Захист від перегріву двигуна
Для розуміння теплового захисту двигуна в індукційному двигуні ми можемо обговорити принцип роботи трифазного індукційного двигуна. Є циліндричний статор, а трифазне виведення симетрично розподілене по внутрішньому периметру статора. Завдяки такому симетричному розподілу, коли до статорного виведення підключається трифазне живлення, утворюється обертове магнітне поле. Це поле обертається на синхронній швидкості. Ротор у індукційному двигуні зазвичай створюється за допомогою твердих медних прутів, які короткозамкнуті з обох кінців таким чином, що формують структуру клітини-суїдниці. Тому цей двигун також називають індукційним двигуном з суїдницею. Так або інакше, давайте повернемося до основного пункту трифазного індукційного двигуна – який допоможе нам зрозуміти тепловий захист двигуна.
Коли обертовий магнітний потік перетинає кожен прут-провідник ротора, відбудеться викликаний циркулюючий струм, який проходить через провідники прутів. При запуску ротор статичний, а поле статора обертається на синхронній швидкості, відносна швидкість між обертовим полем і ротором максимальна.
Тому швидкість перетину потоку з прутами ротора максимальна, викликаний струм при цьому стані також максимальний. Але оскільки причиною викликаного струму є ця відносна швидкість, ротор спробує зменшити цю відносну швидкість, і тому почне обертатися в напрямку обертового магнітного поля, щоб досягти синхронної швидкості. Як тільки ротор досягне синхронної швидкості, відносна швидкість між ротором і обертовим магнітним полем стане нульовою, тому не буде більше перетину потоку, і, відповідно, не буде викликаного струму в прутах ротора. Коли викликаний струм стає нульовим, не буде більше потреби утримувати нульову відносну швидкість між ротором і обертовим магнітним полем, тому швидкість ротора знизиться.
Як тільки швидкість ротора знизиться, відносна швидкість між ротором і обертовим магнітним полем знову набуде ненульового значення, що знову спричинить викликаний струм у прутах ротора, і ротор знову спробує досягти синхронної швидкості, і це продовжуватиметься, поки двигун не буде вимкнений. Через цей явище ротор ніколи не досягне синхронної швидкості, а також не зупиниться під час нормальної роботи. Різниця між синхронною швидкістю і швидкістю ротора відносно синхронної швидкості називається прослизом індукційного двигуна.
Прослиз у нормальноробочому індукційному двигуні зазвичай варіюється від 1% до 3% в залежності від завантаження двигуна. Тепер спробуємо побудувати характеристики швидкості-струму індукційного двигуна – давайте розглянемо приклад великого вентилятора котла.
На характеристиці ось Y приймається як час у секундах, ось X – як % статорного струму. Коли ротор статичний, тобто у стартовому стані, прослиз максимальний, отже, викликаний струм у роторі максимальний, і через трансформаційну дію, статор також забере великий струм з живлення, і він становитиме близько 600% від номінального повнотягового статорного струму. Коли ротор прискорюється, прослиз зменшується, наслідком чого струм ротора, а отже, і статора, знижується до близько 500% від номінального повнотягового струму протягом 12 секунд, коли швидкість ротора досягає 80% синхронної швидкості. Після цього струм статора швидко падає до номінального значення, коли ротор досягає своєї нормальної швидкості.
Тепер ми обговоримо теплове перевантаження електродвигуна або проблему перегріву електродвигуна та необхідність теплового захисту двигуна.
Коли ми думаємо про перегрів двигуна, перша думка, яка приходить на ум, – це перевантаження. Через механічне перевантаження двигун забирає більший струм з живлення, що призводить до надмірного перегріву двигуна. Двигун також може бути надмірно перегрітий, якщо ротор механічно заблокований, тобто стає статичним через зовнішню механічну силу. У цій ситуації двигун забере надмірно великий струм з живлення, що також призведе до теплового перевантаження двигуна або проблеми надмірного перегріву. Інша причина перегріву – низьке напруга живлення. Оскільки потужність, яку двигун забирає з живлення, залежить від завантаження двигуна, при нижчій напрузі двигун забере більший струм з мережі, щоб підтримати необхідний момент. Однофазне живлення також призводить до теплового перевантаження двигуна. Коли одна фаза живлення вийшла з роботи, дві залишилися фази забирають більший струм, щоб підтримати необхідний момент завантаження, що призводить до перегріву двигуна. Нерівномірність між трьома фазами живлення також призводить до перегріву витків двигуна, оскільки нерівномірна система призводить до появи негативного послідовного струму у статорних витках. Також через раптову втрату і відновлення напруги живлення може відбутися надмірний перегрів двигуна. Через раптову втрату напруги живлення, двигун замедлюється, а через раптове відновлення напруги, двигун прискорюється, щоб досягти номінальної швидкості, і для цього двигун забирає більший струм з живлення.
Оскільки теплове перевантаження або перегрів двигуна можуть призвести до виходу з ладу ізоляції та пошкодження витків, для правильного теплового захисту двигуна, двигун повинен бути захищений від наступних умов
Механічне перевантаження,
Заблокування валу двигуна,
Низька напруга живлення,
Однофазне живлення,
Нерівномірність живлення,
Раптові втрати та відновлення напруги живлення.
Найбільш базова схема захисту двигуна – це тепловий захист від перевантаження, який в основному покриває захист від всіх вищевказаних умов. Для розуміння базового принципу теплового захисту від перевантаження давайте розглянемо схематичний малюнок базової схеми управління двигуном.
На малюнку вище, коли кнопка "START" закрита, катушка пускателя енергізується через трансформатор. Коли катушка пускателя енергізована, зазвичай відкриті (NO) контакти 5 закриваються, тому двигун отримує напругу на своїх клемах і починає обертатися. Ця катушка пускателя також закриває контакт 4, що робить катушку пускателя енергізованою, навіть якщо кнопка "START" відкрита. Для зупинки двигуна є декілька зазвичай закритих (NC) контактів, подібних до катушки пускателя, як показано на малюнку. Один з них – контакт кнопки "STOP". Якщо кнопка "STOP" натиснута, цей контакт кнопки відкривається і розриває цілісність контуру катушки пускателя, наслідком чого катушка пускателя розенергізується. Тому контакти 5 і 4 повертаються до свого зазвичай відкритого положення. Тоді, без напруги на клемах двигуна, він врешті-решт зупиниться. Аналогічно, якщо будь-який з інших NC контактів (1, 2 і 3), підключених послідовно з катушкою пускателя, відкривається, то двигун також зупиниться. Ці NC контакти електрично з'єднані з різними реле захисту, щоб зупинити роботу двигуна при різних аварійних ситуаціях.
Давайте розглянемо теплове реле перевантаження та його функцію в тепловому захисті двигуна від перевантаження.
Другі контури ТТ, що підключені до контуру живлення двигуна, з'єднані з біметалевою стрічкою теплового реле перевантаження (49). Як показано на малюнку нижче, коли струм через другі контури будь-якого ТТ перевищує передбачені значення протягом певного часу, біметалева стрічка перегрівається і деформується, що в кінцевому підсумку призводить до виключення реле 49. Як тільки реле 49 виключено, NC контакти 1 і 2 відкриваються, що розенергізує катушку пускателя, і, відповідно, зупиняє двигун.
Інша річ, яку ми маємо пам'ятати, надаючи тепловий захист двигуна від перевантаження. Насправді кожен двигун має певне передбачене значення терпимості до перевантаження. Це означає, що кожен двигун може працювати за межами своєї номінальної навантаженості протягом певного дозволеного періоду, залежно від його завантаження. Скільки часу двигун може безпеч
