Supraîncărcările de curent și efectul acestora asupra funcționării și duratei de viață a motoarelor electrice

Analiza defecțiunilor motoarelor asincrone arată că principala cauză a defecțiunii lor este defectarea izolației din cauza supraîncălzirii.

Supraîncărcarea unui produs (dispozitiv) electric – depășirea valorii reale a puterii sau a curentului unui produs (dispozitiv) electric peste valoarea nominală. (GOST 18311-80).

Temperatura de încălzire a înfășurărilor motorului electric depinde de caracteristicile termice ale motorului și de parametrii de mediu. O parte din căldura generată în motor merge pentru a încălzi bobinele, iar restul este eliberat în mediu. Procesul de încălzire este afectat de parametri fizici precum capacitatea de căldură și disiparea căldurii.

În funcție de starea termică a motorului electric și a aerului din jur, gradul de influență a acestora poate varia.Dacă diferența de temperatură dintre motor și mediu este mică, iar energia eliberată este semnificativă, atunci partea principală a acesteia este absorbită de oțelul înfășurării, statorului și rotorului, carcasa motorului și celelalte părți ale acestuia. Se produce o crestere intensa a temperaturii izolatiei... Odata cu incalzirea, efectul schimbului de caldura se manifesta din ce in ce mai mult. Procesul se stabilește după atingerea unui echilibru între căldura generată și căldura eliberată în mediu.

Creșterea curentului peste valoarea admisă nu duce imediat la o stare de urgență... Este nevoie de ceva timp pentru ca statorul și rotorul să atingă temperatura lor extremă. Prin urmare, nu este nevoie ca protecția să reacționeze la fiecare supracurent. Ar trebui să oprească mașina numai atunci când există pericolul de deteriorare rapidă a izolației.

Din punct de vedere al încălzirii izolației, amploarea și durata fluxului de curent care depășește valoarea nominală sunt de mare importanță. Acești parametri depind în primul rând de natura procesului tehnologic.

Supraîncărcarea unui motor electric de origine tehnologică

Supraîncărcarea motorului electric cauzată de o creștere periodică a cuplului pe arborele mașinii antrenate. În astfel de mașini și instalații, puterea motorului electric se schimbă tot timpul. Este dificil de observat o perioadă lungă de timp în care curentul rămâne neschimbat ca mărime. Momente mari de rezistență pe termen scurt apar periodic pe arborele motorului, creând supratensiuni de curent.

Astfel de suprasarcini de obicei nu provoacă supraîncălzirea înfășurărilor motorului, care au o inerție termică relativ mare.Cu toate acestea, cu o durată suficient de lungă și repetări repetate, încălzirea periculoasă a motorului electric… Apărarea trebuie să „distingă” aceste regimuri. Nu ar trebui să reacționeze la șocurile de sarcină pe termen scurt.

Alte mașini pot suferi supraîncărcări relativ mici, dar pe termen lung. Înfășurările motorului se încălzesc treptat până la o temperatură apropiată de valoarea maximă admisă. De obicei, motorul electric are o anumită rezervă de încălzire și mici supracurenți, în ciuda duratei acțiunii, nu pot crea o situație periculoasă. În acest caz, oprirea nu este necesară. În acest fel, și aici, protecția motorului trebuie să „distingă” între suprasarcinile periculoase și cele nepericuloase.

Supraîncărcări de urgență ale motorului electric

cu excepția supraîncărcărilor de origine tehnologică, poate supraîncărcările de urgență care au apărut din alte motive (deteriorări în linia de alimentare, blocarea dispozitivelor de lucru, căderea de tensiune etc.). Ele creează moduri speciale de funcționare a unui motor cu inducție și oferă cerințele lor pentru dispozitivele de siguranță... Luați în considerare comportamentul unui motor cu inducție în moduri tipice de urgență.

Supraîncărcări în funcționare continuă cu sarcină constantă

Motoarele electrice sunt de obicei alese cu o anumită rezervă de putere. De asemenea, de cele mai multe ori mașinile funcționează sub sarcină. Ca urmare, curentul motorului este adesea cu mult sub valoarea nominală. Supraîncărcările apar, de regulă, în cazul încălcărilor tehnologice, defecțiunilor, blocării și blocării în mașina de lucru.

Mașinile precum ventilatoarele, pompele centrifuge, benzile transportoare și șuruburile au o sarcină silentioasă, constantă sau ușor variabilă.Modificările pe termen scurt ale fluxului de material nu au practic niciun efect asupra încălzirii motorului electric. Ele pot fi ignorate. Este o altă problemă dacă încălcările condițiilor normale de muncă rămân mult timp.

Majoritatea unităților electrice au o anumită rezervă de putere. Supraîncărcările mecanice cauzează în primul rând deteriorarea pieselor mașinii. Având în vedere natura aleatorie a apariției lor, nu poate fi sigur că în anumite circumstanțe și motorul electric va fi supraîncărcat. De exemplu, acest lucru se poate întâmpla cu motoarele cu șurub. Modificările în proprietățile fizice și mecanice ale materialului transportat (umiditate, dimensiunea particulelor etc.) se reflectă imediat în puterea necesară pentru deplasarea acestuia. Protecția trebuie să oprească motorul electric în cazul unei suprasarcini care provoacă supraîncălzirea periculoasă a înfășurărilor.

Din punctul de vedere al influenței supracurenților de lungă durată asupra izolației, trebuie să se distingă două tipuri de suprasarcini: relativ mici (până la 50%) și mari (mai mult de 50%).

Efectul primului nu apare imediat, ci treptat, în timp ce efectele celui din urmă apar după scurt timp. Dacă creșterea temperaturii peste valoarea admisă este mică, îmbătrânirea izolației are loc lent. Micile modificări ale structurii materialului izolator se acumulează treptat. Pe măsură ce temperatura crește, procesul de îmbătrânire se accelerează semnificativ.

Cred că supraîncălzirea peste valoarea admisibilă pentru fiecare 8 - 10 ° C înjumătățește durata de viață a izolației înfășurărilor motorului.Prin urmare, supraîncălzirea cu 40 ° C reduce durata de viață a izolației de 32 de ori! Deși este mult, apare după multe luni de muncă.

La suprasarcini mari (mai mult de 50%), izolația se prăbușește rapid sub influența temperaturilor ridicate.

Pentru a analiza procesul de încălzire, vom folosi un model de motor simplificat. O creștere a curentului duce la o creștere a pierderilor variabile. Bobina începe să se încălzească. Temperatura izolației se modifică conform graficului din figură. Rata creșterii temperaturii în regim de echilibru depinde de mărimea curentului.

La ceva timp după ce apare o suprasarcină, temperatura înfășurărilor atinge valoarea admisă pentru clasa dată de izolație. La forțe G mari va fi mai scurt, la forțe G scăzute va fi mai lung. Astfel, fiecare valoare de suprasarcină va avea propriul său timp permis care poate fi considerat sigur de izolat.

Dependența duratei admisibile a suprasarcinii de mărimea acesteia se numește caracteristica de suprasarcină a motorului electric... Proprietăți termofizice motoare electrice de diferite tipuri au unele diferențe și caracteristicile lor diferă și ele. Una dintre aceste caracteristici este prezentată în figură cu o linie continuă.

Caracteristica de suprasarcină a motorului (linie continuă) și caracteristica de protecție dorită (linie întreruptă)

Din caracteristicile date, putem formula una dintre cerințele principale la protecția la suprasarcină dependentă de curent… Ar trebui să fie ridicat în funcție de amploarea suprasarcinii.Acest lucru face posibilă excluderea alarmelor false cu vârfuri de curent nepericuloase, care apar, de exemplu, atunci când motorul este pornit. Protecția ar trebui să funcționeze numai atunci când se încadrează în zona de valori de curent inacceptabile și durata curgerii sale. Caracteristica sa dorită, prezentată în figură cu o linie întreruptă, trebuie să se afle întotdeauna sub caracteristica de suprasarcină a motorului.

Funcționarea protecției este afectată de o serie de factori (inacuratețea setărilor, împrăștierea parametrilor etc.), în urma cărora se observă abateri de la valorile medii ale timpului de răspuns. Prin urmare, linia întreruptă de pe grafic ar trebui să fie văzută ca un fel de caracteristică medie. Pentru a nu traversa caracteristicile ca urmare a acțiunii unor factori aleatori, care vor duce la oprirea incorectă a motorului, este necesar să se asigure o anumită marjă. De fapt, ar trebui să se lucreze nu cu o caracteristică separată, ci cu o zonă de protecție, ținând cont de distribuția timpului de reacție al protecției.

În ceea ce privește acțiunile exacte de protecție a motorului, este de dorit ca ambele caracteristici să fie cât mai apropiate una de cealaltă. Acest lucru va evita declanșarea inutilă la suprasarcini aproape permise. Cu toate acestea, dacă există o răspândire mare a ambelor caracteristici, acest lucru nu poate fi realizat. Pentru a nu intra în zona valorilor curente inacceptabile în cazul abaterilor aleatorii de la parametrii calculați, este necesar să se asigure o anumită marjă.

Caracteristica de protecție trebuie să fie situată la o anumită distanță de caracteristica de suprasarcină a motorului pentru a exclude încrucișarea lor reciprocă.Dar acest lucru duce la pierderea preciziei acțiunii de protecție a motorului.

În regiunea curenților aproape de valoarea nominală apare o zonă de incertitudine. Când intri în această zonă, este imposibil să spui cu siguranță dacă protecția va funcționa sau nu.

Acest dezavantaj este absent în protectia functionand in functie de temperatura infasurarii... Spre deosebire de protectia la supracurent, aceasta actioneaza in functie de cauza imbatranirii izolatiei, incalzirea acesteia. Când se atinge o temperatură periculoasă pentru înfășurare, acesta oprește motorul, indiferent de motivul care a provocat încălzirea. Acesta este unul dintre principalele avantaje protecția împotriva temperaturii.

Cu toate acestea, lipsa protecției la supracurent nu trebuie exagerată. Cert este că motoarele au o anumită rezervă de curent. Curentul nominal al motorului este întotdeauna mai mic decât curentul la care temperatura înfășurărilor atinge valoarea admisă. Se stabileste, ghidat de calcule economice. Prin urmare, la sarcina nominală, temperatura înfășurărilor motorului este sub valoarea admisă. Din acest motiv, se creează o rezervă termică a motorului, care compensează într-o oarecare măsură lipsa relee termice.

Mulți factori de care depinde starea termică a izolației au abateri aleatorii. În acest sens, specificarea caracteristicilor nu dă întotdeauna rezultatul dorit.

Suprasarcini in functionare continua variabila

Unele corpuri și mecanisme de lucru creează sarcini care variază într-o gamă largă, cum ar fi în zdrobire, măcinare și alte operațiuni similare. Aici, suprasarcinile periodice sunt însoțite de subîncărcări la ralanti.Orice creștere a curentului, luată separat, nu duce la o creștere periculoasă a temperaturii. Totuși, dacă sunt multe și se repetă destul de des, efectul temperaturii crescute asupra izolației se acumulează rapid.

Procesul de încălzire al motorului electric la o sarcină variabilă diferă de procesul de încălzire la o sarcină constantă sau ușor variabilă. Diferența se manifestă atât în ​​cursul schimbărilor de temperatură, cât și în natura încălzirii părților individuale ale mașinii.

Pe măsură ce sarcina se modifică, se schimbă și temperatura bobinelor. Datorită inerției termice a motorului, fluctuațiile de temperatură sunt mai puțin răspândite. La o frecvență suficient de mare de încărcare, temperatura înfășurărilor poate fi considerată practic neschimbată. Aceasta va fi echivalentă cu funcționarea continuă cu sarcină constantă. La frecvență scăzută (de ordinul a sutimii de hertz și mai mică) fluctuațiile de temperatură devin vizibile. Supraîncălzirea periodică a înfășurării poate scurta durata de viață a izolației.

Cu fluctuații mari de sarcină la frecvență joasă, motorul se află în mod constant într-un proces tranzitoriu. Temperatura bobinei sale se modifică după fluctuațiile de sarcină. Deoarece părțile individuale ale mașinii au parametri termofizici diferiți, fiecare dintre ele se încălzește în felul său.

Cursul tranzitorilor termici sub sarcină variabilă este un fenomen complex și nu este întotdeauna supus calculului. Prin urmare, temperatura înfășurărilor motorului nu poate fi estimată din curentul care curge la un moment dat. Datorită faptului că părțile individuale ale motorului electric sunt încălzite în moduri diferite, căldura trece dintr-o parte în alta în motorul electric.De asemenea, este posibil ca după oprirea motorului electric, temperatura înfășurărilor statorului să crească din cauza căldurii furnizate de rotor. Astfel, este posibil ca mărimea curentului să nu reflecte gradul de încălzire al izolației. De asemenea, trebuie avut în vedere că în unele moduri rotorul se va încălzi mai intens și se va răci mai puțin decât statorul.

Complexitatea proceselor de transfer de căldură face dificilă controlul încălzirii motorului... Chiar și măsurarea directă a temperaturii înfășurărilor poate da o eroare în anumite condiții. Faptul este că în procesele termice instabile, temperatura de încălzire a diferitelor părți ale mașinii poate fi diferită, iar măsurarea la un moment dat nu poate oferi o imagine adevărată. Cu toate acestea, măsurarea temperaturii bobinei este mai precisă decât alte metode.

Munca periodică pot fi raportate la cele mai nefavorabile din punct de vedere al acţiunii de protecţie. Includerea periodică în muncă implică posibilitatea supraîncărcării motorului pe termen scurt. În acest caz, amploarea suprasarcinii trebuie limitată de condiția de încălzire a înfășurărilor, care nu depășește valoarea admisă.

Protecția „monitorizează” starea de încălzire a bobinei trebuie să primească semnalul corespunzător. Deoarece curentul și temperatura pot să nu corespundă între ele în condiții tranzitorii, protecția bazată pe măsurarea curentului nu își poate îndeplini rolul în mod corespunzător.