Motorthermische overbelastingsbeveiliging
Om motorthermische overbelastingbescherming in een asynchrone motor te begrijpen, kunnen we het werkingsprincipe van de driefasige asynchrone motor bespreken. Er is één cilindervormige stator en een driefase winding die symmetrisch verdeeld is in de binnenrand van de stator. Door deze symmetrische verdeling wordt, wanneer een driefase voedingsspanning wordt aangebracht op de statorwinding, een draaiend magnetisch veld geproduceerd. Dit veld draait met synchrone snelheid. De rotor in de asynchrone motor bestaat voornamelijk uit solide koperen staven die aan beide einden kortgesloten zijn, zodat ze een kooiachtige structuur vormen. Daarom wordt deze motor ook wel een kooiasynchrone motor genoemd. Laten we nu teruggaan naar het basale punt van de driefasige asynchrone motor - wat ons zal helpen om motorthermische overbelastingbescherming beter te begrijpen.
Als het draaiende magnetische veld elke staafgeleider van de rotor snijdt, ontstaat er een geïnduceerde circulerende stroom door de staafgeleiders. Bij het starten staat de rotor stil en draait het statorveld met synchrone snelheid, de relatieve beweging tussen het draaiende veld en de rotor is maximaal. Dus, de frequentie waarmee het veld de rotorstaven doorsnijdt is maximaal, en de geïnduceerde stroom is onder deze omstandigheden maximaal. Maar omdat de oorzaak van de geïnduceerde stroom deze relatieve snelheid is, zal de rotor proberen deze relatieve snelheid te verminderen en dus beginnen te draaien in de richting van het draaiende magnetische veld om de synchrone snelheid te bereiken. Zodra de rotor de synchrone snelheid bereikt, wordt de relatieve snelheid tussen de rotor en het draaiende magnetische veld nul, waardoor er geen verdere fluxdoorsnijding en gevolglijk geen geïnduceerde stroom in de rotorstaven meer is. Aangezien de geïnduceerde stroom nul wordt, is er geen verdere behoefte om de nulrelatieve snelheid tussen de rotor en het draaiende magnetische veld te handhaven, en daardoor daalt de rotorsnelheid.
Zodra de rotorsnelheid daalt, krijgt de relatieve snelheid tussen de rotor en het draaiende magnetische veld opnieuw een niet-nulwaarde, wat opnieuw geïnduceerde stroom in de rotorstaven veroorzaakt. Dan zal de rotor opnieuw proberen de synchrone snelheid te bereiken en dit zal doorgaan tot de motor wordt uitgeschakeld. Door dit fenomeen zal de rotor nooit de synchrone snelheid bereiken, evenmin zal hij stoppen met draaien tijdens normale bedrijfsomstandigheden. Het verschil tussen de synchrone snelheid en de rotorsnelheid ten opzichte van de synchrone snelheid wordt de slip van de asynchrone motor genoemd.
De slip bij een normaal lopende asynchrone motor varieert meestal van 1% tot 3%, afhankelijk van de belastingsconditie van de motor. Nu zullen we proberen de snelheids-stroomkarakteristieken van de asynchrone motor te tekenen - laten we een voorbeeld nemen van een grote ketelventilator.
In de karakteristiek wordt de Y-as genomen als tijd in seconden, de X-as als % van de statorstroom. Wanneer de rotor stil staat, dat is bij de startconditie, is de slip maximaal, dus de geïnduceerde stroom in de rotor is maximaal en door de transformatieactie trekt de stator ook een zware stroom uit de voeding, ongeveer 600% van de nominale volledig belaste statorstroom. Naarmate de rotor wordt versneld, neemt de slip af, en daarmee de rotorstroom en de statorstroom, tot ongeveer 500% van de nominale volledig belaste stroom binnen 12 seconden wanneer de rotorsnelheid 80% van de synchrone snelheid bereikt. Daarna daalt de statorstroom snel naar de nominale waarde naarmate de rotor zijn normale snelheid bereikt.
Nu zullen we bespreken over thermische overbelasting van elektrische motoren of oververhitting van elektrische motoren en de noodzaak van motorthermische overbelastingbescherming.
Wanneer we denken aan de oververhitting van een motor, is het eerste wat in ons opkomt overbelasting. Door mechanische overbelasting trekt de motor een hogere stroom uit de voeding, wat leidt tot extreme oververhitting van de motor. De motor kan ook extreem oververhit raken als de rotor mechanisch geblokkeerd is, d.w.z. stationair wordt gehouden door een externe mechanische kracht. In deze situatie trekt de motor extreem hoge stroom uit de voeding, wat ook leidt tot thermische overbelasting van de motor of een ernstig oververhittingsprobleem. Een andere oorzaak van oververhitting is een laag voedingsspanning. Aangezien de vermogensafname van de motor van de voeding afhangt van de belastingsconditie van de motor, trekt de motor bij lagere voedingspanning een hogere stroom uit het net om de vereiste koppelkracht te handhaven. Single phasing veroorzaakt ook thermische overbelasting van de motor. Wanneer een fase van de voeding buiten dienst is, trekken de overige twee fasen een hogere stroom om het vereiste belastingskoppel te handhaven, wat leidt tot oververhitting van de motor. Een onevenwichtige toestand tussen de drie fasen van de voeding veroorzaakt ook oververhitting van de motorwinding, omdat een onevenwichtig systeem resulteert in negatieve sequentiestroom in de statorwinding. Bovendien kan plotseling verlies en herstel van de voedingsspanning ook leiden tot extreme oververhitting van de motor. Omdat door plotseling verlies van de voedingspanning de motor afremt en door plotseling herstel van de spanning de motor wordt versneld om zijn nominale snelheid te bereiken, trekt de motor hierdoor een hogere stroom uit de voeding.
Aangezien thermische overbelasting of oververhitting van de motor kan leiden tot isolatiefouten en schade aan de winding, moet de motor tegen de volgende omstandigheden worden beschermd voor adequate motorthermische overbelastingbescherming,
Mechanische overbelasting,
Vastlopen van de motoras,
Lage voedingsspanning,
Single phasing van de voeding,
Onevenwichtigheid van de voeding,
Plotseling verlies en herstel van de voedingsspanning.
Het meest basale beschermingsschema van de motor is thermische overbelastingbescherming, die primair alle bovengenoemde omstandigheden dekt. Om het basisprincipe van thermische overbelastingbescherming te begrijpen, laten we het schematische diagram van een basis motorbesturingsschema bekijken.
In de figuur hierboven, wanneer de START-knop wordt ingedrukt, wordt de starterbobijn via de transformator geënergiseerd. Aangezien de starterbobijn geënergiseerd wordt, sluiten de normaal open (NO) contacten 5, waardoor de motor voedingspanning krijgt op zijn aansluitingen en hij begint te draaien. Deze startbobijn sluit ook contact 4, waardoor de starterbobijn geënergiseerd blijft, zelfs nadat de START-knopcontact is losgelaten. Om de motor te stoppen zijn er verschillende normaal gesloten (NC) contacten in serie met de starterbobijn, zoals getoond in de figuur. Een daarvan is het STOP-knopcontact. Als de STOP-knop wordt ingedrukt, gaat dit knopcontact open en breekt de continuïteit van het starterbobijncircuit, waardoor de starterbobijn gedechargd wordt. Dus komen de contacten 5 en 4 terug naar hun normaal open positie. Vervolgens, in afwezigheid van spanning op de motoraansluitingen, zal de motor uiteindelijk stoppen met draaien. Op dezelfde manier zal de motor ook stoppen als een van de andere NC-contacten (1, 2 en 3) die in serie met de starterbobijn zijn verbonden, open gaan. Deze NC-contacten zijn elektrisch gekoppeld aan verschillende beschermingsrelais om de werking van de motor in verschillende abnormale omstandigheden te stoppen.
Laten we kijken naar het thermische overbelastingsrelais en zijn functie in de motorthermische overbelastingbescherming.
De secundaire zijde van de CT's in serie met het motortoevoercircuit, zijn verbonden met een bimetallische strip van het thermische overbelastingsrelais (49). Zoals in de figuur hieronder getoond, wanneer de stroom door de secundaire zijde van een van de CT's de vooraf bepaalde waarden overschrijdt voor een vooraf bepaalde tijd, wordt de bimetallische strip oververhit en vervormt, wat uiteindelijk leidt tot het activeren van relais 49. Zodra relais 49 wordt geactiveerd, gaan de NC-contacten 1 en 2 open, waardoor de starterbobijn gedechargd wordt en de motor stopt.
Nog iets dat we moeten onthouden bij het verstrekken van motorthermische overbelastingbescherming. Eigenlijk heeft elke motor een bepaalde vooraf bepaalde overbelastingsverdraagzaamheid. Dat betekent dat elke motor kan werken boven zijn nominale belasting voor een specifieke toelaatbare periode, afhankelijk van zijn belastingsconditie. Hoe lang een motor veilig kan werken voor een bepaalde belasting, wordt door de fabrikant gespecificeerd. De relatie tussen verschillende belastingen op de motor en de corresponderende toelaatbare perioden voor het werken in veilige condities wordt de thermische limietcurve van de motor genoemd. Laten we kijken naar de curve van een specifieke motor, hieronder weergegeven.
Hier vertegenwoordigt de Y-as of verticale as de toelaatbare tijd in seconden en de X-as of horizontale as de percentage overbelasting. Uit de curve is duidelijk dat de motor zonder schade door oververhitting voor een lange periode veilig kan werken bij 100% van de nominale belasting. Hij kan 1000 seconden veilig werken bij 200% van de normale nominale belasting. Hij kan 100 seconden veilig werken bij 300% van de normale nominale belasting. Hij kan 15 seconden veilig werken bij 600% van de normale nominale belasting. Het bovenste gedeelte van de curve vertegenwoordigt de normale werkconditie van de rotor en het laagste gedeelte vertegenwoordigt de mechanisch geblokkeerde toestand van de rotor.
Nu moet de werkingsduur versus activeringstroomcurve van het gekozen thermische overbelastingsrelais zich onder de thermische limietcurve van de motor bevinden voor een bevredigende en veilige werking. Laten we meer details bespreken -
Onthoud de kenmerken van de startstroom van de motor - Tijdens het opstarten van de asynchrone motor gaat de statorstroom boven de 600% van de normale nominale stroom, maar blijft dit slechts 10 tot 12 seconden, waarna de statorstroom plotseling terugvalt naar de normale nominale waarde. Dus als het thermische overbelastingsrelais voor deze 10 tot 12 seconden wordt geactiveerd voor een stroom van 600% van de normale nominale stroom, dan kan de motor niet gestart worden. Dus, kan worden geconcludeerd dat de werkingsduur versus activeringstroomcurve van het gekozen thermische overbelastingsrelais zich onder de thermische limietcurve van de motor moet bevinden, maar boven de startstroomkenmerkencurve van de motor. De mogelijke positie van de thermische stroomrelaiskenmerken wordt begrensd door deze twee genoemde curves, zoals in de grafiek wordt aangegeven door het gemarkeerde gebied.
Nog iets dat moet worden onthouden bij het kiezen van een thermisch overbelastingsrelais. Dit relais is geen direct relais. Het heeft een minimale vertraging in de werking, omdat de bimetallische strip een minimale tijd nodig heeft om opgewarmd en vervormd te worden voor de maximale waarde van de activeringstroom. Uit de grafiek blijkt dat het thermische relais na 25 tot 30 seconden zal werken als de rotor plotseling mechanisch geblokkeerd wordt of de motor faalt te starten. In deze situatie trekt de motor een enorme stroom uit de voeding. Als de motor niet snel wordt geïsoleerd, kan ernstige schade optreden.
Dit probleem wordt opgelost door een tijds-overstroomrelais met hoge oprapportering te verstrekken. De tijds-stroomkenmerken van deze overstroomrelais zijn zo gekozen dat voor lagere waarden van overbelasting, het relais niet zal werken omdat het thermische overbelastingsrelais eerder zal worden geactiveerd. Maar voor hogere waarden van overbelasting en voor de toestand van een geblokkeerde rotor zal het tijds-overstroomrelais in plaats van het thermische relais werken, omdat het eerste veel eerder zal worden geactiveerd dan het laatste.
Dus zowel het bimetallische overbelastingsrelais als het tijds-overstroomrelais worden verstrekt voor volledige motorthermische overbelastingbescherming.
Er is één belangrijk nadeel van het bimetallische thermische overbelastingsrelais, namelijk dat de verwarming- en koelsnelheid van de bimetaal wordt beïnvloed door de omgevingstemperatuur, waardoor de prestaties van het relais kunnen verschillen voor verschillende omgevingstemperaturen. Dit probleem kan worden opgelost door gebruik te maken van een RTD of weerstandstemperatuurdetector. Grootere en meer geavanceerde motoren worden nauwkeuriger beschermd tegen thermische overbelasting door gebruik te maken van een RTD. In de statorsleuven worden RTD's geplaatst samen met de statorwinding. De weerstand van de RTD verandert met de temperatuur en deze gewijzigde weerstandswaarde wordt opgemerkt door een Wheatstonebrugcircuit.
Dit motorthermische overbelastingbeschermingsschema is erg eenvoudig. De RTD van de stator wordt gebruikt als één arm van de gebalanceerde Wheatstonebrug. De hoeveelheid stroom door relais 49 hangt af van de mate van onbalans van de brug. Als de temperatuur van de statorwinding stijgt, neemt de elektrische weerstand van de detector toe, wat de gebalanceerde toestand van de brug verstoort. Hierdoor begint stroom te stromen door relais 49 en wordt het relais geactiveerd na een vooraf bepaalde waarde van deze onbalansstroom, waardoor uiteindelijk de startcontacten open gaan om de toeleiding naar de motor te stoppen.
Verklaring: Respecteer het origineel, goede artikelen zijn de moeite waard om te delen, indien er sprake is van inbreuk, neem dan contact op om deze te laten verwijderen.
