Protección térmica de sobrecarga do motor

Para entender a protección térmica de sobrecarga do motor no motor de indución, podemos discutir o principio de funcionamento do motor de indución trifásico. Hai un estator cilíndrico e un enroscado trifásico distribuído simetricamente na periferia interna do estator. Debido a esta distribución simétrica, cando se aplica unha alimentación trifásica ao enroscado do estator, xérase un campo magnético rotatorio. Este campo rota a velocidade síncrona. O rotor no motor de indución está formado principalmente por barras de cobre sólidas que están acopladas aos dous extremos de xeito que forman unha estrutura tipo xaiola. É por iso que este motor tamén se denomina motor de indución de xaiola de esquilo. En calquera caso, volveamos ao punto básico do motor de indución trifásico - que nos axudará a entender claramente a protección térmica de sobrecarga do motor.

Ao cortar o fluxo magnético rotatorio cada un dos condutores de barra do rotor, xérase unha corrente circulante inducida que fluye a través dos condutores de barra. Ao iniciar, o rotor está parado e o campo do estator rota a velocidade síncrona, polo que a velocidade relativa entre o campo rotatorio e o rotor é máxima. Polo tanto, a taxa de corte do fluxo con as barras do rotor é máxima, sendo a corrente inducida máxima nesta condición. Pero como a causa da corrente inducida é esta velocidade relativa, o rotor tratará de reducir esta velocidade relativa e, polo tanto, comezará a rodar na dirección do campo magnético rotatorio para alcanzar a velocidade síncrona. Tan pronto como o rotor alcance a velocidade síncrona, esta velocidade relativa entre o rotor e o campo magnético rotatorio tornase cero, polo que non haverá ningún corte adicional de fluxo e, en consecuencia, non haverá corrente inducida nas barras do rotor. Como a corrente inducida é cero, non será necesario manter a velocidade relativa cero entre o rotor e o campo magnético rotatorio, polo que a velocidade do rotor diminuirá.

Tan pronto como a velocidade do rotor diminúa, a velocidade relativa entre o rotor e o campo magnético rotatorio adquire de novo un valor non nulo, que de novo causa corrente inducida nas barras do rotor, e o rotor intentará lograr a velocidade síncrona, e isto continuará ata que o motor se desligue. Debido a este fenómeno, o rotor nunca alcanzará a velocidade síncrona, nin tampouco parará durante a operación normal. A diferenza entre a velocidade síncrona e a velocidade do rotor en relación coa velocidade síncrona, denomínase deslizamento do motor de indución.

O deslizamento nun motor de indución en funcionamento normal xeralmente varía entre o 1% e o 3% dependendo da condición de carga do motor. Agora, intentaremos traçar as características de corrente e velocidade do motor de indución - tomemos como exemplo un gran ventilador de caldera.

Nas características, o eixo Y representa o tempo en segundos, e o eixo X representa o % da corrente do estator. Cando o rotor está parado, é dicir, na condición de arranque, o deslizamento é máximo, polo que a corrente inducida no rotor é máxima e, debido á acción de transformación, o estator tamén consumirá unha corrente elevada da alimentación, arredor do 600% da corrente nominal de plena carga do estator. A medida que o rotor se acelera, o deslizamento diminúe, en consecuencia, a corrente do rotor e, polo tanto, a corrente do estator cae a arredor do 500% da corrente nominal de plena carga dentro de 12 segundos cando a velocidade do rotor alcanza o 80% da velocidade síncrona. Despois diso, a corrente do estator cae rapidamente ao valor nominal a medida que o rotor alcanza a súa velocidade normal.

Agora discutiremos sobre a sobrecarga térmica do motor eléctrico ou o problema de sobreaquecemento do motor eléctrico e a necesidade de protección térmica de sobrecarga do motor.
Cando pensamos no sobreaquecemento dun motor, a primeira cousa que nos ve á mente é a sobrecarga. Debido á sobrecarga mecánica, o motor consume unha corrente maior da alimentación, o que leva a un sobreaquecemento excesivo do motor. O motor tamén pode sobreaquecerse excesivamente se o rotor está bloqueado mecanicamente, é dicir, se queda inmóbil por calquera forza mecánica externa. Nesta situación, o motor consumirá unha corrente excesivamente alta da alimentación, o que tamén leva a unha sobrecarga térmica do motor eléctrico ou a un problema de sobreaquecemento excesivo. Outra causa do sobreaquecemento é a baixa tensión de alimentación. Como a potencia consumida polo motor da alimentación depende da condición de carga do motor, para unha tensión de alimentación baixa, o motor consumirá unha corrente maior da rede para manter o par necesario. A fase única tamén causa sobrecarga térmica do motor. Cando unha das fases da alimentación está fora de servizo, as dúas fases restantes consumen unha corrente maior para manter o par necesario, o que leva ao sobreaquecemento do motor. A condición desequilibrada entre as tres fases da alimentación tamén causa o sobreaquecemento do enroscado do motor, xa que un sistema desequilibrado resulta en corrente de secuencia negativa no enroscado do estator. Ademais, a perda súbita e a reposición da tensión de alimentación tamén poden causar un sobreaquecemento excesivo do motor. Dado que a perda súbita da tensión de alimentación, o motor se desacelera e debido á reposición súbita da tensión, o motor se acelera para lograr a súa velocidade nominal, polo que o motor consumirá unha corrente maior da alimentación.

Como a sobrecarga térmica ou o sobreaquecemento do motor pode levar ao fallo do aislamento e ao danio do enroscado, polo tanto, para unha protección térmica de sobrecarga do motor adecuada, o motor debe protexerse contra as seguintes condicións

1. Sobrecarga mecánica,

2. Bloqueo do eixe do motor,

3. Baixa tensión de alimentación,

4. Fase única da alimentación,

5. Desequilibrio da alimentación,

6. Perda súbita e reconstrución da tensión de alimentación.

O esquema de protección máis básico do motor é a protección contra sobrecarga térmica, que primariamente cubre a protección de todas as condicións mencionadas anteriormente. Para entender o principio básico da protección contra sobrecarga térmica, examinemos o diagrama esquemático do esquema de control básico do motor.

No diagrama superior, cando o botón INICIAR está pechado, o bobinado do iniciador é energizado a través do transformador. Como o bobinado do iniciador está energizado, os contactos normalmente abertos (NA) 5 pechánse, polo que o motor recibe a tensión de alimentación nos seus terminais e comeza a rodar. Este bobinado de inicio tamén pecha o contacto 4, que mantén o bobinado do iniciador energizado mesmo despois de que o contacto do botón INICIAR sexa liberado da súa posición pechada. Para parar o motor, hai varios contactos normalmente pechados (NP) en serie co bobinado do iniciador, como se mostra no diagrama. Un deles é o contacto do botón PARAR. Se se preme o botón PARAR, este contacto abre e rompe a continuidade do circuito do bobinado do iniciador, consecuentemente desenergiza o bobinado do iniciador. Polo tanto, os contactos 5 e 4 volven á súa posición normalmente aberta. Entón, na ausencia de tensión nos terminais do motor, este acabará parando de rodar. De forma semellante, se calquera dos outros contactos NP (1, 2 e 3) conectados en serie co bobinado do iniciador abren, tamén parará o motor. Estes contactos NP están acoplados electricamente con diversos reles de protección para parar a operación do motor en diferentes condicións anormais.

Vexamos o rele de sobrecarga térmica e a súa función na protección contra sobrecarga térmica do motor.
A secundaria dos CTs en serie co circuito de alimentación do motor, están conectados cunha tira bimetálica do rele de sobrecarga térmica (49). Como se mostra no diagrama inferior, cando a corrente a través da secundaria de calquera dos CTs supera os seus valores predeterminados durante un tempo predeterminado, a tira bimetálica sobreaquece e deformase, o que finalmente causa o funcionamento do rele 49. Tan pronto como o rele 49 funciona, os contactos NP 1 e 2 abrénse, desenergizando o bobinado do iniciador e, polo tanto, parando o motor.

Outra cousa que temos que lembrar durante a provisión de protección térmica de sobrecarga do motor. Na realidade, cada motor ten un valor predeterminado de tolerancia de sobrecarga. Isto significa que cada motor pode funcionar máis aló da súa carga nominal durante un período permitido específico dependendo da súa condición de carga. Durante quanto tempo un motor pode funcionar de forma segura para unha carga particular está especificado polo fabricante. A relación entre diferentes cargas no motor e os períodos correspondentes permitidos para funcionar no mesmo en condicións seguras denomínase curva límite térmica do motor. Vexamos a curva dun motor particular, mostrada a continuación.

Aquí, o eixo Y ou vertical representa o tempo permitido en segundos, e o eixo X ou horizontal representa o porcentaxe de sobrecarga. Aquí está claro a partir da curva que, o motor pode funcionar de forma segura sen ningún dano debido ao sobreaquecemento durante un período prolongado ao 100% da carga nominal. Pode funcionar de forma segura 1000 segundos ao 200% da carga nominal. Pode funcionar de forma segura 100 segundos ao 300% da carga nominal. Pode funcionar de forma segura 15 segundos ao 600% da carga nominal. A parte superior da curva representa a condición de funcionamento normal do rotor e a parte máis baixa representa a condición de bloqueo mecánico do rotor.

Agora, a curva de tempo de funcionamento vs corrente de actuación do rele de sobrecarga térmica escollido debe situarse abaixo da curva límite térmica do motor para un funcionamento satisfactorio e seguro. Vexamos máis detalles:

Lembremos as características da corrente de arranque do motor - Durante o arranque do motor de indución, a corrente do estator sobrepasa o 600% da corrente nominal, pero permanece durante 10 a 12 segundos, despois a corrente do estator cae repentinamente ao valor nominal. Así que, se o rele de sobrecarga térmica opera antes de esos 10 a 12 segundos para a corrente do 600% da nominal, o motor non poderá arrancar. Polo tanto, pódese concluir que a curva de tempo de funcionamento vs corrente de actuación do rele de sobrecarga térmica escollido debe situarse abaixo da curva límite térmica do motor, pero por encima da curva de características de corrente de arranque do motor. A posición probable das características do rele de corrente térmica está limitada por estas dúas curvas mencionadas, como se mostra no gráfico pola área resaltada.

Outra cousa que debe terse en conta ao escoller o rele de sobrecarga térmica. Este rele non é un rele instantáneo. Ten un retardo mínimo en su funcionamento, xa que a tira bimetálica require un tempo mínimo para aquecerse e deformarse para o valor máximo de corrente de funcionamento. Do gráfico inférrese que o rele térmico funcionará despois de 25 a 30 segundos se o rotor se bloquea súbitamente ou se o motor falla ao arrancar. Nesta situación, o motor consumirá unha corrente enorme da alimentación. Se o motor non se aisla antes, pode ocorrer un dano severo.

Este problema resólvese proporcionando un rele de corrente e tempo con alto punto de partida. As características de corrente e tempo destes reles de corrente son tales que, para valores baixos de sobrecarga, o rele non funcionará xa que o rele de sobrecarga térmica actuará antes. Pero para valores altos de sobrecarga e para a condición de rotor bloqueado, o rele de corrente e tempo funcionará en lugar do rele térmico porque o primeiro actuará moito antes que o segundo.
Polo tanto, ambos, o rele de sobrecarga bimetálico e o rele de corrente e tempo, deben proporcionarse para unha protección completa contra a sobrecarga térmica do motor.
Hai unha desvantaxe principal do rele de sobrecarga térmica bimetálico, xa que a taxa de aquecimento e refrixeramento da bimetal está afectada pola temperatura ambiente, o rendemento do rele pode diferir para diferentes temperaturas ambientais. Este problema pódese resolver utilizando un RTD ou detector de temperatura resistiva. Os motores maiores e máis sofisticados protégense contra a sobrecarga térmica de maneira máis precisa utilizando un RTD. Nos ranuras do estator, colócanse RTDs xunto co enroscado do estator. A resistencia do RTD cambia con a temperatura e este valor resistivo cambiado é detectado por un circuito de ponte Wheatstone.
Este esquema de protección contra a sobrecarga térmica do motor é moi simple. O RTD do estator úsase como un brazo da ponte Wheatstone equilibrada. A cantidade de corrente a través do rele 49 depende do grao de desequilibrio da ponte. A medida que a temperatura do enroscado do estator aumenta, a resistencia eléctrica do detector aumenta, perturbando a condición equilibrada da ponte. Como resultado, a corrente comeza a fluir a través do rele 49 e o rele actuará despois dun valor predeterminado desta corrente desequilibrada, e finalmente o contacto do iniciador abrirase para interromper a alimentación ao motor.

Declaración: Respetar o original, artigos bons mérito ser compartidos, se hai infracción por favor contactar para eliminar.