Voolu ülekoormused ja nende mõju elektrimootorite tööle ja tööeale

Asünkroonsete mootorite rikete analüüs näitab, et nende rikke peamiseks põhjuseks on ülekuumenemisest tingitud isolatsiooni purunemine.

Elektritoote (seadme) ülekoormus – elektritoote (seadme) võimsuse või voolu tegeliku väärtuse ületamine nimiväärtusest. (GOST 18311-80).

Elektrimootori mähiste küttetemperatuur sõltub mootori soojuslikest omadustest ja keskkonnaparameetritest. Osa mootoris tekkivast soojusest läheb spiraalide soojendamiseks ja ülejäänu eraldub keskkonda. Kütteprotsessi mõjutavad sellised füüsikalised parameetrid nagu soojusmahtuvus ja soojuse hajumine.

Olenevalt elektrimootori ja ümbritseva õhu termilisest seisundist võib nende mõju aste varieeruda.Kui mootori ja keskkonna temperatuuride erinevus on väike ja vabanev energia märkimisväärne, siis põhiosa sellest neelavad mähis, staatori ja rootori teras, mootori korpus ja selle muud osad. Toimub intensiivne soojustuse temperatuuri tõus... Kütmisel avaldub soojusvahetuse mõju üha enam. Protsess kehtestatakse pärast tasakaalu saavutamist tekkiva soojuse ja keskkonda eralduva soojuse vahel.

Voolu suurendamine üle lubatud väärtuse ei too kaasa kohe avariiseisundit... Staatoril ja rootoril kulub oma äärmusliku temperatuuri saavutamine veidi aega. Seetõttu puudub vajadus, et kaitse reageeriks igale liigvoolule. Ta peaks masina välja lülitama ainult siis, kui on oht isolatsiooni kiireks halvenemiseks.

Isolatsioonikütte seisukohalt on suur tähtsus nimiväärtust ületava vooluhulga suurus ja kestus. Need parameetrid sõltuvad eelkõige tehnoloogilise protsessi olemusest.

Tehnoloogilise päritoluga elektrimootori ülekoormus

Elektrimootori ülekoormus, mis on põhjustatud käitatava masina võlli pöördemomendi perioodilisest suurenemisest. Sellistes masinates ja paigaldistes muutub elektrimootori võimsus kogu aeg. Raske on jälgida pikka aega, mille jooksul vool püsib suurusjärgus muutumatuna. Mootori võllile ilmuvad perioodiliselt lühiajalised suured takistusmomendid, mis tekitavad voolu hüppeid.

Sellised ülekoormused ei põhjusta tavaliselt mootori mähiste ülekuumenemist, millel on suhteliselt kõrge termiline inerts.Piisavalt pika kestusega ja korduva kordamisega elektrimootori ohtlik kuumenemine... Kaitse peab nende režiimide vahel "vahet tegema". See ei tohiks reageerida lühiajalistele koormusšokkidele.

Teised masinad võivad kogeda suhteliselt väikest, kuid pikaajalist ülekoormust. Mootori mähised soojenevad järk-järgult maksimaalse lubatud väärtuse lähedase temperatuurini. Tavaliselt on elektrimootoril teatud küttevaru ja väikesed liigvoolud ei suuda vaatamata tegevuse kestusele ohtlikku olukorda tekitada. Sel juhul ei ole väljalülitamine vajalik. Nii peab ka siin mootorikaitse "vahet tegema" ohtlikel ja mitteohtlikel ülekoormustel.

Elektrimootori avariiülekoormused

välja arvatud tehnoloogilise päritoluga ülekoormus, võib-olla muudel põhjustel tekkinud avariiülekoormused (toiteliini kahjustused, tööseadmete ummistused, pingelangus jne). Need loovad asünkroonmootori teatud töörežiimid ja pakuvad oma nõudeid ohutusseadmetele... Mõelge asünkroonmootori käitumisele tüüpilistes avariirežiimides.

Ülekoormused pidevas töös püsiva koormusega

Elektrimootorid valitakse tavaliselt teatud võimsusvaruga. Samuti töötavad enamasti masinad koormuse all. Selle tulemusena on mootori vool sageli nimiväärtusest tunduvalt madalam. Ülekoormused tekivad reeglina töömasina tehnoloogiliste rikkumiste, rikete, kinnikiilumise ja kinnikiilumise korral.

Masinatel, nagu ventilaatorid, tsentrifugaalpumbad, konveierilindid ja kruvid, on vaikne, konstantne või veidi muutuv koormus.Lühiajalised materjalivoolu muutused elektrimootori soojenemist praktiliselt ei mõjuta. Neid võib ignoreerida. Teine asi on see, kui normaalsete töötingimuste rikkumised püsivad pikka aega.

Enamikul elektriajamitel on teatud võimsusreserv. Mehaaniline ülekoormus kahjustab peamiselt masinaosi. Arvestades nende esinemise juhuslikkust, ei saa olla kindel, et teatud asjaoludel tekib ka elektrimootori ülekoormus. Näiteks võib see juhtuda kruvimootorite puhul. Muutused transporditava materjali füüsikalistes ja mehaanilistes omadustes (niiskus, osakeste suurus jne) peegelduvad koheselt selle liigutamiseks vajalikus võimsuses. Kaitse peaks elektrimootori välja lülitama ülekoormuse korral, mis põhjustab mähiste ohtlikku ülekuumenemist.

Pikaajaliste liigvoolude mõju seisukohalt isolatsioonile tuleks eristada kahte tüüpi ülekoormusi: suhteliselt väike (kuni 50%) ja suur (üle 50%).

Esimese mõju ei ilmne kohe, vaid järk-järgult, teise mõju aga lühikese aja pärast. Kui temperatuuri tõus üle lubatud väärtuse on väike, toimub isolatsiooni vananemine aeglaselt. Väikesed muutused isolatsioonimaterjali struktuuris kogunevad järk-järgult. Temperatuuri tõustes kiireneb vananemisprotsess oluliselt.

Arvan, et ülekuumenemine üle lubatava iga 8–10 ° C kohta lühendab mootori mähiste isolatsiooni kasutusiga poole võrra.Seetõttu vähendab ülekuumenemine 40 ° C võrra isolatsiooni eluiga 32 korda! Kuigi seda on palju, ilmneb see pärast mitu kuud kestnud tööd.

Suure ülekoormuse korral (üle 50%) variseb isolatsioon kõrgete temperatuuride mõjul kiiresti kokku.

Kütteprotsessi analüüsimiseks kasutame lihtsustatud mootorimudelit. Voolu suurenemine toob kaasa muutuvate kadude suurenemise. Spiraal hakkab soojenema. Isolatsiooni temperatuur muutub vastavalt joonisel olevale graafikule. Püsiseisundi temperatuuri tõusu kiirus sõltub voolu suurusest.

Mõni aeg pärast ülekoormuse tekkimist jõuab mähiste temperatuur antud isolatsiooniklassi jaoks lubatud väärtuseni. Suurte G-jõudude korral on see lühem, madalate G-jõudude korral pikem. Seega on igal ülekoormuse väärtusel oma lubatud aeg, mille eraldamist võib pidada ohutuks.

Ülekoormuse lubatud kestuse sõltuvust selle suurusest nimetatakse elektrimootori ülekoormuskarakteristikuks... Termofüüsikalised omadused erinevat tüüpi elektrimootorid on mõningaid erinevusi ja ka nende omadused erinevad. Üks neist omadustest on joonisel kujutatud pideva joonega.

Mootori ülekoormuskarakteristikud (pidev joon) ja soovitud kaitsekarakteristikud (katkendjoon)

Antud omadustest saame sõnastada ühe peamise nõude voolust sõltuvale ülekoormuskaitsele… Seda tuleks tõsta sõltuvalt ülekoormuse suurusest.See võimaldab välistada valehäireid mitteohtlike voolutippudega, mis tekivad näiteks mootori käivitamisel. Kaitse peaks töötama ainult siis, kui see langeb vastuvõetamatute vooluväärtuste ja selle voolu kestuse tsooni. Selle soovitud karakteristikud, mis on näidatud joonisel katkendliku joonega, peavad alati jääma alla mootori ülekoormuskarakteristiku.

Kaitse toimimist mõjutavad mitmed tegurid (seadistuste ebatäpsus, parameetrite hajumine jne), mille tulemusena täheldatakse kõrvalekaldeid reaktsiooniaja keskmistest väärtustest. Seetõttu tuleks graafiku katkendjoont vaadelda kui mingit keskmist tunnust. Selleks, et mitte ületada omadusi juhuslike tegurite mõjul, mis põhjustab mootori vale seiskamise, on vaja ette näha teatud varu. Tegelikult tuleks töötada mitte eraldi omadusega, vaid kaitsevööndiga, võttes arvesse kaitse reaktsiooniaja jaotust.

Täpse mootorikaitse toimimise osas on soovitav, et mõlemad omadused oleksid üksteisele võimalikult lähedased. See väldib tarbetut komistamist lubatud ülekoormuse lähedal. Kui aga mõlemad tunnused on laialt levinud, ei ole seda võimalik saavutada. Selleks, et arvutatud parameetritest juhuslike kõrvalekallete korral mitte langeda vastuvõetamatute vooluväärtuste tsooni, on vaja ette näha teatud varu.

Kaitseomadused peavad asuma teatud kaugusel mootori ülekoormuskarakteristikust, et välistada nende vastastikune ristumine.Kuid see viib mootorikaitse tegevuse täpsuse kadumiseni.

Nimiväärtusele lähedaste voolude piirkonnas ilmub määramatuse tsoon. Sellesse tsooni sisenedes ei saa kindlalt öelda, kas kaitse töötab või mitte.

See puudus puudub kaitse töötab sõltuvalt mähise temperatuurist... Erinevalt liigvoolukaitsest toimib see sõltuvalt isolatsiooni vananemise põhjusest, selle kuumenemisest. Kui saavutatakse mähisele ohtlik temperatuur, lülitab see mootori välja, olenemata kuumenemise põhjusest. See on temperatuuri eest kaitsmise üks peamisi eeliseid.

Siiski ei tohiks liigvoolukaitse puudumist üle tähtsustada. Fakt on see, et mootoritel on teatud voolureserv. Mootori nimivool on alati väiksem kui vool, mille juures mähiste temperatuur saavutab lubatud väärtuse. See kehtestatakse majanduslikest arvutustest juhindudes. Seetõttu on nimikoormusel mootori mähiste temperatuur alla lubatud väärtuse. Tänu sellele tekib mootori soojusreserv, mis mingil määral kompenseerib puudujääki termoreleed.

Paljudel teguritel, millest isolatsiooni soojusseisund sõltub, on juhuslikud kõrvalekalded. Sellega seoses ei anna karakteristikute täpsustamine alati soovitud tulemust.

Ülekoormused muutuva pideva töörežiimi korral

Mõned tööorganid ja mehhanismid tekitavad koormusi, mis varieeruvad laias vahemikus, näiteks purustamisel, jahvatamisel ja muudel sarnastel toimingutel. Siin kaasnevad perioodiliste ülekoormustega alakoormused tühikäigule.Igasugune voolu suurenemine eraldivõetuna ei too kaasa ohtlikku temperatuuri tõusu. Kui aga neid on palju ja neid korratakse piisavalt sageli, koguneb kõrgendatud temperatuuri mõju isolatsioonile kiiresti.

Elektrimootori kütteprotsess muutuva koormuse korral erineb kütteprotsessist konstantsel või kergelt muutuval koormusel. Erinevus avaldub nii temperatuurimuutuste käigus kui ka masina üksikute osade kuumutamise olemuses.

Koormuse muutudes muutub ka poolide temperatuur. Mootori termilise inertsi tõttu on temperatuurikõikumised vähem levinud. Piisavalt kõrge laadimissageduse korral võib mähiste temperatuuri pidada praktiliselt muutumatuks. See on samaväärne pideva tööga püsiva koormusega. Madalatel sagedustel (suurusjärgus hertsi sajandik ja madalam) muutuvad temperatuuri kõikumised märgatavaks. Mähise perioodiline ülekuumenemine võib lühendada isolatsiooni eluiga.

Suurte koormuse kõikumiste korral madalal sagedusel on mootor pidevalt mööduvas protsessis. Selle mähise temperatuur muutub pärast koormuse kõikumisi. Kuna masina üksikutel osadel on erinevad termofüüsikalised parameetrid, soojeneb igaüks neist omal moel.

Soojussiirde kulg muutuva koormuse all on keeruline nähtus ja seda ei pea alati arvutama. Seetõttu ei saa mootori mähiste temperatuuri igal ajahetkel voolava voolu järgi hinnata. Tänu sellele, et elektrimootori üksikuid osi kuumutatakse erineval viisil, läheb soojus elektrimootoris ühelt osalt teisele.Samuti on võimalik, et pärast elektrimootori väljalülitamist tõuseb rootori poolt tarnitava soojuse tõttu staatori mähiste temperatuur. Seega ei pruugi voolu suurus peegeldada isolatsiooni kuumutamise astet. Samuti tuleb meeles pidada, et mõnes režiimis soojeneb rootor intensiivsemalt ja jahtub vähem kui staator.

Soojusülekande protsesside keerukus muudab mootori soojenemise juhtimise keeruliseks... Isegi mähiste temperatuuri otsene mõõtmine võib teatud tingimustel anda vea. Fakt on see, et ebastabiilsete soojusprotsesside korral võivad masina erinevate osade küttetemperatuurid olla erinevad ja ühekordne mõõtmine ei anna tõest pilti. Mähise temperatuuri mõõtmine on aga täpsem kui teised meetodid.

Perioodiline töö võib viidata kaitse tegevuse seisukohalt kõige ebasoodsamatele. Perioodiline töösse kaasamine tähendab lühiajalise mootori ülekoormuse võimalust. Sel juhul peab ülekoormuse suurus olema piiratud mähiste kuumutamise tingimustega, mis ei ületa lubatud väärtust.

Mähise kuumenemist "jälgiv" kaitse peab saama vastava signaali. Kuna vool ja temperatuur ei pruugi mööduvates tingimustes üksteisele vastata, ei saa voolumõõtmisel põhinev kaitse oma rolli korralikult täita.