Работа трехфазных асинхронных электродвигателей на двух фазах

Работа трехфазных асинхронных электродвигателей на двух фазах

Работа электродвигателей на двух фазах является наиболее частой причиной выхода из строя трехфазных асинхронных электродвигателей низкого напряжения. Потеря одной фазы возможна из-за обрывов проводников, нарушений контактов, повреждений аппаратов (поломки, разрегулировки, выгорания контакта в магнитном пускателе), но чаще всего возникает из-за перегорания плавких вставок в предохранителях.

Как показывает опыт, в сетях, защищенных не предохранителями, а трехфазными автоматами, случаи потери одной фазы бывают значительно реже.

При включении остановленного двигателя на две фазы двигатель не может запуститься, так как магнитное поле статора в этом случае оказывается не вращающимся, а пульсирующим. Вращающий момент двигателя при этом равен нулю, но из сети потребляется ток, равный 0,866 I пуск . Этот ток хотя несколько меньше пускового, соответствующего включению двигателя на три фазы, нозначительно больше номинального тока двигателя данного типа. Поэтому, если держать двигатель некоторое время в таком режиме, то его обмотки будут повреждены.

Исчезновение одной фазы на вращающемся двигателе в зависимости от его конструкции и величины загрузки может иметь различные последствия. Полностью загруженный двигатель, имеющий кратность максимального момента больше 2, будет продолжать вращаться на двух фазах, а при кратности меньшем 2 произойдет «опрокидывание» и двигатель остановится.

Для двигателя с наиболее распространенной кратностью максимального момента равном 2 ток опрокидывания в трехфазном режиме равен примерно 3,5 I ном. В двухфазном режиме ток статора такого, полностью загруженного двигателя на границе опрокидывания составляет примерно 2,4—2,5 I ном .

Чем больше величина кратности максимального момента, тем меньше кратность перегрузки двигателя при работе на двух фазах. Она зависит и от нагрузки двигателя. Так, двигатель с кратностью 2, нагруженный только на 50%, при работе на двух фазах потребляет ток порядка номинального, т. е. может продолжать вращаться практически без перегрузки.

Любой асинхронный трехфазный двигатель при неизменной нагрузке на его валу после потери одной фазы начинает потреблять ток больший, чем в предшествовавшем трехфазном симметричном режиме. На холостом ходу ток при потере фазы возрастает в 1,73 раза, а по мере увеличения нагрузки двигателя возрастает и это соотношение.

Следовательно, самая большая перегрузка сопровождающаяся током, равным 0,866 I пуск, возникает при питании двумя фазами не вращающегося двигателя, а вращение двигателя на двух фазах в зависимости от загрузки может происходить как без перегрузки, так и с различной по величине перегрузкой, в том числе и с опасной для его обмоток. Наиболее распространенной защитой от перегрузки низковольтных двигателей является тепловая (тепловые реле).

От пусковых токов эта защита отстраивается выдержкой времени, создающейся за счет тепловой инерции нагрева. Поэтому ток ее срабатывания по сравнению с другими видами защиты может быть взят ближе к номинальному току двигателя. Однако необходимо иметь какой-то запас, иначе защита будет отключать двигатель в нормальных режимах, например при эксплуатационных колебаниях напряжения и окружающей температуры.

Обычно ток срабатывания тепловой защиты выбирается не меньше 110% номинального тока двигателя, а чаще составляет 120 и даже 130% (тепловые элементы не всегда удается точно подобрать по мощности двигателя).

Таким образом, тепловые элементы защищают двигатель от работы на двух фазах не во всех случаях. В зависимости от загрузки двигателя возможен и такой режим, когда ток окажется больше номинального, но меньше тока срабатывания защиты. Поэтому для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей при работе на двух фазах разные конструкции специальных защитных реле.

Перегрузка электродвигателя причины и способы защиты

Подписка на рассылку

• ВКонтакте
• Facebook
• ok
• Twitter
• YouTube
• Instagram
• Яндекс.Дзен
• TikTok

Одной из главных причин выхода электродвигателей из строя является разрушение изоляции, приводящее к короткому замыканию. Лаковое покрытие трескается вследствие высокой температуры. Каждый двигатель просчитывается по теплоотдаче, имея определенный запас прочности, но возникающая перегрузка электродвигателя приводит к перегреву обмотки. Она может быть технологического происхождения или быть следствием аварии. Перегрев изоляции на 10 градусов свыше предельно допустимого значения сократит срок эксплуатации в два раза. По этой причине обязательно должна работать схема защиты электродвигателя от перегрузок, способная обеспечить бесперебойную эксплуатацию оборудования. Не обязательно это должно быть реле, установленное непосредственно на перегретом двигателе. Чаще всего защита устанавливается на оборудовании, используемом в промышленности. Отключат она те узлы и агрегаты, которые стали причиной перегрузки двигателя. Например, на мельницах стоит защита, отключающая подачу сырья, избыток которого может стать причиной завала рабочего органа.

Основные причины перегрузки электродвигателя

Технологическая перегрузка электродвигателя является следствием увеличения момента на валу, который возникает периодически. Происходит это по причине кратковременного увеличения сопротивления. Такие перегрузки у двигателей с большой тепловой инерцией редко вызывают выход из строя обмотки, но если они возникают регулярно и продолжительность их увеличивается, то перегрев двигателя может нести опасность. В этой ситуации обязательно должна срабатывать защита электродвигателя от перегрузок. У некоторых машин возникает часто противоположная ситуация: небольшие нагрузки постоянны и длительны по времени. Они разогревают обмотку до значений, близких к предельным. Так как электродвигатель имеет запас прочности, то подобные режимы могут быть безопасными и защита должна быть настроена соответствующим образом. Аварийная перегрузка электродвигателя может возникнуть по следующим причинам:

• заклинивание рабочего органа машины;
• резкий скачек напряжения в линии;
• высокая нагрузка на вал, вызванная износом подшипников или плохой смазкой;
• нарушение режима охлаждения двигателя;
• авария на питающей электрической линии.

Часто перегрузка становится следствием нарушения технологического процесса, например, песок, перемещаемый транспортером, имеет гораздо более высокую влажность и, соответственно, большой вес. В результате имеет место длительное увеличение нагрузки на рабочий орган, которое может привести к перегрузке двигателя. Перегрузочная характеристика двигателяПревышение предельной температуры, которую способна выдерживать обмотка, на 50% снижает срок эксплуатации двигателя в десятки раз. Именно поэтому у каждого агрегата есть своя схема защиты, учитывающая не только его технологические особенности. Одной из важных характеристик, на которой она базируется, является перегрузочная характеристика двигателя, которая определяется длительностью и величиной такого параметра, как допустимая перегрузка электродвигателя. Особенно важна точность ее расчета для силовых агрегатов, используемых в промышленности и испытывающих значительную по продолжительности нагрузку. Зависит допустимая перегрузка от класса изоляции обмотки двигателя. Традиционно используется изоляция класса А, максимальной рабочей температурой которой является 95ºС. Применение проводов с изоляцией класса В может повысить эту величину до 130ºС.

Асинхронный двигатель работа с перегрузкой

• О компании
  • Представители
  • Миссия компании
  • Наши сертификаты
  • Менеджеры компании
  • Баннеры компании
• Производители
  • Наши поставщики
  • Каталоги производителей
• Каталог товаров
  • Категории товаров
  • Прайс-листы
  • Статьи
• Статьи с Видео
  • Электродвигатели
  • Генераторы
  • Стабилизаторы
  • Компрессоры
  • Насосы
  • Станки
  • ИБП
  • Люстры
  • Трансформаторы
  • Инструмент строительный
  • Инструмент садовый
  • Пуско-зарядные устройства
  • Аккумуляторы
  • Бытовые товары
  • Оборудование для ресторанов
• Акции-Новости
  • Акции
  • Новости
• Контакты

ICQ консультация по любому электродвигателю:

408-575-712 — Ольга —

Токовые перегрузки электродвигателя.

Основная причина выхода из строя электродвигателя – разрушение изоляции вследствие перегрева.

Температура нагрева двигателя зависит от температуры окружающей среды и характеристик самого электродвигателя. При работе двигателя выделяется тепло, часть которого идет в окружающую среду, а часть на нагрев двигателя. На нагрев двигателя имеют влияние значения теплоотдачи и теплоемкости. В зависимости от температуры окружающей среды и температуры двигателя степень их влияния может быть разной. Если разница в температуре окружающей среды и двигателя небольшая, а выделяемая энергия значительна, то она в основном идет на нагрев магнитопровода статора, медной обмотки, корпуса и ротора, вследствие чего происходит сильный нагрев изоляционных материалов.

Больше проявляется процесс теплоотдачи. Процесс приостанавливается после того, как достигается равновесие между выделенным теплом и теплом которое выделяется в атмосферу. Превышение тока сверх номинального не сразу приводит к аварии. На это требуется некоторое время. Защита не должна отключать двигатель при каждом скачке тока, а только тогда, когда есть опасность быстрого износа изоляции. На нагрев изоляции влияет длительность протекания и величина тока превышающего номинальный. Это зависит от технологического процесса.

В связи с увеличением момента на валу электродвигателя возникает перегрузка. В таких устройствах мощность двигателя меняется, что приводит к постоянному изменению значения электрического тока в двигателе. На валу возникают большие моменты сопротивления, которые создают скачки тока. Такие перегрузки не создают значительного перегрева, т.к. протекают очень быстро. Но если эти процессы очень часто повторяются и протекают достаточно долго, это приводит к критическому нагреву обмотки. Защита должна реагировать только на длительные скачки нагрузки, а не на кратковременные.

В других устройствах возникают небольшие перегрузки, но длительные по времени. Происходит постепенный нагрев обмотки до критического значения температуры. Двигатель обычно имеет запас по нагреву, и несмотря на продолжительность, небольшое превышение значения номинального тока не приведут к возникновению опасной ситуации. В данном случае защита не обязательно должна срабатывать. Т.е. защита должна распознавать критическую перегрузку и не критическую.

Кроме перегрузок технологических, в двигателе возникают и аварийные перегрузки, которые могут быть связаны с заклиниванием движущихся частей оборудования, снижением напряжения и авариями в питающей сети. Это приводит к своеобразным режимам работы и требует другие средства защиты.

Асинхронные электродвигатели выбирают с запасом по мощности. Основную часть времени двигатели работают в недогруженном режиме, ток в двигателе ниже номинала. Перегрузка возникает при поломках, заклинивании механизмов и нарушении технологического процесса. Например, такие агрегаты как ленточные конвейеры, насосы, вентиляторы работают при постоянной нагрузке или нагрузке, которая меняется незначительно. Если подача материала меняется кратковременно, это не влияет на нагрев двигателя. Ими можно пренебречь. Совсем другое дело, если нарушение работы протекает длительный период времени. Подавляющее большинство приводов рассчитывается на запас мощности. К механическим перегрузкам в основном приводят поломки деталей машины. Но эти поломки носят случайный характер и не обязательно, что при этом окажется перегруженным и электродвигатель. К примеру, это может произойти с двигателем транспортеров. Если поменяются свойства материала, который транспортируется, такие как размер частиц, их влажность, это скажется на мощности, которая требуется для перемещения. Защита должна отключить двигатель при возникновении перегрузок, которые вызывают перегрев обмотки.

Если рассматривать влияния длительных превышений тока на изоляцию существует два вида перегрузок: небольшие (до 50%) и большие (более 50%).

Первые проявляются не сразу, а постепенно, вторые проявляются через короткое время. При незначительном превышении температуры над допустимым значением старение изоляции протекает медленно. Изменение структуры изоляции проходит постепенно. Когда температура возрастает, процесс ускоряется. При перегреве обмотки двигателя выше допустимого значения на каждые 8-10 °С происходит сокращение срока службы изоляции в 2 раза. Т.е. при перегреве на 40 °С срок службы изоляции сокращается в 32 раза. Но не смотря на это процесс обнаруживается после многих месяцев работы.

При перегрузке больше 50 % под действием температуры изоляция стареет быстро.

При повышении тока увеличиваются переменные потери. Происходит нагрев обмотки. Через некоторое время температура достигнет значения, допустимого для данного класса изоляции. При малых перегрузках время будет длиннее, при больших – короче. Каждому значению перегрузки соответствует свое допустимое безопасное время перегрева.

Зависимость допустимой длительности перегрузки от ее величины называется перегрузочной характеристикой электродвигателя.

Асинхронный двигатель работа с перегрузкой

Опыт эксплуатации АД показывает их высокую повреждаемость, которая ежегодно достигает 25—30 % общего числа повреждений электрооборудования. Основными неисправностями АД являются электрические повреждения. Наиболее часто, 80—95 % случаев повреждается обмотка статора, причем около 70 % приходится на пазовую и лобовую части обмотки, а остальные 25— 30 % составляют перекрытия в коробках выводов.

Для защиты асинхронных элект­родвигателей (АД) традиционно при­меняются относительно простые за­щиты (РЗ), такие, как максимальные токовые и дифференциальные заши­ты. Здесь приведены реко­мендации по алгоритмам защиты от тепловой перегрузки короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя. Эту защиту часто называют профилактической, поскольку ее задача не допускать такие опасные режимы работы электродвигателя, которые приводят к его поврежде­нию. Реализация этой защиты стала возможной благодаря использова­нию полупроводниковых аналоговых устройств и, особенно, микропро­цессорных (цифровых) многофунк­циональных устройств (например, ЯРЭ 2201, SPAM , SPAC 802).

Аппаратное выполнение РЗ АД весьма разнообразно: от сборных за­щит на электромеханических реле (серий РТ-40, РТ-80, РТН-565, ДЗТ-11, РВ-100, РП-220, РП-251) и на микроэлектронных реле (серий РСТ-13, РСТ-15, РТЗ-51, РВ-01, РП-16, РП-18) до специальных ком­плексных устройств типа ЯРЭ 2201 и микропроцессорных цифровых защит.

Цифровые устройства наряду с общеизвестными их достоинствами более полно приспособлены к усло­виям работы АД. В настоящее время наиболее известны микропроцессор­ные защиты фирмы ABB (Финлян­дия) серии SPAM 150 C и русифици­рованный вариант этой защиты, вы­пущенный СП «АББ Реле – Чебокса­ры», серии SPAC 802.

Увеличение тока в обмотках АД вызывает перегрев изоляции обмоток, сердечников статора и ротора. Увеличение температуры изоляции, точнее уменьшение разницы между ее фактической рабочей температурой и предельно допустимой, вызывает снижение срока службы изоляции, а быстрый дополнительный нагрев обмоток может привести к опасным деформациям.

Перегрузки делятся на кратковременные, когда температура обмотки не успевает достичь установившегося значения, и длительные, когда температура обмотки достигает установившегося значения, соответствующего значению перегрузочного тока. На основании ГОСТ повышение температуры обмотки определяется относительно предельной температуры охлаждающей среды, которая принимается равной 40 °С.

В качестве допустимого тока I _доп следует принимать максимальный длительный ток статора, соответствующий номинальной мощности.

Из современных защит от перегрузки наиболее полно отражают тепловую характеристику электродвигателя микропроцессорные РЗ. Так РЗ SPAM 150 C , обеспечивает защиту как от кратковременных, так и от длительных перегрузок, учитывает предшествующий нагрев и охлаждение, выполняет запрет повторного пуска, пока температура АД не снизится до такой величины, при которой за время последующего пуска температура не достигнет предельной.

Тепловая защита, входящая в комплексное устройство РЗ типа ЯРЭ 2201 также обеспечивает неплохую реализацию тепловой характеристики. Если перегрузка устраняется до достижения предельного значения, то в РЗ моделируется процесс охлаждения АД с постоянной времени равной 240 с. При повторной перегрузке время срабатывания РЗ сокращается с учетом предыдущей перегрузки, а после действия РЗ на отключение повторный пуск может быть заблокирован на время охлаждения. Так как тепловая характеристика РЗ предполагает, что АД до перегрузки находился в горячем состоянии (работал с номинальной нагрузкой), то возможно отключение АД при затяжном пуске из холодного состояния, хотя нагрев АД не достиг критического. Для предотвращения излишнего отключения в РЗ предусмотрена возможность блокировки тепловой защиты при пуске из холодного состояния.

Комплексные устройства РЗ типа ЯРЭ 2201 и микропроцессорные РЗ начали использоваться сравнительно недавно и поэтому в эксплуатации их очень мало. В основном, в качестве РЗ от перегрузки применяются предписанные ПУЭ защиты с одним токовым реле, отстроенным от номинального тока АД, и выдержкой времени большей пуска или самозапуска. Такое выполнение РЗ практически не учитывает перегрузочные возможности АД, включение же реле только в одну фазу не позволяет выявить опасную перегрузку АД в неполно-фазном режиме, а специальной РЗ от неполнофазного режима ПУЭ не предусматривает. Только в микропроцессорных РЗ тепловая защита реагирует на наибольший ток трех фаз, и дополнительно предусматривается РЗ от несимметричной работы.

В соответствии с ПУЭ защита от перегрузки устанавливается не на всех АД, а только на тех, которые подвержены перегрузке по технологическим причинам и на АД с тяжелыми условиями пуска и самозапуска (длительность прямого пуска непосредственно от сети 20 с и более), перегрузка которых возможна при чрезмерном увеличении длительности пускового периода вследствие понижения напряжения в сети.

На АД, подверженных перегрузке по технологическим причинам, РЗ должна выполняться с действием на сигнал и автоматическую разгрузку, при невозможности разгрузки или отсутствии дежурного персонала допускается действие РЗ на отключение.

Если отключение АД не приводит к нарушению технологического процесса или имеют место тяжелые условия пуска и самозапуска, то РЗ от перегрузки также действует на отключение.

Решением Атомэнергопроекта РЗ от перегрузки с действием на отключение устанавливается в ячейках всех АД для предотвращения возгорания питающих АД кабелей в случае длительного протекания пусковых токов при заклинивании. Принимая во внимание весьма тяжелые последствия пожаров на ЭС, следует считать решение Атомэнергопроекта более правильным.

АЛГОРИТМ ЗАЩИТЫ ОТ ТЕПЛОВОЙ ПЕРЕГРУЗКИ КОРОТКОЗАМКНУТОГО РОТОРА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Алгоритм защиты от тепловой перегрузки короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя, предлагаемый здесь, основывается на изменении сопротивления ротора в результате повышения температуры

Здесь представлено краткое описание вышеуказанной программы.

Для начала необходимо задаться начальными данными, которые включают в себя следующее:

Активные сопротивления схемы замещения АД, о. е.

Rs=0.01 — сопротивление обмотки статора;

Rm=0.353367129095 — сопротивление ветви намагничивания;

Rr1=0.011427422656 — сопротивление первого контура ротора;

Rr2=0.367118639624 — сопротивление второго контура ротора;

Индуктивности схемы замещения АД, о.е.

Xs=0.0877192982 — индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора;

Xm=2.57667714145 — индуктивное сопротивление ветви намагничивания статора;

Xr1=0.10010459524 — индуктивное сопротивление рассеяния первого контура ротора;

Xr2=0.05962499544 — индуктивное сопротивление рассеяния второго контура ротора;

Полные сопротивления схемы замещения АД, о.е.

Zs=Rs+Xs*i — полное сопротивление рассеяния обмотки статора;

Zm=Rm+Xm*i — полное сопротивление ветви намагничивания статора;

Zr1=Rr1+Xr1*i — полное сопротивление рассеяния первого контура ротора;

Zr2=Rr2+Xr2*i — полное сопротивление рассеяния второго контура ротора;

Время, в течение которого АД затормозится до нуля или наоборот разгнится до номинальной скорости под действием избыточного номинального момента, с.

Номинальная мощность — Pn=20000 кВт;

Номимнальное напряжение — Un=380 В;

Эффективность (фактор мощности и КПД) — Cosn=0.84; Kpd=0.92; c=Cosn*Kpd; c=0.773;

Маховая масса — G=157*3 т;

Кратность пускового момента — Mp=1.2 о.е.;

Кратность максимального момента — Mm=3 о.е.;

Кратность пускового тока — Ip=5.7;

Номинальный ток статора — Inom=49 А;

Затем составляем дифференциальные уравнения машины в форме Коши:

Время процесса пуска (переходного процесса) — Tpusk=8*314 рад;

Задается конечное сопротивление контуров ротора, умножая сопротивление первого и второго контура на коэффициент:

и начальная температура:

С помощью программы находим все параметры асинхронной машины, в том числе и вектор сопротивлений ротора.

При реализации этого алгоритма остается выбрать уставку по температуре.

Реализация алгоритма защиты от тепловой перегрузки короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя на микропроцессорных устройствах может позволить избежать поломок асинхронных машин.

Ведь большинство асинхронных машин, которые применяются в отечественной промышленности подвержены перегрузкам по технологическим причинам, имеют тяжелые условия пуска и самозапуска перегрузка которых возможна при чрезмерном увеличении длительности пускового периода вследствие понижения напряжения в сети.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Александров А.М. «Выбор уставок срабатывания защит асинхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ». Методические указания с примерами. Санкт-Петербург 2001 г.

2 Корогодский В.И., Кужеков С.Л., Паперно Л.Б. Релейная защита электродвигателей выше 1 кВ. М.: Энергоатомиздат, 1987. 1. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей/ Под ред. Л.Г. Мамиконянца :– М.: Энергоатомиздат, 1984. – 240 с.

3. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. – М.:Энергия, 1970. – 520 с.

4. Сивокобыленко В.Ф., Павлюков В.А. Расчет параметров схем замещения и пусковых характеристик глубокопазных асинхронных машин. Электричество, 1979, №10, с. 35 – 39.

5. Сивокобыленко В.Ф., Костенко В.И. Математическое моделирование электродвигателей собственных нужд электрических станций, Донецк, ДПИ, 1979. – 110 с.