Motorvarmesverrelastbeskyttelse

For å forstå motorvarmeoverbelastningsbeskyttelse i induksjonsmotor kan vi diskutere arbeidsprinsippet for trefase-induksjonsmotor. Det er en sylindrisk stator og et trefasevinding er symmetrisk fordelt langs den indre periferien av statoren. På grunn av denne symmetriske fordelingen, når det trefase strømforsyningen er påført statorvindingen, produseres det en roterende magnetisk felt. Dette feltet roterer med synkron hastighet. Rotor er opprettet i induksjonsmotor hovedsakelig av faste kobberstaver som er kortsluttet på begge ender slik at de danner en kageformet struktur. Derfor kalles denne motoren også ekornkageinduksjonsmotor. La oss komme til den grunnleggende punktet for trefase-induksjonsmotor – som vil hjelpe oss å forstå klart om motorvarmeoverbelastningsbeskyttelse.

Når det roterende magnetiske fluks skjærer hver av rotorstavene, vil det være en induksjonssirkulerende strøm som flyter gjennom stavledningene. Ved starten er rotoren stilleliggende og statorfeltet roterer med synkron hastighet, den relative bevegelsen mellom det roterende feltet og rotoren er maksimal.
Hvis antall skjæringer av fluks med rotorstaver er maksimalt, vil den indukserte strømmen være maksimal under disse forhold. Men da induksert strøm er årsaken, vil rotoren prøve å redusere denne relative hastigheten og dermed vil den begynne å rotere i retning av det roterende magnetiske feltet for å nå synkronhastigheten. Når rotoren kommer til synkronhastigheten, blir denne relative hastigheten mellom rotoren og det roterende magnetiske feltet null, dermed vil det ikke være noen videre flukskutting og konsekvent ingen induksert strøm i rotorstavene. Da den indukserte strømmen blir null, vil det ikke være noen videre behov for å opprettholde null relativ hastighet mellom rotoren og det roterende magnetiske feltet, så rotorens hastighet faller.

Når rotorens hastighet faller, får den relative hastigheten mellom rotoren og det roterende magnetiske feltet igjen en ikke-null verdi, som igjen forårsaker induksert strøm i rotorstavene, så rotoren vil prøve å oppnå synkronhastigheten, og dette vil fortsette så lenge motoren er slått på. Pga. dette fenomenet vil rotoren aldri oppnå synkronhastigheten, og den vil heller aldri stoppe å kjøre under normal drift. Forskjellen mellom synkronhastigheten og rotorens hastighet i forhold til synkronhastigheten, kalles glipp i induksjonsmotor.

Glippen i en normalt kjørende induksjonsmotor varierer typisk fra 1% til 3% avhengig av motorens belastingsforhold. Nå skal vi prøve å tegne hastighets-strøm karakteristikk for induksjonsmotor – la oss ta et eksempel på en stor ketelventilator.

I karakteristikken er Y-aksen tatt som tid i sekunder, X-aksen er tatt som % av statorstrøm. Når rotoren er stilleliggende, altså ved startforhold, er glippen maksimal, derfor er den indukserte strømmen i rotoren maksimal, og pga. transformasjonsvirksomheten, vil stator også trekke en tung strøm fra strømforsyningen, og det vil være rundt 600 % av den nominelle fullbelasted statorstrømmen. Som rotoren akselereres, reduseres glippen, deretter falt rotorstrømmen, og dermed statorstrømmen, til rundt 500 % av den nominelle fullbelasted strømmen innen 12 sekunder når rotorens hastighet når 80% av synkronhastigheten. Etter det falmer statorstrømmen raskt til den nominelle verdien når rotoren når sin normale hastighet.

Nå skal vi diskutere termisk overbelasting av elektrisk motor eller overoppvarming av elektrisk motor og nødvendigheten av motorvarmeoverbelastningsbeskyttelse.
Når vi tenker på overoppvarming av en motor, er det første som dukker opp i tankene overbelasting. På grunn av mekanisk overbelasting trekker motoren høyere strøm fra strømforsyningen, noe som fører til for mye overoppvarming av motoren. Motoren kan også bli overoppvarmet hvis rotoren er mekanisk låst, altså blir stilliggen av en ekstern mekanisk kraft. I denne situasjonen vil motoren trekke veldig høy strøm fra strømforsyningen, noe som også fører til termisk overbelasting av elektrisk motor eller problem med overoppvarming. En annen årsak til overoppvarming er lav strømforsyning. Siden effekten som trekkes av motoren fra strømforsyningen avhenger av motorens belastningsforhold, vil motoren trekke høyere strøm fra nettet for å opprettholde den nødvendige dreieeffekten ved lavere spenningsforsyning. Enfasering fører også til termisk overbelasting av motor. Når en fase av strømforsyningen er ute av drift, trekker de to gjenstående fasene høyere strøm for å opprettholde den nødvendige lastdreieeffekten, og dette fører til overoppvarming av motoren. Ubalance mellom de tre fasene av strømforsyningen fører også til overoppvarming av motorvindingen, fordi ubalansert system resulterer i negativ sekvensstrøm i statorvindingen. I tillegg kan plutselig tap og reetablering av spenning føre til veldig høy oppvarming av motoren. Siden plutselig tap av spenning fører til deakselering av motoren, og plutselig reetablering av spenning akselererer motoren for å oppnå dens nominelle hastighet, trekker motoren høyere strøm fra strømforsyningen.

Siden termisk overbelasting eller overoppvarming av motoren kan føre til isoleringsfeil og skade på vinding, bør motoren beskyttes mot følgende forhold for korrekt motorvarmeoverbelastningsbeskyttelse,

1. Mekanisk overbelasting,

2. Låsing av motorskaft,

3. Lav strømforsyning,

4. Enfasering av strømforsyningen,

5. Ubalance i strømforsyningen,

6. Plutselig tap og gjenoppretting av spenning.

Den mest grunnleggende beskyttelsesskjemaet for motoren er termisk overbelastningsbeskyttelse, som hovedsakelig dekker beskyttelsen av alle ovennevnte forhold. For å forstå grunnleggende prinsipp for termisk overbelastningsbeskyttelse, la oss se på skjemadiagrammet for grunnleggende motorstyringsskjema.

I figuren over, når START-knappen er lukket, energiseres starterbobinen gjennom transformator. Da starterbobinen energiseres, lukkes vanligvis åpne (NO) kontakter 5, slik at motoren får spenning på sine terminaler og den begynner å rotere. Denne starterbobinen lukker også kontakt 4, som gjør at starterbobinen energiseres selv om START-knappkontaktet frigis fra sin lukkede posisjon. For å stoppe motoren er det flere vanligvis lukkede (NC) kontakter i serie med starterbobinen som vist i figuren. En av dem er STOP-knappkontakt. Hvis STOP-knappen trykkes, åpnes denne knappkontakten og bryter kontinuiteten i starterbobinens krets, dermed gjør at starterbobinen de-energisers. Derfor kommer kontakter 5 og 4 tilbake til deres vanlige åpne posisjon. Da, i fravær av spenning på motorens terminaler, vil den sluttelig slutte å kjøre. På samme måte, hvis noen av de andre NC-kontaktene (1, 2 og 3) forbundet i serie med starterbobinen åpnes, vil det også stoppe motoren. Disse NC-kontaktene er elektrisk koblet med ulike beskyttelsesrelæer for å stoppe motorens drift i ulike uvanlige forhold.

La oss se på termisk overbelastningsrelæet og dets funksjon i motorvarmeoverbelastningsbeskyttelse.
Sekundærside av CT-ene i serie med motorforsyningssirkelen, er koblet til en bimetallstrip i termisk overbelastningsrelæet (49). Som vist i figuren nedenfor, når strømmen gjennom sekundærsiden av noen av CT-ene, overskrider dens forhåndsbestemte verdier i en forhåndsbestemt periode, blir bimetallstripen overoppvarmet og den deformeres, noe som til slutt fører til at relæ 49 aktiveres. Så snart relæ 49 aktiveres, åpnes NC-kontaktene 1 og 2, som de-energisere starterbobinen og dermed stopper motoren.

Noe annet vi må huske under innsats av motorvarmeoverbelastningsbeskyttelse. Faktisk har hver motor en forhåndsbestemt overbelastningstoleranseverdi. Dette betyr at hver motor kan kjøre ut over sin nominelle last i en bestemt tillatet periode avhengig av dens belastningsforhold. Hvordan lenge en motor kan kjøre sikkert for en bestemt last, er spesifisert av produsenten. Forholdet mellom ulike belastninger på motor og de tilsvarende tillatte periodene for å kjøre den samme i sikker tilstand refereres til som termisk grensekurve for motoren. La oss se på kurven for en bestemt motor, gitt nedenfor.

Her representerer Y-aksen eller vertikal aksen den tillatte tiden i sekunder, og X-aksen eller horisontal aksen representerer prosentandel overbelastning. Her er det klart fra kurven at, motor kan kjøre sikkert uten skade på grunn av overoppvarming i lang periode ved 100% av den nominelle lasten. Den kan kjøre sikkert 1000 sekunder ved 200 % av normalt nominell last. Den kan kjøre sikkert 100 sekunder ved 300 % av normalt nominell last. Den kan kjøre sikkert 15 sekunder ved 600% av normalt nominell last. Den øvre delen av kurven representerer den normale driftsforholdet for rotoren, og den nedre delen representerer den mekanisk låste tilstanden for rotoren.

Nå skal driftstid vs aktiveringstrømkurven for det valgte termiske overbelastningsrelæet være under den termiske grensekurven for motoren for tilfredsstillende og sikker drift. La oss ha en diskusjon om mer detaljer-

Husk egenskapene til startstrømmen til motoren – Under oppstart av induksjonsmotoren, går statorstrømmen over 600 % av normalt nominell strøm, men den holder seg i 10 til 12 sekunder, etter det faller statorstrømmen brått til den normale nominelle verdien. Så hvis termisk overbelastningsrelæet aktiveres før de 10 til 12 sekunder for strømmen 600 % av normalt nominell, kan motoren ikke startes. Derfor kan det konkluderes at driftstid vs aktiveringstrømkurven for det valgte termiske overbelastningsrelæet bør være under den termiske grensekurven for motoren, men over startstrømkarakteristikkkurven for motoren. Sannsynlig posisjon av termisk strømrelæegenskaper er avgrenset av disse to nevnte kurver som vist i grafen av markert område.

Noe annet må huskes under valg av termisk overbelastningsrelæ. Dette relæet er ikke et øyeblikkelig relæ. Det har en minimumsforsinkelse i drift siden bimetallstripen krever en minimumstid for å bli oppvarmet og deformert for maksimal verdi av driftsstrøm. Fra grafen finnes det at termiske relæet vil aktiveres etter 25 til 30 sekunder hvis enten rotoren plutselig blokkeres mekanisk eller motoren mislykkes med å starte. I denne situasjonen vil motoren trekke en veldig høy strøm fra strømforsyningen. Hvis motoren ikke isoleres raskt, kan det forekomme alvorlig skade.

Dette problemet løses ved å gi tidsbasert overstrømingsrelæ med høy inntak. Tids-strøm egenskapene for disse overstrømingsrelæene er så valgt at for lavere verdi av overlast, vil relæet ikke aktiveres siden termisk overbelastningsrelæ vil aktiveres før det. Men for høyere verdi av overlast og for blokkert rotortilstand vil tidsbasert overlastrelæ aktiveres istedenfor termisk relæ fordi det forrige vil aktiveres mye før det sistnevnte.
Derfor er både bimetallisk overlastrelæ og tidsbasert overstrømingsrelæ gitt for full motorvarmeoverbelastningsbeskyttelse.
Det er en hovednakkedel av bimetallisk termisk overlastrelæ, som temperaturen på bimetallet påvirkes av ambients temperatur, prestasjonen av relæet kan variere for forskjellige ambients temperaturer. Dette problemet kan løses ved å bruke RTD eller resistansetemperatursensor. De større og mer sofistikerte motorene beskyttes mer nøyaktig mot termisk overlast ved hjelp av RTD. I statorslotter, RTD plasseres sammen med statorvinding. Resistansen til RTD endres med endrede temperaturer, og denne endrede resistive verdien registreres av en Wheatstonebro-sirkel.
Dette motorvarmeoverbelastningsbeskyttelsesskjemaet er veldig enkelt. RTD av stator brukes som en arm av balansert Wheatstonebro. Mengden strøm gjennom relæ 49 avhenger av graden av ubalans i broen. Når temperaturen på statorvindingen økes, øker elektrisk resistansen til sensor, noe som forstyrrer den balanserte tilstanden i broen. Som et resultat begynner strøm å strømme gjennom relæ 49, og relæet vil aktiveres etter en forhåndsbestemt verdi av denne ubalanserte strømmen, og til slutt vil starterkontakt åpnes for å stoppe strømtilførselen til motoren.

Erklæring: Respektér originaliteten, gode artikler er verd å dele, hvis det er omtrent overtredelse, vennligst kontakt for sletting.