Perlindungan Overload Termal Motor
Untuk memahami perlindungan overload termal motor pada motor induksi, kita boleh membincangkan prinsip operasi motor induksi tiga fasa. Terdapat satu silinder stator dan gulungan tiga fasa yang disusun secara simetri di sekeliling periferi dalam stator. Karena pengedaran simetrik ini, apabila bekalan tenaga tiga fasa diterapkan ke gulungan stator, medan magnet berputar akan dihasilkan. Medan ini berputar pada kelajuan sinkron. Rotor dibentuk dalam motor induksi terutamanya oleh bilangan batang tembaga padat yang dipendekkan pada kedua-dua hujungnya sehingga mereka membentuk struktur seperti sangkar silinder. Ini adalah sebabnya motor ini juga dirujuk sebagai motor induksi sangkar tupai. Bagaimanapun, mari kita kembali kepada titik asas motor induksi tiga fasa – yang akan membantu kita memahami dengan jelas tentang perlindungan overload termal motor.
Apabila fluks magnet berputar memotong setiap konduktor batang rotor, akan ada arus mengalir melalui konduktor batang tersebut. Pada permulaan, rotor masih diam dan medan stator berputar pada kelajuan sinkron, gerakan relatif antara medan berputar dan rotor adalah maksimum.
Oleh itu, kadar pemotongan fluks dengan batang rotor adalah maksimum, arus yang diinduksi adalah maksimum pada keadaan ini. Tetapi kerana penyebab arus yang diinduksi adalah, kelajuan relatif ini, rotor akan cuba mengurangkan kelajuan relatif ini dan oleh itu ia akan mula berputar mengikut arah medan magnet berputar untuk mengejar kelajuan sinkron. Begitu sahaja rotor mencapai kelajuan sinkron, kelajuan relatif antara rotor dan medan magnet berputar menjadi sifar, maka tidak akan ada pemotongan fluks lanjut dan akibatnya tidak akan ada arus yang diinduksi dalam batang rotor. Apabila arus yang diinduksi menjadi sifar, tidak akan ada keperluan lebih lanjut untuk mengekalkan kelajuan relatif sifar antara rotor dan medan magnet berputar, oleh itu kelajuan rotor menurun.
Begitu sahaja kelajuan rotor menurun, kelajuan relatif antara rotor dan medan magnet berputar sekali lagi mendapatkan nilai bukan sifar yang menyebabkan arus yang diinduksi dalam batang rotor, maka rotor akan cuba mencapai kelajuan sinkron dan ini akan berterusan sehingga motor dimatikan. Akibat fenomena ini, rotor tidak akan pernah mencapai kelajuan sinkron serta ia tidak akan pernah berhenti beroperasi semasa operasi normal. Perbezaan antara kelajuan sinkron dengan kelajuan rotor berkenaan dengan kelajuan sinkron, dikenali sebagai slip motor induksi.
Slip dalam motor induksi yang sedang beroperasi biasanya bervariasi dari 1% hingga 3% bergantung kepada keadaan beban motor. Sekarang kita akan cuba melukis ciri-ciri arus kelajuan motor induksi – mari kita ambil contoh kipas ketel besar.
Dalam ciri-ciri Y axis diambil sebagai masa dalam saat, X axis diambil sebagai % arus stator. Apabila rotor masih diam, iaitu pada keadaan permulaan, slip adalah maksimum maka arus yang diinduksi dalam rotor adalah maksimum dan kerana tindakan transformasi, stator juga akan menarik arus yang berat dari bekalan dan ia akan sekitar 600% daripada arus penuh beban stator. Seiring dengan percepatan rotor, slip berkurang, akibatnya arus rotor dan arus stator jatuh kepada sekitar 500% daripada arus penuh beban dalam 12 saat apabila kelajuan rotor mencapai 80% daripada kelajuan sinkron. Selepas itu, arus stator jatuh dengan cepat ke nilai yang ditetapkan apabila rotor mencapai kelajuan normalnya.
Sekarang kita akan membincangkan tentang overloading termal motor elektrik atau masalah over heating motor elektrik dan keperluan perlindungan overload termal motor.
Setiap kali kita berfikir tentang over heating motor, perkara pertama yang terlintas dalam fikiran kita adalah over loading. Kerana over loading mekanikal, motor menarik arus yang lebih tinggi dari bekalan yang menyebabkan over heating yang berlebihan pada motor. Motor juga boleh menjadi sangat panas jika rotor terkunci secara mekanikal, iaitu menjadi stasioner oleh daya mekanikal luar. Dalam situasi ini, motor akan menarik arus yang sangat tinggi dari bekalan yang juga menyebabkan overloading termal motor atau masalah over heating yang berlebihan. Penyebab lain over heating adalah voltan bekalan yang rendah. Kerana kuasa yang ditarik oleh motor dari bekalan bergantung kepada keadaan beban motor, untuk voltan bekalan yang lebih rendah, motor akan menarik arus yang lebih tinggi dari bekalan utama untuk mengekalkan tork yang diperlukan. Single phasing juga menyebabkan overloading termal motor. Apabila salah satu fasa bekalan tidak berfungsi, dua fasa yang tinggal menarik arus yang lebih tinggi untuk mengekalkan tork beban yang diperlukan dan ini menyebabkan over heating motor. Keadaan tidak seimbang antara tiga fasa bekalan juga menyebabkan over heating winding motor, kerana sistem yang tidak seimbang menghasilkan arus urutan negatif dalam winding stator. Lagi, kerana hilang dan reestablishment tiba-tiba voltan bekalan boleh menyebabkan over heating yang berlebihan pada motor. Oleh kerana hilang tiba-tiba voltan bekalan, motor diperlahankan dan kerana reestablishment voltan yang tiba-tiba, motor dipercepat untuk mencapai kelajuan tetapnya dan oleh itu motor menarik arus yang lebih tinggi dari bekalan.
Kerana overloading termal atau over heating motor boleh menyebabkan kegagalan isolasi dan kerosakan winding, oleh itu untuk perlindungan overload termal motor yang tepat, motor harus dilindungi terhadap keadaan berikut
Over loading mekanikal,
Terhenti roda motor,
Voltan bekalan rendah,
Single phasing bekalan utama,
Tidak seimbang bekalan utama,
Hilang dan reestablishment tiba-tiba voltan bekalan.
Skema perlindungan motor yang paling asas adalah perlindungan over load termal yang utamanya meliputi perlindungan semua keadaan yang disebutkan di atas. Untuk memahami prinsip asas perlindungan over load termal, mari kita periksa gambar rajah skematik skema kendali motor asas.
Dalam gambar di atas, apabila tombol MULA ditutup, coil starter akan diberi tenaga melalui transformer. Apabila coil starter diberi tenaga, kontak biasa terbuka (NO) 5 ditutup, maka motor mendapat voltan bekalan di terminalnya dan ia mula berputar. Coil start ini juga menutup kontak 4 yang membuat coil starter diberi tenaga walaupun tombol MULA dilepaskan dari posisi tertutup. Untuk menghentikan motor, terdapat beberapa kontak biasa tertutup (NC) dalam siri dengan coil starter seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Salah satunya adalah kontak tombol BERHENTI. Jika tombol BERHENTI ditekan, kontak tombol ini terbuka dan memutuskan kesinambungan rangkaian coil starter akhirnya membuat coil starter tidak diberi tenaga. Oleh itu, kontak 5 dan 4 kembali ke posisi biasa terbuka. Kemudian, tanpa voltan di terminal motor, ia akhirnya akan berhenti beroperasi. Demikian pula, jika salah satu dari kontak NC lain (1, 2, dan 3) yang terhubung dalam siri dengan coil starter dibuka, ia juga akan menghentikan motor. Kontak-kontak NC ini dikopel secara elektrik dengan pelbagai relai perlindungan untuk menghentikan operasi motor dalam keadaan abnormal yang berbeda.
Mari kita lihat relai over load termal dan fungsinya dalam perlindungan over load termal motor.
Sekunder CT dalam siri dengan rangkaian bekalan motor, terhubung dengan strip bimetala relai over load termal (49). Seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah, apabila arus melalui sekunder salah satu CT, melampaui nilainya yang telah ditentukan selama waktu yang telah ditentukan, strip bimetala menjadi panas berlebihan dan berubah bentuk yang akhirnya menyebabkan relai 49 beroperasi. Begitu relai 49 beroperasi, kontak NC 1 dan 2 terbuka yang membuat coil starter tidak diberi tenaga dan oleh itu menghentikan motor.
Satu hal lagi yang perlu kita ingat semasa memberikan perlindungan over load termal motor. Sebenarnya, setiap motor memiliki nilai toleransi over load yang telah ditentukan. Itu bermaksud setiap motor dapat beroperasi di luar beban nominalnya untuk periode tertentu yang dapat diterima bergantung pada keadaan beban. Berapa lama motor dapat beroperasi dengan aman untuk beban tertentu ditentukan oleh pembuat. Hubungan antara beban yang berbeda pada motor dan periode yang dapat diterima untuk menjalankannya dalam keadaan aman disebut kurva batas termal motor. Mari kita lihat kurva motor tertentu, yang diberikan di bawah.
Di sini sumbu Y atau sumbu vertikal mewakili waktu yang dapat diterima dalam detik dan sumbu X atau sumbu horizontal mewakili persen over load. Di sini jelas dari kurva bahwa, motor dapat beroperasi dengan aman tanpa kerusakan akibat over heating untuk periode yang lama pada 100% beban nominal. Ia dapat beroperasi dengan aman 1000 detik pada 200% beban normal. Ia dapat beroperasi dengan aman 100 detik pada 300% beban normal. Ia dapat beroperasi dengan aman 15 detik pada 600% beban normal. Bagian atas kurva mewakili keadaan operasi normal rotor dan bagian paling bawah mewakili keadaan rotor terkunci secara mekanikal.
Sekarang, kurva waktu operasi versus arus aktuator relai over load termal yang dipilih harus berada di bawah kurva batas termal motor untuk operasi yang memuaskan dan aman. Mari kita bahas lebih detail-
Ingat karakteristik arus permulaan motor - Semasa permulaan motor induksi, arus stator melebihi 600% arus nominal tetapi ia bertahan hingga 10 hingga 12 detik, setelah itu arus stator tiba-tiba jatuh ke nilai nominal. Jadi, jika relai over load termal beroperasi sebelum 10 hingga 12 detik tersebut untuk arus 600% arus nominal, maka motor tidak dapat dimulai. Oleh itu, dapat disimpulkan bahwa kurva waktu operasi versus arus aktuator relai over load termal yang dipilih harus berada di bawah kurva batas termal motor tetapi di atas kurva karakteristik arus permulaan motor. Posisi probabilitas karakteristik relai arus termal dibatasi oleh kedua kurva tersebut seperti yang ditunjukkan dalam grafik oleh area yang ditebalkan.
Satu hal lagi yang perlu diingat semasa memilih relai over load termal. Relai ini bukan relai instan. Ia memiliki penundaan minimum dalam operasi kerana strip bimetala membutuhkan waktu minimum untuk dipanaskan dan berubah bentuk untuk nilai arus operasi maksimum. Dari grafik, ditemukan bahwa relai termal akan beroperasi setelah 25 hingga 30 detik jika rotor tiba-tiba terkunci secara mekanikal atau motor gagal untuk dimulai. Dalam situasi ini, motor akan menarik arus yang sangat besar dari bekalan. Jika motor tidak dipisahkan lebih cepat, kerusakan yang lebih parah mungkin terjadi.
Masalah ini diatasi dengan menyediakan relai over arus dengan pickup tinggi. Karakteristik arus waktu relai over arus ini dipilih sedemikian rupa sehingga untuk nilai over load yang lebih rendah, relai tidak akan beroperasi karena relai over load termal akan beroperasi sebelumnya. Tetapi untuk nilai over load yang lebih tinggi dan untuk kondisi rotor terkunci, relai over arus waktu akan beroperasi alih-alih relai termal karena yang pertama akan beroperasi jauh sebelum yang terakhir.
Oleh karena itu, baik relai over load bimetala maupun relai over arus waktu disediakan untuk perlindungan over load termal motor yang lengkap.
Terdapat satu kelemahan utama relai over load bimetala, yaitu laju pemanasan dan pendinginan bimetala dipengaruhi oleh suhu lingkungan, kinerja relai mungkin berbeda untuk suhu lingkungan yang berbeda. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan RTD atau detektor suhu resistif. Motor yang lebih besar dan lebih canggih dilindungi terhadap over load termal dengan lebih akurat menggunakan RTD. RTD diletakkan bersama dengan winding stator di slot stator. Resistansi RTD berubah sesuai dengan perubahan suhu dan nilai resistansi yang berubah ini dideteksi oleh rangkaian jembatan Wheatstone.
Skema perlindungan over load termal motor ini sangat sederhana. RTD stator digunakan sebagai salah satu lengan jembatan Wheatstone yang seimbang. Jumlah arus melalui relai 49 bergantung pada derajat ketidakseimbangan jembatan. Ketika suhu winding stator meningkat, resistansi elektrodetanya meningkat yang mengganggu kondisi seimbang jembatan. Sebagai hasilnya, arus mulai mengalir melalui relai 49 dan relai akan beroperasi setelah nilai tertentu dari arus yang tidak seimbang dan akhirnya kontak starter akan terbuka untuk menghentikan pasokan ke motor.
Kenyataan: Hormati asal, artikel yang baik layak dibagi, jika ada pelanggaran silakan hubungi untuk menghapus.
