Motorisk termisk överbelastningskydd
För att förstå motor termisk överbelastningsskydd i induktionsmotor kan vi diskutera driftprincipen för trefasinduktionsmotor. Det finns en cylindrisk stator och en trefasvindning som symmetriskt fördelas längs den inre periferin av statorn. På grund av denna symmetriska fördelning, när en trefasspänning tillämpas på statorvindningen, produceras ett roterande magnetfält. Detta fält roterar med synkronhastighet. Rotor skapas huvudsakligen av fasta kopparstänger som är kortslutade vid båda ändarna så att de bildar en korgliknande struktur. Därför kallas denna motor också squirrel cage-induktionsmotor. I alla fall, låt oss komma till det grundläggande punkten för trefasinduktionsmotorn - vilket kommer att hjälpa oss att tydligt förstå motor termisk överbelastningsskydd.
När det roterande magnetflödet korsar varje stångledare i rotor, kommer det att uppstå en cirkulerande ström genom stångledarna. Vid start är rotorn stilla och statorfältet roterar med synkronhastighet, den relativa rörelsen mellan det roterande fältet och rotorn är maximal.
Därför är frekvensen av flödeskorsningar med rotorstänger maximal, den induserade strömmen är maximal under dessa förhållanden. Men eftersom orsaken till den induserade strömmen är denna relativa hastighet, kommer rotorn att försöka minska denna relativa hastighet och därmed börja rotera i samma riktning som det roterande magnetfältet för att nå synkronhastigheten. När rotorn når synkronhastigheten blir den relativa hastigheten mellan rotorn och det roterande magnetfältet noll, därför kommer det inte att finnas några ytterligare flödeskorsningar och konsekvent ingen induserad ström i rotorstänger. Eftersom den induserade strömmen blir noll, kommer det inte att finnas något behov av att upprätthålla noll relativ hastighet mellan rotorn och det roterande magnetfältet, därför sjunker rotorns hastighet.
När rotorns hastighet sjunker återupptas den relativa hastigheten mellan rotorn och det roterande magnetfältet med ett icke-noll-värde, vilket igen orsakar en induserad ström i rotorstänger, då kommer rotorn igen att försöka uppnå synkronhastigheten och detta kommer att fortsätta tills motorn är avstängd. På grund av detta fenomen kommer rotorn aldrig att uppnå synkronhastigheten samt aldrig sluta rotera under normal drift. Skillnaden mellan synkronhastigheten och rotorns hastighet i förhållande till synkronhastigheten, kallas för glidning i induktionsmotor.
Glidningen i en vanligtvis fungerande induktionsmotor varierar typiskt mellan 1% och 3% beroende på belastningsförhållandena för motorn. Nu ska vi försöka rita hastighet-strömkurvor för induktionsmotor - låt oss ta ett exempel på en stor kokarens fläkt.
I karaktäristiken tas Y-axeln som tid i sekunder, X-axeln tas som % av statorström. När rotorn är stillastående, det vill säga vid start, är glidningen maximal, därför är den induserade strömmen i rotorn maximal och p.g.a. transformationsverkan kommer statorn också att dra en tung ström från anslutningen och det skulle vara runt 600 % av den nominella fullbelastningsströmmen. När rotorn accelereras minskar glidningen, konsekvent minskar rotorsströmmen och statorströmmen till runt 500 % av den nominella fullbelastningsströmmen inom 12 sekunder när rotorns hastighet når 80% av synkronhastigheten. Efter det sjunker statorströmmen snabbt till det nominella värdet när rotorn når sin normala hastighet.
Nu ska vi diskutera termisk överbelastning av elektrisk motor eller överhettning problem av elektrisk motor och nödvändigheten av motor termisk överbelastningsskydd.
När vi tänker på överhettning av en motor, är det första som dyker upp i vårt huvud mekanisk överbelastning. På grund av mekanisk överbelastning drar motorn högre ström från anslutningen vilket leder till excessiv överhettning av motorn. Motorn kan också bli extremt överhettad om rotorn är mekaniskt låst, det vill säga blir stillastående av extern mekanisk kraft. I detta läge kommer motorn att dra extremt hög ström från anslutningen vilket också leder till termisk överbelastning av elektrisk motor eller extremt överhettning problem. En annan orsak till överhettning är låg anslutningsspänning. Eftersom effekten som dras av motorn från anslutningen beror på belastningsförhållandena för motorn, kommer motorn vid lägre anslutningsspänning att dra högre ström från nätet för att upprätthålla den nödvändiga momentet. Enfasning orsakar också termisk överbelastning av motor. När en fas av anslutningen är ur drift, drar de återstående två faserna högre ström för att upprätthålla den nödvändiga belastningsmomentet och detta leder till överhettning av motorn. Obalans mellan de tre faserna i anslutningen orsakar också överhettning av motorns vindning, eftersom obalanserat system resulterar i negativ sekvensström i statorvindningen. Återigen, p.g.a. plötslig förlust och återställning av anslutningsspänning kan leda till extrem överhettning av motorn. Eftersom plötslig förlust av anslutningsspänning gör att motorn deaccelererar och p.g.a. plötslig återställning av spänning accelererar motorn för att uppnå dess nominella hastighet och därför drar motorn högre ström från anslutningen.
Eftersom termisk överbelastning eller överhettning av motorn kan leda till isolationsfel och skada på vindning, bör motorn skyddas mot följande tillstånd för korrekt motor termisk överbelastningsskydd,
Mekanisk överbelastning,
Stoppning av motorskaft,
Låg anslutningsspänning,
Enfasning av anslutning,
Obalans i anslutning,
Plötslig förlust och återställning av anslutningsspänning.
Det mest grundläggande skyddsschemat för motorn är termisk överbelastningsskydd som huvudsakligen täcker skyddet av alla ovan nämnda tillstånd. För att förstå den grundläggande principen för termisk överbelastningsskydd, låt oss undersöka schematisk ritning av grundläggande motorskontrollschema.
I figuren ovan, när START-knappen stängs, energiseras starterbobinen genom transformatorn. När starterbobinen energiseras, stängs normalt öppna (NO) kontakter 5, vilket ger motorn anslutningsspänning vid dess terminaler och den börjar rotera. Denna startbobin stänger också kontakt 4, vilket gör att starterbobinen energiseras även om START-knappens kontakt frigörs från sitt stängda läge. För att stoppa motorn finns det flera normalt stängda (NC) kontakter i serie med starterbobinen som visas i figuren. En av dem är STOP-knappkontakt. Om STOP-knappen trycks ned, öppnas denna knappkontakt och bryter kontinuiteten i starterbobinskretsen och gör att starterbobinen avenergiseras. Därför återgår kontakter 5 och 4 till sina normalt öppna lägen. Sedan, i frånvaro av spänning vid motorterminalerna kommer den slutligen att sluta rotera. På liknande sätt, om någon av de andra NC-kontakterna (1, 2 och 3) som är anslutna i serie med starterbobinen öppnas, kommer det också att stoppa motorn. Dessa NC-kontakter är elektriskt kopplade till olika skyddsspolar för att stoppa motorns drift i olika oförutsedda tillstånd.
Låt oss titta på termisk överbelastningsspola och dess funktion i motor termisk överbelastningsskydd.
Secundären av CT:er i serie med motoranslutningskretsen är ansluten till en bimetallstrip av termisk överbelastningsspolan (49). Som visas i figuren nedan, när strömmen genom secundären av någon av CT:erna överskrider dess förbestämda värden under en förbestämd tid, överhettas bimetallstripen och den deformeras, vilket till slut orsakar att spola 49 aktiveras. När spola 49 aktiveras, öppnas NC-kontakter 1 och 2, vilket avenergiseras starterbobinen och därför stoppar motorn.
En annan sak vi måste komma ihåg under tillhandahållandet av motor termisk överbelastningsskydd. Varje motor har faktiskt ett förbestämt överbelastningstoleransvärde. Det betyder att varje motor kan köras utöver sin nominella last under en specifik tillåten period beroende på dess belastningsförhållande. Hur länge en motor kan köras säkert för en viss last anges av tillverkaren. Relationen mellan olika laster på motor och motsvarande tillåtna perioder för att köra samma i säkert tillstånd kallas för motorns termiska gränskurva. Låt oss titta på kurvan för en viss motor, givet nedan.
Här representerar Y-axeln eller vertikal axel den tillåtna tiden i sekunder och X-axeln eller horisontal axel representerar procentandel av överlast. Här är det klart från kurvan att, motor kan köras säkert utan någon skada på grund av överhettning under en lång tid vid 100% av den nominella lasten. Den kan köras säkert 1000 sekunder vid 200 % av den normala nominella lasten. Den kan köras säkert 100 sekunder vid 300 % av den normala nominella lasten. Den kan köras säkert 15 sekunder vid 600% av den normala nominella lasten. Övre delen av kurvan representerar det normala driftstillståndet för rotorn och den nedre delen representerar det mekaniskt låsta tillståndet för rotorn.
Nu ska drifttid vs aktiveringström kurvan för den valda termiska överbelastningsspolan placeras under den termiska gränskurvan för motorn för tillfredsställande och säker drift. Låt oss ha en diskussion om mer detaljer-
Kom ihåg egenskaperna för startström hos motorn - Under start av induktionsmotorn, går statorströmmen över 600 % av den normala nominella strömmen men den stannar upp till 10 till 12 sekunder efter det statorströmmen plötsligt sjunker till det nominella värdet. Så om termiska överbelastningsspola aktiveras innan dessa 10 till 12 sekunder för strömmen 600 % av den normala nominella, kommer motorn inte kunna starta. Därför kan man dra slutsatsen att drifttid vs aktiveringström kurvan för den valda termiska överbelastningsspolan bör placeras under den termiska gränskurvan för motorn men över startströmkarakteristiken för motorn. Möjlig position för termiska strömspola karaktäristik begränsas av dessa två nämnda kurvor som visas i grafen av markerad yta.
En annan sak som ska kommas ihåg vid val av termisk överbelastningsspola. Denna spola är inte en omedelbar spola. Den har en minimal driftfördröjning eftersom bimetallstripen kräver en minimal tid för att värmas upp och deformeras för det maximala värdet av driftström. Från grafen framgår det att termiska spolan kommer att aktiveras efter 25 till 30 sekunder om antingen rotorn plötsligt mekaniskt blockerar eller om motorn misslyckas med att starta. I detta läge kommer motorn att dra en enorm ström från anslutningen. Om motorn inte isoleras snabbt, kan allvarliga skador uppstå.
Detta problem löses genom att tillhandahålla tidsöverströmspola med hög upptagningsnivå. Tidsströmkarakteristiken för dessa överströmspolar väljs så att för lägre värden av överlast, kommer spolen inte att aktiveras eftersom termiska överbelastningsspola kommer att aktiveras innan den. Men för högre värden av överlast och för blockering av rotorkondition kommer tidsöverlastspola att aktiveras istället för termisk spola eftersom den senare kommer att aktiveras mycket tidigare än den tidigare.
Alltså tillhandahålls både bimetallisk överbelastningsspola och tidsöverströmspola för komplett motor termisk överbelastningsskydd.
Det finns en huvudsaklig nackdel med bimetallisk termisk överbelastningsspola, eftersom värme- och kylhastigheten av bi-metall påverkas av omgivnings temperaturen, kan prestandan av spolen skilja sig åt för olika omgivnings temperaturer. Detta problem kan lösas genom att använda RTD eller resistans temperaturdetektor. De större och mer sofistikerade motorerna skyddas mer exakt mot termisk överbelastning genom att använda RTD. I statorrummen placeras RTD:er tillsammans med statorvindning. Resistansen hos RTD:en ändras med förändring temperatur och denna ändrade resistansvärde uppfattas av en Wheatstone bridge-krets.
Detta motor termisk överbelastningsskyddsschema är mycket enkelt. RTD av stator används som en arm av balanserad Wheatstone bridge. Strömmen genom spola 49 beror på graden av obalans i bron. När temperaturen på statorvindningen ökar, ökar den elektriska resistansen hos detektorn vilket stör det balanserade tillståndet av bron. Som en följd börjar ström flöda genom spola 49 och spolan kommer att aktiveras efter ett förbestämt värde av denna obalanserade ström och slutligen öppnar starterkontakten för att stoppa anslutningen till motorn.
Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
