Ce se întâmplă cu motorul în caz de pierdere de fază și funcționare monofazată

În cazul pierderii de fază, înțelegem modul de funcționare monofazat al motorului electric ca urmare a deconectării alimentării cu energie a unuia dintre conductorii sistemului trifazat.

Motivele pierderii unei faze de la un motor electric pot fi: ruperea unuia dintre fire, arderea uneia dintre sigurante; defectarea contactului într-una din faze.

În funcție de circumstanțele în care s-a produs pierderea de fază, pot exista diferite moduri de funcționare a motorului electric și consecințele care însoțesc aceste moduri. În acest caz, trebuie să se țină cont de următorii factori: schema de conectare a înfășurărilor motorului electric („stea” sau „triunghi”), starea de funcționare a motorului în momentul pierderii de fază (se poate produce pierderea de fază înainte sau după pornirea motorului, în timpul funcționării la sarcină), gradul de încărcare a motorului și caracteristicile mecanice ale mașinii de lucru, numărul de motoare electrice care funcționează cu pierdere de fază și influența reciprocă a acestora.

Aici ar trebui să acordați atenție caracteristicilor modului luat în considerare. În modul trifazat, fiecare fază a înfășurării curge cu un curent deplasat în timp cu o treime din perioadă. Când se pierde o fază, ambele înfășurări curg aproximativ același curent, nu există curent în a treia fază. În ciuda faptului că capetele înfășurărilor sunt conectate la două conductori de fază ale unui sistem trifazat, curenții din cele două înfășurări coincid în timp. Acest mod de funcționare se numește monofazat.

Câmpul magnetic generat de un curent monofazat, spre deosebire de câmpul rotativ generat de un sistem trifazat de curenți, pulsează. Se schimbă în timp, dar nu se mișcă în jurul circumferinței statorului. Figura 1a prezintă vectorul fluxului magnetic creat în motor în modul monofazat. Acest vector nu se rotește, se schimbă doar în mărime și semn. Câmpul circular este aplatizat la o linie dreaptă.

Poza 1. Caracteristicile unui motor cu inducție în modul monofazat: a — reprezentarea grafică a unui câmp magnetic pulsatoriu; b — descompunerea câmpului pulsatoriu în două rotative; c-caracteristicile mecanice ale unui motor cu inducție în modul de funcționare trifazat (1) și monofazat (2).

Pulsând camp magnetic poate fi considerată ca fiind formată din două câmpuri de mărime egală care se rotesc unul spre celălalt (Fig. 1, b). Fiecare câmp interacționează cu înfășurarea rotorului și generează un cuplu. Acțiunea lor combinată creează un cuplu pe arborele motorului.

În cazul în care apare o pierdere de fază înainte ca motorul să fie conectat la rețea, asupra unui rotor staționar acționează două câmpuri magnetice, care formează două momente de semn opus, dar egale ca mărime. Suma lor va fi zero.Prin urmare, atunci când porniți motorul în modul monofazat, acesta nu poate reveni chiar dacă nu există nicio sarcină pe arbore.

Dacă apare o pierdere de fază în timp ce rotorul motorului se rotește, atunci se generează un cuplu pe arborele acestuia. Acest lucru poate fi explicat după cum urmează. Rotorul rotativ interacționează în diferite moduri cu câmpurile care se rotesc unul spre celălalt. Una dintre ele, a cărei rotație coincide cu rotația rotorului, formează un moment pozitiv (coincidend în direcție), celălalt - negativ. Spre deosebire de carcasa rotorului staționar, aceste momente vor fi diferite ca magnitudine. Diferența lor va fi egală cu momentul arborelui motorului.

Figura 1, c prezintă caracteristicile mecanice ale motorului în funcționare monofazată și trifazată. La turație zero, cuplul este zero; când se rotește în oricare direcție, apare un cuplu pe arborele motorului.

Dacă una dintre faze este deconectată în timp ce motorul funcționează, când viteza sa era apropiată de valoarea nominală, cuplul este adesea suficient pentru a continua funcționarea cu o ușoară reducere a vitezei. Spre deosebire de modul simetric trifazat, apare un zumzet caracteristic. În rest, nu există manifestări externe ale modului de urgență. O persoană care nu are experiență cu motoarele asincrone poate să nu observe o schimbare în natura funcționării unui motor electric.

Trecerea unui motor electric la un mod monofazat este însoțită de o redistribuire a curenților și tensiunilor între faze. Dacă înfășurările motorului sunt conectate conform schemei „stea”, după pierderea de fază, se formează un circuit, prezentat în figura 2. Două înfășurări ale motorului conectate în serie sunt conectate la tensiunea de linie Uab, atunci motorul este într-o singură poziție. operare în fază.

Să facem un mic calcul, să determinăm curenții care curg prin înfășurările motorului și să-i comparăm cu curenții cu o sursă trifazată.

Figura 2. Conectarea în stea a înfășurărilor motorului după pierderea de fază

Deoarece rezistențele Za și Zb sunt conectate în serie, tensiunile fazelor A și B vor fi egale cu jumătate din cea liniară:

Valoarea aproximativă a curentului poate fi determinată pe baza următoarelor considerații.

Curentul de pornire al fazei A la pierderea de fază

Curentul de pornire al fazei A în modul trifazat

unde Uao — tensiunea de fază a rețelei.

Raportul curentului de pornire:

Din raport, rezultă că în caz de pierdere de fază curentul de pornire este de 86% din curentul de pornire în alimentarea trifazată. Dacă ținem cont de faptul că curentul de pornire al motorului cu inducție în cușcă de veveriță este de 6-7 ori mai mare decât cel nominal, rezultă că un curent trece prin înfășurările motorului Iif = 0,86 x 6 = 5,16 Azn, adică, mai mult de cinci ori mai mult decât nominalul. Într-o perioadă scurtă de timp, un astfel de curent va supraîncălzi bobina.

Din calculul de mai sus, se poate observa că modul de funcționare considerat este foarte periculos pentru motor, iar dacă apare, protecția trebuie oprită în scurt timp.

Pierderea de fază poate apărea și după pornirea motorului, când rotorul acestuia va avea o viteză de rotație corespunzătoare modului de funcționare. Luați în considerare curenții și tensiunile înfășurărilor în cazul unei tranziții la modul monofazat cu un rotor rotativ.

Valoarea lui Za depinde de viteza de rotație. La pornire, când turația rotorului este zero, este aceeași atât pentru modurile trifazate, cât și pentru cele monofazate. În modul de funcționare, în funcție de sarcină și de caracteristicile mecanice ale motorului, viteza de rotație poate fi diferită.Prin urmare, este necesară o abordare diferită pentru a analiza sarcinile curente.

Vom presupune că motorul funcționează atât în ​​modul trifazat, cât și în modul monofazat. aceeași putere. Indiferent de schema de conectare a motorului electric, mașina de lucru necesită aceeași putere necesară pentru realizarea procesului tehnologic.

Presupunând că puterea arborelui motorului este aceeași pentru ambele moduri, vom avea:

în regim trifazat

în regim monofazat

unde Uа — tensiunea de fază a rețelei; Uаo — tensiunea fazei A în modul monofazat, coeficienții de putere cos φ3 și cos φ1 pentru modurile trifazate și, respectiv, monofazate.

Experimentele cu un motor cu inducție arată că, de fapt, curentul aproape se dublează. Cu o anumită marjă este posibil să se considere I1a / I2a = 2.

Pentru a evalua gradul de pericol al funcționării monofazate, trebuie să cunoașteți și sarcina pe motor.

Ca o primă aproximare, vom considera curentul motorului electric în modul trifazat proporțional cu sarcina acestuia pe arbore. Această ipoteză este valabilă pentru sarcini de peste 50% din valoarea nominală. Apoi puteți scrie Azf = Ks NS Azn, unde Ks — factorul de sarcină al motorului, Azn — curentul nominal al motorului.

Curentul monofazat I1f = 2KsNS Azn, adică curentul în modul monofazat va depinde de sarcina motorului. La sarcina nominală, este egal cu dublul curentului nominal. La o sarcină mai mică de 50%, pierderea de fază la conectarea înfășurărilor motorului la o „stea” nu creează un supracurent periculos pentru înfășurări. În majoritatea cazurilor, factorul de sarcină a motorului este mai mic de unu. Cu valorile sale de ordinul 0,6 — 0,75, ar trebui de așteptat un ușor exces al curentului (cu 20 — 50%) față de valoarea nominală.Acest lucru este esențial pentru funcționarea protecției, deoarece tocmai în această zonă de suprasarcină nu acționează suficient de clar.

Pentru a analiza unele metode de protectie este necesara cunoasterea tensiunii fazelor motorului. Când rotorul este blocat, tensiunea fazelor A și B va fi egală cu jumătate din tensiunea rețelei Uab, iar tensiunea fazei C va fi zero.

În caz contrar, tensiunea este distribuită pe măsură ce rotorul se rotește. Cert este că rotația sa este însoțită de formarea unui câmp magnetic rotativ, care, acționând asupra înfășurărilor statorului, provoacă o forță electromotoare în ele. Mărimea și faza acestei forțe electromotoare sunt astfel încât, la o viteză de rotație apropiată de sincronă, un sistem de tensiune trifazat simetric este restabilit pe înfășurări și tensiunea neutră în stea (punctul 0) devine zero. Astfel, atunci când turația rotorului trece de la zero la sincron în modul de funcționare monofazat, tensiunea fazelor A și B se schimbă de la o valoare egală cu jumătate din linie la o valoare egală cu tensiunea de fază a rețelei. De exemplu, într-un sistem cu o tensiune de 380/220 V, tensiunea fazelor A și B variază între 190 — 220 V. Tensiunea Uco se schimbă de la zero cu un rotor blocat la o tensiune de fază de 220 V cu viteză sincronă. În ceea ce privește tensiunea la punctul 0, aceasta se schimbă de la valoarea Uab / 2 — la zero la viteză sincronă.

Dacă înfășurările motorului sunt conectate în delta, după o pierdere de fază vom avea schema de conectare prezentată în Figura 3. În acest caz, înfășurarea motorului cu rezistența Zab se dovedește a fi conectată la tensiunea de linie Uab, iar înfășurarea cu rezistențe. Zfc și Zpr. este.— conectat în serie și conectat la aceeași tensiune de linie.

Figura 3. Conectarea în triunghi a înfășurărilor motorului după pierderea de fază

În modul de pornire, același curent va curge prin înfășurările AB ca și în versiunea trifazată, iar jumătate din curent va curge prin înfășurările AC și BC, deoarece aceste înfășurări sunt conectate în serie.

Curenții în conductoarele liniare I'a =I'b vor fi egali cu suma curenților din ramuri paralele: I'A = I'ab + I'bc = 1,5 Iab

Astfel, în cazul luat în considerare, cu o pierdere de fază, curentul de pornire într-una dintre faze va fi egal cu curentul de pornire cu o alimentare trifazată, iar curentul de linie crește mai puțin intens.

Pentru a calcula curenții în cazul pierderii de fază după pornirea motorului, se folosește aceeași metodă ca și pentru circuitul „stea”. Vom presupune că motorul dezvoltă aceeași putere atât în ​​modul trifazat, cât și în modul monofazat.

În acest mod de funcționare, curentul în faza cea mai încărcată cu o pierdere de fază este dublat față de curentul cu o alimentare trifazată. Curentul din conductorul de linie va fi Ia 'A = 3Iab, iar cu o alimentare trifazată Ia = 1,73 Iab.

Este important de reținut aici că, în timp ce curentul de fază crește cu un factor de 2, curentul de linie crește doar cu un factor de 1,73. Acest lucru este esențial deoarece protecția la supracurent reacționează la curenții de linie. Calculele și concluziile privind influența factorului de sarcină asupra curentului monofazat cu conexiune „stea” rămân valabile pentru cazul unui circuit „delta”.

Tensiunile de fază AC și BC vor depinde de viteza rotorului. Când rotorul este blocat Uac '= Ub° C' = Uab / 2

La o viteză de rotație egală cu cea sincronă, se restabilește sistemul simetric de tensiuni, adică ac '= Ub° C' = Uab.

Astfel, tensiunile de fază AC și BC, atunci când viteza de rotație este schimbată de la zero la sincron, se vor schimba de la o valoare egală cu jumătate din tensiunea de linie la o valoare egală cu tensiunea de linie.

Curenții și tensiunile fazelor motorului în funcționare monofazată depind și de numărul de motoare.

O pierdere de fază apare adesea atunci când una dintre siguranțele de la substația sau de la sursa de alimentare a aparatului de distribuție s-a ars. Ca rezultat, un grup de utilizatori se află în modul monofazat care interacționează între ei. Distribuția curenților și tensiunilor depinde de puterea motoarelor individuale și de sarcina acestora. Aici sunt posibile diferite opțiuni. Dacă puterea motoarelor electrice este egală și sarcina lor este aceeași (de exemplu, un grup de ventilatoare de evacuare), atunci întregul grup de motoare poate fi înlocuit cu unul echivalent.

Moduri de urgență ale motoarelor electrice asincrone și metode de protecție a acestora