνη ταχύτητα, ονομάζεται slip (σλίπ) του μοτέρ.
Το slip σε ένα κανονικά λειτουργούντα μοτέρ συνήθως μεταβιβάζεται από 1% έως 3% ανάλογα με την φορτίαση του μοτέρ. Τώρα θα προσπαθήσουμε να σχεδιάσουμε τα χαρακτηριστικά ταχύτητα-ρεύμα του μοτέρ - ας πάρουμε ως παράδειγμα ένα μεγάλο μποϊλερ fan.
Στο χαρακτηριστικό, η Y άξονα έχει τον χρόνο σε δευτερόλεπτα, η X άξονα έχει το % του ρεύματος του στάτωρ. Όταν ο ρότωρ είναι σταθερός, δηλαδή σε συνθήκες έναρξης, το slip είναι μέγιστο, επομένως το επενδεδόμενο ρεύμα στον ρότωρ είναι μέγιστο και λόγω της μετατροπής, ο στάτωρ θα προσελκύσει ένα βαρύ ρεύμα από την εφοδιασμό, και θα είναι περίπου 600% του ρεύματος πλήρους φόρτου. Καθώς ο ρότωρ επιταχύνεται, το slip μειώνεται, συνεπώς το ρεύμα του ρότωρ και το ρεύμα του στάτωρ μειώνονται σε περίπου 500% του ρεύματος πλήρους φόρτου μέσα σε 12 δευτερόλεπτα όταν η ταχύτητα του ρότωρ φτάνει στο 80% της συγχρόνης ταχύτητας. Μετά από αυτό, το ρεύμα του στάτωρ μειώνεται γρήγορα στην προσδιορισμένη τιμή όταν ο ρότωρ φτάνει στην κανονική ταχύτητα.
Τώρα θα συζητήσουμε για την θερμική υπερφόρτωση του ηλεκτρικού μοτέρ ή το πρόβλημα υπερθέρμανσης του ηλεκτρικού μοτέρ και την ανάγκη για προστασία από θερμική υπερφόρτωση.
Όταν σκεφτόμαστε την υπερθέρμανση ενός μοτέρ, το πρώτο που έρχεται στο μυαλό μας είναι η υπερφόρτωση. Λόγω της μηχανικής υπερφόρτωσης του μοτέρ, αυτό παίρνει υψηλότερο ρεύμα από την εφοδιασμό, το οποίο οδηγεί σε υπερβολική υπερθέρμανση του μοτέρ. Το μοτέρ μπορεί επίσης να υπερθερμανθεί εάν ο ρότωρ είναι μηχανικά κλειδωμένος, δηλαδή γίνεται σταθερός από κάποια εξωτερική μηχανική δύναμη. Σε αυτή την κατάσταση, το μοτέρ θα παίρνει υψηλότερο ρεύμα από την εφοδιασμό, το οποίο οδηγεί σε θερμική υπερφόρτωση του μοτέρ ή υπερβολικό πρόβλημα υπερθέρμανσης. Ένα άλλο αίτιο υπερθέρμανσης είναι το χαμηλό ύψος τάσης. Επειδή η ενέργεια που παίρνει το μοτέρ από την εφοδιασμό εξαρτάται από την φορτίαση του μοτέρ, για χαμηλότερη τάση, το μοτέρ θα παίρνει υψηλότερο ρεύμα από την εφοδιασμό για να διατηρήσει την απαιτούμενη ροπή. Η μονοφάσια επίσης προκαλεί θερμική υπερφόρτωση του μοτέρ. Όταν μια φάση της εφοδιασμός είναι έξω από υπηρεσία, οι υπόλοιπες δύο φάσεις παίρνουν υψηλότερο ρεύμα για να διατηρήσουν την απαιτούμενη ροπή φόρτου και αυτό οδηγεί σε υπερθέρμανση του μοτέρ. Η ανισορροπία μεταξύ των τριών φάσεων της εφοδιασμός επίσης προκαλεί υπερθέρμανση του πλέξιμου του μοτέρ, καθώς η ανισορροπική σύστημα οδηγεί σε αρνητικό ακολουθικό ρεύμα στο πλέξιμο του στάτωρ. Ξανά, η απώλεια και η αναδημιουργία τάσης εφοδιασμός μπορεί να προκαλέσει υπερβολική θέρμανση του μοτέρ. Επειδή, λόγω της απώλειας τάσης εφοδιασμός, το μοτέρ επιβραδύνεται και λόγω της απότομης αναδημιουργίας τάσης, το μοτέρ επιταχύνεται για να επιτευχθεί την προσδιορισμένη ταχύτητα και, συνεπώς, για αυτό, το μοτέρ παίρνει υψηλότερο ρεύμα από την εφοδιασμό.
Επειδή η θερμική υπερφόρτωση ή η υπερθέρμανση του μοτέρ μπορεί να οδηγήσει σε παραβίαση της απομόνωσης και σε ζημία του πλέξιμου, για κατάλληλη προστασία από θερμική υπερφόρτωση, το μοτέρ πρέπει να προστατευτεί από τις εξής συνθήκες
Μηχανική υπερφόρτωση,
Κλειδώματος του ρότωρ,
Χαμηλή τάση εφοδιασμός,
Μονοφάσια του εφοδιασμός,
Ανισορροπία του εφοδιασμός,
Απώλεια και αναδημιουργία τάσης εφοδιασμός.
Η πιο βασική σχεδία προστασίας του μοτέρ είναι η θερμική υπερφόρτωση, η οποία κυρίως καλύπτει την προστασία όλων των παραπάνω συνθηκών. Για να κατανοήσουμε τη βασική αρχή της θερμικής υπερφόρτωσης, ας εξετάσουμε το σχηματικό διάγραμμα της βασικής σχεδίας ελέγχου του μοτέρ.
Στο παραπάνω σχήμα, όταν ο κουμπί START είναι κλειστό, το καταναλωτής ενεργοποιείται μέσω του μετατροπέα. Καθώς ο καταναλωτής ενεργοποιείται, οι κανονικά ανοιχτές (NO) επαφές 5 κλείνουν, οπότε το μοτέρ παίρνει τάση εφοδιασμός στα καταλήξεις του και ξεκινά να περιστρέφεται. Αυτός ο καταναλωτής επίσης κλείνει την επαφή 4, η οποία κάνει τον καταναλωτή να ενεργοποιείται ακόμη και όταν ο κουμπί START είναι απελευθερωμένο. Για να σταματήσει το μοτέρ, υπάρχουν αρκετές κανονικά κλειστές (NC) επαφές σε σειρά με τον καταναλωτή, όπως φαίνεται στο διάγραμμα. Μία από αυτές είναι η επαφή STOP. Εάν το κουμπί STOP πατηθεί, αυτή η επαφή ανοίγει και διακόπτει τη συνέχεια του καταναλωτή, συνεπώς κάνει τον καταναλωτή να εξανεμιστεί. Έτσι, οι επαφές 5 και 4 επιστρέφουν στην κανονικά ανοιχτή θέση. Στην απουσία τάσης στις καταλήξεις του μοτέρ, αυτό θα σταματήσει τελικά να λειτουργεί. Ομοίως, οποιαδήποτε από τις άλλες NC επαφές (1, 2 και 3) σε σειρά με τον καταναλωτή, εάν ανοίξει, θα σταματήσει επίσης το μοτέρ. Αυτές οι NC επαφές είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένες με διάφορα ρελέ προστασίας για να σταματήσει τη λειτουργία του μοτέρ σε διάφορες ανωμαλίες.
