Аварийные режимы работы электродвигателей.

 

Под коротким замыканием понимается режим, когда ток перегрузки превышает номинальный в несколько раз. Перегрузочный режим характеризуется превышением тока в 1, 5 - 1, 8 раза. Технологические перегрузки приводят к увеличению температуры обмоток электродвигателя выше допустимой, постепенному разрушению ее и выходу из строя.

Не полнофазный режим (потеря фазы) возникает в случае перегорания предохранителя в фазе, обрыва провода, нарушения контакта. При этом происходит перераспределение токов, по обмоткам электродвигателя начинают протекать повышенные токи, не исключается остановка механизма и выход электрической машины из строя. Наиболее чувствительны к неполнофазным режимам электродвигатели малой и средней мощности, т. е., которые наиболее часто используются.

Заклинивание ротора электрической машины может возникнуть при разрушении подшипника, заклинивании рабочей машины. Это наиболее тяжелый режим. Скорость нарастания температуры обмотки статора достигает 7 - 10С в секунду, через 10 - 15С температура двигателя выходит за допустимые пределы. Наиболее опасен такой режим для двигателей малой и средней мощности.

Наибольшее количество аварийных выходов из строя электродвигателей обусловлено технологическими перегрузками, заклиниванием, разрушением подшипникового узла. До 15 % отказов происходит из-за обрыва фаз и возникновения недопустимой несимметрии напряжений.

В паспорте электрического двигателя указан ток при номинальной нагрузке на валу. Если, например, указано 13, 8/8 А, то это означает, что при включении двигателя в сеть 220 В и при номинальной нагрузке ток, потребляемый из сети, будет равен 13, 8 А. При включении в сеть 380 В из сети будет потребляться ток 8 А, то есть справедливо равенство мощностей:

√ 3 х 380 х 8 = √ 3 х 220 х 13, 8.

Зная номинальную мощность двигателя (из паспорта) можно определить его номинальный ток. При включении двигателя в трехфазную сеть 380В номинальный ток можно посчитать по следующей формуле:

Iн = Pн/(√ 3Uн х η х сosφ ),

где Pн - номинальная мощность двигателя в кВт, Uн - напряжение в сети, в кВ (0, 38 кВ). Коэффициент полезного действия (η ) и коэффициент мощности (сosφ ) - паспортные значения двигателя, которые написаны на щитке в виде металлической таблички. См. также - Какие паспортные данные указываются на щитке асинхронного двигателя.

Рис2.1. Паспорт электрического двигателя. номинальная мощность 1, 5кВ, номинальный ток 3, 4А при напряжении 380В

 

Если не известны к.п.д. и коэффициент мощности двигателя, например, при отсутствии на двигателе паспорта-таблички, то номинальный его ток с небольшой погрешностью можно определить по соотношению " два ампера на киловатт", т.е. если номинальная мощность двигателя 10 кВт, то потребляемый им ток будет примерно равен 20 А.

Для указанного на рисунке двигателя это соотношение тоже выполняется (3, 4 А ≈ 2 х 1, 5). Более точные значения токов при использовании данного соотношения получаются при мощностях двигателей от 3 кВт.

При холостом ходе электродвигателя из сети потребляется незначительный ток (ток холостого хода). При увеличении нагрузки увеличивается и потребляемый ток. С увеличением тока повышается нагрев обмоток. Большая перегрузка приводит к тому, что увеличенный ток вызывает перегрев обмоток двигателя, и возникает опасность обугливания изоляции (сгорания электродвигателя).

В момент пуска из сети электрическим двигателем потребляется так называемый пусковой ток, который может быть в 3 - 8 раз больше номинального. Характер изменения тока представлен на графике (рис. 16, а).

Рис.2.2. Характер изменения тока, потребляемого двигателем из сети (а), и влияние большого тока на колебания напряжения в сети (б)

 

Точное значение пускового тока для каждого конкретного двигателя можно определить зная значение кратности пускового тока - Iпуск/Iном. Кратность пускового тока - одна из технических характеристик двигателя, которую можно найти в каталогах. Пусковой ток определяется по следующей формуле: I пуск = Iн х (Iпуск/Iном).

Например, при номинальном токе двигателя 20 А и кратности пускового тока - 6, пусковой ток равен 20 х 6 = 120 А.

Знание реальной величины пускового тока нужно для выбора плавких предохранителей, проверке срабатывания электромагнитных расцепителей во время пуска двигателя при выборе автоматических выключателей и для определения величины снижения напряжения в сети при пуске.

Процесс выбора плавких предохранителей подробно рассмотрен в этой статье: Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей

Большой пусковой ток, на который сеть обычно не рассчитана, вызывает значительные снижения напряжения в сети (рис. 17, б).

Если принять сопротивление проводов, идущих от источника до двигателя, равным 0, 5 Ом, номинальный ток Iн=15А, а пусковой ток равным пятикратному от номинального, то потери напряжения в проводах в момент пуска составят 0, 5 х 75 + 0, 5 х 75 = 75 В.

На зажимах двигателя, а также и на зажимах рядом работающих электродвигателей будет 220 - 75 = 145 В. Такое снижение напряжения может вызвать торможение работающих двигателей, что повлечет за собой еще большее увеличение тока в сети и перегорание предохранителей.

В электрических лампах в моменты пуска двигателей уменьшается накал (лампы «мигают»). Поэтому при пуске электродвигателей стремятся уменьшить пусковые токи.

Для уменьшения пускового тока может использоваться схема пуска двигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник. При этом фазное напряжение уменьшится в √ З раз и соответственно ограничивается пусковой ток. После достижения ротором некоторой скорости обмотки статора переключаются в схему треугольника и напряжение ни них становится равным номинальному. Переключение обычно производится автоматически с использованием реле времени или тока.

Рис. 2.3. Схема пуска электрического двигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник.

 

Важно понимать, что не далеко каждый двигатель можно подключать по этой схеме. Наиболее распространенные асинхронные двигатели с рабочим напряжение 380/200В, в том числе и двигатель, показанный на рисунке 17 при включении по данной схеме выйдет из строя.

Выбор схемы соединения фаз электродвигателя

В настоящее время, для уменьшения пускового тока электрических двигателей активно используют специальные микропроцессорные устройства плавного пуска (софт- стартеры).

Асинхронный двигатель не имеет явно выраженных полюсов и поэтому его число полюсов зависит от схемы соединения катушек в обмотках каждой фазы статора. Если, например, обмотка фазы состоит из двух катушек, то при их последовательном соединении число пар полюсов Р = 2, а при параллельном соединении Р = 1. Начала и концы катушек выводятся на клеммы щитка, так что переключение катушек можно делать на работающем двигателе. Можно разместить в пазах статора две независимые обмотки, каждая из которых создает разное число пар полюсов, например, Р = 1 и Р = 2.

Одна из обмоток может, например, соединяться в одинарную звезду, а другая – в двойную звезду (рис. 18, а и б). Можно также переключать треугольник в двойную звезду (рис. 18, а и б).

А)                        Б)                              В)                          Г)

Рис.2.4(а, б, в, г.)

В результате двигатель будет трехскоростной. В принципе можно разместить на статоре две обмотки, каждая из которых имеет две скорости, такая машина будет четырехскоростной. Однако размещение нескольких обмоток увеличивает габариты и стоимость машины. Поэтому лучше применять одну обмотку с переключением на четыре скорости. При этом можно получить синхронные скорости 3000 / 1500 / 1000 / 500 или  1500 / 1000 / 750 / 500 об/мин или другие комбинации. Регулирование изменением числа полюсов является ступенчатым регулированием. Механические характеристики при разном числе пар полюсов показаны на рис.19.

Рис.2.5. Механические характеристики при разном числе пар полюсов

Этот способ регулирования экономичен, рабочая часть характеристик жесткая, но данный способ применяется лишь в случаях, не требующих плавного регулирования, например в станках, где ступенчатое регулирование применяется с целью уменьшения числа ступеней в коробках скоростей, вентиляторах, насосах и др.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: