Motor Thermal Overload Protection د موتور حرارتی افرازي حمایت

برای درک حفاظت از بار حرارتی موتور در موتور القایی، می‌توانیم اصول عملکرد موتور القایی سه فاز را بحث کنیم. یک استاتور استوانه‌ای وجود دارد و پیچک سه فاز به طور متقارن در محیط داخلی استاتور توزیع شده است. به دلیل این توزیع متقارن، وقتی تغذیه سه فاز به پیچک استاتور اعمال می‌شود، یک میدان مغناطیسی چرخان ایجاد می‌شود. این میدان با سرعت همزمان چرخان است. روتر در موتور القایی عمدتاً توسط میله‌های مسی جامد تشکیل می‌شود که در دو انتها به گونه‌ای کوتاه شده‌اند که ساختاری شبیه قفس تشکیل می‌دهند. به همین دلیل این موتور به عنوان موتور القایی قفسی نیز شناخته می‌شود. حال بازگردیم به نقطه اصلی موتور القایی سه فاز - که به ما کمک خواهد کرد تا به طور واضح در مورد حفاظت از بار حرارتی موتور درک کنیم.

با قطع هر یک از میله‌های روتر توسط میدان مغناطیسی چرخان، جریان حلقوی القایی در میله‌های روتر جریان می‌یابد. در زمان شروع، روتر ثابت است و میدان استاتور با سرعت همزمان چرخان است، حرکت نسبی بین میدان چرخان و روتر در حداکثر است.
بنابراین، نرخ قطع میدان با میله‌های روتر در حداکثر است، جریان القایی در این شرایط در حداکثر است. اما به دلیل جریان القایی، این سرعت نسبی است، روتر تلاش می‌کند تا این سرعت نسبی را کاهش دهد و بنابراین شروع به چرخش در جهت میدان مغناطیسی چرخان برای رسیدن به سرعت همزمان می‌کند. به محض اینکه روتر به سرعت همزمان برسد، این سرعت نسبی بین روتر و میدان مغناطیسی چرخان صفر می‌شود، بنابراین هیچ قطع میدان دیگری وجود ندارد و در نتیجه هیچ جریان القایی در میله‌های روتر وجود نخواهد داشت. با صفر شدن جریان القایی، هیچ نیازی برای حفظ سرعت نسبی صفر بین روتر و میدان مغناطیسی چرخان وجود ندارد و بنابراین سرعت روتر کاهش می‌یابد.

به محض کاهش سرعت روتر، سرعت نسبی بین روتر و میدان مغناطیسی چرخان دوباره مقدار غیرصفری به دست می‌آورد که مجدداً منجر به جریان القایی در میله‌های روتر می‌شود و روتر دوباره تلاش می‌کند تا سرعت همزمان را بدست آورد و این تا زمانی که موتور روشن باشد ادامه خواهد داشت. به دلیل این پدیده، روتر هرگز سرعت همزمان را نخواهد داشت و همچنین در طول عملیات عادی هرگز متوقف نخواهد شد. تفاوت بین سرعت همزمان و سرعت روتر نسبت به سرعت همزمان، اصطلاحاً "لغزش" موتور القایی نامیده می‌شود.

لغزش در یک موتور القایی عادی معمولاً از ۱٪ تا ۳٪ تغییر می‌کند بسته به شرایط بار موتور. حال تلاش خواهیم کرد خصوصیات سرعت-جریان موتور القایی را ترسیم کنیم - مثالی از مروارید بزرگ کتری.

در خصوصیات محور Y به عنوان زمان در ثانیه گرفته شده است، محور X به عنوان درصد جریان استاتور. وقتی روتر ثابت است، یعنی در شرایط شروع، لغزش حداکثر است بنابراین جریان القایی در روتر حداکثر است و به دلیل عمل تبدیل، استاتور نیز جریان سنگینی از تغذیه می‌گیرد و این مقدار حدود ۶۰۰٪ جریان استاتور حداکثر بار خواهد بود. با شتاب دادن روتر، لغزش کاهش می‌یابد، بنابراین جریان روتر و جریان استاتور به حدود ۵۰۰٪ جریان حداکثر بار در ۱۲ ثانیه کاهش می‌یابد وقتی سرعت روتر به ۸۰٪ سرعت همزمان می‌رسد. بعد از آن جریان استاتور به سرعت به مقدار اسمی کاهش می‌یابد وقتی روتر به سرعت عادی خود می‌رسد.

حال در مورد بار حرارتی موتور الکتریکی یا مشکل گرم شدن بیش از حد موتور الکتریکی و ضرورت حفاظت از بار حرارتی موتور صحبت خواهیم کرد.
هر زمان که در مورد گرم شدن موتور فکر می‌کنیم، اولین چیزی که در ذهن ما می‌آید بار بیش از حد است. به دلیل بار بیش از حد مکانیکی، موتور جریان بیشتری از تغذیه می‌گیرد که منجر به گرم شدن بیش از حد موتور می‌شود. موتور می‌تواند در صورت قفل شدن مکانیکی روتر، یعنی ثابت شدن به دلیل نیروی مکانیکی خارجی، نیز گرم شود. در این وضعیت، موتور جریان بسیار بالایی از تغذیه می‌گیرد که نیز منجر به بار حرارتی موتور یا مشکل گرم شدن بیش از حد می‌شود. دلیل دیگر گرم شدن ولتاژ تغذیه کم است. چون توان مصرفی موتور از تغذیه به شرایط بار موتور بستگی دارد، برای ولتاژ تغذیه کم، موتور جریان بیشتری از شبکه برای حفظ گشتاور مورد نیاز می‌گیرد. فاز تنها نیز بار حرارتی موتور می‌دهد. وقتی یک فاز از تغذیه خارج از خدمت است، دو فاز باقی مانده جریان بیشتری برای حفظ گشتاور مورد نیاز می‌گیرند و این منجر به گرم شدن موتور می‌شود. عدم تعادل بین سه فاز تغذیه نیز منجر به گرم شدن پیچک موتور می‌شود، زیرا سیستم نامتقارن منجر به جریان دنباله منفی در پیچک استاتور می‌شود. همچنین، به دلیل از دست دادن ناگهانی و بازگشت ولتاژ تغذیه می‌تواند گرم شدن بیش از حد موتور را ایجاد کند. چون به دلیل از دست دادن ناگهانی ولتاژ تغذیه، موتور کند می‌شود و به دلیل بازگشت ناگهانی ولتاژ، موتور شتاب می‌گیرد تا سرعت اسمی خود را بگیرد و بنابراین موتور جریان بیشتری از تغذیه می‌گیرد.

از آنجا که بار حرارتی یا گرم شدن بیش از حد موتور می‌تواند منجر به خرابی عایق و تلف پیچک شود، بنابراین برای حفاظت از بار حرارتی موتور مناسب، موتور باید در برابر شرایط زیر محافظت شود

1. بار بیش از حد مکانیکی،

2. قفل شدن محور موتور،

3. ولتاژ تغذیه کم،

4. فاز تنها در شبکه تغذیه،

5. عدم تعادل در شبکه تغذیه،

6. از دست دادن ناگهانی و بازسازی ولتاژ تغذیه.

پایه‌ای‌ترین طرح محافظتی موتور حفاظت از بار حرارتی است که عموماً شامل محافظت از تمام شرایط فوق می‌شود. برای درک اصول اساسی حفاظت از بار حرارتی، بیایید نمودار سیماتیک طرح کنترل موتور را بررسی کنیم.

در شکل فوق، وقتی دکمه شروع بسته شود، پیچک شروع انرژی می‌گیرد از طریق ترانسفورماتور. با انرژی گرفتن پیچک شروع، تماس‌های معمولاً باز (NO) ۵ بسته می‌شوند بنابراین موتور ولتاژ تغذیه در ترمینال‌های خود می‌گیرد و شروع به چرخش می‌کند. این پیچک شروع همچنین تماس ۴ را بسته می‌کند که پیچک شروع حتی در صورت باز شدن تماس دکمه شروع از حالت بسته، انرژی می‌گیرد. برای متوقف کردن موتور، چندین تماس معمولاً بسته (NC) در سری با پیچک شروع وجود دارد، همان‌طور که در شکل نشان داده شده است. یکی از آن‌ها تماس دکمه توقف است. اگر دکمه توقف فشار داده شود، این تماس باز می‌شود و پیوستگی مدار پیچک شروع را می‌شکند و بنابراین پیچک شروع بدون انرژی می‌شود. بنابراین تماس‌های ۵ و ۴ به حالت معمولاً باز خود بازمی‌گردند. سپس، در غیاب ولتاژ در ترمینال‌های موتور، موتور در نهایت متوقف می‌شود. به همین ترتیب، هر یک از تماس‌های NC (۱، ۲ و ۳) متصل به پیچک شروع اگر باز شوند، موتور را متوقف خواهند کرد. این تماس‌های NC به صورت الکتریکی با رله‌های مختلف محافظتی متصل شده‌اند تا عملیات موتور را در شرایط نامتعارف متوقف کنند.

بیایید به رله بار حرارتی و عملکرد آن در حفاظت از بار حرارتی موتور نگاهی بیندازیم.
ثانیه‌ای CT‌ها در سری با مدار تغذیه موتور، با نوار دو فلزی رله بار حرارتی (۴۹) متصل شده‌اند. همان‌طور که در شکل زیر نشان داده شده است، وقتی جریان از ثانیه‌ای هر یک از CT‌ها، مقادیر پیش‌بینی شده خود را برای یک مدت زمان مشخص عبور می‌کند، نوار دو فلزی گرم شده و تغییر شکل می‌دهد که در نهایت باعث عملکرد رله ۴۹ می‌شود. به محض عملکرد رله ۴۹، تماس‌های NC ۱ و ۲ باز می‌شوند که پیچک شروع را بدون انرژی می‌کند و بنابراین موتور متوقف می‌شود.

یک چیز دیگر که باید در حفاظت از بار حرارتی موتور به خاطر داشته باشیم. در واقع هر موتور دارای یک مقدار تحمل بار حرارتی مشخص است. این بدان معناست که هر موتور می‌تواند فراتر از بار اسمی خود برای یک دوره مجاز خاص بر اساس شرایط بار خود کار کند. چقدر زمان موتور می‌تواند به طور ایمن برای یک بار خاص کار کند توسط سازنده مشخص شده است. رابطه بین بارهای مختلف روی موتور و دوره‌های مجاز مربوطه برای کار کردن در شرایط ایمن به عنوان منحنی محدودیت حرارتی موتور شناخته می‌شود. بیایید به منحنی یک موتور خاص، در زیر نگاهی بیندازیم.

در اینجا محور Y یا محور عمودی زمان مجاز را در ثانیه و محور X یا محور افقی درصد بار بیش از حد را نشان می‌دهد. از این منحنی مشخص است که، موتور می‌تواند بدون هیچ آسیبی به دلیل گرم شدن برای دوره طولانی در ۱۰۰٪ بار اسمی کار کند. می‌تواند به طور ایمن ۱۰۰۰ ثانیه در ۲۰۰٪ بار اسمی کار کند. می‌تواند به طور ایمن ۱۰۰ ثانیه در ۳۰۰٪ بار اسمی کار کند. می‌تواند به طور ایمن ۱۵ ثانیه در ۶۰۰٪ بار اسمی کار کند. بخش بالایی منحنی شرایط کاری عادی روتر و بخش پایین‌ترین شرایط قفل شدن مکانیکی روتر را نشان می‌دهد.

حالا منحنی زمان عملکرد-جریان عملی رله بار حرارتی انتخاب شده باید زیر منحنی محدودیت حرارتی موتور برای عملکرد رضایت‌بخش و ایمن قرار گیرد. بیایید در مورد جزئیات بیشتری صحبت کنیم-

یادآوری خصوصیات جریان شروع موتور - در زمان شروع موتور القایی، جریان استاتور فراتر از ۶۰۰٪ جریان اسمی می‌رود اما فقط تا ۱۰ تا ۱۲ ثانیه می‌ماند و سپس جریان استاتور به مقدار اسمی خود سقوط می‌کند. بنابراین اگر رله بار حرارتی قبل از ۱۰ تا ۱۲ ثانیه برای جریان ۶۰۰٪ جریان اسمی عمل کند، موتور نمی‌تواند شروع شود. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که منحنی زمان عملکرد-جریان عملی رله بار حرارتی انتخاب شده باید زیر منحنی محدودیت حرارتی موتور قرار گیرد اما بالای منحنی خصوصیات جریان شروع موتور. موقعیت احتمالی خصوصیات رله جریان حرارتی توسط این دو منحنی محدود شده است، همان‌طور که در نمودار با منطقه مورد نظر نشان داده شده است.

یک چیز دیگر که باید در انتخاب رله بار حرارتی به خاطر داشته باشیم. این رله یک رله فوری نیست. دارای تأخیر حداقل در عملکرد است زیرا نوار دو فلزی نیاز به حداقل زمان برای گرم شدن و تغییر شکل برای بیشترین مقدار جریان عملی دارد. از نمودار مشخص می‌شود که رله حرارتی بعد از ۲۵ تا ۳۰ ثانیه عمل خواهد کرد اگر روتر به طور ناگهانی مکانیکی قفل شود یا موتور نتواند شروع شود. در این وضعیت موتور جریان بسیار زیادی از تغذیه می‌گیرد. اگر موتور زودتر جدا نشود، خسارت شدید ممکن است رخ دهد.

این مشکل با ارائه رله جریان زیاد با حداکثر پیک حل می‌شود. خصوصیات زمان-جریان این رله‌های جریان زیاد به گونه‌ای انتخاب شده‌اند که برای مقادیر کم بار بیش از حد، رله عمل نخواهد کرد زیرا رله بار حرارتی قبل از آن عمل خواهد کرد. اما برای مقادیر بیش از حد بالاتر و در شرایط قفل شدن روتر، رله جریان زیاد به جای رله حرارتی عمل خواهد کرد زیرا رله جریان زیاد قبل از رله حرارتی عمل خواهد کرد.
بنابراین هر دو رله بار حرارتی دو فلزی و رله جریان زیاد برای حفاظت کامل از بار حرارتی موتور ارائه شده‌اند.
یکی از معایب اصلی رله بار حرارتی دو فلزی این است که نرخ گرم شدن و سرد شدن دو فلز توسط دمای محیط تحت تأثیر قرار می‌گیرد، عملکرد رله ممکن است برای دماهای محیطی مختلف متفاوت باشد. این مشکل با استفاده از RTD یا دی