Motor hőtúlterhelési védelem
A motor hőtérkézi túlterhelési védelem megértéséhez az indukciós motor működési elvét kell megbeszélnünk. Van egy hengeres státor és egy háromfázisú tekercs, amely szimmetrikusan eloszlódnak a státor belső kerületén. Ez a szimmetrikus elhelyezkedés miatt, amikor háromfázisú tápegység csatlakoztatva van a státor tekercsére, egy forgó mágneses mező jön létre. Ez a mező szinkron sebességgel forog. A rotor az indukciós motorban főleg szilárd rézszálakkal készül, amelyek mindkét végén összezártak úgy, hogy hengeres rács szerű szerkezetet alkotnak. Ezért nevezik ezt a motort nyúlrács indukciós motoronak is. Jöjjünk tehát a háromfázisú indukciós motor alapvető pontjaihoz - amelyek segítenek a motor hőtérkézi túlterhelési védelem megértésében.
Ahogy a forgó mágneses fluktuáció átszívja a rotor minden rudat, egy indított cirkuláris áram folyik át a rúdszálakon. Kezdésnél a rotor állományban van, a státor mező pedig szinkron sebességgel forog, így a relatív mozgás a forgó mező és a rotor között maximális. Tehát a fluktuáció átszívása a rotor rudakkal szemben is maximális, a feltoltott áram ez esetben is maximális. De mivel a feltoltott áram oka ennek a relatív sebességnek, a rotor megpróbálja csökkenteni ezt a relatív sebességet, és így kezd forogni a forgó mágneses mező irányába, hogy elérje a szinkron sebességet. Amint a rotor eléri a szinkron sebességet, a relatív sebesség a rotor és a forgó mágneses mező között nullává válik, tehát nincs további fluktuáció átszívása, és emiatt nincs további feltoltott áram a rotor rudakban. Mivel a feltoltott áram nulla, nincs további szükség a rotor és a forgó mágneses mező közötti nullára, ezért a rotor sebessége csökken.
Amint a rotor sebessége csökken, a rotor és a forgó mágneses mező közötti relatív sebesség újra nem nulla értéket vesz fel, ami újra feltoltott áramot okoz a rotor rudakban, majd a rotor újra megpróbálja elérni a szinkron sebességet, és ez addig folytatódik, amíg a motor be van kapcsolva. Ennek eredményeként a rotor soha nem éri el a szinkron sebességet, de semmilyen normál működés során nem áll meg. A szinkron sebesség és a rotor sebessége közötti különbség, a szinkron sebességre vonatkoztatva, az indukciós motor csúszásának nevezzük.
Egy normálisan működő indukciós motor csúszása általában 1% és 3% között változik, attól függően, hogy milyen terhelés alatt van a motor. Most próbáljunk rajzolni a motor sebesség-áram jellemzőit - vegyünk például egy nagy kazán szellőgépet.
A jellemző Y tengelye másodpercben adja meg az időt, X tengelye pedig a státor áramának %-át. Amikor a rotor állományban van, azaz indításkor, a csúszás maximális, így a rotorban feltoltott áram is maximális, és a transzformáció hatására a státor is nagy áramot von le a tápegységből, ami körülbelül 600%-a lehet a teljes terhelés mellett megadott státor áramnak. Ahogy a rotor gyorsul, a csúszás csökken, így a rotor áram, és a státor áram is, körülbelül 500%-ra csökken a teljes terhelés mellett megadott áramból 12 másodperc alatt, amikor a rotor sebessége eléri a szinkron sebesség 80%-át. Ezt követően a státor áram gyorsan esik a megadott értékre, ahogy a rotor eléri a normál sebességét.
Most beszéljünk a motor hőtérkézi túlterhelésről vagy a motor túlmelegedési problémájáról, valamint a motor hőtérkézi túlterhelési védelem szükségességéről.
A motor túlmelegedésekor az első, ami eszembe jut, a túlterhelés. A motor mechanikai túlterhelése miatt a motor nagyobb áramot von le a tápegységből, ami súlyos túlmelegedéshez vezethet. Ha a rotor mechanikusan zárolódik, azaz bármilyen külső mechanikai erővel állományban marad, a motor nagyon nagy áramot von le a tápegységből, ami ismét motor hőtérkézi túlterheléshez vagy túlmelegedési problémához vezethet. A túlmelegedés egy másik oka a alacsony tápegység. Mivel a motor által levont teljesítmény a motor terhelésétől függ, alacsony tápegység mellett a motor nagyobb áramot von le a hálózatból, hogy a szükséges nyomatékot fenntartsa. Az egyfázis viszonylagos hiány is okozhat motor hőtérkézi túlterhelést. Ha a tápegység egy fázisa ki van kapcsolva, a maradék két fázis nagyobb áramot von le, hogy a szükséges terhelési nyomatékot fenntartsa, ami a motor túlmelegedéséhez vezethet. A három fázis közötti egyensúlytalanság is okozhatja a motor tekercsek túlmelegedését, mivel az egyensúlytalanság negatív sorrendben eredményez áramot a státor tekercsében. A tápegység voltázsának hirtelen elvesztése és újraállítása is okozhatja a motor túlmelegedését. Mivel a tápegység voltázsának hirtelen elvesztése miatt a motor lassul, és a hirtelen újraállítás miatt a motor gyorsít, hogy elérje a megadott sebességét, és ehhez nagyobb áramot von le a tápegységből.
Mivel a motor hőtérkézi túlterhelése vagy túlmelegedése vezethet izoláció meghibásodásához és a tekercsek károsodásához, a motor a következő feltételekkel szemben kell legyen megvédezve, hogy a motor hőtérkézi túlterhelési védelem megfelelően működjön:
Mechanikai túlterhelés,
Rotor állományban lévő állapot,
Alacsony tápegység,
Egyfázis viszonylagos hiány,
Három fázis közötti egyensúlytalanság,
Tápegység voltázsának hirtelen elvesztése és újraállítása.
A motor legfőbb védelmi rendszere a hőtérkézi túlterhelési védelem, amely elsősorban a fenti feltételek elleni védelmet biztosít. A hőtérkézi túlterhelési védelem alapelveinek megértéséhez nézzük meg a motor alapvető irányítási séma diagramját.
A képen látható, amikor a START gomb bezár, a starter tekercs átveszi a transzformátoron keresztül. Amikor a starter tekercs energizálva van, a normálisan nyitott (NO) 5-es kontaktusok bezárulnak, így a motor kapcsolódik a tápegységhez, és elkezd forogni. Ez a starter tekercs is bezárja a 4-es kontaktpontot, amely a starter tekercs energizált állapotát fenntartja, még akkor is, ha a START gomb bezárt állapotából kinyitódik. A motor leállításához több normálisan zárt (NC) kontaktus is sorban van a starter tekercs sel, ahogy a képen látható. Ezek közül az egyik a STOP gomb kontaktusa. Ha a STOP gombot megnyomják, a gomb kontaktusa nyílik, és megszakítja a starter tekercs áramkört, így a starter tekercs de-energizálódik. Így a 5-es és 4-es kontaktusok vissza térnek a normálisan nyitott állapotukba, és a motor leáll. Hasonlóképpen, ha a starter tekercssel sorban lévő bármely más NC kontaktus (1, 2 és 3) nyílik, a motor leáll. Ezek az NC kontaktusok különböző védelmi relékkel vannak elektronikusan csatlakoztatva, hogy a motor működését szabályozzák különböző anormális állapotokban.
Nézzük meg a hőtérkézi túlterhelési relét és annak funkcióját a motor hőtérkézi túlterhelési védelemben.
A CT-k második szakasza, amely a motor tápegységi körrel sorban van, csatlakoztatva van a hőtérkézi túlterhelési relé (49) bikémiai sávjával. Ahogy a képen látható, amikor a CT-k második szakaszának áramát meghaladja a előre meghatározott értéke, a bikémiai sáv túlzottan melegszik, és deformálódik, ami végül a 49-es relé működését okozza. Amint a 49-es relé működik, a 1-es és 2-es NC kontaktusok nyílnak, ami a starter tekercs de-energizálását és a motor leállítását eredményezi.
Emlékezzünk a motor hőtérkézi túlterhelési védelem biztosításakor. Minden motornek van előre meghatározott túlterhelési toleranciája. Ez azt jelenti, hogy a motor időnként túlterhelhető a megadott terhelés felett, attól függően, hogy milyen terhelés alatt van. Mennyi ideig működhet a motor biztonságosan egy adott terhelés mellett, a gyártó által meghatározott. A motor különböző terhelései és a hozzájuk tartozó engedélyezett üzemidők közötti kapcsolat a motor hőtérkézi korlátozási görbéjének nevezzük. Nézzük meg egy adott motor hőtérkézi korlátozási görbéjét, ahogy a következőben látható.
Itt a Y tengely vagy a függőleges tengely az engedélyezett időt másodpercben, az X tengely vagy a vízszintes tengely pedig a túlterhelés %-át adja meg. A görbétől világos, hogy a motor hosszú ideig működhet biztonságosan, anélkül, hogy túlmelegedne, 100%-os terhelés mellett. 1000 másodpercig működhet biztonságosan 200%-os normál terhelés mellett. 100 másodpercig működhet biztonságosan 300%-os normál terhelés mellett. 15 másodpercig működhet biztonságosan 600%-os normál terhelés mellett. A görbe felső része a rotor normális működését, az alsó része pedig a rotor mechanikailag zárolódott állapotát jelöli.
A kiválasztott hőtérkézi túlterhelési relé működési idő vs. aktív áram görbéje a motor hőtérkézi korlátozási görbéjének alatt kell lennie a kielégítő és biztonságos működéshez. Részletezzünk tovább:
Emlékezzünk a motor indítási áram jellemzőire - Az indukciós motor indításakor a státor árama 600%-kal haladja meg a normál terhelés mellett megadott áramot, de csak 10-12 másodpercre, majd a státor áram hirtelen esik a normál terhelés mellett megadott értékre. Tehát, ha a hőtérkézi túlterhelési relé működik ezen 10-12 másodperc előtt 600%-os áram mellett, a motor nem tud elindulni. Ezért, a kiválasztott hőtérkézi túlterhelési relé működési idő vs. aktív áram görbéje a motor hőtérkézi korlátozási görbéjének alatt, de a motor indítási áram jellemzői görbéjének felett kell lennie. A hőtérkézi relé jellemzői görbének valószínű helye e két görbe között van, ahogy a grafikonon a kiemelt terület mutatja.
Emlékezzünk a hőtérkézi túlterhelési relé kiválasztásakor. Ez a relé nem azonnali relé. Van benne minimális késleltetés, mert a bikémiai sáv minimális időt igényel, hogy felmelegedjen és deformálódjon a maximális működési áram esetén. A grafikontól látható, hogy a hőtérkézi relé 25-30 másodperc múlva működik, ha a rotor hirtelen mechanikailag zárolódik, vagy a motor nem tud elindulni. Ebben az esetben a motor nagyon nagy áramot von le a tápegységből. Ha a motor hamarabb nem lesz elkülönítve, komoly károk keletkezhetnek.
Ez a probléma orvosolható idő-alapú túlterhelési relével magas felvétellel. Ezek túlterhelési relék idő-áram jellemzői úgy vannak kiválasztva, hogy alacsony túlterhelés esetén a relé nem működik, mert a hőtérkézi túlterhelési relé előtte aktiválódik. De nagyobb túlterhelés és rotor zárolódás esetén a idő-alapú túlterhelési relé működik, mert sokkal előbb aktiválódik, mint a hőtérkézi relé.
Tehát mind a bikémiai túlterhelési relé, mind az idő-alapú túlterhelési relé szükséges a teljes motor hőtérkézi túlterhelési védelemhez.
A bikémiai hőtérkézi túlterhelési relé egyik fő hátránya, hogy a bikémiai sáv felmelegedési és hűtési sebessége a környezeti hőmérséklettel változik, így a relé teljesítménye is eltérő lehet különböző környezeti hőmérsékleteknél. Ez a probléma RTD (ellenállás-hőmérséklet-detektor) használatával orvosolható. A nagyobb és finomultabb motorok RTD-vel védhetők pontosabban a hőtérkézi túlterhelés ellen. A státor szálakban RTD-k helyezkednek el a státor tekercsekkel. Az RTD ellenállása a hőmérséklet változásával változik, és ez a változott ellenállás érzékelhető egy Wheatstone-híd áramkörrel.
Ez a motor hőtérkézi túlterhelési védelmi rendszer nagyon egyszerű. A státor RTD-jét egyensúlyban tartó Wheatstone-híd egyik karjaként használják. A 49-es relé által áteső áram mértéke az univerzális híd egyensúlytalanságának függvénye. Ahogy a státor tekercsek hőmérséklete növekszik, az RTD elektromos ellenállása növekszik, ami megszakítja az univerzális híd egyensúlyát. Ennek eredményeként áram kezd áramkolózni a 49-es relén, és a relé a predeterminált univerzális áram értékénél működik, és végül a starter kontaktusok nyílnak, hogy a motor tápegységét lekapcsolják.
Kijelentés: Tiszteletben tartsa az eredeti anyagot, a jó cikkek megosztásra méltóak, ha sértés esetén lépjen kapcsolatba a törlésével.
