Toplotna zaščita motorja
Ko vrteči magnetni tok preseže vsako palico rotorja, bo v palicah rotorja tekla inducirana cirkulirajoča struja. Ob zagonu je rotor mirujoč in statorsko polje se vrti s sinkronsko hitrostjo, relativna gibanje med vrtečim poljem in rotorjem je največja. Torej, hitrost prerezanja toka z rotorovimi palicami je največja, inducirana struja je največja v tej situaciji. Ampak ker je vzrok za inducirano struja ta relativna hitrost, bo rotor poskušal zmanjšati to relativno hitrost in tako bo začel vrteti v smeri vrtečega magnetnega polja, da doseže sinkronsko hitrost. Ko rotor pride do sinkronsko hitrosti, ta relativna hitrost med rotorjem in vrtečim magnetnim poljem postane nič, zato ne bo več nobenega prerezanja toka in sledstveno ne bo nobene inducirane struje v rotorovih palicah. Ko inducirana struja postane nič, ne bo več potrebe po ohranjanju ničelne relativne hitrosti med rotorjem in vrtečim magnetnim poljem, zato padne hitrost rotorja.
Ko pa pada hitrost rotorja, relativna hitrost med rotorjem in vrtečim magnetnim poljem ponovno pridobi neničelno vrednost, ki spet povzroči inducirano struja v rotorovih palicah, rotor bo spet poskušal doseči sinkronsko hitrost in to bo nadaljevalo, dokler je motor vklopljen. Zaradi tega fenomena rotor nikoli ne doseže sinkronsko hitrost in tudi nikoli ne ustavi tekanja med normalnim delovanjem. Razlika med sinkronsko hitrostjo in hitrostjo rotorja glede na sinkronsko hitrost, se imenuje klizanje indukcijskega motorja.
Klizanje v navadno delujočem indukcijskem motorju tipično variira od 1 % do 3 % glede na naloženi pogoji motorja. Sedaj poskusimo narisati značilnosti hitrosti in struje indukcijskega motorja – recimo primer velike pečnice ventilatorja.
Na karakteristični krivulji je Y os vzeta kot čas v sekundah, X os je vzeta kot % statorske struje. Ko je rotor mirujoč, to je ob pogojih zagona, je klizanje največje, zato je inducirana struja v rotorju največja in zaradi transformacijskega delovanja, stator bo tudi pritegnil veliko struje iz napajalnega vira in bi bila okoli 600 % nominalne polne obremenitve statorske struje. Ko se rotor pospešuje, se zmanjša klizanje, sledstveno se zmanjša rotor struja in statorska struja pada na okoli 500 % nominalne polne obremenitve struje v 12 sekundah, ko hitrost rotorja doseže 80 % sinkronsko hitrost. Nato statorska struja hitro pada na nominalno vrednost, ko rotor doseže svojo normalno hitrost.
Sedaj bomo razpravili o preobremenitvi električnega motorja zaradi toplote ali pregreva problemu električnega motorja in potrebi po varnosti motora pred preobremenitvijo zaradi toplote. Ko mislimo o pregrevu motorja, prva stvar, ki nam pride v misli, je preobremenitev. Zaradi mehanske preobremenitve motor pritegne višjo struja iz napajalnega vira, kar vodi v prekomerno segrevanje motorja. Motor se lahko tudi prekomerno segreje, če je rotor mehansko zaklenjen, torej postane mirujoč zaradi kakšne zunanje mehanske sile. V tej situaciji motor pritegne prekomerno visoko struja iz napajalnega vira, kar tudi vodi v preobremenitev električnega motorja zaradi toplote ali prekomernemu segrevanju problema. Druga vzročilo pregreva je nizka napajalna napetost. Ker odvisno od obremenitve motorja odvzema moč iz napajalnega vira, za nižjo napajalno napetost, motor pritegne višjo struja iz omrežja, da ohrani potrebni moment. Enofazni pogoj tudi povzroči preobremenitev motorja zaradi toplote. Ko je eden faz napajalnega vira izven službe, preostale dve fazi pritegneta višjo struja, da ohranita potrebni naložni moment, kar vodi v presegrevanje motorja. Neravnovesje med tremi fazami napajalnega vira tudi povzroči presegrevanje motorja, ker neravnovesni sistem vodi v negativno zaporedje struje v statorski obмотави. Ponovno, zaradi nagle izgube in ponovnega vzpostavitve napajalne napetosti, se lahko motor prekomerno segreje. Ker zaradi nagle izgube napajalne napetosti, se motor de-accelerira in zaradi nagle ponovne vzpostavitve napetosti, se motor pospešuje, da doseže njegovo nominalno hitrost, in zato motor pritegne višjo struja iz napajalnega vira.
Kot preobremenitev zaradi toplote ali presegrevanje motorja lahko vodi v odpoved izolacije in poškodbo obмотаве, zato za pravilno varnost motora pred preobremenitvijo zaradi toplote, mora biti motor zaščiten pred naslednjimi pogoji
Mehanska preobremenitev,
Stalling of motor shaft,
Nizka napajalna napetost,
Enofazni pogoj napajalnega omrežja,
Neravnovesje napajalnega omrežja,
Nagla izguba in ponovno vzpostavitev napajalne napetosti.
Najosnovnejši varnostni shema motorja je preobremenitev zaradi toplote, ki primarno pokriva zaščito pred vsemi zgoraj navedenimi pogoji. Za razumevanje osnovnih principov varnosti pred preobremenitvijo zaradi toplote, preučimo shemo osnovnega upravljanja motorja.
Na zgornji sliki, ko je START gumbev zaprt, je starter bobina energizirana preko transformatorja. Ko je starter bobina energizirana, so običajno odprti (NO) kontakti 5 zaprti, zato motor dobiva napajalno napetost na svojih terminalih in začne vrteti. Ta start bobina tudi zapre kontaktno 4, ki starter bobino energizira, tudi če je START gumbev kontakt odkrit iz svoje zaprti položaje. Za ustavitev motorja obstaja več običajno zaprtih (NC) kontaktov v seriji z starter bobinom, kot je prikazano na sliki. Eden od njih je STOP gumbev kontakt. Če je STOP gumbev pritisnjen, ta kontakt se odpre in prekine kontinuiteto starter bobina, sledstveno starter bobina de-energizira. Torej, kontakti 5 in 4 se vračajo v svoje običajno odprto stanje. Potem, brez napetosti na motor terminalih, bo končno prestal. Podobno, če se kateri od drugih NC kontaktov (1, 2 in 3), povezanih v seriji s starter bobinom, odpre, bo motor tudi ustavljen. Ti NC kontakti so električno povezani z različnimi zaščitnimi releji, da ustavijo delovanje motorja v različnih nenormalnih pogojih.
Poglejmo relej za preobremenitev zaradi toplote in njegov funkcionalnost v varnosti motora pred preobremenitvijo zaradi toplote.
Secundarni del CT-jev v seriji z motor napajalno obмотаво, je povezan s dvometalno ploskvico releja za preobremenitev zaradi toplote (49). Kot je prikazano na spodnji sliki, ko struja skozi sekundarni del katerega koli CT preseže predvidene vrednosti za predviden čas, se dvometalna ploskev pregreje in se deformira, kar končno povzroči delovanje releja 49. Takoj, ko je relej 49 deloval, se NC kontakti 1 in 2 odprejo, kar de-energizira starter bobin in tako ustavi motor.
Druga stvar, ki jo moramo upoštevati pri zagotavljanju varnosti motora pred preobremenitvijo zaradi toplote. Dejansko ima vsak motor določeno predvideno tolerancijo za preobremenitev. To pomeni, da lahko vsak motor teče nad svojo nominalno obremenitev za določen dopusten čas, odvisno od njegove obremenitve. Koliko dolgo lahko motor varno teče za določeno obremenitev, določi proizvajalec. Odnos med različnimi obremenitvami na motorju in ustreznimi dopustnimi časi za varno delovanje istega, se imenuje termalna mejna krivulja motorja. Poglejmo krivuljo določenega motorja, prikazano spodaj.
Tukaj Y os ali vertikalna os predstavlja dopusten čas v sekundah, X os ali horizontalna os predstavlja odstotek preobremenitve. Očitno je iz krivulje, da motor lahko varno teče brez poškodb zaradi presegrevanja za dolg čas pri 100 % nominalne obremenitve. Lahko varno teče 1000 sekund pri 200 % normalne nominalne obremenitve. Lahko varno teče 100 sekund pri 300 % normalne nominalne obremenitve. Lahko varno teče 15 sekund pri 600% normalne nominalne obremenitve. Zgornji del krivulje predstavlja normalno delovanje rotorja, najnižji del pa predstavlja mehansko zaklenjen stanje rotorja.
Sedaj bi morala biti krivulja časa delovanja vs. dejavnostne struje izbranega releja za preobremenitev zaradi toplote pod termalno mejno krivuljo motorja za zadovoljivo in varno delovanje. Poglejmo več podrobnosti -
Zapomnite si značilnosti začetne struje motorja - Med zagonom indukcijskega motorja, statorska struja preseže 600 % normalne nominalne struje, a ostane le 10 do 12 sekund, nato statorska struja nenadoma pada na normalno nominalno vrednost. Torej, če relej za preobremenitev zaradi toplote deluje pred tem 10 do 12 sekundami za struja 600 % normalne nominalne, motor ne more biti zagnan. Torej, lahko zaključimo, da bi morala biti krivulja časa delovanja vs. dejavnostne struje izbranega releja za preobremenitev zaradi toplote pod termalno mejno krivuljo motorja, a nad značilnostmi začetne struje motorja. Verjetna lega značilnosti termalnega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayskega relayske......
