Hva skjer med motoren ved fasetap og enfasedrift

Under fasetap forstår vi den enfasede driftsmodusen til den elektriske motoren som et resultat av frakobling av strømforsyningen til en av lederne til trefasesystemet.

Årsakene til tapet av en fase fra en elektrisk motor kan være: bryte en av ledningene, brenne en av sikringene; kontaktsvikt i en av fasene.

Avhengig av omstendighetene som fasetapet skjedde under, kan det være forskjellige driftsmoduser for den elektriske motoren og konsekvensene som følger med disse modusene. I dette tilfellet må følgende faktorer tas i betraktning: tilkoblingsskjemaet til viklingene til den elektriske motoren ("stjerne" eller "delta"), driftstilstanden til motoren i øyeblikket av fasetap (fasetap kan oppstå før eller etter slått på motoren, under belastningsdrift), graden av motorbelastning og de mekaniske egenskapene til arbeidsmaskinen, antall elektriske motorer som opererer med fasetap og deres gjensidige påvirkning.

Her bør du være oppmerksom på funksjonene til modusen som vurderes. I trefasemodus flyter hver fase av viklingen med en strøm forskjøvet i tid med en tredjedel av perioden. Når en fase går tapt, flyter begge viklingene omtrent samme strøm, det er ingen strøm i den tredje fasen. Til tross for at endene av viklingene er koblet til to faseledere i et trefasesystem, faller strømmene i de to viklingene sammen i tid. Denne driftsmåten kalles enfaset.

Magnetfeltet som genereres av en enfasestrøm, i motsetning til det roterende feltet som genereres av et trefasesystem av strømmer, pulserer. Den endrer seg over tid, men beveger seg ikke rundt omkretsen av statoren. Figur 1a viser den magnetiske fluksvektoren opprettet i motoren i enfasemodus. Denne vektoren roterer ikke, den endrer seg bare i størrelse og fortegn. Det sirkulære feltet er flatet ut til en rett linje.

Bilde 1. Egenskaper til en induksjonsmotor i enfasemodus: a — grafisk representasjon av et pulserende magnetfelt; b — dekomponering av det pulserende feltet til to roterende; c-mekaniske egenskaper til en induksjonsmotor i trefase (1) og enfase (2) driftsmodus.

Pulserende magnetfelt kan betraktes som å bestå av to felt av samme størrelse som roterer mot hverandre (fig. 1, b). Hvert felt samhandler med rotorviklingen og genererer et dreiemoment. Deres kombinerte handling skaper dreiemoment på motorakselen.

I tilfelle det oppstår et fasetap før motoren kobles til nettverket, virker to magnetiske felt på en stasjonær rotor, som danner to momenter med motsatt fortegn, men like store. Summen deres vil være null.Derfor, når du starter motoren i enfasemodus, kan den ikke reversere selv om det ikke er noen belastning på akselen.

Hvis det oppstår et fasetap mens motorrotoren roterer, genereres et dreiemoment på akselen. Dette kan forklares som følger. Den roterende rotoren samhandler på ulike måter med feltene som roterer mot hverandre. En av dem, hvis rotasjon sammenfaller med rotasjonen av rotoren, danner et positivt (sammenfallende i retning) øyeblikk, den andre - negativ. I motsetning til det stasjonære rotorhuset, vil disse momentene være forskjellige i størrelse. Deres forskjell vil være lik momentet til motorakselen.

Figur 1, c viser mekaniske egenskaper for motoren i enfase- og trefasedrift. Ved null hastighet er dreiemomentet null; når den roterer i begge retninger, oppstår et dreiemoment på motorakselen.

Hvis en av fasene er frakoblet mens motoren er i gang, når hastigheten var nær merkeverdien, er dreiemomentet ofte tilstrekkelig til å fortsette driften med en liten reduksjon i turtallet. I motsetning til den tre-fase symmetriske modusen, vises en karakteristisk summing. For resten er det ingen ytre manifestasjoner av nødmodusen. En person som ikke har noen erfaring med asynkronmotorer vil kanskje ikke legge merke til en endring i driften av en elektrisk motor.

Overgangen av en elektrisk motor til enfasemodus er ledsaget av en omfordeling av strømmer og spenninger mellom fasene. Hvis motorviklingene er koblet i henhold til "stjerne"-skjemaet, etter fasetapet, dannes en krets, vist i figur 2. To seriekoblede motorviklinger er koblet til linjespenningen Uab, så er motoren i enkelt- fase drift.

La oss gjøre en liten beregning, bestemme strømmene som strømmer gjennom motorviklingene og sammenligne dem med strømmene med en trefaseforsyning.

Figur 2. Stjernekobling av motorviklinger etter fasetap

Siden motstandene Za og Zb er koblet i serie, vil spenningene til fase A og B være lik halvparten av den lineære:

Den omtrentlige verdien av strømmen kan bestemmes basert på følgende betraktninger.

Innkoblingsstrøm av fase A ved fasetap

Startstrøm for fase A i trefasemodus

hvor Uao — fasespenning av nettverket.

Startstrømforhold:

Av forholdet følger det at ved fasetap er startstrømmen 86 % av startstrømmen i trefasetilførsel. Hvis vi tar i betraktning at startstrømmen til induksjonsmotoren til ekornburet er 6-7 ganger høyere enn den nominelle, viser det seg at en strøm flyter gjennom motorviklingene Iif = 0,86 x 6 = 5,16 Azn, det vil si, mer enn fem ganger den nominelle. I løpet av kort tid vil en slik strøm overopphete spolen.

Fra beregningen ovenfor kan det ses at den betraktede driftsmåten er veldig farlig for motoren, og hvis det oppstår, må beskyttelsen slås av på kort tid.

Fasetap kan også oppstå etter at motoren er slått på, når rotoren vil ha en rotasjonshastighet som tilsvarer driftsmodusen. Vurder strømmene og spenningene til viklingene i tilfelle en overgang til enfasemodus med en roterende rotor.

Verdien av Za avhenger av rotasjonshastigheten. Ved oppstart, når rotorhastigheten er null, er den lik for både trefase- og enfasemodus. I driftsmodus, avhengig av belastningen og de mekaniske egenskapene til motoren, kan rotasjonshastigheten være forskjellig.Derfor er en annen tilnærming nødvendig for å analysere strømbelastninger.

Vi vil anta at motoren går i både trefase- og enfasemodus. samme kraft. Uavhengig av tilkoblingsskjemaet til den elektriske motoren, krever arbeidsmaskinen den samme kraften som er nødvendig for å utføre den teknologiske prosessen.

Forutsatt at motorakseleffekten er den samme for begge modusene, vil vi ha:

i trefasemodus

i enfasemodus

hvor Uа — fasespenning til nettverket; Uаo — spenning til fase A i enfasemodus, cos φ3 og cos φ1-effektkoeffisienter for henholdsvis trefase- og enfasemodus.

Eksperimenter med en induksjonsmotor viser at faktisk strømmen nesten dobles. Med litt margin er det mulig å vurdere I1a / I2a = 2.

For å vurdere graden av fare ved enfasedrift, må du også kjenne belastningen på motoren.

Som en første tilnærming vil vi vurdere den elektriske motorstrømmen i trefasemodus proporsjonal med belastningen på akselen. Denne forutsetningen er gyldig for laster over 50 % av merkeverdien. Deretter kan du skrive Azf = Ks NS Azn, hvor Ks — lastfaktoren til motoren, Azn — nominell strøm til motoren.

Enfasestrøm I1f = 2KsNS Azn, dvs. strømmen i enfasemodus vil avhenge av motorbelastningen. Ved nominell belastning er den lik to ganger nominell strøm. Ved en belastning på mindre enn 50 % skaper ikke fasetapet ved tilkobling av motorviklingene til en «stjerne» en overstrøm som er farlig for viklingene. I de fleste tilfeller er motorens belastningsfaktor mindre enn én. Med sine verdier i størrelsesorden 0,6 - 0,75, bør det forventes et lite overskudd av strømmen (med 20 - 50%) sammenlignet med den nominelle.Dette er avgjørende for funksjonen til beskyttelsen, siden det er nettopp i dette området med overbelastning at det ikke virker tydelig nok.

For å analysere noen beskyttelsesmetoder, er det nødvendig å kjenne spenningen til motorfasene. Når rotoren er låst, vil spenningen til fase A og B være lik halvparten av nettspenningen Uab, og spenningen til fase C vil være null.

Ellers fordeles spenningen etter hvert som rotoren roterer. Faktum er at dens rotasjon er ledsaget av dannelsen av et roterende magnetfelt, som, som virker på statorviklingene, forårsaker en elektromotorisk kraft i dem. Størrelsen og fasen til denne elektromotoriske kraften er slik at ved en rotasjonshastighet nær synkron, gjenopprettes et symmetrisk trefasespenningssystem på viklingene og stjernenøytralspenningen (punkt 0) blir null. Således, når rotorhastigheten endres fra null til synkron i enfaset driftsmodus, endres spenningen til fase A og B fra en verdi lik halvparten av linjen til en verdi lik fasespenningen til nettverket. For eksempel, i et system med en spenning på 380/220 V, varierer spenningen til fase A og B innenfor 190 — 220 V. Spenningen Uco endres fra null med en låst rotor til en fasespenning på 220 V med synkron hastighet. Når det gjelder spenningen ved punkt 0, endres den fra verdien Uab / 2 — til null ved synkron hastighet.

Hvis motorviklingene er koblet i delta, vil vi etter et fasetap ha koblingsskjemaet vist i figur 3. I dette tilfellet viser det seg at motorviklingen med motstand Zab er koblet til linjespenningen Uab, og viklingen med motstander. Zfc og Zpr. er.— koblet i serie og koblet til samme linjespenning.

Figur 3. Deltakobling av motorviklinger etter fasetap

I startmodus vil den samme strømmen flyte gjennom viklingene AB som i trefaseversjonen, og halvparten av strømmen vil strømme gjennom viklingene AC og BC, siden disse viklingene er koblet i serie.

Strømmer i lineære ledere I'a =I'b vil være lik summen av strømmer i parallelle grener: I'A = I'ab + I'bc = 1,5 Iab

I det aktuelle tilfellet, med fasetap, vil startstrømmen i en av fasene være lik startstrømmen med trefaseforsyning, og linjestrømmen øker mindre intensivt.

For å beregne strømmene ved fasetap etter start av motoren, brukes samme metode som for "stjerne"-kretsen. Vi vil anta at motoren utvikler samme effekt i både trefase- og enfasemodus.

I denne driftsmodusen dobles strømmen i den mest belastede fasen med fasetap sammenlignet med strømmen med trefaseforsyning. Strømmen i linjelederen vil være Ia 'A = 3Iab, og med trefasetilførsel Ia = 1,73 Iab.

Det er viktig å merke seg her at mens fasestrømmen øker med en faktor på 2, øker linjestrømmen bare med en faktor på 1,73. Dette er viktig fordi overstrømsbeskyttelsen reagerer på linjestrømmene. Beregningene og konklusjonene angående påvirkningen av lastfaktoren på enfasestrømmen med en «stjerne»-forbindelse forblir gyldige for tilfellet med en «delta»-krets.

AC- og BC-fasespenningene vil avhenge av rotorhastigheten. Når rotoren er låst Uac '= Ub° C' = Uab / 2

Ved en rotasjonshastighet lik den synkrone gjenopprettes det symmetriske systemet av spenninger, dvs. ac '= Ub° C' = Uab.

Dermed vil AC- og BC-fasespenningene, når rotasjonshastigheten endres fra null til synkron, endres fra en verdi lik halve linjespenningen til en verdi lik linjespenningen.

Strømmene og spenningene til motorfasene i enfasedrift avhenger også av antall motorer.

Et fasetap oppstår ofte når en av sikringene på nettforsyningen til understasjonen eller koblingsanlegget har gått. Som et resultat er en gruppe brukere i enfasemodus og samhandler med hverandre. Fordelingen av strømmer og spenninger avhenger av kraften til de enkelte motorene og deres belastning. Ulike alternativer er mulige her. Hvis kraften til de elektriske motorene er lik og belastningen er den samme (for eksempel en gruppe eksosvifter), kan hele gruppen av motorer erstattes med en tilsvarende.

Nødmoduser for asynkrone elektriske motorer og metoder for deres beskyttelse