Pangangalang Pana-Init ng Motor
Para maintindihan ang proteksyon ng sobrang init ng motor sa induction motor, maaari nating talakayin ang prinsipyo ng operasyon ng three phase induction motor. Mayroong isang cylindrical stator at isang three phase winding na simetriko na nakapamaligid sa inner periphery ng stator. Dahil sa ganitong simetrikong pamamahagi, kapag inilapat ang three phase power supply sa stator winding, ginagawa ito ng isang rotating magnetic field. Ito ay umiikot sa synchronous speed. Ang rotor ay nabuo sa induction motor pangunahing sa pamamagitan ng bilang ng solid copper bars na shorted sa parehong dulo upang bumuo ng cylinder cage-like na istraktura. Dahil dito, tinatawag din itong squirrel cage induction motor. Ngunit, pumunta tayo sa pangunahing punto ng three phase induction motor - na makatutulong sa atin na maunawaan nang malinaw ang proteksyon ng sobrang init ng motor.
Kapag ang rotating magnetic flux ay tumama sa bawat bar conductor ng rotor, magkakaroon ng induced circulating current na lumilipad sa pamamagitan ng bar conductors. Sa pag-simula, ang rotor ay naka-standstill at ang stator field ay umiikot sa synchronous speed, ang relasyon ng motion sa pagitan ng rotating field at rotor ay maximum. Kaya, ang rate ng cuts ng flux sa mga bar ng rotor ay maximum, ang induced current ay maximum sa kondisyong ito. Ngunit dahil ang sanhi ng induced current ay ito, ang relative speed, ang rotor ay susubukan na bawasan ang relative speed at kaya ito ay sisimulan na umiikot sa direksyon ng rotating magnetic field upang mapahabol ang synchronous speed. Kapag ang rotor ay naroroon sa synchronous speed, ang relative speed sa pagitan ng rotor at rotating magnetic field ay naging zero, kaya walang karagdagang flux cutting at sa kalaunan walang induced current sa mga bar ng rotor. Dahil ang induced current ay naging zero, walang karagdagang pangangailangan na panatilihin ang zero relative speed sa pagitan ng rotor at rotating magnetic field kaya ang bilis ng rotor ay bumaba.
Kapag ang bilis ng rotor ay bumaba, ang relative speed sa pagitan ng rotor at rotating magnetic field ay muling nakakuha ng non-zero value na muling nagdudulot ng induced current sa mga bar ng rotor, kaya ang rotor ay muling susubukan na marating ang synchronous speed at ito ay patuloy hanggang ang motor ay naka-on. Dahil sa phenomenon na ito, ang rotor ay hindi kailanman mararating ang synchronous speed at hindi rin ito hihinto sa normal na operasyon. Ang pagkakaiba sa pagitan ng synchronous speed at rotor speed sa respeto ng synchronous speed, ay tinatawag na slip ng induction motor.
Ang slip sa normal na gumagana na induction motor tipikal na nag-iiba mula 1% hanggang 3% depende sa loading condition ng motor. Ngayon, susubukan natin na i-draw ang speed current characteristics ng induction motor - hayaan nating magkaroon ng halimbawa ng malaking boiler fan.
Sa characteristic, ang Y axis ay kinuha bilang oras sa segundo, ang X axis ay kinuha bilang % ng stator current. Kapag ang rotor ay naka-standstill, na sa simula, ang slip ay maximum kaya ang induced current sa rotor ay maximum at dahil sa transformation action, ang stator ay din dadalhin ng isang malaking current mula sa supply at ito ay maaaring 600% ng rated full load stator current. Habang ang rotor ay pinapabilis, ang slip ay binabawasan, sa kalaunan ang rotor current kaya ang stator current ay bumaba sa paligid ng 500% ng full load rated current sa loob ng 12 segundo kapag ang bilis ng rotor ay narinig 80% ng synchronous speed. Pagkatapos noon, ang stator current ay mabilis na bumaba sa rated value habang ang rotor ay nararating ang normal na bilis.
Ngayon, susundin natin ang talakayan tungkol sa sobrang init ng electrical motor o problema ng sobrang init ng electric motor at ang pangangailangan ng proteksyon ng sobrang init ng motor.
Kapag iniisip natin ang sobrang init ng motor, ang unang bagay na sumusugod sa isip natin ay ang overloading. Dahil sa mechanical overloading, ang motor ay nagsusundot ng mas mataas na current mula sa supply na nagdudulot ng excessive over heating ng motor. Ang motor ay maaari ring maging sobrang mainit kung ang rotor ay mekanikal na naka-lock, na naging stationary dahil sa anumang external mechanical force. Sa sitwasyong ito, ang motor ay nagsusundot ng labis na mataas na current mula sa supply na nagdudulot din ng thermal overloading ng electrical motor o problema ng sobrang over heating. Ang isa pang sanhi ng sobrang init ay mababang supply voltage. Dahil ang lakas na idinidirekta ng motor mula sa supply ay depende sa loading condition ng motor, para sa mas mababang supply voltage, ang motor ay nagsusundot ng mas mataas na current mula sa mains upang panatilihin ang kinakailangang torque. Ang single phasing ay nagdudulot din ng sobrang init ng motor. Kapag ang isang phase ng supply ay out of service, ang natitirang dalawang phases ay nagsusundot ng mas mataas na current upang panatilihin ang kinakailangang load torque at ito ay nagdudulot ng sobrang init ng motor. Ang hindi balanse na kondisyon sa pagitan ng tatlong phases ng supply ay nagdudulot din ng sobrang init ng motor winding, dahil ang hindi balanse na sistema ay nagresulta sa negative sequence current sa stator winding. Muli, ang biglaang pagkawala at pagbalik ng supply voltage ay maaaring magdulot ng excessive heating ng motor. Dahil sa biglaang pagkawala ng supply voltage, ang motor ay de-accelerated at dahil sa biglaang pagbalik ng voltage, ang motor ay pinabilis upang marating ang rated speed at kaya ang motor ay nagsusundot ng mas mataas na current mula sa supply.
Dahil ang sobrang init o sobrang over heating ng motor ay maaaring magdulot ng insulation failure at pinsala sa winding, kaya para sa wasto proteksyon ng sobrang init ng motor, ang motor ay dapat protektahan laban sa mga sumusunod na kondisyon
Mechanical over loading,
Stalling ng motor shaft,
Mababang supply voltage,
Single phasing ng supply mains,
Hindi balanse ng supply mains,
Biglaang pagkawala at pagbabago ng supply voltage.
Ang pinakabasic na proteksyon scheme ng motor ay ang thermal over load protection na unang-unang covers ang proteksyon ng lahat ng nabanggit na kondisyon. Para maintindihan ang basic principle ng thermal over load protection, susundin natin ang schematic diagram ng basic motor control scheme.
Sa larawan sa itaas, kapag sarado ang START push, ang starter coil ay energized sa pamamagitan ng transformer. Dahil ang starter coil ay energized, ang normally open (NO) contacts 5 ay sarado kaya ang motor ay nakakakuha ng supply voltage sa terminal nito at ito ay nagsisimula na umiikot. Ang start coil na ito ay din nag-sarado ang contact 4 na nagpapahintulot sa starter coil na energized kahit ang START push button contact ay ibinalik sa kanilang bukas na posisyon. Upang itigil ang motor, mayroong ilang normally closed (NC) contacts sa serye kasama ang starter coil tulad ng ipinapakita sa larawan. Isa sa mga ito ang STOP push button contact. Kung pinindot ang STOP push button, ang button contact ay bukas at nagbibigay ng continuity sa circuit ng starter coil na sa kalaunan nagpapahintulot sa starter coil na de-energized. Kaya ang contact 5 at 4 ay bumabalik sa kanilang normal na bukas na posisyon. Pagkatapos, sa kawalan ng voltage sa terminal ng motor, ito ay hihinto sa pag-ikot. Parehong paraan, anumang NC contacts (1, 2 at 3) na konektado sa serye kasama ang starter coil, kung bukas, ito ay din hihinto ang motor. Ang mga NC contacts na ito ay elektrikal na nakokonekta sa iba't ibang proteksyon relays upang itigil ang operasyon ng motor sa iba't ibang abnormal na kondisyon.
Tingnan natin ang thermal over load relay at ang kanyang tungkulin sa proteksyon ng sobrang init ng motor.
Ang secondary ng CTs sa serye kasama ang supply circuit ng motor, ay konektado sa bimetallic strip ng thermal over load relay (49). Tulad ng ipinapakita sa larawan sa ibaba, kapag ang current sa secondary ng anumang CTs, lumampas sa itinakdang values para sa itinakdang oras, ang bi-metallic strip ay sobrang mainit at ito ay deforme na sa kalaunan nagdudulot ng pag-operate ng relay 49. Kapag ang relay 49 ay nag-operate, ang NC contacts 1 at 2 ay bukas na nagde-energize ang starter coil at kaya itigil ang motor.
Isa pang bagay na dapat tandaan sa pagbibigay ng proteksyon ng sobrang init ng motor. Talagang bawat motor ay may tiyak na overload tolerance value. Ibig sabihin, bawat motor ay maaaring tumakbo pa sa ibaba ng kanyang rated load para sa ispesipikong allowable period depende sa kanyang loading condition. Kung gaano katagal ang motor ay maaaring tumakbo nang ligtas para sa partikular na load ay ipinapasya ng manufacturer. Ang relasyon sa pagitan ng iba't ibang loads sa motor at ang corresponding allowable periods para sa pagtakbo nito nang ligtas ay tinatawag na thermal limit curve ng motor. Tingnan natin ang curve ng isang partikular na motor, ibinibigay sa ibaba.
Dito, ang Y axis o vertical axis ay kumakatawan sa allowable time sa seconds at ang X axis o horizontal axis ay kumakatawan sa percentage ng overload. Dito, malinaw mula sa curve na, ang motor ay maaaring tumakbo nang ligtas nang walang pinsala dahil sa sobrang init para sa mahabang panahon sa 100% ng rated load. Ito ay maaaring tumakbo nang ligtas 1000 seconds sa 200% ng normal na rated load. Ito ay maaaring tumakbo nang ligtas 100 seconds sa 300% ng normal na rated load. Ito ay maaaring tumakbo nang ligtas 15 seconds sa 600% ng normal na rated load. Ang upper portion ng curve ay kumakatawan sa normal na running condition ng rotor at ang lower most portion ay kumakatawan sa mechanical locked condition ng rotor.
Ngayon, ang operating time Vs actuating current curve ng piniling thermal over load relay ay dapat matatagpuan sa ilalim ng thermal limit curve ng motor para sa satisfactory at ligtas na operasyon. Hayaan nating may mas detalyadong talakayan-
Tandaan ang characteristics ng starting current ng motor - Sa panahon ng pag-simula ng induction motor, ang stator current ay lumalampas sa 600% ng normal na rated current ngunit ito ay nananatili hanggang 10 to 12 seconds pagkatapos noon ang stator current ay biglang bumaba sa normal na rated value. Kaya kung ang thermal overload relay ay nag-operate bago ang 10 to 12 seconds para sa current na 600% ng normal na rated, ang motor ay hindi maaaring simulan. Kaya, maaari nating masabi na ang operating time Vs actuating current curve ng piniling thermal over load relay ay dapat matatagpuan sa ilalim ng thermal limit curve ng motor ngunit sa itaas ng starting current characteristics curve ng motor. Ang probable position ng thermal current relay characteristics ay bounded sa mga nasabing curves tulad ng ipinapakita sa graph sa highlighted area.
Isa pang bagay na dapat tandaan sa pagpili ng thermal overload relay. Hindi ito instantaneous relay. May minimum delay sa operasyon dahil ang bimetallic strip ay nangangailangan ng minimum na oras upang mainit at deform para sa maximum value ng operating current. Mula sa graph, natuklasan na ang thermal relay ay mag-operate pagkatapos ng 25 to 30 seconds kung ang rotor ay biglang mekanikal na naka-block o ang motor ay nabigo sa pag-simula. Sa sitwasyong ito, ang motor ay nagsusundot ng labis na mataas na current mula sa supply. Kung ang motor ay hindi agad na isolated, maaaring mangyari ang mas malubhang pinsala.
Natanggal ang problema na ito sa pamamagitan ng pagbibigay ng time over current relay na may mataas na pickup. Ang time current characteristics ng mga over current relays ay napili nang ganyan na para sa mas mababang value ng over load, ang relay ay hindi mag-operate dahil ang thermal overload relay ay mag-ooperate bago ito. Ngunit para sa mas mataas na value ng overload at para sa blocked rotor condition, ang time over load relay ay mag-operate sa halip ng thermal relay dahil ang unang-una ay mag-ooperate mas maaga kaysa sa huli.
Kaya ang parehong bimetallic over load relay at time over current relay ay ibinibigay para sa complete motor thermal overload protection.
May isang pangunahing disadvantage ng bimetallic thermal over load relay, dahil ang rate ng pag-init at pag-sikip ng bi-metal ay naapektuhan ng ambient temperature, ang performance ng relay ay maaaring magkaiba-iba para sa iba't ibang ambient temperatures. Natatanggal ang problema na ito sa pamamagitan ng paggamit ng RTD o resistance temperature detector. Ang mas malaki at mas sophisticated motors ay protektahan laban sa thermal over load nang mas accurate sa pamamagitan ng paggamit ng RTD. Sa stator slots, ang RTDs ay inilagay kasama ang stator winding. Ang resistance ng RTD ay nagbabago sa pagbabago ng temperatura at ang nabagong resistive value ay naisensya ng isang Wheatstone bridge circuit.
Ang motor thermal overload protection scheme na ito ay napakasimple. Ang RTD ng stator ay ginagamit bilang isang arm ng balanced Wheatstone bridge. Ang amount ng current sa pamamagitan ng relay 49 ay depende sa degree ng unbalancing ng bridge. Habang ang temperatura ng stator winding ay tumaas, ang electrical resistance ng detector ay tumaas na nagdudulot ng pagbabago sa balanced condition ng bridge. Bilang resulta, ang current ay nagsisimulang lumipad sa pamamagitan ng relay 49 at ang relay ay mag-ooperate pagkatapos ng itinakdang value ng unbalanced current at sa kalaunan ang starter contact ay bukas upang itigil ang supply sa motor.
Pahayag: Igalang ang original, mahalagang artikulo na nagpapahalaga, kung may labag sa copyright pakiusap ilipat ang delete.
