Akım aşırı yükleri ve bunların elektrik motorlarının çalışması ve hizmet ömrü üzerindeki etkileri
Asenkron motor arızalarının analizi, arızalarının ana sebebinin aşırı ısınma nedeniyle yalıtımın bozulması olduğunu göstermektedir.
Bir elektrikli ürünün (cihazın) aşırı yüklenmesi - bir elektrikli ürünün (cihazın) nominal değerinin üzerindeki gerçek güç veya akım değerini aşan. (GOST 18311-80).
Elektrik motorunun sargılarının ısıtma sıcaklığı, motorun termal özelliklerine ve çevresel parametrelere bağlıdır. Motorda üretilen ısının bir kısmı bobinleri ısıtmaya gider ve geri kalanı çevreye salınır. Isıtma işlemi, ısı kapasitesi ve ısı dağılımı gibi fiziksel parametrelerden etkilenir.
Elektrik motorunun ve çevredeki havanın termal durumuna bağlı olarak etkilerinin derecesi değişebilir.Motor ile ortam arasındaki sıcaklık farkı küçükse ve açığa çıkan enerji önemliyse, bunun ana kısmı sargı, stator ve rotor çeliği, motor gövdesi ve diğer parçaları tarafından emilir. Yalıtımın sıcaklığında yoğun bir artış var... Isınma ile birlikte ısı alışverişinin etkisi giderek daha fazla kendini gösteriyor. Üretilen ısı ile çevreye verilen ısı arasında bir dengeye ulaşıldıktan sonra süreç kurulur.
Akımın izin verilen değerin üzerine çıkarılması hemen acil bir duruma yol açmaz... Stator ve rotorun aşırı sıcaklıklarına ulaşması biraz zaman alır. Bu nedenle, korumanın her aşırı akıma tepki vermesine gerek yoktur. Yalnızca yalıtımın hızla bozulma tehlikesi olduğunda makineyi kapatmalıdır.
Yalıtım ısıtması açısından, nominal değeri aşan akım akışının büyüklüğü ve süresi büyük önem taşımaktadır. Bu parametreler öncelikle teknolojik sürecin doğasına bağlıdır.
Teknolojik kökenli bir elektrik motorunun aşırı yüklenmesi
Tahrik edilen makinenin şaftındaki torktaki periyodik artışın neden olduğu elektrik motorunun aşırı yüklenmesi. Bu tür makine ve tesisatlarda elektrik motorunun gücü sürekli değişir. Akımın büyüklük olarak değişmeden kaldığı uzun bir süreyi gözlemlemek zordur. Motor milinde periyodik olarak kısa süreli büyük direnç momentleri belirerek akım dalgalanmalarına neden olur.
Bu tür aşırı yükler genellikle nispeten yüksek termal ataleti olan motor sargılarının aşırı ısınmasına neden olmaz.Ancak, yeterince uzun süre ve tekrarlanan tekrarla, elektrik motorunun tehlikeli ısınması… Savunma, bu rejimler arasında "ayrım yapmalıdır". Kısa süreli yük şoklarına tepki vermemelidir.
Diğer makineler nispeten küçük ama uzun süreli aşırı yüklerle karşılaşabilir. Motor sargıları, izin verilen maksimum değere yakın bir sıcaklığa kademeli olarak ısınır. Genellikle, elektrik motorunun belirli bir ısıtma rezervi vardır ve küçük aşırı akımlar, etki süresine rağmen tehlikeli bir durum oluşturamaz. Bu durumda, kapatma gerekli değildir. Bu şekilde motor koruması burada da tehlikeli ve tehlikesiz aşırı yükleri "ayırt etmelidir".
Elektrik motorunun acil durum aşırı yükleri
teknolojik kaynaklı aşırı yükleme dışında, başka nedenlerle (güç kaynağı hattında hasar, çalışan cihazların sıkışması, voltaj düşmesi vb.) meydana gelen acil durum aşırı yükleri olabilir. Endüksiyon motorunun belirli çalışma modlarını oluştururlar ve güvenlik cihazları için gereksinimleri sunarlar... Tipik acil durum modlarında bir endüksiyon motorunun davranışını düşünün.
Sabit yükle sürekli çalışmada aşırı yükler
Elektrik motorları genellikle belirli bir güç rezervi ile seçilir. Ayrıca çoğu zaman makineler yük altında çalışmaktadır. Sonuç olarak, motor akımı genellikle nominal değerin oldukça altındadır. Aşırı yüklenmeler, kural olarak, çalışan makinede teknolojik ihlaller, arızalar, sıkışma ve sıkışma durumunda meydana gelir.
Fanlar, santrifüj pompalar, konveyör bantlar ve vidalar gibi makineler, sessiz, sabit veya hafif değişen bir yüke sahiptir.Malzeme akışındaki kısa süreli değişikliklerin elektrik motorunun ısınması üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur. Göz ardı edilebilirler. Normal çalışma koşullarının ihlallerinin uzun süre devam edip etmediği başka bir konudur.
Çoğu elektrikli sürücünün belirli bir güç rezervi vardır. Mekanik aşırı yükler öncelikle makine parçalarına zarar verir. Oluşumlarının rastgele doğası göz önüne alındığında, belirli koşullar altında elektrik motorunun da aşırı yükleneceği kesin olamaz. Örneğin, bu vidalı motorlarda olabilir. Taşınan malzemenin fiziksel ve mekanik özelliklerindeki (nem, partikül boyutu vb.) değişiklikler, onu hareket ettirmek için gereken güce anında yansır. Sargıların aşırı ısınmasına neden olan aşırı yük durumunda koruma, elektrik motorunu kapatmalıdır.
Uzun süreli aşırı akımların yalıtım üzerindeki etkisi açısından, iki tür aşırı yük ayırt edilmelidir: nispeten küçük (%50'ye kadar) ve büyük (%50'den fazla).
İlkinin etkisi hemen değil, yavaş yavaş ortaya çıkarken, ikincisinin etkisi kısa bir süre sonra ortaya çıkar. İzin verilen değerin üzerindeki sıcaklık artışı küçükse, yalıtımın eskimesi yavaş gerçekleşir. Yalıtım malzemesinin yapısındaki küçük değişiklikler yavaş yavaş birikir. Sıcaklık arttıkça yaşlanma süreci önemli ölçüde hızlanır.
Her 8 - 10 ° C'de bir izin verilenin üzerinde aşırı ısınmanın, motor sargılarının yalıtımının hizmet ömrünü yarıya indirdiğini düşünüyorum.Bu nedenle, 40 ° C'ye kadar aşırı ısınma, yalıtımın ömrünü 32 kat azaltır! Bu çok olsa da aylarca süren çalışmalardan sonra ortaya çıkıyor.
Yüksek aşırı yüklerde (% 50'den fazla), yalıtım, yüksek sıcaklıkların etkisi altında hızla çöker.
Isıtma sürecini analiz etmek için basitleştirilmiş bir motor modeli kullanacağız. Akımdaki bir artış, değişken kayıpların artmasına neden olur. Bobin ısınmaya başlar. Yalıtım sıcaklığı şekildeki grafiğe göre değişir. Kararlı durum sıcaklık artış hızı, akımın büyüklüğüne bağlıdır.
Aşırı yük oluştuktan bir süre sonra, sargıların sıcaklığı verilen yalıtım sınıfı için izin verilen değere ulaşır. Yüksek G kuvvetlerinde daha kısa, düşük G kuvvetlerinde daha uzun olacaktır. Bu nedenle, her bir aşırı yük değerinin izole edilmesi güvenli kabul edilebilecek kendi izin verilen süresi olacaktır.
İzin verilen aşırı yük süresinin büyüklüğüne bağımlılığı, elektrik motorunun aşırı yük özelliği olarak adlandırılır... Termofiziksel özellikler çeşitli tiplerde elektrik motorları bazı farklılıkları vardır ve özellikleri de farklıdır. Bu özelliklerden biri şekilde düz çizgi ile gösterilmiştir.
Motor aşırı yük karakteristiği (düz çizgi) ve istenen koruma karakteristiği (kesikli çizgi)
Verilen özelliklerden, ana gereksinimlerden birini formüle edebiliriz. akıma bağlı aşırı yük korumasına… Aşırı yükün büyüklüğüne göre yükseltilmelidir.Bu, örneğin motor çalıştırıldığında meydana gelen, tehlikeli olmayan ani akım artışlarıyla birlikte yanlış alarmları hariç tutmayı mümkün kılar. Koruma, yalnızca kabul edilemez akım değerleri bölgesine ve akış süresine düştüğünde çalışmalıdır. Şekilde kesikli çizgi ile gösterilen istenen karakteristik, her zaman motorun aşırı yük karakteristiğinin altında kalmalıdır.
Korumanın çalışması, yanıt süresinin ortalama değerlerinden sapmaların gözlendiği bir dizi faktörden (ayarların yanlışlığı, parametrelerin dağılması vb.) Etkilenir. Bu nedenle, grafikteki kesikli çizgi bir tür ortalama özellik olarak görülmelidir. Motorun yanlış durmasına yol açacak rastgele faktörlerin etkisi sonucunda özellikleri aşmamak için belirli bir marj sağlamak gerekir. Aslında, ayrı bir karakteristik ile değil, korumanın reaksiyon süresinin dağılımını dikkate alarak bir koruma bölgesi ile çalışılmalıdır.
Kesin motor koruma eylemleri açısından, her iki özelliğin de birbirine mümkün olduğu kadar yakın olması arzu edilir. Bu, izin verilen aşırı yüklere yakınken gereksiz açmayı önleyecektir. Ancak her iki özelliğin de geniş bir yayılımı varsa bu sağlanamaz. Hesaplanan parametrelerden rastgele sapmalar olması durumunda kabul edilemez akım değerleri bölgesine düşmemek için belirli bir marj sağlamak gerekir.
Koruyucu karakteristik, karşılıklı geçişlerini engellemek için motorun aşırı yük karakteristiğinden belirli bir mesafeye yerleştirilmelidir.Ancak bu, motor koruma eyleminin doğruluğunun kaybolmasına yol açar.
Nominal değere yakın akım bölgesinde bir belirsizlik bölgesi belirir. Bu bölgeye girerken korumanın çalışıp çalışmayacağını kesin olarak söylemek mümkün değil.
Bu dezavantajda yok sargı sıcaklığına bağlı olarak çalışan koruma... Aşırı akım korumasının aksine, yalıtımın eskime nedenine, ısınmasına bağlı olarak hareket eder. Sargı için tehlikeli bir sıcaklığa ulaşıldığında, ısınmaya neden olan sebep ne olursa olsun motoru kapatır. Bu, sıcaklıktan korunmanın ana avantajlarından biridir.
Bununla birlikte, aşırı akım korumasının olmaması abartılmamalıdır. Gerçek şu ki, motorların belirli bir akım rezervi var. Motorun anma akımı, her zaman sargıların sıcaklığının izin verilen değere ulaştığı akımdan daha düşüktür. Ekonomik hesaplamalar tarafından yönlendirilerek kurulur. Bu nedenle, nominal yükte motor sargılarının sıcaklığı izin verilen değerin altındadır. Bu nedenle, eksikliği bir dereceye kadar telafi eden bir motor termal rezervi oluşturulur. termik röleler.
Yalıtımın termal durumunun bağlı olduğu birçok faktörün rastgele sapmaları vardır. Bu bağlamda, özelliklerin belirtilmesi her zaman istenen sonucu vermemektedir.
Değişken sürekli çalışmada aşırı yükler
Bazı çalışan gövdeler ve mekanizmalar, kırma, öğütme ve benzeri diğer işlemlerde olduğu gibi geniş bir yelpazede değişen yükler oluşturur. Burada, periyodik aşırı yüklere boşta düşük yükler eşlik eder.Ayrı olarak ele alındığında akımdaki herhangi bir artış, sıcaklıkta tehlikeli bir artışa yol açmaz. Bununla birlikte, çok sayıda varsa ve yeterince sık tekrarlanırsa, artan sıcaklığın yalıtım üzerindeki etkisi hızla birikir.
Elektrik motorunun değişken yükte ısıtma işlemi, sabit veya hafif değişken yükte ısıtma işleminden farklıdır. Fark, hem sıcaklık değişimleri sırasında hem de makinenin ayrı ayrı parçalarının ısınmasının doğasında kendini gösterir.
Yük değiştikçe, bobinlerin sıcaklığı da değişir. Motorun termal ataleti nedeniyle, sıcaklık dalgalanmaları daha az yaygındır. Yeterince yüksek bir yükleme sıklığında, sargıların sıcaklığının pratik olarak değişmediği kabul edilebilir. Bu, sabit yükle sürekli çalışmaya eşdeğer olacaktır. Düşük frekansta (yüzde bir hertz mertebesinde ve daha düşük) sıcaklık dalgalanmaları fark edilir hale gelir. Sargının periyodik olarak aşırı ısınması, yalıtımın ömrünü kısaltabilir.
Düşük frekansta büyük yük dalgalanmalarında, motor sürekli olarak geçici bir süreçtedir. Bobin sıcaklığı yük dalgalanmalarından sonra değişir. Makinenin ayrı parçaları farklı termofiziksel parametrelere sahip olduğundan, her biri kendi yolunda ısınır.
Değişken yük altındaki termal geçişlerin seyri karmaşık bir olgudur ve her zaman hesaplamaya tabi değildir. Bu nedenle, motor sargılarının sıcaklığı herhangi bir zamanda akan akımdan tahmin edilemez. Elektrik motorunun tek tek parçalarının farklı şekillerde ısıtılması nedeniyle, elektrik motorunda ısı bir parçadan diğerine geçer.Elektrik motoru kapatıldıktan sonra, rotor tarafından sağlanan ısı nedeniyle stator sargılarının sıcaklığının artması da mümkündür. Bu nedenle, akımın büyüklüğü yalıtımın ısınma derecesini yansıtmayabilir. Bazı modlarda rotorun statordan daha yoğun ısınacağı ve daha az soğuyacağı da unutulmamalıdır.
Isı transfer işlemlerinin karmaşıklığı, motorun ısınmasını kontrol etmeyi zorlaştırıyor... Sargıların sıcaklığının doğrudan ölçülmesi bile bazı koşullarda hata verebiliyor. Gerçek şu ki, kararsız ısı süreçlerinde, makinenin farklı parçalarının ısıtma sıcaklıkları farklı olabilir ve tek seferde yapılan ölçüm gerçek bir resim veremez. Ancak serpantin sıcaklık ölçümü diğer yöntemlere göre daha doğrudur.
periyodik çalışma Koruma eylemi açısından en olumsuz olarak adlandırılabilir. Çalışmaya periyodik olarak dahil edilme, kısa süreli motor aşırı yüklenme olasılığını ima eder. Bu durumda, aşırı yükün büyüklüğü, izin verilen değeri aşmayan sargıların ısıtılması koşuluyla sınırlandırılmalıdır.
Bobinin ısıtma durumunu "izleyen" koruma, karşılık gelen sinyali almalıdır. Geçici durumlarda akım ve sıcaklık birbiriyle örtüşmeyebileceğinden akım ölçümüne dayalı koruma görevini tam olarak yerine getiremez.