Motor Termal Aşırı Yük Koruması
Endüksiyon motorundaki motor termal aşırı yük korumasını anlamak için üç fazlı endüksiyon motorun çalışma prensibini tartışabiliriz. Stator silindirik ve stator iç çevresinde simetrik olarak dağıtılmış bir üç fazlı bobin vardır. Bu simetrik dağılım nedeniyle, stator bobine üç fazlı güç kaynağı uygulandığında, eş zamanlı hızda dönen bir manyetik alan oluşur. Rotor, genellikle her iki ucunda da kısa devre edilmiş katı bakır çubuklardan oluşturulur ve bu çubuklar bir kafes benzeri yapı oluşturur. Bu nedenle bu motora aynı zamanda sincap kafesi endüksiyon motoru da denir. Yine de, temel noktaya gelelim - bu, motor termal aşırı yük korumasını daha net anlayabilmemize yardımcı olacaktır.
Dönen manyetik akım rotorun her bir çubuk iletkenini keserken, çubuk iletkenlerinden geçen bir dolaşım akımı oluşur. Başlangıçta rotor hareketsiz ve stator alanı eş zamanlı hızda döner, bu nedenle dönen alan ile rotor arasındaki göreceli hareket maksimum seviyededir. Bu nedenle, manyetik akımın rotor çubuklarıyla kesilme hızı maksimum olur ve bu durumda indüklenmiş akım maksimum olur. Ancak, indüklenmiş akımın nedeni bu göreceli hız olduğundan, rotor bu göreceli hızı azaltmaya çalışır ve bu nedenle dönen manyetik alan yönünde dönmeye başlar. Rotor eş zamanlı hıza ulaştığında, rotor ile dönen manyetik alan arasındaki göreceli hız sıfır olur, bu nedenle daha fazla manyetik akım kesilmesi ve sonuç olarak rotor çubuklarında indüklenmiş akım oluşmaz. İndüklenmiş akım sıfır olduğunda, rotor ile dönen manyetik alan arasındaki göreceli hızı sıfır tutma ihtiyacı kalmaz ve bu nedenle rotor hızı düşer.
Rotor hızı düştüğünde, rotor ile dönen manyetik alan arasındaki göreceli hız tekrar sıfırdan farklı bir değer alır ve bu, rotor çubuklarında tekrar indüklenmiş akım oluşmasına neden olur. Rotor yine eş zamanlı hıza ulaşmaya çalışır ve bu, motor kapalı kalana kadar devam eder. Bu olayın sonucunda, rotor normal işlem sırasında eş zamanlı hıza asla ulaşamaz ve aynı zamanda durmayı da bırakmaz. Eş zamanlı hız ile rotor hızı arasındaki fark, endüksiyon motorun kayması olarak adlandırılır.
Normal olarak çalışan bir endüksiyon motorundaki kayma, motorun yükleme durumuna bağlı olarak tipik olarak %1 ila %3 arasında değişir. Şimdi, endüksiyon motorunun hız-akım karakteristiklerini çizmeye çalışalım - büyük bir kazan üfleyicisi örneği verelim.
Karakteristikte Y ekseninde saniye cinsinden zaman, X ekseninde ise stator akımının yüzdesi alınmıştır. Rotor hareketsiz olduğunda, yani başlatma koşulu altında, kayma maksimumdur, bu nedenle rotorun içinde indüklenmiş akım maksimumdur ve dönüşüm etkisi nedeniyle, stator güç kaynağından ağır bir akım çeker ve bu akım, nominal tam yük stator akımının yaklaşık %600'ü olur. Rotor hızlandıkça, kayma azalır, bu nedenle rotor akımı ve dolayısıyla stator akımı, rotor hızı eş zamanlı hıza %80'ini ulaştığında, 12 saniye içinde nominal tam yük akımının yaklaşık %500'üne düşer. Sonrasında, rotor normal hızına ulaştığında stator akımı hızlıca nominal değere düşer.
Şimdi, elektrik motorunun termal aşırı yüklenmesi veya aşırı ısınma sorunu ve motor termal aşırı yük koruması ihtiyacından bahsedeceğiz.
Motorun aşırı ısındığı düşünüldüğünde, aklımıza gelen ilk şey aşırı yüklemeydir. Motor mekanik aşırı yüklenme nedeniyle güç kaynağından daha yüksek bir akım çeker, bu da motora aşırı ısınmaya neden olur. Ayrıca, rotor dış mekanik bir kuvvet tarafından hareketsiz kalırsa, yani mekanik olarak kilitlendiğinde, motor güç kaynağından aşırı yüksek bir akım çeker, bu da motora termal aşırı yüklenmeye veya aşırı ısınma sorununa neden olur. Aşırı ısınmanın başka bir nedeni düşük güç voltajıdır. Motorun çektiği güç, motorun yük durumuna bağlıdır, düşük güç voltajı için, motor gerekli torku korumak için anahtardan daha yüksek bir akım çeker. Tek fazlı olma durumu da motor termal aşırı yüklenmesine neden olur. Güç kaynağından bir faz hizmet dışı kaldığında, kalan iki faz gerekli yük torkunu korumak için daha yüksek bir akım çeker ve bu, motora aşırı ısınmaya neden olur. Üç fazlı güç kaynağı arasındaki dengesizlik de, stator bobininde negatif dizi akımı oluştuğu için, motor sarımının aşırı ısınmasına neden olur. Ayrıca, güç voltajındaki ani kayıp ve yeniden kurulum, motora aşırı ısınmaya neden olabilir. Ani güç voltajı kaybı nedeniyle, motor hızlanır ve ani voltaj yeniden kurulumu nedeniyle, motor hızını elde etmek için hızlanır ve bu nedenle, motor güç kaynağından daha yüksek bir akım çeker.
Motorun termal aşırı yüklenmesi veya aşırı ısınması, yalıtım başarısızlığına ve sarım hasarına neden olabileceği için, uygun motor termal aşırı yük koruması için, motor aşağıdaki durumlara karşı korunmalıdır:
Mekanik aşırı yük,
Motor şaftının kilitlenmesi,
Düşük güç voltajı,
Güç kaynağının tek fazlı olması,
Güç kaynağının dengesizliği,
Ani güç kaybı ve yeniden kurulum.
Motorun en temel koruma şeması, yukarıda belirtildiği tüm durumları kapsayan termal aşırı yük korumasıdır. Termal aşırı yük korumasının temel prensibini anlamak için, temel motor kontrol şemasının şematik diyagramını inceleyelim.
Yukarıdaki şekilde, START düğmesi kapandığında, starter bobini dönüştürücü aracılığıyla enerjilendirilir. Starter bobini enerjilendirdiğinde, normal açık (NO) 5 numaralı kontaklar kapanır ve böylece motora terminalinde güç voltajı gelir ve dönmeye başlar. Bu start bobini aynı zamanda 4 numaralı kontakları da kapatır, bu da START düğmesi serbest bırakıldığında bile starter bobinin enerjilendirilmesini sağlar. Motora durdurmak için, starter bobiniyle seri bağlantılı birçok normal kapalı (NC) kontak bulunmaktadır. Bunlardan biri DUR düğmesi kontağıdır. Eğer DUR düğmesine basılırsa, bu düğme kontağı açılır ve starter bobini devresinin sürekliliğini keser, bu da starter bobinin enerjisiz olmasını sağlar. Bu nedenle, 5 ve 4 numaralı kontaklar normal açık pozisyonlarına geri döner. Sonuç olarak, motor terminalinde voltaj olmadığı için, motor nihayetinde durur. Benzer şekilde, starter bobiniyle seri bağlantılı diğer NC kontaklarından (1, 2 ve 3) herhangi biri açıldığında, motor durur. Bu NC kontaklar, çeşitli koruma röleleriyle elektriksel olarak bağlanmıştır, böylece farklı anormal durumlarda motora durdurma işlemi gerçekleştirilir.
Şimdi termal aşırı yük rölesi ve motor termal aşırı yük korumasındaki işlevine bakalım.
Motor besleme devresiyle seri bağlantılı olan CT'lerin ikincil devresi, termal aşırı yük rölesinin (49) çift metali şeridiyle bağlantılıdır. Şekilde gösterildiği gibi, herhangi bir CT'nin ikincil devresinden geçen akım, belirlenen değerlerden belirlenen bir süre boyunca geçtiğinde, çift metali şerit aşırı ısınıp deformasyona uğrar, bu da nihayetinde 49 numaralı rölenin çalışmasını sağlar. 49 numaralı röle çalıştığında, NC kontakları 1 ve 2 açılır, bu da starter bobinini enerjisizleştirir ve motor durur.
Ayrıca, motor termal aşırı yük koruması sağlarken unutulmaması gereken bir şey var. Aslında, her motorun belirlenmiş bir aşırı yük tolerans değeri vardır. Bu, motorun belirli bir izin verilen süre boyunca nominal yükünden fazla çalışabilmesi anlamına gelir. Bir motora ne kadar süre boyunca güvenli bir şekilde belirli bir yük altında çalıştırılabileceği, üretici tarafından belirtilir. Motor üzerindeki farklı yüklerle ve aynı yük altında güvenli bir şekilde çalıştırılabilmesi için izin verilen süreler arasındaki ilişki, motora ait termal limit eğrisi olarak adlandırılır. Belirli bir motora ait bu eğriye aşağıda bakalım.
Burada Y ekseninde veya dikey ekseninde izin verilen süre saniye cinsinden, X ekseninde veya yatay ekseninde aşırı yükün yüzdesi gösterilmiştir. Eğriden görüldüğü üzere, motor, aşırı ısınmadan dolayı herhangi bir hasar görmeden uzun bir süre boyunca nominal yükünün %100'ünde güvenli bir şekilde çalışabilir. Normal nominal yükünün %200'ünde 1000 saniye, %300'ünde 100 saniye, %600'ünde 15 saniye güvenli bir şekilde çalışabilir. Eğrinin üst kısmı, rotordan normal çalışma durumunu, alt kısmı ise rotordan mekanik olarak kilitlenmiş durumu temsil eder.
Şimdi, seçilen termal aşırı yük rölesinin çalışma süresi-aktif akım eğrisi, motorun termal limit eğrisinin altında yer almalıdır ki güvenli ve memnuniyet verici bir çalışma sağlanabilsin. Daha fazla detay hakkında bir tartışma yapalım-
Motorun başlangıç akımının karakteristiklerini hatırlayın - Endüksiyon motorunun başlatılması sırasında, stator akımı normal nominal akımın %600'ünü aşar ancak 10 ila 12 saniye sonra stator akımı aniden nominal değere düşer. Bu nedenle, termostatlı aşırı yük rölesi, 10 ila 12 saniye içinde normal nominal akımın %600'ü için çalıştırılırsa, motor başlatılamaz. Bu nedenle, seçilen termal aşırı yük rölesinin çalışma süresi-aktif akım eğrisi, motorun termal limit eğrisinin altında ancak motorun başlangıç akım karakteristik eğrisinin üzerinde olmalıdır. Termostatlı akım rölesinin karakteristik eğrisinin muhtemel konumu, bu iki eğri arasında gösterilmiştir.
Termostatlı aşırı yük rölesini seçerken unutulmaması gereken başka bir şey var. Bu röle, anlık bir röle değildir. Çift metali şeridin ısıtması ve maksimum işletim akımı için deformasyon için minimum bir zaman gerektirdiği için, işlemlerinde minimum bir gecikme vardır. Grafiğe göre, termostatlı röle ya rotorun aniden mekanik olarak kilitlenmesi ya da motordan başlamama durumunda 25 ila 30 saniye sonra çalışacaktır. Bu durumda, motor güç kaynağından çok yüksek bir akım çekecektir. Motor erken izole edilmezse, ciddi hasarlara neden olabilir.
Bu sorun, yüksek tetikleme değerine sahip zaman-akım rölesi sağlanmasıyla aşılır. Bu zaman-akım rölelerinin karakteristikleri, düşük aşırı yük değerleri için termostatlı aşırı yük rölesi önce çalıştığı için röle çalışmayacak şekilde seçilir. Ancak, yüksek aşırı yük değerleri ve rotorun kilitlenmesi durumunda, zaman-aşırı yük rölesi, termostatlı röle yerine çalışır çünkü önceki, sonrakiye göre daha önce çalışacaktır.
Bu nedenle, tam motor termal aşırı yük koruması için hem çift metali aşırı yük rölesi hem de zaman-akım rölesi sağlanır.
Çift metali termal aşırı yük rölesinin ana dezavantajı, bi-metalin ısıtma ve soğutma hızının çevresel sıcaklık tarafından etkilendiği için, rölenin performansı farklı çevresel sıcaklıklar için değişebilir. Bu sorun, RTD (direnç sıcaklık dedektörü) kullanılarak aşılabilir. Daha büyük ve daha karmaşık motorlar, RTD kullanılarak daha doğru bir şekilde termal aşırı yükten korunur. Stator bobinleriyle birlikte stator yuvalarına RTD'ler yerleştirilir. RTD'nin direnci sıcaklık değişimine göre değişir ve bu değiştirilmiş direnç değeri, Wheatstone köprü devresiyle algılanır.
Bu motor termal aşırı yük koruma şeması oldukça basittir. Stator RTD'si, dengede olan Wheatstone köprüsünün bir kolunu oluşturur. Röle 49'dan geçen akım miktarı, köprünün dengesizlik derecesine bağlıdır. Stator bobinlerinin sıcaklığının artmasıyla, detektörün elektrik direnci artar, bu da köprünün dengeli durumunu bozar. Sonuç olarak, röle 49'dan akım akışına başlar ve bu dengesiz akımın belirlenen bir değeri üzerinden röle çalışır ve sonunda starter kontakları açılır, motora giden beslemeyi durdurur.
Bildiri: Orijinali saygılı olun, iyi makaleler paylaşılabilir, ihlal olduğu takdirde silme talebinde bulunun.
