Kelebihan arus dan pengaruhnya terhadap pengoperasian dan masa pakai motor listrik

Analisis kegagalan motor asinkron menunjukkan bahwa penyebab utama kegagalannya adalah kerusakan isolasi akibat panas berlebih.

Overloading produk listrik (perangkat) — melebihi nilai sebenarnya dari daya atau arus produk listrik (perangkat) di atas nilai pengenal. (GOST 18311-80).

Temperatur pemanasan belitan motor listrik bergantung pada karakteristik termal motor dan parameter lingkungan. Sebagian dari panas yang dihasilkan di motor digunakan untuk memanaskan koil, dan sisanya dilepaskan ke lingkungan. Proses pemanasan dipengaruhi oleh parameter fisik seperti kapasitas panas dan pembuangan panas.

Bergantung pada kondisi termal motor listrik dan udara di sekitarnya, tingkat pengaruhnya dapat bervariasi.Jika perbedaan suhu antara motor dan lingkungan kecil dan energi yang dilepaskan signifikan, maka bagian utamanya diserap oleh baja belitan, stator dan rotor, rumah motor dan bagian lainnya. Ada peningkatan suhu isolasi yang intens... Dengan pemanasan, efek pertukaran panas semakin terwujud. Proses terbentuk setelah mencapai kesetimbangan antara panas yang dihasilkan dan panas yang dilepaskan ke lingkungan.

Meningkatkan arus di atas nilai yang diizinkan tidak langsung menyebabkan kondisi darurat... Butuh beberapa waktu bagi stator dan rotor untuk mencapai suhu ekstremnya. Oleh karena itu, proteksi tidak perlu bereaksi terhadap setiap kelebihan arus. Dia harus mematikan mesin hanya jika ada bahaya kerusakan isolasi yang cepat.

Dari sudut pandang pemanasan insulasi, besarnya dan durasi aliran arus yang melebihi nilai nominal sangatlah penting. Parameter ini terutama bergantung pada sifat proses teknologi.

Overloading motor listrik yang berasal dari teknologi

Overloading motor listrik disebabkan oleh peningkatan torsi secara berkala pada poros mesin yang digerakkan. Pada mesin dan instalasi seperti itu, tenaga motor listrik berubah setiap saat. Sulit untuk mengamati periode waktu yang lama di mana arus tetap tidak berubah besarnya. Momen resistensi besar jangka pendek secara berkala muncul di poros motor, menciptakan lonjakan arus.

Kelebihan seperti itu biasanya tidak menyebabkan belitan motor terlalu panas, yang memiliki inersia termal yang relatif tinggi.Namun dengan durasi yang cukup lama dan pengulangan yang berulang-ulang, pemanasan berbahaya dari motor listrik… Pertahanan harus "membedakan" antara rezim-rezim ini. Seharusnya tidak bereaksi terhadap guncangan beban jangka pendek.

Mesin lain mungkin mengalami kelebihan beban yang relatif kecil tetapi dalam jangka panjang. Belitan motor secara bertahap memanas hingga suhu mendekati nilai maksimum yang diijinkan. Biasanya, motor listrik memiliki cadangan pemanasan tertentu dan arus berlebih yang kecil, meskipun durasi kerjanya, tidak dapat menimbulkan situasi berbahaya. Dalam hal ini, shutdown tidak diperlukan. Dengan cara ini, di sini juga, pelindung motor harus "membedakan" antara beban berlebih yang berbahaya dan tidak berbahaya.

Kelebihan beban darurat motor listrik

dengan pengecualian kelebihan muatan yang berasal dari teknologi, mungkin kelebihan muatan darurat yang terjadi karena alasan lain (kerusakan pada saluran catu daya, macetnya perangkat yang berfungsi, penurunan tegangan, dll.). Mereka menciptakan mode operasi khusus dari motor induksi dan menawarkan persyaratannya perangkat keselamatan... Pertimbangkan perilaku motor induksi dalam mode darurat tipikal.

Overload dalam operasi terus menerus dengan beban konstan

Motor listrik biasanya dipilih dengan cadangan daya tertentu. Juga, sebagian besar waktu mesin berjalan di bawah beban. Akibatnya, arus motor seringkali jauh di bawah nilai pengenal. Kelebihan beban terjadi, sebagai suatu peraturan, dalam kasus pelanggaran teknologi, kerusakan, kemacetan dan kemacetan di mesin yang bekerja.

Mesin seperti kipas, pompa sentrifugal, sabuk konveyor, dan sekrup memiliki beban yang tenang, konstan, atau sedikit bervariasi.Perubahan aliran material jangka pendek praktis tidak berpengaruh pada pemanasan motor listrik. Mereka bisa diabaikan. Lain halnya jika pelanggaran kondisi kerja normal berlangsung lama.

Sebagian besar penggerak listrik memiliki cadangan daya tertentu. Kelebihan mekanis terutama menyebabkan kerusakan pada bagian-bagian mesin. Mengingat kejadiannya yang acak, tidak dapat dipastikan bahwa dalam keadaan tertentu motor listrik juga akan kelebihan beban. Misalnya, ini bisa terjadi dengan motor sekrup. Perubahan sifat fisik dan mekanik material yang diangkut (kelembaban, ukuran partikel, dll.) Segera tercermin dalam daya yang diperlukan untuk memindahkannya. Perlindungan harus mematikan motor listrik jika terjadi kelebihan beban yang menyebabkan belitan terlalu panas.

Dari sudut pandang pengaruh arus lebih jangka panjang pada insulasi, dua jenis kelebihan beban harus dibedakan: relatif kecil (hingga 50%) dan besar (lebih dari 50%).

Efek yang pertama tidak langsung muncul, tetapi secara bertahap, sedangkan efek yang terakhir muncul setelah beberapa saat. Jika kenaikan suhu di atas nilai yang diizinkan kecil, penuaan insulasi terjadi secara perlahan. Perubahan kecil dalam struktur bahan isolasi terakumulasi secara bertahap. Saat suhu meningkat, proses penuaan meningkat secara signifikan.

Saya pikir terlalu panas di atas yang diizinkan untuk setiap 8 — 10 ° C mengurangi separuh masa pakai isolasi belitan motor.Oleh karena itu, panas berlebih hingga 40 ° C mengurangi umur insulasi sebanyak 32 kali lipat! Meskipun ini banyak, itu muncul setelah berbulan-bulan bekerja.

Pada beban berlebih (lebih dari 50%), insulasi dengan cepat runtuh di bawah pengaruh suhu tinggi.

Untuk menganalisis proses pemanasan, kami akan menggunakan model mesin yang disederhanakan. Peningkatan arus menyebabkan peningkatan kerugian variabel. Koil mulai memanas. Suhu isolasi berubah sesuai dengan grafik pada gambar. Laju kenaikan suhu keadaan tunak bergantung pada besarnya arus.

Beberapa waktu setelah terjadi kelebihan beban, suhu belitan mencapai nilai yang diizinkan untuk kelas insulasi tertentu. Pada G-force tinggi akan lebih pendek, pada G-force rendah akan lebih panjang. Dengan demikian, setiap nilai kelebihan akan memiliki waktu yang diizinkan sendiri yang dapat dianggap aman untuk diisolasi.

Ketergantungan durasi beban berlebih yang diizinkan pada besarnya disebut karakteristik beban berlebih motor listrik... Sifat termofisika motor listrik berbagai jenis memiliki beberapa perbedaan dan karakteristik mereka juga berbeda. Salah satu fitur ini ditunjukkan pada gambar dengan garis padat.

Karakteristik kelebihan motor (garis padat) dan karakteristik perlindungan yang diinginkan (garis putus-putus)

Dari karakteristik yang diberikan, kita dapat merumuskan salah satu persyaratan utama untuk perlindungan beban berlebih yang bergantung pada arus… Itu harus dinaikkan tergantung pada besarnya kelebihan beban.Hal ini memungkinkan untuk mengecualikan alarm palsu dengan lonjakan arus yang tidak berbahaya, yang terjadi misalnya saat mesin dihidupkan. Perlindungan harus bekerja hanya ketika jatuh ke zona nilai arus yang tidak dapat diterima dan durasi alirannya. Karakteristik yang diinginkan, ditunjukkan pada gambar dengan garis putus-putus, harus selalu berada di bawah karakteristik kelebihan beban motor.

Pengoperasian perlindungan dipengaruhi oleh sejumlah faktor (ketidaktepatan pengaturan, hamburan parameter, dll.), Akibatnya penyimpangan dari nilai rata-rata waktu respons diamati. Oleh karena itu, garis putus-putus pada grafik harus dilihat sebagai karakteristik rata-rata. Agar tidak melewati karakteristik sebagai akibat dari faktor acak, yang akan menyebabkan penghentian mesin yang salah, perlu untuk memberikan margin tertentu. Nyatanya, seseorang harus bekerja bukan dengan karakteristik yang terpisah, tetapi dengan zona pelindung, dengan mempertimbangkan distribusi waktu reaksi perlindungan.

Dalam hal tindakan perlindungan motor yang tepat, diharapkan kedua karakteristik tersebut sedekat mungkin satu sama lain. Ini akan menghindari tersandung yang tidak perlu di dekat dengan kelebihan beban yang diperbolehkan. Namun, jika ada penyebaran yang besar dari kedua karakteristik tersebut, hal ini tidak dapat dicapai. Agar tidak masuk ke zona nilai arus yang tidak dapat diterima jika terjadi penyimpangan acak dari parameter yang dihitung, perlu untuk memberikan margin tertentu.

Karakteristik pelindung harus ditempatkan pada jarak tertentu dari karakteristik kelebihan beban motor untuk mengecualikan persilangan timbal baliknya.Namun hal ini menyebabkan hilangnya keakuratan aksi proteksi motor.

Di wilayah arus yang mendekati nilai nominal, muncul zona ketidakpastian. Saat memasuki zona ini, tidak mungkin untuk mengatakan dengan pasti apakah perlindungan akan berfungsi atau tidak.

Kelemahan ini tidak ada di perlindungan beroperasi tergantung pada suhu belitan... Berbeda dengan proteksi arus berlebih, ia bekerja tergantung pada penyebab penuaan isolasi, pemanasannya. Ketika suhu yang berbahaya bagi belitan tercapai, motor akan mati, terlepas dari alasan yang menyebabkan pemanasan. Ini adalah salah satu keunggulan utama perlindungan dari suhu.

Namun, kurangnya perlindungan arus berlebih tidak boleh dilebih-lebihkan. Faktanya adalah motor memiliki cadangan arus tertentu. Arus pengenal motor selalu lebih rendah dari arus di mana suhu belitan mencapai nilai yang diizinkan. Itu didirikan, dipandu oleh perhitungan ekonomi. Oleh karena itu, pada beban pengenal, suhu belitan motor berada di bawah nilai yang diizinkan. Karena itu, cadangan termal mesin dibuat, yang sampai batas tertentu mengkompensasi kekurangan tersebut relai termal.

Banyak faktor yang bergantung pada kondisi termal isolasi memiliki penyimpangan acak. Dalam hal ini, spesifikasi karakteristik tidak selalu memberikan hasil yang diinginkan.

Overload dalam operasi kontinu variabel

Beberapa badan kerja dan mekanisme menghasilkan beban yang bervariasi dalam rentang yang luas, seperti dalam penghancuran, penggilingan, dan operasi serupa lainnya. Di sini, kelebihan muatan secara berkala disertai dengan kekurangan muatan hingga idle.Setiap peningkatan arus, diambil secara terpisah, tidak menyebabkan kenaikan suhu yang berbahaya. Namun, jika jumlahnya banyak dan cukup sering diulang, efek peningkatan suhu pada insulasi dengan cepat terakumulasi.

Proses pemanasan motor listrik pada beban variabel berbeda dengan proses pemanasan pada beban konstan atau sedikit variabel. Perbedaannya dimanifestasikan baik selama perubahan suhu dan sifat pemanasan masing-masing bagian mesin.

Saat beban berubah, suhu kumparan juga berubah. Karena inersia termal mesin, fluktuasi suhu tidak terlalu meluas. Pada frekuensi pemuatan yang cukup tinggi, suhu belitan dapat dianggap tidak berubah secara praktis. Ini akan setara dengan operasi berkelanjutan dengan beban konstan. Pada frekuensi rendah (dari urutan seperseratus hertz dan lebih rendah) fluktuasi suhu menjadi nyata. Terlalu panasnya belitan secara berkala dapat mempersingkat masa pakai insulasi.

Dengan fluktuasi beban yang besar pada frekuensi rendah, motor secara konstan berada dalam proses transien. Suhu koilnya berubah setelah fluktuasi beban. Karena masing-masing bagian mesin memiliki parameter termofisika yang berbeda, masing-masing bagian memanas dengan caranya sendiri.

Jalannya transien termal di bawah beban variabel adalah fenomena yang kompleks dan tidak selalu tunduk pada perhitungan. Oleh karena itu, temperatur belitan motor tidak dapat diperkirakan dari arus yang mengalir pada waktu tertentu. Karena fakta bahwa masing-masing bagian motor listrik dipanaskan dengan cara yang berbeda, panas berpindah dari satu bagian ke bagian lain di motor listrik.Mungkin juga setelah mematikan motor listrik, suhu belitan stator akan naik karena panas yang disuplai oleh rotor. Dengan demikian, besarnya arus mungkin tidak mencerminkan tingkat pemanasan isolasi. Juga harus diingat bahwa dalam beberapa mode rotor akan memanas lebih intensif dan lebih dingin daripada stator.

Kompleksitas proses perpindahan panas membuat sulit untuk mengontrol pemanasan motor... Bahkan pengukuran suhu belitan secara langsung dapat memberikan kesalahan dalam beberapa kondisi. Faktanya adalah bahwa dalam proses panas yang tidak stabil, suhu pemanasan berbagai bagian mesin dapat berbeda, dan pengukuran pada satu waktu tidak dapat memberikan gambaran yang sebenarnya. Namun, pengukuran suhu koil lebih akurat daripada metode lainnya.

Pekerjaan berkala dapat dirujuk ke yang paling tidak menguntungkan dari sudut pandang tindakan perlindungan. Inklusi berkala dalam pekerjaan menyiratkan kemungkinan kelebihan motor jangka pendek. Dalam hal ini, besarnya kelebihan harus dibatasi oleh kondisi belitan yang memanas, yang tidak melebihi nilai yang diizinkan.

Perlindungan "memantau" kondisi pemanasan koil harus menerima sinyal yang sesuai. Karena arus dan suhu mungkin tidak berhubungan satu sama lain dalam kondisi transien, proteksi berdasarkan pengukuran arus tidak dapat menjalankan perannya dengan baik.