การป้องกันความร้อนเกินของมอเตอร์
ในการทำความเข้าใจการป้องกันความร้อนเกินของมอเตอร์ในมอเตอร์เหนี่ยวนำ เราสามารถพูดถึงหลักการทำงานของมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟส มีสเตเตอร์ทรงกระบอกและวงจรขดลวดสามเฟสที่กระจายอยู่ภายในขอบของสเตเตอร์อย่างสมมาตร เมื่อมีการจ่ายไฟฟ้าสามเฟสให้กับวงจรขดลวดสเตเตอร์ จะสร้างสนามแม่เหล็กหมุน โดยสนามนี้จะหมุนที่ความเร็วซิงโครนัส โรเตอร์ในมอเตอร์เหนี่ยวนำสร้างขึ้นโดยแท่งทองแดงที่เชื่อมต่อทั้งสองปลายเพื่อให้เป็นโครงสร้างคล้ายกรงกระรอก นี่คือเหตุผลที่มอเตอร์นี้ถูกเรียกว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก อย่างไรก็ตาม มาดูประเด็นสำคัญของมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟส – ซึ่งจะช่วยให้เราเข้าใจการป้องกันความร้อนเกินของมอเตอร์ได้อย่างชัดเจน
เมื่อสนามแม่เหล็กหมุนตัดผ่านแท่งคอนดักเตอร์ของโรเตอร์ จะมีกระแสไฟฟ้าไหลเวียนผ่านแท่งคอนดักเตอร์ ในขณะเริ่มต้น โรเตอร์หยุดนิ่งและสนามแม่เหล็กสเตเตอร์หมุนที่ความเร็วซิงโครนัส ความเร็วสัมพัทธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กหมุนและโรเตอร์สูงสุด ดังนั้น อัตราการตัดสนามแม่เหล็กกับแท่งโรเตอร์สูงสุด กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นสูงสุดในสถานการณ์นี้ แต่เนื่องจากสาเหตุของกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นคือความเร็วสัมพัทธ์นี้ โรเตอร์จะพยายามลดความเร็วสัมพัทธ์นี้และเริ่มหมุนไปในทิศทางของสนามแม่เหล็กหมุนเพื่อที่จะตามความเร็วซิงโครนัส ทันทีที่โรเตอร์มาถึงความเร็วซิงโครนัส ความเร็วสัมพัทธ์ระหว่างโรเตอร์และสนามแม่เหล็กหมุนกลายเป็นศูนย์ ดังนั้น จะไม่มีการตัดสนามแม่เหล็กและการเกิดกระแสไฟฟ้าในแท่งโรเตอร์อีก ด้วยกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเป็นศูนย์ ไม่จำเป็นต้องรักษาความเร็วสัมพัทธ์ระหว่างโรเตอร์และสนามแม่เหล็กหมุนเป็นศูนย์ ดังนั้น ความเร็วของโรเตอร์จะลดลง
เมื่อความเร็วของโรเตอร์ลดลง ความเร็วสัมพัทธ์ระหว่างโรเตอร์และสนามแม่เหล็กหมุนกลับมาเป็นค่าที่ไม่ใช่ศูนย์ ซึ่งทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในแท่งโรเตอร์อีกครั้ง โรเตอร์จะพยายามบรรลุความเร็วซิงโครนัส และจะดำเนินต่อไปจนกว่ามอเตอร์จะปิด ด้วยปรากฏการณ์นี้ โรเตอร์จะไม่สามารถบรรลุความเร็วซิงโครนัสได้ตลอดเวลาและจะไม่หยุดทำงานในระหว่างการทำงานปกติ ความแตกต่างระหว่างความเร็วซิงโครนัสกับความเร็วของโรเตอร์เทียบกับความเร็วซิงโครนัส เรียกว่า slip ของมอเตอร์เหนี่ยวนำ
slip ในมอเตอร์เหนี่ยวนำที่ทำงานปกติโดยทั่วไปมีค่าอยู่ระหว่าง 1% ถึง 3% ขึ้นอยู่กับสภาพโหลดของมอเตอร์ ตอนนี้เราจะลองวาดคุณสมบัติของความเร็วและกระแสไฟฟ้าของมอเตอร์เหนี่ยวนำ – ลองดูตัวอย่างของพัดลมหม้อน้ำขนาดใหญ่
ในคุณสมบัติแกน Y แทนเวลาในวินาที และแกน X แทนเปอร์เซ็นต์ของกระแสไฟฟ้าสเตเตอร์ เมื่อโรเตอร์หยุดนิ่ง หรือในกรณีเริ่มต้น slip สูงสุด ดังนั้น กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในโรเตอร์สูงสุด และเนื่องจากปฏิกิริยาแปลง กระแสไฟฟ้าสเตเตอร์จะดึงกระแสไฟฟ้าจำนวนมากจากแหล่งจ่ายไฟประมาณ 600% ของกระแสไฟฟ้าเต็มโหลดที่กำหนด เมื่อโรเตอร์เริ่มเร่งความเร็ว slip ลดลง ดังนั้น กระแสไฟฟ้าโรเตอร์และกระแสไฟฟ้าสเตเตอร์ลดลงเหลือประมาณ 500% ของกระแสไฟฟ้าเต็มโหลดที่กำหนดภายใน 12 วินาที เมื่อความเร็วของโรเตอร์ถึง 80% ของความเร็วซิงโครนัส จากนั้น กระแสไฟฟ้าสเตเตอร์ลดลงอย่างรวดเร็วเป็นค่าที่กำหนดเมื่อโรเตอร์ถึงความเร็วปกติ
ตอนนี้เราจะพูดถึงการโหลดเกินความร้อนของมอเตอร์ไฟฟ้าหรือปัญหาการเกิดความร้อนสูงของมอเตอร์ไฟฟ้าและความจำเป็นของการป้องกันความร้อนเกินของมอเตอร์
เมื่อเราคิดถึงการเกิดความร้อนสูงของมอเตอร์ สิ่งแรกที่เราคิดถึงคือการโหลดเกิน เนื่องจากการโหลดเกินทางกล มอเตอร์จะดึงกระแสไฟฟ้ามากขึ้นจากแหล่งจ่ายไฟ ซึ่งนำไปสู่การเกิดความร้อนสูงของมอเตอร์ มอเตอร์ยังสามารถเกิดความร้อนสูงได้หากโรเตอร์ถูกปิดตายทางกล คือ หยุดนิ่งโดยแรงภายนอก ในสถานการณ์นี้ มอเตอร์จะดึงกระแสไฟฟ้าสูงมากจากแหล่งจ่ายไฟ ซึ่งนำไปสู่การโหลดเกินความร้อนของมอเตอร์หรือปัญหาความร้อนสูง สาเหตุอื่น ๆ ของการเกิดความร้อนคือแรงดันไฟฟ้าต่ำ เนื่องจากพลังงานที่มอเตอร์ดึงจากแหล่งจ่ายไฟขึ้นอยู่กับสภาพโหลดของมอเตอร์ สำหรับแรงดันไฟฟ้าต่ำ มอเตอร์จะดึงกระแสไฟฟ้าสูงขึ้นจากสายไฟเพื่อรักษาแรงบิดที่ต้องการ การขาดเฟสหนึ่งก็ทำให้เกิดการโหลดเกินความร้อนของมอเตอร์ เมื่อเฟสหนึ่งของแหล่งจ่ายไฟเสียหาย เฟสที่เหลือจะดึงกระแสไฟฟ้าสูงขึ้นเพื่อรักษาแรงบิดที่ต้องการ ซึ่งนำไปสู่การเกิดความร้อนสูงของมอเตอร์ การไม่สมดุลระหว่างเฟสของแหล่งจ่ายไฟก็ทำให้เกิดความร้อนสูงของวงจรขดลวดมอเตอร์ เนื่องจากระบบไม่สมดุลทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าลำดับลบในวงจรขดลวดสเตเตอร์ นอกจากนี้ การสูญเสียและฟื้นฟูแรงดันไฟฟ้าอย่างฉับพลันอาจทำให้เกิดความร้อนสูงของมอเตอร์ เนื่องจากการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าอย่างฉับพลัน มอเตอร์จะชะลอความเร็ว และเมื่อแรงดันไฟฟ้าฟื้นฟูอย่างฉับพลัน มอเตอร์จะเร่งความเร็วเพื่อบรรลุความเร็วที่กำหนด และดังนั้น มอเตอร์จะดึงกระแสไฟฟ้าสูงขึ้นจากแหล่งจ่ายไฟ
เนื่องจากการโหลดเกินความร้อนหรือความร้อนสูงของมอเตอร์อาจนำไปสู่การชำรุดของฉนวนและวงจรขดลวด ดังนั้น เพื่อการป้องกันความร้อนเกินของมอเตอร์ที่เหมาะสม มอเตอร์ควรได้รับการป้องกันจากเงื่อนไขต่อไปนี้
การโหลดเกินทางกล,
การหยุดนิ่งของแกนโรเตอร์,
แรงดันไฟฟ้าต่ำ,
การขาดเฟสของแหล่งจ่ายไฟ,
การไม่สมดุลของแหล่งจ่ายไฟ,
การสูญเสียและฟื้นฟูแรงดันไฟฟ้าอย่างฉับพลัน.
แผนการป้องกันพื้นฐานของมอเตอร์คือการป้องกันความร้อนเกิน ซึ่งครอบคลุมการป้องกันเงื่อนไขทั้งหมดที่กล่าวมา ในการทำความเข้าใจหลักการพื้นฐานของการป้องกันความร้อนเกิน ลองตรวจสอบแผนภาพของแผนควบคุมมอเตอร์พื้นฐาน
ในรูปด้านบน เมื่อปุ่ม START ถูกปิด วงจรขดลวดเริ่มทำงานผ่านทรานสฟอร์เมอร์ เมื่อวงจรขดลวดเริ่มทำงาน ตัวต่อแบบเปิด (NO) หมายเลข 5 จะปิด ดังนั้นมอเตอร์จะได้รับแรงดันไฟฟ้าที่เทอร์มินัลและเริ่มหมุน วงจรขดลวดเริ่มทำงานยังปิดตัวต่อหมายเลข 4 ซึ่งทำให้วงจรขดลวดเริ่มทำงานแม้กระทั่งปุ่ม START ถูกปล่อยออกจากตำแหน่งปิด ในการหยุดมอเตอร์ มีตัวต่อแบบปิด (NC) หลายตัวต่อเรียงกันกับวงจรขดลวดเริ่มทำงานตามที่แสดงในรูป หนึ่งในนั้นคือตัวต่อ STOP ปุ่ม หากปุ่ม STOP ถูกกด ตัวต่อปุ่มนี้จะเปิดและทำให้วงจรขดลวดเริ่มทำงานขาดความต่อเนื่อง ทำให้วงจรขดลวดเริ่มทำงานหยุดทำงาน ดังนั้น ตัวต่อหมายเลข 5 และ 4 จะกลับไปที่ตำแหน่งเปิดตามปกติ จากนั้น ไม่มีแรงดันไฟฟ้าที่เทอร์มินัลมอเตอร์ มอเตอร์จะหยุดทำงาน ในทำนองเดียวกัน ตัวต่อ NC (1, 2 และ 3) ที่เชื่อมต่อเรียงกันกับวงจรขดลวดเริ่มทำงาน หากเปิด จะหยุดมอเตอร์ ตัวต่อ NC นี้เชื่อมต่อกับรีเลย์ป้องกันต่างๆ เพื่อหยุดการทำงานของมอเตอร์ในเงื่อนไขที่ผิดปกติต่างๆ
ลองดูที่รีเลย์ป้องกันความร้อนเกินและฟังก์ชันในการป้องกันความร้อนเกินของมอเตอร์
วงจรรองของ CT ที่เชื่อมต่อในวงจรจ่ายไฟมอเตอร์ เชื่อมต่อกับแถบไบเมทัลลิคของรีเลย์ป้องกันความร้อนเกิน (49) ตามที่แสดงในรูปด้านล่าง เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านวงจรรองของ CT ใดๆ ที่เกินค่าที่กำหนดไว้เป็นเวลาที่กำหนด แถบไบเมทัลลิคจะถูกทำให้ร้อนและเปลี่ยนรูป ซึ่งทำให้รีเลย์ 49 ทำงาน ทันทีที่รีเลย์ 49 ทำงาน ตัวต่อ NC หมายเลข 1 และ 2 จะเปิด ทำให้วงจรขดลวดเริ่มทำงานหยุดทำงาน และมอเตอร์จะหยุด
สิ่งที่ต้องจำในการให้การป้องกันความร้อนเกินของมอเตอร์ ทุกมอเตอร์มีค่าความอดทนโหลดเกินที่กำหนดไว้ หมายความว่า ทุกมอเตอร์สามารถทำงานเกินโหลดที่กำหนดได้เป็นเวลาที่กำหนดตามสภาพโหลด ว่ามอเตอร์สามารถทำงานปลอดภัยได้นานเท่าไรสำหรับโหลดเฉพาะนั้น กำหนดโดยผู้ผลิต ความสัมพันธ์ระหว่างโหลดต่างๆ บนมอเตอร์และระยะเวลาที่อนุญาตให้มอเตอร์ทำงานอย่างปลอดภัยเรียกว่าเส้นโค้งลิมิตความร้อนของมอเตอร์ ลองดูเส้นโค้งของมอเตอร์เฉพาะตัว ดังนี้
ที่แกน Y หรือแกนแนวตั้งแสดงเวลาที่อนุญาตในวินาที และแกน X หรือแกนแนวนอนแสดงเปอร์เซ็นต์ของโหลดเกิน จากรูปนี้ชัดเจนว่า มอเตอร์สามารถทำงานอย่างปลอดภัยโดยไม่เกิดความเสียหายจากการเกิดความร้อนได้เป็นเวลานานที่ 100% ของโหลดที่กำหนด มอเตอร์สามารถทำงานอย่างปลอดภัยได้ 1000 วินาทีที่ 200% ของโหลดที่กำหนด มอเตอร์สามารถทำงานอย่างปลอดภัยได้ 100 วินาทีที่ 300% ของโหลดที่กำหนด มอเตอร์สามารถทำงานอย่างปลอดภัยได้ 15 วินาทีที่ 600% ของโหลดที่กำหนด ส่วนบนของเส้นโค้งแสดงสภาพการทำงานปกติของโรเตอร์ และส่วนล่างสุดแสดงสภาพการปิดตายของโรเตอร์
ตอนนี้ เส้นโค้งของเวลาการทำงานกับกระแสไฟฟ้าที่ทำให้รีเลย์ทำงานควรถูกวางไว้ใต้เส้นโค้งลิมิตความร้อนของมอเตอร์สำหรับการทำงานที่พึงพอใจและปลอดภัย ลองพูดถึงรายละเอียดเพิ่มเติม
จำคุณสมบัติของกระแสไฟฟ้าเริ่มต้นของมอเตอร์ - ขณะเริ่มต้นมอเตอร์เหนี่ยวนำ กระแสไฟฟ้าสเตเตอร์จะเกิน 600% ของกระแสไฟฟ้าที่กำหนด แต่จะคงอยู่เพียง 10 ถึง 12 วินาที จากนั้น กระแสไฟฟ้าสเตเตอร์จะลดลงอย่างรวดเร็วเป็นค่าที่กำหนด ดังนั้น ถ้ารีเลย์ป้องกันความร้อนเกินทำงานก่อน 10 ถึง 12 วินาทีสำหรับกระแสไฟฟ้า 600% ของกระแสไฟฟ้าที่กำหนด มอเตอร์จะไม่สามารถเริ่มต้นได้ ดังนั้น สามารถสรุปได้ว่า เส้นโค้งของเวลาการทำงานกับกระแสไฟฟ้าที่ทำให้รีเลย์ทำงานควรถูกวางไว้ใต้เส้นโค้งลิมิตความร้อนของมอเตอร์ แต่อยู่เหนือเส้นโค้งของกระแสไฟฟ้าเริ่มต้นของมอเตอร์ ตำแหน่งที่คาดว่าของคุณสมบัติของรีเลย์ป้องกันความร้อนเกินถูกจำกัดด้วยเส้นโค้งทั้งสองนี้ ตามที่แสดงในกราฟโดยพื้นที่ที่ถูกไฮไลท์
สิ่งที่ต้องจำในการเลือกรีเลย์ป้องกันความร้อนเกิน รีเลย์นี้ไม่ใช่รีเลย์ทันท่วงที มีความล่าช้าในการทำงานอย่างน้อย เนื่องจากแถบไบเมทัลลิคต้องการเวลาอย่างน้อยในการร้อนและเปลี่ยนรูปสำหรับค่ากระแสไฟฟ้าสูงสุด จากกราฟพบว่า รีเลย์ป้องกันความร้อนจะทำงานหลังจาก 25 ถึง 30 วินาที ถ้าโรเตอร์ถูกปิดตายอย่างฉับพลันหรือมอเตอร์ไม่สามารถเริ่มต้นได้ ในสถานการณ์นี้ มอเตอร์จะดึงกระแสไฟฟ้าสูงมากจากแหล่งจ่ายไฟ ถ้ามอเตอร์ไม่ถูกแยกออกเร็วๆ อาจเกิดความเสียหายรุนแรงได้
ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขโดยการให้รีเลย์ overcurrent ที่มีค่า pickup สูง คุณสมบัติของกระแสไฟฟ้าและเวลาของรีเลย์ overcurrent ถูกเลือกให้สำหรับค่าโหลดเกินต่ำ รีเลย์จะไม่ทำงานเนื่องจากรีเลย์ป้องกันความร้อนเกินจะทำงานก่อน แต่สำหรับค่าโหลดเกินสูงและสถานะการปิดตายโรเตอร์ รีเลย์ overcurrent จะทำงานแทนรีเลย์ป้องกันความร้อนเกิน เนื่องจากรีเลย์ overcurrent จะทำงานก่อน
ดังนั้น ทั้งรีเลย์ป้องกันความร้อนเกินแบบไบเมทัลลิคและรีเลย์ overcurrent ถูกให้สำหรับการป้องกันความร้อนเกินของมอเตอร์อย่างครบถ้วน
มีข้อเสียหลักของรีเลย์ป้องกันความร้อนเกินแบบไบเมทัลลิค คือ อัตราการร้อนและการเย็นของไบเมทัลลิคได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิแวดล้อม ประสิทธิภาพของรีเลย์อาจแตกต่างกันในอุณหภูมิแวดล้อมต่างๆ ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยใช้ RTD หรือ resistance temperature detector มอเตอร์ขนาดใหญ่และซับซ้อนมักได้รับการป้องกันความร้อนเกินอย่างแม่นยำโดยใช้ RTD ซึ่งถูกวางในช่องสเตเตอร์พร้อมกับวงจรขดลวดสเตเตอร์ ความต้านทานของ RTD เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ และค่าความต้านทานที่เปลี่ยนแปลงนี้ถูกตรวจจับโดยวงจร Wheatstone bridge
แผนการป้องกันความร้อนเกินของมอเตอร์นี้ง่ายมาก RTD ของสเตเตอร์ถูกใช้เป็นแขนหนึ่งของวงจร Wheatstone bridge ที่สมดุล กระแสไฟฟ้าผ่านรีเลย์ 49 ขึ้นอยู่กับระดับการไม่สมดุลของวงจร เมื่ออุณหภูมิของวงจรขดลวดสเตเตอร์เพิ่มขึ้น ความต้านทานไฟฟ้าของตัวตรวจจับเพิ่มขึ้น ทำให้ความสมดุลของวงจรถูกทำลาย ดังนั้น กระแสไฟฟ้าจะเริ่มไหลผ่านรีเลย์ 49 และรีเลย์จะทำงานหลังจากค่ากระแสไฟฟ้าที่ไม่สมดุลถึงค่าที่กำหนด และในที่สุด ตัวต่อเริ่มทำงานจะเปิดเพื่อหยุดการจ่ายไฟให้มอเตอร์
