حفاظ درجه حرارتی بیش از حد موتور

برای درک حفاظت حرارتی از بار زیاد موتور در موتور القایی، می‌توانیم اصول عملکرد موتور القایی سه فاز را بررسی کنیم. یک استاتور استوانه‌ای وجود دارد و پیچک سه فاز به طور متقارن در محیط داخلی استاتور توزیع شده است. به دلیل چنین توزیع متقارنی، هنگامی که منبع تغذیه سه فاز به پیچک استاتور اعمال می‌شود، یک میدان مغناطیسی چرخان ایجاد می‌شود. این میدان با سرعت همزمان چرخانه است. روتر در موتور القایی عمدتاً از نوارهای مسی جامد تشکیل شده است که در دو سر خود به گونه‌ای کوتاه شده‌اند که یک ساختار قفسی مانند ایجاد می‌کنند. به همین دلیل این موتور را موتور القایی قفسی نیز می‌نامند. حال بازگردیم به نقطه اصلی موتور القایی سه فاز - که به ما کمک خواهد کرد تا به طور واضح در مورد حفاظت حرارتی از بار زیاد موتور فهمیده شود.

هنگامی که میدان مغناطیسی چرخان هر یک از نوارهای روتر را قطع می‌کند، جریان القایی حلقه‌ای از طریق نوارهای روتر جریان می‌یابد. در لحظه شروع، روتر ساکن است و میدان استاتور با سرعت همزمان چرخانه است، بنابراین حرکت نسبی بین میدان چرخان و روتر به حداکثر می‌رسد.
بنابراین، نرخ قطع میدان با نوارهای روتر به حداکثر می‌رسد و جریان القایی در این شرایط به حداکثر می‌رسد. اما چون علت وجود جریان القایی، این سرعت نسبی است، روتر سعی خواهد کرد این سرعت نسبی را کاهش دهد و بنابراین شروع به چرخش در جهت میدان مغناطیسی چرخان برای رسیدن به سرعت همزمان می‌کند. همچنین هنگامی که روتر به سرعت همزمان می‌رسد، این سرعت نسبی بین روتر و میدان مغناطیسی چرخان به صفر می‌رسد، بنابراین هیچ قطع میدان دیگری وجود نخواهد داشت و در نتیجه هیچ جریان القایی در نوارهای روتر وجود نخواهد داشت. با صفر شدن جریان القایی، نیازی به حفظ سرعت نسبی صفر بین روتر و میدان مغناطیسی چرخان نخواهد بود و بنابراین سرعت روتر کاهش می‌یابد.

با کاهش سرعت روتر، سرعت نسبی بین روتر و میدان مغناطیسی چرخان دوباره یک مقدار غیر صفر می‌گیرد که باعث جریان القایی در نوارهای روتر می‌شود و روتر دوباره تلاش خواهد کرد تا به سرعت همزمان برسد و این وضعیت تا زمانی که موتور روشن است ادامه خواهد داشت. به دلیل این پدیده، روتر هرگز به سرعت همزمان نخواهد رسید و همچنین در طول عملکرد عادی هرگز متوقف نخواهد شد. تفاوت بین سرعت همزمان و سرعت روتر نسبت به سرعت همزمان، به عنوان لغزش موتور القایی شناخته می‌شود.

لغزش در یک موتور القایی در حال اجرا معمولاً از ۱٪ تا ۳٪ تغییر می‌کند که بستگی به شرایط بار موتور دارد. حالا تلاش می‌کنیم مشخصات سرعت-جریان موتور القایی را رسم کنیم - بیایید یک مثال از موتور بزرگ مروارید بخار را در نظر بگیریم.

در مشخصات، محور Y به ثانیه گرفته شده و محور X به درصد جریان استاتور. هنگامی که روتر ساکن است، یعنی در شرایط شروع، لغزش به حداکثر می‌رسد و بنابراین جریان القایی در روتر به حداکثر می‌رسد و به دلیل عملکرد تبدیل، استاتور نیز جریان سنگینی از منبع تغذیه می‌گیرد که حدود ۶۰۰٪ جریان استاتور نامی خواهد بود. با شتاب دادن روتر، لغزش کاهش می‌یابد و در نتیجه جریان روتر و جریان استاتور به حدود ۵۰۰٪ جریان نامی در ۱۲ ثانیه کاهش می‌یابد که سرعت روتر به ۸۰٪ سرعت همزمان می‌رسد. بعد از آن جریان استاتور به سرعت به مقدار نامی کاهش می‌یابد زیرا روتر به سرعت عادی خود می‌رسد.

حالا در مورد بار حرارتی زیاد موتور الکتریکی یا مشکل گرم شدن موتور الکتریکی و ضرورت حفاظت حرارتی از بار زیاد موتور صحبت می‌کنیم.
هر وقت در مورد گرم شدن موتور فکر می‌کنیم، اولین چیزی که به ذهن می‌رسد بار زیاد است. به دلیل بار مکانیکی زیاد، موتور جریان بیشتری از منبع تغذیه می‌گیرد که منجر به گرم شدن مفرط موتور می‌شود. موتور می‌تواند در صورت قفل شدن مکانیکی روتر، یعنی ساکن شدن روتر به دلیل نیروی مکانیکی خارجی، نیز گرم شود. در این شرایط موتور جریان بسیار زیادی از منبع تغذیه می‌گیرد که نیز منجر به بار حرارتی زیاد موتور یا مشکل گرم شدن مفرط می‌شود. دلیل دیگر گرم شدن ولتاژ تغذیه کم است. چون قدرت مصرفی موتور از منبع تغذیه بستگی به شرایط بار موتور دارد، برای ولتاژ تغذیه کم، موتور جریان بیشتری از شبکه برای حفظ گشتاور مورد نیاز می‌گیرد. عدم تعادل بین سه فاز تغذیه نیز می‌تواند بار حرارتی زیاد موتور را ایجاد کند. هنگامی که یک فاز از تغذیه خارج می‌شود، دو فاز باقی‌مانده 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 جریان منفی در پیچک استاتور می‌شود. همچنین، به دلیل از دست دادن ناگهانی و بازگشت ولتاژ تغذیه می‌تواند گرم شدن موتور را افزایش دهد. چون به دلیل از دست دادن ناگهانی ولتاژ تغذیه، موتور کند می‌شود و به دلیل بازگشت ناگهانی ولتاژ، موتور شتاب می‌گیرد تا به سرعت نامی خود برسد و بنابراین موتور جریان بیشتری از منبع تغذیه می‌گیرد.

به دلیل بار حرارتی زیاد یا گرم شدن موتور می‌تواند منجر به خرابی عایق و آسیب به پیچک شود، بنابراین برای حفاظت حرارتی از بار زیاد موتور، موتور باید در برابر شرایط زیر محافظت شود

1. بار مکانیکی زیاد،

2. قفل شدن محور موتور،

3. ولتاژ تغذیه کم،

4. قطع یک فاز از تغذیه،

5. عدم تعادل بین سه فاز تغذیه،

6. افت و بازگشت ناگهانی ولتاژ تغذیه.

پوشش اساسی‌ترین طرح حفاظتی موتور حفاظت حرارتی از بار زیاد است که اساساً شامل حفاظت از تمام شرایط ذکر شده است. برای درک اصول اساسی حفاظت حرارتی از بار زیاد، بیایید نمودار اسکیمیک کنترل اساسی موتور را بررسی کنیم.

در شکل بالا، هنگامی که دکمه شروع فشرده می‌شود، پیچک شروع به کار می‌کند از طریق ترانسفورماتور. با تحریک پیچک شروع، تماس‌های معمولاً باز (NO) شماره ۵ بسته می‌شوند و بنابراین موتور ولتاژ تغذیه را در دستگاه‌های خود دریافت می‌کند و شروع به چرخش می‌کند. این پیچک شروع همچنین تماس شماره ۴ را بسته که پیچک شروع را حتی در صورت آزاد شدن تماس دکمه شروع فعال می‌کند. برای متوقف کردن موتور، چندین تماس معمولاً بسته (NC) در سری با پیچک شروع وجود دارد، مانند شکل. یکی از آنها تماس دکمه توقف است. اگر دکمه توقف فشرده شود، این تماس باز می‌شود و پیوستگی مدار پیچک شروع را می‌شکند و بنابراین پیچک شروع غیرفعال می‌شود. بنابراین تماس‌های ۵ و ۴ به حالت معمولاً باز خود بازمی‌گردند. سپس، در غیاب ولتاژ در دستگاه‌های موتور، موتور به تدریج متوقف می‌شود. به طور مشابه، 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 رله‌های حفاظتی مختلف اتصال برقی دارند تا عملیات موتور را در شرایط ناهماهنگ متوقف کنند.

بیایید به رله بار حرارتی زیاد و عملکرد آن در حفاظت حرارتی از بار زیاد موتور نگاهی بیندازیم.
ثانویه CT‌ها در سری با مدار تغذیه موتور، به نوار دومتلی رله بار حرارتی زیاد (۴۹) متصل شده است. مانند شکل زیر، هنگامی که جریان از طریق ثانویه هر یک از CT‌ها، مقادیر تعیین شده خود را برای مدت زمان تعیین شده عبور می‌کند، نوار دومتلی گرم می‌شود و تغییر شکل می‌یابد که در نهایت باعث عملکرد رله ۴۹ می‌شود. همچنین که رله ۴۹ عمل می‌کند، تماس‌های NC شماره ۱ و ۲ باز می‌شوند که پیچک شروع را غیرفعال می‌کند و بنابراین موتور متوقف می‌شود.

یک نکته دیگر که باید در ارائه حفاظت حرارتی از بار زیاد موتور به یاد داشته باشیم. در واقع هر موتور دارای مقدار تحمل بار زیاد تعیین شده‌ای است. این بدان معناست که هر موتور می‌تواند برای مدت زمان مجاز خاصی از بار اسمی خود فراتر رود. چقدر موتور می‌تواند برای بار خاصی به طور ایمن کار کند توسط سازنده مشخص شده است. رابطه بین بارهای مختلف روی موتور و دوره‌های مجاز متناظر برای کار کردن آن در شرایط ایمن به منحنی حد حرارتی موتور اشاره دارد. بیایید به منحنی یک موتور خاص، در زیر نگاهی بیندازیم.

در اینجا محور Y یا محور عمودی زمان مجاز را در ثانیه نشان می‌دهد و محور X یا محور افقی درصد بار زیاد را نشان می‌دهد. در اینجا از منحنی مشخص است که موتور می‌تواند بدون هیچ آسیبی به دلیل گرم شدن برای مدت 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 وضعیت کاری عادی روتر را نشان می‌دهد و بخش پایینی‌ترین وضعیت قفل شدن مکانیکی روتر را نشان می‌دهد.

حالا منحنی زمان عملکرد-جریان فعال‌سازی رله بار حرارتی زیاد انتخاب شده باید زیر منحنی حد حرارتی موتور قرار گیرد برای عملکرد رضایت‌بخش و ایمن. بیایید بیشتر در مورد جزئیات صحبت کنیم-

ویژگی‌های جریان شروع موتور را به یاد داشته باشید - در زمان شروع موتور القایی، جریان استاتور از ۶۰۰٪ جریان نامی فراتر می‌رود اما فقط تا ۱۰ تا ۱۲ ثانیه پس از آن جریان استاتور به طور ناگهانی به مقدار نامی کاهش می‌یابد. بنابراین اگر رله بار حرارتی زیاد قبل از ۱۰ تا ۱۲ ثانیه برای جریان ۶۰۰٪ جریان نامی عمل کند، موتور شروع به کار نخواهد کرد. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که منحنی زمان عملکرد-جریان فعال‌سازی رله بار حرارتی زیاد انتخاب شده باید زیر منحنی حد حرارتی موتور قرار گیرد اما بالای منحنی ویژگی‌های جریان شروع موتور. موقعیت محتمل ویژگی‌های رله جریان حرارتی توسط این دو منحنی محدود شده است که در نمودار با ناحیه مورد نظر نشان داده شده است.

یک نکته دیگر که باید در انتخاب رله بار حرارتی زیاد به یاد داشته باشیم. این رله یک رله فوری نیست. دارای تأخیر حداقلی در عملکرد است زیرا نوار دومتلی به مدت حداقلی برای گرم شدن و تغییر شکل برای بیشترین مقدار جریان فعال‌سازی نیاز دارد. از نمودار مشخص می‌شود که رله حرارتی بعد از ۲۵ تا ۳۰ ثانیه عمل می‌کند اگر روتر به طور ناگهانی مکانیکی قفل شود یا موتور نتواند شروع به کار کند. در این وضعیت موتور جریان زیادی از منبع تغذیه می‌گیرد. اگر موتور به زودی جدا نشود، خسارات شدید ممکن است رخ دهد.

این مشکل با ارائه رله جریان زیاد با گرفتن بالا حل می‌شود. ویژگی‌های زمان-جریان این رله‌های جریان زیاد به گونه‌ای انتخاب می‌شوند که برای مقادیر کمتر بار زیاد، رله عمل نخواهد کرد زیرا رله بار حرارتی زیاد قبل از آن عمل می‌کند. اما برای مقادیر بالاتر بار زیاد 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 می‌کند.
بنابراین هم رله بار حرارتی زیاد دومتلی و هم رله جریان زیاد برای حفاظت کامل حرارتی از بار زیاد موتور ارائه می‌شوند.
یکی از نقص‌های اصلی رله بار حرارتی زیاد دومتلی این است که نر