ВВЕДЕНИЕ

Электрические машины широко применяют на электрических станциях, в промышленности, на транспорте, в авиации, в системах автоматического управления и регулирования, в быту. Они преобразуют механическую энергию в электрическую (генераторы) и, наоборот, электрическую энергию в механическую.

Любая электрическая машина может использоваться как генератор, так и двигатель. Это её свойство называется обратимостью. Она может быть также использована для преобразования одного рода тока в другой (частоты, числа фаз переменного тока, напряжения) в энергию другого вида тока. Такие машины называются преобразователями. Электрические машины в зависимости от рода тока электрической установки, в которой они должны работать, делятся на машины постоянного тока и машины переменного тока. Машины переменного тока могут быть как однофазными, так и многофазными. Наиболее широкое применение получили асинхронные двигатели и синхронные двигатели и генераторы.

Принцип действия электрических машин основан на использовании законов электромагнитной индукции и электромагнитных сил.

Электрические двигатели, используемые в промышленности, быту выпускают сериями, которые представляют собой ряд электрических машин возрастающей мощности, имеющих однотипную конструкцию и удовлетворяющих общему комплексу требований. Широко применяются серии специального назначения.

Защита электродвигателей. Схема защиты электродвигателя

При эксплуатации асинхронных электродвигателей, как и любого другого электрооборудования, могут возникнуть неполадки - неисправности, часто приводящие к аварийному режиму работы, повреждению двигателя. преждевременному выходу его из строя.

Рис.1

Прежде, чем перейти к способам защиты электродвигателей стоит рассмотреть основные и наиболее частые причины возникновения аварийной работы асинхронных электродвигателей:

· Однофазные и межфазные короткие замыкания - в кабеле, клеммной коробке электродигателя, в обмотке статора (на корпус, межвитковые замыкания).

Короткие замыкания - наиболее опасный вид неисправности в электродвигателе, т. к. сопровождается возникновением очень больших токов, приводящих к перегреву и сгоранию обмоток статора.

· Тепловые перегрузки электродвигателя - обычно возникают, когда вращение вала сильно затруднено (выход из строя пошипника, попадание мусора в шнек, запуск двигателя под слишком большой нагрузкой, либо его полная остановка).

Частой причиной тепловой перегрузки электродвигателя, приводящей к ненормальному режиму работы является пропадание одной из питающих фаз. Это приводит к значительному увеличению тока (в два раза превышающего номинальный) в статорных обмотках двух других фаз.

Результат тепловой перегрузки электродвигателя - перегрев и разрушение изоляции обмоток статора, приводящее к замыканию обмоток и негодности электродвигателя.

Защита электродвигателей от токовых перегрузок заключается в своевременном обесточивании электродвигателя при появлении в его силовой цепи или цепи управления больших токов, т. е. при возникновении коротких замыканий. Для защиты электродвигателей от коротких замыканий применяют плавкие вставки, электромагнитные реле, автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем, подобранные таким образом, чтобы они выдерживали большие пусковые сверхтоки, но незамедлительно срабатывали при возникновении токов короткого замыкания.

Для защиты электродвигателей от тепловых перегрузок в схему подключения электродвигателя включают тепловое реле, имеющее контакты цепи управления - через них подаётся напряжение на катушку магнитного пускателя.

Перегрузка электродвигателей возникает

· при затянувшемся пуске и самозапуске,

· при перегрузке приводимых механизмов,

· при понижении напряжения на выводах двигателя.

· при обрыве фазы.

Для электродвигателя опасны только устойчивые перегрузки. Сверхтоки, обусловленные пуском или самозапуском электродвигателя, кратковременны и самоликвидируются при достижении нормальной частоты вращения.

Значительное увеличение тока электродвигателя получается также при обрыве фазы, что встречается, например, у электродвигателей, защищаемых предохранителями, при перегорании одного из них. При номинальной загрузке в зависимости от параметров электродвигателя увеличение тока статора при обрыве фазы будет составлять примерно (1,6…2,5) I ном . Эта перегрузка носит устойчивый характер. Также устойчивый характер носят сверхтоки, обусловленные механическими повреждениями электродвигателя или вращаемого им механизма и перегрузкой самого механизма. Основной опасностью сверхтоков является сопровождающее их повышение температуры отдельных частей, и в первую очередь, обмоток. Повышение температуры ускоряет износ изоляции обмоток и снижает срок службы двигателя. Перегрузочная способность электродвигателя определяется характеристикой зависимости между сверхтоком и допускаемым временем его прохождения:

где t – допустимая длительность перегрузки, с;

А – коэффициент, зависящий от типа изоляции электродвигателя, а также периодичности и характера сверхтоков; для обычных двигателей А = 150-250;

К – кратность сверхтока, т. е. отношение тока электродвигателя I д к I ном .

Вид перегрузочной характеристики при постоянной времени нагрева T = 300 с представлен на рис. 20.2.

При решении вопроса об установке РЗ от перегрузки и характере ее действия руководствуются условиями работы электродвигателя, имея в виду возможность устойчивой перегрузки его приводного механизма:

а . На электродвигателях механизмов, не подверженных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях циркуляционных, питательных насосов и т. п.) и не имеющих тяжелых условий пуска или самозапуска, РЗ от перегрузки может не устанавливаться. Однако, ее установка целесообразна на двигателях объектов, не имеющих постоянного обслуживающего персонала, учитывая опасность перегрузки двигателя при пониженном напряжении питания или неполнофазном режиме;

Рис. 20.2. Характеристика зависимости допустимой длительности перегрузки от кратности тока перегрузки

б . На электродвигателях, подверженных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях мельниц, дробилок, насосов и т.п.), а также на электродвигателях, самозапуск которых не обеспечивается, должна устанавливаться РЗ от перегрузки;

в . Защита от перегрузки выполняется с действием на отключение в случае, если не обеспечивается самозапуск электродвигателей или с механизма не может быть снята технологическая перегрузка без останова электродвигателя;

г . Защита от перегрузки электродвигателя выполняется с действием на разгрузку механизма или сигнал, если технологическая перегрузка может быть устранена с механизма автоматически или вручную персоналом без останова механизма, и электродвигатели находятся под наблюдением персонала;

д . На электродвигателях механизмов, которые могут иметь как перегрузку, устраняемую при работе механизма, так и перегрузку, устранение которой невозможно без останова механизма, целесообразно предусматривать действие РЗ от сверхтоков с меньшей выдержкой времени на отключение электродвигателя; в тех случаях, когда ответственные электродвигатели собственных нужд электростанций находятся под постоянным наблюдением дежурного персонала, защиту их от перегрузки можно выполнить с действием на сигнал.

Защита электродвигателей, подверженных технологическойперегрузке, желательно иметь такой, чтобы она, с одной стороны, защищала от недопустимых перегрузок, а с другой – давала возможность наиболее полно использовать перегрузочную характеристику электродвигателя с учетом предшествовавшей нагрузки и температуры окружающей среды. Наилучшей характеристикой РЗ от сверхтоков являлась бы такая, которая проходила несколько ниже перегрузочной характеристики (пунктирная кривая на рис. 20.2).

20.4. Защита от перегрузки с тепловым реле . Лучше других могут обеспечить характеристику, приближающуюся к перегрузочной характеристике электродвигателя, тепловые реле, которые реагируют на количество тепла Q , выделенного в сопротивлении его нагревательного элемента. Тепловые реле выполняются на принципе использования различия в коэффициенте линейного расширения различных металлов под влиянием нагревания. Основой такого теплового реле является биметаллическая пластина состоящая из спаянных по всей поверхности металлов а и б с сильно различающимися коэффициентами линейного расширения. При нагревании пластина прогибается в сторону металла с меньшим коэффициентом расширения и замыкает контакты реле.

Нагревание пластины осуществляется нагревательным элементом при прохождении по нему тока.

Тепловые реле сложны в обслуживании и наладке, имеют различные характеристики отдельных экземпляров реле, часто не соответствуют тепловым характеристикам электродвигателей и имеют зависимость от температуры окружающей среды, что приводит к нарушению соответствия тепловых характеристик реле и электродвигателя. Поэтому тепловые реле применяются в редких случаях, обычно в магнитных пускателях и автоматах 0,4 кВ.

20.5. Защита от перегрузки с токовыми реле . Для защиты электродвигателей от перегрузки обычно применяются МТЗ с использованием реле с ограниченно зависимыми характеристиками типа РТ-80 или МТЗ с независимыми токовыми реле и реле времени.

Преимуществами МТЗ по сравнению с тепловыми являются более простая их эксплуатация и более легкий подбор и регулировка характеристик РЗ. Однако, МТЗ не позволяют использовать перегрузочные возможности электродвигателей из-за недостаточного времени действия их при малых кратностях тока.

МТЗ с независимой выдержкой времени в однорелейном исполнении обычно применяется на всех асинхронных электродвигателях собственных нужд электростанций, а на промышленных предприятиях - для всех синхронных (когда она совмещена с РЗ от асинхронного режима) и асинхронных электродвигателей, являющихся приводами ответственных механизмов, а также для неответственных асинхронных электродвигателей с временем пуска более 12…13 с.

Релейная защита от перегрузки с зависимой выдержкой времени лучше согласовываются с тепловой характеристикой двигателя, однако, и они недостаточно используют перегрузочную способность двигателей в области малых токов.

Защита от перегрузки с зависимой характеристикой выдержки времени может быть выполнена на реле типа РТ-80 или цифровом реле.

Ток срабатывания защиты от перегрузки устанавливается из условия отстройки от I ном электродвигателя:

где к отс – коэффициент отстройки, принимается равным 1,05.

Время действия МТЗ от перегрузки t 3П должно быть таким, чтобы оно было больше времени пуска электродвигателя t пуск , а у электродвигателей, участвующих в самозапуске, больше времени самозапуска.

Время пуска асинхронных электродвигателей обычно составляет 8…15 с. Поэтому характеристика реле с зависимой характеристикой должна иметь при пусковом токе время, не меньшее 12…15 с. На РЗ от перегрузки с независимой характеристикой выдержка времени принимается 14…20 с.

20.6. Защита от перегрузки с тепловой характеристикой выдержки времени на цифровом реле. В цифровое реле защиты двигателя, например, типа MiCOM Р220 заложена тепловая модель двигателя из составляющих прямой и обратной последовательности тока, потребляемого двигателем таким образом, чтобы учесть тепловое воздействие тока в статоре и роторе. Составляющая обратной последовательности токов, протекающих в статоре, наводит в роторе токи значительной амплитуды, которые создают существенное повышение температуры в обмотке ротора. Результатом сложения, проведенного MiCOM Р220 является эквивалентный тепловой ток I экв , отображающий повышение температуры, вызванное током двигателя. Ток I экв вычисляется в соответствии с зависимостью:

(20.7)

К э – коэффициент усиление влияния тока обратной последовательности учитывает повышенное воздействие тока обратной последовательности по сравнению с прямой последовательности на нагрев двигателя. При отсутствии необходимых данных принимается равным 4 - для отечественных двигателей и 6 – для зарубежных.

Дополнительные функции реле MiCOM P220, связанные с тепловой перегрузкой двигателяследующие.

· Запрет отключения от тепловой перегрузки при пуске двигателя.

· Cигнализация тепловой перегрузки.

· Запрет пуска.

· Затяжной пуск.

· Заклинивание ротора.

Заклинивание ротора двигателя может произойти при пуске двигателя или в процессе его работы.

Функция заклинивание ротора при работающем двигателе вводится автоматически при его успешном развороте после истечения заданной выдержки времени.

В цифровых реле Sepam 2000 защита двигателя от затяжного пуска и заклинивания ротора выполнена иначе. Первая защита срабатывает и отключает двигатель, если ток двигателя от начала процесса пуска превышает значение 3I ном в течение заданного времени t 1 = 2t пуска. Начало пуска обнаруживается в момент увеличения потребляемого тока от 0 до значения 5% номинального тока. Вторая защита срабатывает, если пуск завершен, двигатель работает нормально, и в установившемся режиме неожиданно ток двигателя достигает значения более 3I ном и держится в течение заданного времени t 2 = 3-4с.

Несимметрия. Защита двигателя от перегрузки токами обратной последовательности защищает двигатель от подачи напряжения с обратным чередованием фаз, от обрыва фазы, от работы при длительной несимметрии напряжений.

При подаче на двигатель напряжения с обратным чередованием фаз двигатель начинает вращаться в обратную сторону, приводимый в действие механизм может быть заклинен или вращаться с моментом сопротивления, отличающимся от момента прямого вращения. Таким образом, величина тока обратной последовательности двигателя может колебаться в широких пределах. При обрыве фазы двигатель уменьшает вращающий момент в 2 раза и для компенсации у него в 1,5...2 раза увеличивается ток.

При несимметрии питающих напряжений ток обратной последовательности может иметь различную величину до самых малых значений. Появление тока обратной последовательности более всего влияет на нагрев ротора двигателя, где он наводит токи двойной частоты. Таким образом, целесообразно иметь защиту по I 2 , которая отключала бы двигатель для предотвращения его перегрева.

Защита имеет 2 ступени:

Ступень I обр > с независимой выдержкой времени. Ток срабатывания принимается равным (0,2…0,25)I ном двигателя. Выдержка времени должна обеспечить отключение несимметричных коротких замыканий в прилегающей сети, для чего она должна быть на ступень больше, чем защита питающего трансформатора:

(20.8)

Ступень I обр >> сзависимой характеристикой выдержки времениможет быть использована для повышения чувствительности защиты, если известны реальные тепловые характеристики двигателя по току обратной последовательности.

Потеря нагрузки . Функция позволяет обнаружить расцепление двигателя с приводимым им в движение механизмом вследствие обрыва муфты, ленты транспортера, выпуск воды из насоса и т.д. по уменьшению рабочего тока двигателя.

Уставка минимального тока:

где I хх – ток холостого хода двигателя с механизмом определяется при испытаниях.

Выдержка времени минимального тока двигателя tI< определяется исходя из технологических особенностей механизма – возможных кратковременных сбросов нагрузки, при отсутствии таких соображений принимается равным:

Выдержка времени запрета автоматики минимального тока двигателя t запр. задерживает ввод автоматики при пуске двигателя, если нагрузка подключается к двигателю после его разворота или определяется исходя из технологии подачи нагрузки на двигатель, если нагрузка подключена к двигателю постоянно. Уставка должна быть равна времени разворота двигателя плюс необходимый запас:

Количество пусков двигателя. При отсутствии конкретных данных по двигателю можно руководствоваться следующими общими соображениями:

− Согласно ПТЭ, отечественные двигатели обязаны обеспечивать 2 пуска из холодного состояния и 1 из горячего состояния.

− Постоянная времени охлаждения двигателя равна 40мин.

− Можно выполнить следующие уставки в автоматике подсчета пусков:

Уставка по времени, в течение которого считаются пуски: Т отсчета = 30 мин.

Количество горячих пусков –1. Количество холодных пусков – 2.

Уставка по времени, в течение которого повторный пуск запрещен Т запрет = 5 мин. Минимальное время между пусками не использовать.

Время разрешения самозапуска . Самозапуск двигателей на электростанциях должен обеспечиваться, при времени перерыва питания 2,5с. По этим данным производится расчетная проверка обеспечения самозапуска при перерыве питания двигателей на электростанциях.

Таким образом, для электростанций можно принять Т самозап = 2,5 с.

Для других условий следует определить время, на которое возможен перерыв питания, например время действия АВР, произвести расчетную проверку самозапуска, и если он обеспечивается при таком перерыве питания, установить указанное время на устройстве. Если самозапуск не обеспечивается при любом перерыве питания, или он запрещается, функция «разрешение самозапуска» не вводится.

Контрольные вопросы

1. Какие защиты должны иметь асинхронные двигатели в соответствии с ПУЭ?

2. Какие защиты должны иметь синхронные двигатели в соответствии с ПУЭ?

3. Как осуществляется защита и выбираются уставки защиты от междуфазных КЗ двигателей?

4. Как осуществляется защита и выбираются уставки защиты от перегрузки двигателей?

5. Как осуществляется защита и выбираются уставки защиты минимального напряжения двигателей?

6. Каковы особенности защиты синхронных двигателей?

Электродвигатель, как любое электротехническое устройство, не застрахован от аварийных ситуаций. Если меры вовремя не приняты, т.е. не установлена защита электродвигателя от перегрузок, то поломка его может привести к выходу из строя других элементов.

{ ArticleToC: enabled=yes }

Проблема, связанная с надежной защитой электродвигателей, как и устройств, в которые их устанавливают, продолжает оставаться актуальной и в наше время. Касается это в первую очередь предприятий, где частенько нарушаются правила эксплуатации механизмов, что приводит к перегрузкам изношенных механизмов и авариям.

Чтобы избежать перегрузок, необходима установка защиты, т.е. устройств, которые могут вовремя среагировать и предотвратить аварию.

Поскольку наибольшее применение получил асинхронный двигатель, на его примере будем рассматривать, как двигатель защитить от перегрузки и перегрева.

Для них возможно пять типов аварий:

• обрыв в обмотке статора фазы (ОФ). Возникает ситуация в 50% аварий;
• затормаживание ротора, возникающее в 25% случаев (ЗР);
• понижение сопротивления в обмотке (ПС);
• плохое охлаждение мотора (НО).

При возникновении любой из перечисленных видов аварий, существует угроза поломки двигателя, поскольку происходит его перегрузка. Если не установлена защита, ток возрастает на протяжении длительного времени. Но может произойти его резкий его рост при коротком замыкании. Исходя из возможного повреждения, подбирается защита электродвигателя от перегрузок.

Типы защиты от перегрузок

Их несколько:

• тепловая;
• токовая;
• температурная;
• фазочувствительная и пр.

К первой, т.е. тепловой защите электродвигателя относят установку теплового реле, которое разомкнет контакт, в случае перегрева.

Температурная защита от перегрузок, реагирующая на повышение температуры. Для ее установки нужны температурные датчики, которые разомкнут цепь в случае сильного нагрева частей мотора.

Токовая защита, которая бывает минимальной и максимальной. Осуществить защиту от перегрузки можно, применив токовое реле. В первом варианте реле срабатывает, размыкает цепь, если в статорной обмотке превышено допустимое значение тока.

Во втором, реле реагируют на исчезнувший ток, вызванный, к примеру, обрывом цепи.

Эффективную защиту электродвигателя от повышения тока в обмотке статора, следовательно, перегрева осуществляют при помощи автоматического выключателя.

Электродвигатель может выходить из строя из-за перегрева.

Отчего он случается? Вспоминая школьные уроки физики, все понимают, что, протекая по проводнику, ток его нагревает. Электродвигатель не перегреется при номинальном токе, значение которого указывается на корпусе.

Если же в обмотке ток по разным причинам начинает увеличиваться, двигателю грозит перегрев. Если мер не предпринять, он выйдет из строя из-за короткого замыкания между проводниками, у которых расплавилась изоляция.

Поэтому, нужно не допустить роста тока, т.е. установить тепловое реле — эффективную защиту двигателя от перегрева. Конструктивно оно является тепловым расцепителем, биметаллические пластины которого изгибаются под воздействием тепла, размыкая цепь. Для компенсации тепловой зависимости у реле есть компенсатор, благодаря которому происходит обратный прогиб.

У реле шкала прокалибрована в амперах и соответствует значению номинального тока, а не величине тока срабатывания. В зависимости от конструкции монтируют реле на щиты, на магнитные пускатели или в корпус.

Грамотно подобранные, они не просто не допустят перегрузки электродвигателя, но предотвратят перекос фаз и заклинивание ротора.

Защита автомобильного двигателя

Перегрев электродвигателя грозит и водителям автомобилей с наступлением жары, да еще с последствиями разной сложности – от поездки, которую придется отменить, до капитального ремонта мотора, у которого от перегрева прихватить может поршень в цилиндре или деформироваться головка.

Во время езды охлаждается электродвигатель воздушным потоком, а когда авто попадает в пробки этого не происходит, что и вызывает перегрев. Чтобы его распознать вовремя, периодически следует посматривать на датчик (при наличии такового) температуры. Как только стрелка окажется в красной зоне, необходимо немедленно остановиться для выявления причины.

Нельзя пренебрегать сигналом аварийной лампочки, потому что за ним почувствуется запах выкипевшей охлаждающей жидкости. Затем, из-под капота появится пар, свидетельствующий о критической ситуации.

Как быть в подобной ситуации? Остановиться, заглушив электродвигатель и подождать, пока прекратится кипение, открыть капот. На это уходит обычно до 15 минут. При отсутствии признаков протекания, доливают жидкость в радиатор, и пробуют завести мотор. Если же температура начнет резко расти, осторожно движутся для выяснения причины в сервис для диагностики.

Причины, вызывающие перегрев

На первом месте стоят неисправности радиатора. Это могут быть: простое загрязнение тополиным пухом, пылью, листвой. Устранив загрязнения, решат проблему. Более проблематично бороться с внутренним загрязнением радиатора — накипью, появляющейся при использовании герметиков.

Решением будет замена этого элемента.

Затем следуют:

• Разгерметизация системы, вызванная треснувшим шлангом, недостаточно затянутыми хомутами, неисправностью краника отопителя, состарившимся уплотнителем насоса и пр.;
• Неисправный термостат или краник. Определить это легко, если при горячем двигателе осторожно ощупать шланг или радиатор. Если шланг холодный – причина в термостате и потребуется его замена;
• Помпа, работающая неэффективно или вовсе неработающая. Это приводит к слабой циркуляции по охлаждающей системе;
• Сломанный вентилятор, т.е. не включающийся из-за вышедшего из строя мотора, муфты включения, датчика, отошедшего провода. Не крутящаяся крыльчатка тоже вызывает перегрев электродвигателя;
• Наконец, недостаточное уплотнение камеры сгорания. Это последствия перегрева, приводящие к сгоранию прокладки головки, образованию трещин и деформированию головки цилиндра и гильзы. Если из бачка с охлаждающей жидкостью заметно вытекание, приводящее к резкому повышению давления при запуске охлаждения, или появилась в картере маслянистая эмульсия, значит, причина в этом.

Дабы не попасть в аналогичную ситуацию, необходимо проводить профилактику, способную спасти от перегрева и поломки. «Слабое звено» определяют методом исключения, т.е. проверяют последовательно подозрительные детали.

Может стать причиной перегрева неправильно выбранный режим эксплуатации, т.е. пониженная передача и высокие обороты.

Защита от перегрева мотор-колеса

Мотор — колесо велосипеда тоже приходит в негодность после «перенесенного» перегрева. Если в жаркий день на максимальной мощности ехать какое-то время на предельной скорости, обмотки мотор-колеса перегреются и начнут плавиться, как и любого электрического мотора, испытывающего перегрузки.

Далее, наступит очередь короткого замыкания и остановка двигателя, для восстановления работоспособности которого, нужна перемотка. Чтобы его не допустить, существуют контроллеры большой мощности, увеличивающие крутящий момент. Ремонт мотор-колеса, вышедшего из строя, дорогостоящая операция, соизмеримая по финансовым затратам с покупкой нового.

Можно было бы теоретически установить термодатчик, который не допустит перегрева, но производители этого не делают по ряду причин. Одной из них является усложнение конструкции контроллера и удорожания мотор-колеса в целом. Остается одно – тщательно подбирать контроллер в соответствии с мощностью мотор-колеса.

Видео: Перегрев двигателя, причины перегрева.

В промышленности и различных бытовых приборах используется большое количество электродвигателей. Для того чтобы избежать сбоев в работе устройства и его дорогостоящего ремонта, необходимо оснастить его прибором защиты от перегрузки.

Принцип работы двигателя

Производителеями рассчитано, что при номинальном токе двигатель никогда не перегреется

Наиболее распространены электродвигатели переменного тока.

Принцип их действия основан на использовании законов Фарадея и Ампера:

• В соответствии с первым в проводнике, который находится в изменяющемся магнитном поле, индуцируется ЭДС. В двигателе такое поле генерируется переменным током, протекающим по обмоткам статора, а ЭДС появляется в проводниках ротора.
• По второму закону на ротор, по которому протекает ток, будет воздействовать сила, перемещающая его перпендикулярно электромагнитному полю. В результате этого взаимодействия начинается вращение ротора.

Существуют асинхронные и синхронные электродвигатели такого типа. Чаще всего используются асинхронные двигатели, у которых в качестве ротора используется короткозамкнутая конструкция из стержней и колец.

Для чего нужна защита

В процессе работы двигателя могут возникнуть различные ситуации, связанные с его перегрузкой, что может привести к аварии, это:

• пониженное напряжение питания;
• обрыв фазы;
• перегрузка приводимых в действие механизмов;
• слишком долгий процесс запуска или самозапуска.

По сути, защита электродвигателя от перегрузок заключается в том, чтобы своевременно обесточить двигатель

При возникновении таких нештатных ситуаций возрастает ток в обмотках. Например, при обрыве фазы питания ток статора может увеличиться от 1,6 до 2,5 раз относительно номинального тока. Это приводит к перегреву двигателя, нарушению изоляции обмоток, короткому замыканию (КЗ) и в некоторых случаях к пожару.

Как выбрать защиту электродвигателя от перегрузки

Защита электродвигателя от перегрузки может осуществляться с помощью различных устройств. К ним относятся:

• плавкие предохранители с выключателем;
• реле защиты;
• тепловые реле;
• цифровые реле.

Наиболее простой метод - применение плавких предохранителей, которые срабатывают при возникновении КЗ в схеме питания двигателя. Их недостатком является чувствительность к большим пусковым токам двигателя и необходимость установки новых предохранителей после срабатывания.

Плавкий предохранительный выключатель - это аварийный выключатель и плавкий предохранитель, объединённые в едином корпусе

Токовое реле защиты может выдерживать временные токовые перегрузки, возникающие при пуске двигателя, и срабатывает при опасном длительном увеличении тока потребления двигателя. После устранения перегрузки реле может вручную или автоматически подключать цепь питания.

Тепловые реле используются в основном внутри двигателя. Такое реле может представлять собой биметаллический датчик или терморезистор и устанавливаться на корпусе двигателя или непосредственно на статоре. При слишком высокой температуре двигателя реле срабатывает и обесточивает цепь питания.

Наиболее продвинутым является использование новейших систем защиты с применением цифровых методов обработки информации. Такие системы наряду с защитой двигателя от перегрузки выполняют дополнительные функции - ограничивают число переключений двигателя, с помощью датчиков оценивают температуру статора и подшипников ротора, определяют сопротивление изоляции устройства. Они могут быть использованы также для диагностики неисправностей системы.

Выбор того или иного метода защиты двигателя зависит от условий и режимов его работы, а также от ценности системы, в которой используется устройство.

Самым распространенным видом электродвигателей бесспорно можно назвать трёхфазные электродвигатели переменного тока, напряжение которых составляет до 500 В при мощностях от 0,05 до 350 - 400 кВт.

Так как требуется обеспечить бесперебойное и надежное функционирование электродвигателей, то наибольшее внимание в первую очередь следует уделить выбору электродвигателей по режиму работы, номинальной мощности и форме исполнения. Нужно не забывать о том, что немалое значение имеет соблюдение требований и необходимых правил во время разработки принципиальной электрической схемы, подборе пускорегулирующей аппаратуры, кабелей и проводов, эксплуатации и монтаже электропривода.

Работа электродвигателей в аварийных режимах

Как известно, даже в случае, если электроприводы спроектированы в соответствии со всеми нормами и эксплуатируются с соблюдением всех правил, то все равно при их работе всегда остается пусть небольшая, но все-таки вероятность появления аварийных режимов или режимов, которые характеризуются ненормальной работой для двигателей и другого электрооборудования.

Среди различных аварийных режимов можно перечислить следующие:

1. Короткие замыкания, которые в свою очередь делятся на:

• короткие замыкания, которые происходят в обмотках электродвигателя. Они могут быть однофазными и многофазными, а именно двухфазными и трехфазными;
• многофазные короткие замыкания, которые происходят в выводной коробке электродвигателя и во внешней силовой цепи (например, в ящиках сопротивлений, на контактах коммутационных аппаратов, в проводах и кабелях);
• короткие замыкания фазы на нулевой провод или корпус во внешней цепи (в электросетях с заземленной нейтралью) или внутри двигателя;
• короткие замыкания, возникающие в цепи управления;
• короткие замыкания, возникающие в обмотке двигателя между витками. Этот тип замыканий часто называют витковыми замыканиями.

Короткие замыкания, возникающие в электроустановках, считаются самым опасным типом аварийных режимов из всех существующих. Как правило, чаще всего они появляются по причине перекрытия изоляции или пробоя. Токи короткого замыкания могут достичь таких амплитуд, которые в десятки и сотни раз превышают значения токов при нормальном режиме работы. Тепловое воздействие и динамические усилия, вызванные токами короткого замыкания, которым подвергаются токоведущие части, способны вывести из строя всю электроустановку целиком.

2. тепловые перегрузки электродвигателя, которые появляются из-за того, что по его обмоткам происходит прохождение повышенных токов. Это может происходить в следующих ситуациях:

• когда по различным технологическим причинам происходят перегрузки рабочего механизма;
• когда имеют место быть при застопоривании или, наоборот, пуске двигателя под нагрузкой особо тяжелые условия;
• когда случается длительное понижение напряжения сети;
• когда произошло выпадение одной из фаз внешней силовой цепи;
• когда в обмотке электродвигателя случился обрыв провода;
• когда имели место быть механические повреждения в рабочем механизме или в самом двигателе;
• когда по причине ухудшения условий охлаждения двигателя произошли тепловые перегрузки.

Тепловые перегрузки отрицательно сказываются на работе электродвигателя. Главной причиной этого является то, что они вызывают ускоренное разрушение и старение изоляции двигателя, что в свою очередь влечет частое возникновение коротких замыканий. То есть все это приводит к серьезным авариям и слишком быстрому выходу двигателя из строя.

Виды защиты электродвигателей асинхронного типа

Для защиты электродвигателей от различных повреждений, возникающих во время работы двигателя в условиях, отличных от нормальных, разрабатываются всевозможные средства защиты. Один из принципов, применяемый в таких средствах защиты, предусматривает своевременное отключение неисправного двигателя от сети, ограничивая, тем самым, или полностью предотвращая развитие аварии.

Основным и самым действенным средством бесспорно считается электрическая защита двигателей, которая соответствуем требованиям ПУЭ (нормативный документ, «Правила устройства электроустановок»).

Если за основу классификации взять характер ненормальных режимов работы и повреждений, которые могут возникнуть, то можно назвать несколько основных наиболее часто встречающихся типов электрозащиты для двигателей асинхронного типа.

Защита электродвигателей асинхронного типа от коротких замыканий

Когда в главной силовой цепи электродвигателя или в цепи управления токов появляется аварийный режим короткого замыкания, то происходит отключение двигателя. В этом и заключается защита от короткого замыкания.

Срабатывание всех аппаратов, которые используются для осуществления защиты электродвигателей асинхронного типа от коротких замыканий, происходит практически мгновенно, без задержки во времени. К таким аппаратам относятся, например, предохранители плавкие, реле электромагнитные, выключатели автоматические с расцепителем электромагнитного типа.

Защита электродвигателей асинхронного типа от перегрузок

Благодаря наличию защиты от перегрузки двигатель предохраняется от чрезмерного перегрева, возникающего, в частности, при относительно малых по величине, но растянутых во времени тепловых перегрузках. Защиту от перегрузки нужно использовать только для электродвигателей не всех рабочих механизмов, а только тех, у которых возможны ненормальные скачки нагрузки в случае нарушения стандартного рабочего процесса.

Аппараты, которые разработаны с целью защитить сеть от перегрузки, например, электромагнитные реле, температурные и тепловые реле, автоматические выключатели с часовым механизмом или с тепловым расцепителем, в случае возникновения перегрузки способствуют отключению двигателя. При этом такое отключение происходит с определенной конкретной выдержкой времени. Выдержка прямо пропорционально зависит от величины перегрузки. Иными словами, чем больше перегрузка, тем меньше выдержка, и наоборот. Иногда даже происходит мгновенное отключение, это происходит при существенных перегрузках.

Защита электродвигателей асинхронного типа от понижения уровня напряжения или его исчезновения

Защиту от понижения уровня напряжения или его исчезновения также часто называют нулевой защитой. Выполняемая с помощью нескольких (или одного) электромагнитных аппаратов, защита подобного рода отключает электродвигатель при снижении уровня напряжения сети ниже минимально допустимого (возможно установить требуемый уровень минимально допустимого напряжения самостоятельно) значения или при перебоях напряжения питания, а также защищает электродвигатель от самопроизвольного включения после обеспечения допустимого напряжения в сети или устранения перерыва питания.

Для режима работы электродвигателей асинхронного типа на двух фазах также существует защита. Срабатывая, она отключает двигатель, тем самым защищая его от «опрокидывания» (остановка под током из-за понижения момента, развиваемого двигателем, в случае обрыва линий электропитания в одной из фаз главной цепи) и от перегрева.

Электромагнитные и тепловые реле применяются в качестве аппаратов защиты двигателей асинхронного типа. При использовании электромагнитного реле защита может не иметь выдержки времени.

Другие виды электрической защиты электродвигателей асинхронного типа

Не менее эффективные, но реже используемые средства защиты также существуют. Они применяются для защиты от однофазных замыканий на землю в IT сетях (у которых нейтраль изолирована), от повышения уровня напряжения, от увеличения скорости вращения привода и т.п.

Электрические аппараты, применяемые для защиты электродвигателей

В зависимости от функциональной сложности аппараты для электрической защиты электродвигателей асинхронного типа могут применяться для предохранения от одного или нескольких одновременно типов угроз. Защиту от коротких замыканий или перегрузок обеспечивают различные автоматические выключатели. Бывают аппараты защиты однократного или многократного действия. К первым относятся, например, плавкие предохранители. Их недостатком можно считать то, что после выполнения своей функции, такие средства защиты подлежат замене и не могут использоваться повторно. Более подходящими могут оказаться перезаряжаемые средства защиты однократного действия. Что касается аппаратов многократного действия, они отличаются способом возврата в состояния готовности на два типа: с ручным возвратом и автоматическим. Примером таких устройств служат тепловые и электромагнитные реле.

Выбор вида электрической защиты электродвигателей асинхронного типа

Для каждого электродвигателя асинхронного типа необходимо выбирать подходящий ему вид электрической защиты. Нужно учитывать условия работы, степень важности привода, его мощность и порядок обслуживания электродвигателя в целом (наличие закрепленного за двигателем сервис-инженера). Может быть выбран как один, так и сразу несколько видов защиты электродвигателей.

Хорошая защита - это та, которая в итоге окажется надежной и простой в эксплуатации. Для грамотного подбора вариантов защиты необходимо провести аудит электрооборудования. Особенное внимание следует уделить данным, касающимся аварийности оборудования в мастерских, на строительных площадках, в цехах и т.д. В результате подобного анализа будет выявлено множество нарушений нормальной работы технологического оборудования и электродвигателей, что позволит подобрать наиболее соответствующее ситуации средство электрической защиты двигателя.

Защита электродвигателей асинхронного типа от коротких замыканий обязательно должна быть предусмотрена вне зависимости от его характеристик (напряжения и мощности). В данном случае защиту нужно организовать комплексным путем в два приема. В одном случае будет необходимо обеспечивать защиту при значениях тока меньших, чем значения пусковых токов. Это подходит в некоторых случаях возникновения коротких замыканий, например замыкания на корпус внутри двигателя или при витковых замыканиях. Во втором случае защиту нужно отстроить от пусковых и тормозных токов двигателя, которые могут в 5—10 раз превышать его номинальный ток

Наиболее доступные и функционально простые средства защиты не позволят одновременного выполнения этих приемов. Поэтому защита с применением подобного рода аппаратов всегда строится на основании сознательного допущения, что при возникновении вышеуказанных повреждений в двигателе, он отключится не мгновенно, а постепенно, причем при условии дальнейшего развития подобных повреждений, когда ток, потребляемый двигателем из сети, возрастет многократно.

Все аппараты электрической защиты двигателей должны быть тщательным образом отрегулированы и правильно подобраны с учетом всех особенностей в каждом конкретном случае. Не допускается, чтобы средства защиты выдавали ложное срабатывание.