Strømoverbelastninger og deres effekt på driften og levetiden til elektriske motorer

Analyse av asynkrone motorfeil viser at hovedårsaken til deres feil er isolasjonsbrudd på grunn av overoppheting.

Overbelastning av et elektrisk produkt (enhet) — overskridelse av den faktiske verdien av strømmen eller strømmen til et elektrisk produkt (enhet) over den nominelle verdien. (GOST 18311-80).

Oppvarmingstemperaturen til viklingene til den elektriske motoren avhenger av de termiske egenskapene til motoren og miljøparametrene. En del av varmen som genereres i motoren går til å varme opp spolene, og resten slippes ut i miljøet. Oppvarmingsprosessen påvirkes av slike fysiske parametere som varmekapasitet og varmeavledning.

Avhengig av den termiske tilstanden til den elektriske motoren og luften rundt, kan graden av deres påvirkning variere.Hvis temperaturforskjellen mellom motoren og miljøet er liten og den frigjorte energien er betydelig, absorberes hoveddelen av den av viklingen, stator- og rotorstålet, motorhuset og dets andre deler. Det er en intens økning i temperaturen på isolasjonen... Med oppvarming manifesteres effekten av varmeveksling mer og mer. Prosessen etableres etter å ha nådd en likevekt mellom varmen som genereres og varmen som frigjøres til omgivelsene.

Å øke strømmen over tillatt verdi fører ikke umiddelbart til en nødsituasjon... Det tar litt tid før statoren og rotoren når sin ekstreme temperatur. Derfor er det ikke nødvendig at beskyttelsen reagerer på hver overstrøm. Hun bør kun slå av maskinen når det er fare for rask forringelse av isolasjonen.

Fra synspunktet til isolasjonsoppvarming er størrelsen og varigheten av strømstrømmen som overstiger den nominelle verdien av stor betydning. Disse parameterne avhenger først og fremst av arten av den teknologiske prosessen.

Overbelastning av en elektrisk motor av teknologisk opprinnelse

Overbelastning av den elektriske motoren forårsaket av en periodisk økning i dreiemoment på akselen til den drevne maskinen. I slike maskiner og installasjoner endres kraften til den elektriske motoren hele tiden. Det er vanskelig å observere en lang tidsperiode hvor strømmen forblir uendret i størrelsesorden. Kortsiktige store motstandsmomenter vises periodisk på motorakselen, og skaper strømstøt.

Slike overbelastninger forårsaker vanligvis ikke overoppheting av motorviklingene, som har en relativt høy termisk treghet.Men med tilstrekkelig lang varighet og gjentatte repetisjoner, farlig oppvarming av den elektriske motoren… Forsvaret må "skille" mellom disse regimene. Den skal ikke reagere på kortvarige belastningsstøt.

Andre maskiner kan oppleve relativt små, men langvarige overbelastninger. Motorviklingene varmes gradvis opp til en temperatur nær den maksimalt tillatte verdien. Vanligvis har den elektriske motoren en viss oppvarmingsreserve og små overstrømmer, til tross for handlingens varighet, kan ikke skape en farlig situasjon. I dette tilfellet er avstengning ikke nødvendig. På denne måten skal også her motorvernet "skille" mellom farlig og ufarlig overbelastning.

Nødoverbelastning av den elektriske motoren

med unntak av overbelastning av teknologisk opprinnelse, kanskje nødoverbelastninger som oppsto av andre årsaker (skader i strømforsyningsledningen, fastkjørt utstyr, spenningsfall, etc.). De skaper spesielle driftsmoduser for en induksjonsmotor og tilbyr sine krav til sikkerhetsinnretninger... Tenk på oppførselen til en induksjonsmotor i typiske nødmoduser.

Overbelastninger i kontinuerlig drift med konstant belastning

Elektriske motorer velges vanligvis med en viss kraftreserve. Dessuten kjører maskinene mesteparten av tiden under belastning. Som et resultat er motorstrømmen ofte godt under merkeverdien. Overbelastning oppstår som regel i tilfelle av teknologiske brudd, sammenbrudd, fastkjøring og fastkjøring i arbeidsmaskinen.

Maskiner som vifter, sentrifugalpumper, transportbånd og skruer har en stille, konstant eller litt varierende belastning.Kortsiktige endringer i materialstrømmen har praktisk talt ingen effekt på oppvarmingen av den elektriske motoren. De kan ignoreres. Det er en annen sak om bruddene på vanlige arbeidsforhold fortsetter i lang tid.

De fleste elektriske stasjoner har en viss kraftreserve. Mekaniske overbelastninger forårsaker først og fremst skade på maskindeler. Gitt den tilfeldige karakteren av deres forekomst, kan det ikke være sikkert at den elektriske motoren under visse omstendigheter også vil bli overbelastet. Dette kan for eksempel skje med skruemotorer. Endringer i de fysiske og mekaniske egenskapene til det transporterte materialet (fuktighet, partikkelstørrelse, etc.) reflekteres umiddelbart i kraften som kreves for å flytte det. Beskyttelsen bør slå av den elektriske motoren ved overbelastning som forårsaker farlig overoppheting av viklingene.

Med tanke på påvirkningen av langvarige overstrømmer på isolasjonen, bør to typer overbelastninger skilles: relativt små (opptil 50%) og store (mer enn 50%).

Effekten av førstnevnte vises ikke umiddelbart, men gradvis, mens effekten av sistnevnte vises etter kort tid. Hvis temperaturstigningen over tillatt verdi er liten, skjer aldring av isolasjonen sakte. Små endringer i strukturen til isolasjonsmaterialet akkumuleres gradvis. Når temperaturen øker, akselererer aldringsprosessen betydelig.

Jeg tror at overoppheting over det tillatte for hver 8 - 10 ° C halverer levetiden til isolasjonen til motorviklingene.Derfor reduserer overoppheting med 40 ° C levetiden til isolasjonen 32 ganger! Selv om dette er mye, dukker det opp etter mange måneders arbeid.

Ved høye overbelastninger (mer enn 50%) kollapser isolasjonen raskt under påvirkning av høye temperaturer.

For å analysere oppvarmingsprosessen vil vi bruke en forenklet motormodell. En økning i strøm fører til en økning i variable tap. Spolen begynner å varmes opp. Isolasjonstemperaturen endres i henhold til grafen i figuren. Hastigheten for jevn temperaturøkning avhenger av strømmens størrelse.

En tid etter at en overbelastning oppstår, når temperaturen på viklingene den tillatte verdien for den gitte isolasjonsklassen. Ved høye G-krefter vil den være kortere, ved lave G-krefter vil den være lengre. Dermed vil hver overbelastningsverdi ha sin egen tillatte tid som kan anses som trygg å isolere.

Avhengigheten av den tillatte varigheten av overbelastningen av dens størrelse kalles overbelastningskarakteristikken til den elektriske motoren... Termofysiske egenskaper elektriske motorer av ulike typer har noen forskjeller og deres egenskaper er også forskjellige. En av disse funksjonene er vist i figuren med en heltrukket linje.

Motoroverbelastningskarakteristikk (heltrukken linje) og ønsket beskyttelseskarakteristikk (stiplet linje)

Fra de gitte egenskapene kan vi formulere et av hovedkravene til strømavhengig overbelastningsvern… Den bør heves avhengig av størrelsen på overbelastningen.Dette gjør det mulig å utelukke falske alarmer med ikke-farlige strømtopper, som oppstår for eksempel når motoren startes. Beskyttelsen skal bare fungere når den faller inn i sonen med uakseptable strømverdier og varigheten av strømningen. Dens ønskede karakteristikk, vist i figuren med en stiplet linje, må alltid ligge under motorens overbelastningskarakteristikk.

Virkningen av beskyttelsen påvirkes av en rekke faktorer (unøyaktighet av innstillinger, spredning av parametere, etc.), som et resultat av at avvik fra gjennomsnittsverdiene for responstiden blir observert. Derfor bør den stiplede linjen på grafen ses på som en slags gjennomsnittskarakteristikk. For ikke å krysse egenskapene som et resultat av virkningen av tilfeldige faktorer, som vil føre til feil stopp av motoren, er det nødvendig å gi en viss margin. Faktisk bør man ikke arbeide med en egen karakteristikk, men med en beskyttelsessone, tatt i betraktning fordelingen av reaksjonstiden til beskyttelsen.

Når det gjelder nøyaktige motorvernhandlinger, er det ønskelig at begge egenskapene er så nær hverandre som mulig. Dette vil unngå unødvendig snubling ved nær tillatte overbelastninger. Men hvis det er stor spredning av begge egenskapene, kan dette ikke oppnås. For ikke å falle inn i sonen med uakseptable strømverdier i tilfelle tilfeldige avvik fra de beregnede parameterne, er det nødvendig å gi en viss margin.

Beskyttelseskarakteristikken må være plassert i en viss avstand fra motorens overbelastningskarakteristikk for å utelukke deres gjensidige kryssing.Men dette fører til tap av nøyaktigheten til motorbeskyttelseshandlingen.

I området med strømmer nær den nominelle verdien, vises en usikkerhetssone. Når man går inn i denne sonen er det umulig å si sikkert om beskyttelsen vil fungere eller ikke.

Denne ulempen er fraværende i beskyttelse som fungerer avhengig av viklingstemperaturen... I motsetning til overstrømsbeskyttelsen, virker den avhengig av årsaken til aldring av isolasjonen, dens oppvarming. Når en temperatur som er farlig for viklingen er nådd, slår den av motoren, uavhengig av årsaken som forårsaket oppvarmingen. Dette er en av de viktigste fordelene ved beskyttelse mot temperatur.

Mangelen på overstrømsbeskyttelse bør imidlertid ikke overvurderes. Faktum er at motorer har en viss strømreserve. Motorens merkestrøm er alltid lavere enn strømmen der temperaturen på viklingene når den tillatte verdien. Det er etablert, styrt av økonomiske beregninger. Derfor, ved nominell belastning, er temperaturen på motorviklingene under tillatt verdi. På grunn av dette opprettes en termisk reserve av motoren, som til en viss grad kompenserer for mangelen termiske reléer.

Mange faktorer som den termiske tilstanden til isolasjonen avhenger av, har tilfeldige avvik. I denne forbindelse gir spesifikasjonen av egenskaper ikke alltid det ønskede resultatet.

Overbelastning ved variabel kontinuerlig drift

Noen arbeidslegemer og mekanismer skaper belastninger som varierer over et bredt område, for eksempel ved knusing, sliping og andre lignende operasjoner. Her er periodiske overbelastninger ledsaget av underbelastninger til tomgang.Enhver økning i strøm, tatt separat, fører ikke til en farlig temperaturøkning. Men hvis det er mange og de gjentas ofte nok, akkumuleres effekten av den økte temperaturen på isolasjonen raskt.

Oppvarmingsprosessen til den elektriske motoren ved variabel belastning skiller seg fra oppvarmingsprosessen ved konstant eller svakt variabel belastning. Forskjellen manifesteres både i løpet av temperaturendringer og i arten av oppvarming av individuelle deler av maskinen.

Ettersom belastningen endres, endres også temperaturen på spolene. På grunn av motorens termiske treghet er temperatursvingninger mindre utbredt. Ved en tilstrekkelig høy belastningsfrekvens kan temperaturen på viklingene betraktes som praktisk talt uendret. Dette vil tilsvare kontinuerlig drift med konstant belastning. Ved lav frekvens (i størrelsesorden hundredeler av en hertz og lavere) blir temperatursvingninger merkbare. Periodisk overoppheting av viklingen kan forkorte isolasjonens levetid.

Ved store lastsvingninger ved lav frekvens er motoren hele tiden i en transient prosess. Spoletemperaturen endres etter lastsvingninger. Siden individuelle deler av maskinen har forskjellige termofysiske parametere, varmes hver av dem opp på sin egen måte.

Forløpet av termiske transienter under variabel belastning er et komplekst fenomen og er ikke alltid gjenstand for beregning. Derfor kan ikke temperaturen til motorviklingene estimeres fra strømmen som flyter til enhver tid. På grunn av at de enkelte delene av elmotoren varmes opp på forskjellige måter, går varmen fra en del til en annen i elmotoren.Det er også mulig at etter at den elektriske motoren er slått av, vil temperaturen på statorviklingene stige på grunn av varmen som tilføres av rotoren. Dermed kan det hende at størrelsen på strømmen ikke gjenspeiler graden av oppvarming av isolasjonen. Det bør også huskes at i noen moduser vil rotoren varmes opp mer intensivt og kjøles ned mindre enn statoren.

Kompleksiteten i varmeoverføringsprosessene gjør det vanskelig å kontrollere oppvarmingen av motoren... Selv direkte måling av temperaturen på viklingene kan gi feil under noen forhold. Faktum er at i ustabile varmeprosesser kan oppvarmingstemperaturen til forskjellige deler av maskinen være forskjellig, og målingen på en gang kan ikke gi et sant bilde. Imidlertid er måling av spoletemperatur mer nøyaktig enn andre metoder.

Periodisk arbeid kan henvises til de mest ugunstige ut fra vernets virkemåte. Periodisk inkludering i arbeid innebærer muligheten for kortvarig motorisk overbelastning. I dette tilfellet må størrelsen på overbelastningen begrenses av tilstanden til oppvarming av viklingene, som ikke overstiger den tillatte verdien.

Beskyttelsen "overvåker" oppvarmingstilstanden til spolen må motta det tilsvarende signalet. Siden strøm og temperatur kanskje ikke samsvarer med hverandre under forbigående forhold, kan ikke beskyttelse basert på strømmåling utføre sin rolle ordentlig.