Srovės perkrovos ir jų įtaka elektros variklių darbui ir tarnavimo laikui

Asinchroninių variklių gedimų analizė rodo, kad pagrindinė jų gedimo priežastis yra izoliacijos gedimas dėl perkaitimo.

Elektros gaminio (prietaiso) perkrova – elektros gaminio (prietaiso) faktinės galios ar srovės vertės viršijimas virš vardinės vertės. (GOST 18311-80).

Elektros variklio apvijų šildymo temperatūra priklauso nuo variklio šiluminių charakteristikų ir aplinkos parametrų. Dalis variklyje susidarančios šilumos eina gyvatėms šildyti, o likusi dalis išmetama į aplinką. Šildymo procesą įtakoja tokie fiziniai parametrai kaip šilumos talpa ir šilumos išsklaidymas.

Priklausomai nuo elektros variklio ir aplinkos oro šiluminės būklės, jų įtakos laipsnis gali skirtis.Jei temperatūrų skirtumas tarp variklio ir aplinkos yra nedidelis, o išsiskirianti energija reikšminga, tai didžiąją jos dalį sugeria apvija, statoriaus ir rotoriaus plienas, variklio korpusas ir kitos jo dalys. Intensyviai kyla izoliacijos temperatūra... Šildant vis labiau pasireiškia šilumos mainų efektas. Procesas nustatomas pasiekus pusiausvyrą tarp susidariusios ir į aplinką išleidžiamos šilumos.

Srovės padidinimas virš leistinos vertės iš karto nesukelia avarinės būklės... Prireikia šiek tiek laiko, kol statorius ir rotorius pasiekia ekstremalią temperatūrą. Todėl nereikia, kad apsauga reaguotų į kiekvieną viršsrovę. Ji turėtų išjungti mašiną tik tada, kai kyla pavojus greitai pablogėti izoliacija.

Izoliacijos šildymo požiūriu didelę reikšmę turi srovės srauto, viršijančio vardinę vertę, dydis ir trukmė. Šie parametrai pirmiausia priklauso nuo technologinio proceso pobūdžio.

Technologinės kilmės elektros variklio perkrova

Elektros variklio perkrova, kurią sukelia periodiškai didėjantis varomos mašinos veleno sukimo momentas. Tokiose mašinose ir įrenginiuose elektros variklio galia nuolat kinta. Sunku stebėti ilgą laikotarpį, per kurį srovė nesikeičia. Periodiškai ant variklio veleno atsiranda trumpalaikiai dideli pasipriešinimo momentai, sukuriantys srovės viršįtampius.

Tokios perkrovos dažniausiai nesukelia variklio apvijų perkaitimo, kurios turi gana didelę šiluminę inerciją.Tačiau pakankamai ilgai ir pakartotinai kartojant, pavojingas elektros variklio įkaitimas... Gynyba turi „atskirti“ šiuos režimus. Jis neturėtų reaguoti į trumpalaikius apkrovos smūgius.

Kitos mašinos gali patirti palyginti mažas, bet ilgalaikes perkrovas. Variklio apvijos palaipsniui įkaista iki temperatūros, artimos maksimaliai leistinai vertei. Paprastai elektros variklis turi tam tikrą šildymo rezervą ir nedidelės viršsrovės, nepaisant veikimo trukmės, negali sukurti pavojingos situacijos. Tokiu atveju išjungti nereikia. Tokiu būdu ir čia variklio apsauga turi „atskirti“ pavojingas ir nepavojingas perkrovas.

Avarinės elektros variklio perkrovos

išskyrus technologinės kilmės perkrovas, galbūt avarines perkrovas, atsiradusias dėl kitų priežasčių (maitinimo linijos pažeidimai, veikiančių prietaisų strigimai, įtampos kritimas ir kt.). Jie sukuria tam tikrus asinchroninio variklio veikimo režimus ir pateikia savo reikalavimus saugos įtaisams... Apsvarstykite asinchroninio variklio elgesį tipiniais avariniais režimais.

Perkrovos nuolat veikiant su pastovia apkrova

Elektros varikliai dažniausiai pasirenkami su tam tikru galios rezervu. Be to, didžiąją laiko dalį mašinos dirba su apkrova. Dėl to variklio srovė dažnai yra gerokai mažesnė už vardinę vertę. Perkrovos paprastai atsiranda technologinių pažeidimų, gedimų, strigimo ir strigimo darbo mašinoje atveju.

Tokios mašinos kaip ventiliatoriai, išcentriniai siurbliai, konvejerio juostos ir sraigtai turi tylią, pastovią arba šiek tiek kintančią apkrovą.Trumpalaikiai medžiagų srauto pokyčiai praktiškai neturi įtakos elektros variklio šildymui. Jie gali būti ignoruojami. Kitas reikalas, jei normalių darbo sąlygų pažeidimai išlieka ilgą laiką.

Dauguma elektrinių pavarų turi tam tikrą galios rezervą. Dėl mechaninių perkrovų pirmiausia pažeidžiamos mašinos dalys. Atsižvelgiant į atsitiktinį jų atsiradimo pobūdį, negali būti tikras, kad tam tikromis aplinkybėmis elektros variklis taip pat bus perkrautas. Pavyzdžiui, tai gali atsitikti su sraigtiniais varikliais. Transportuojamos medžiagos fizikinių ir mechaninių savybių (drėgmės, dalelių dydžio ir kt.) pokyčiai iš karto atsispindi galioje, reikalingoje jai perkelti. Apsauga turi išjungti elektros variklį esant perkrovai, dėl kurios pavojingai perkaista apvijos.

Ilgalaikių viršsrovių įtakos izoliacijai požiūriu, reikėtų išskirti du perkrovų tipus: santykinai mažas (iki 50%) ir dideles (daugiau nei 50%).

Pirmojo poveikis pasireiškia ne iš karto, o palaipsniui, o antrosios – po trumpo laiko. Jei temperatūros kilimas virš leistinos vertės mažas, izoliacija sensta lėtai. Maži izoliacinės medžiagos struktūros pokyčiai kaupiasi palaipsniui. Kylant temperatūrai, senėjimo procesas žymiai pagreitėja.

Manau, kad perkaitimas virš leistino kas 8–10 ° C sumažina variklio apvijų izoliacijos tarnavimo laiką perpus.Todėl perkaitimas 40 ° C sumažina izoliacijos tarnavimo laiką 32 kartus! Nors tai yra daug, tai pasirodo po daugelio mėnesių darbo.

Esant didelėms perkrovoms (daugiau nei 50%), veikiant aukštai temperatūrai, izoliacija greitai suyra.

Šildymo procesui analizuoti naudosime supaprastintą variklio modelį. Srovės padidėjimas lemia kintamų nuostolių padidėjimą. Ritė pradeda kaisti. Izoliacijos temperatūra kinta pagal grafiką paveikslėlyje. Nuolatinės temperatūros kilimo greitis priklauso nuo srovės stiprumo.

Praėjus tam tikram laikui po perkrovos, apvijų temperatūra pasiekia leistiną tam tikros klasės izoliacijos vertę. Esant didelėms G jėgoms jis bus trumpesnis, esant mažoms G jėgoms – ilgesnis. Taigi kiekviena perkrovos reikšmė turės savo leistiną laiką, kurį galima laikyti saugiu izoliuoti.

Perkrovos leistinos trukmės priklausomybė nuo jos dydžio vadinama elektros variklio perkrovos charakteristika... Termofizinės savybės įvairių tipų elektros varikliai turi tam tikrų skirtumų ir skiriasi ir jų savybės. Viena iš šių savybių paveiksle parodyta ištisine linija.

Variklio perkrovos charakteristika (ištisinė linija) ir norima apsaugos charakteristika (punktyrinė linija)

Iš pateiktų charakteristikų galime suformuluoti vieną iš pagrindinių reikalavimų į nuo srovės priklausomą apsaugą nuo perkrovos… Jį reikia pakelti priklausomai nuo perkrovos dydžio.Tai leidžia pašalinti klaidingus aliarmus su nepavojingais srovės šuoliais, atsirandančiais, pavyzdžiui, užvedus variklį. Apsauga turėtų veikti tik tada, kai ji patenka į nepriimtinų srovės verčių ir jos tekėjimo trukmės zoną. Jo pageidaujama charakteristika, parodyta paveikslėlyje punktyrine linija, visada turi būti žemiau variklio perkrovos charakteristikos.

Apsaugos veikimui įtakos turi daugybė veiksnių (nustatymų netikslumas, parametrų išsibarstymas ir pan.), dėl kurių pastebimi nukrypimai nuo vidutinių reakcijos laiko verčių. Todėl punktyrinė linija grafike turėtų būti vertinama kaip tam tikra vidutinė charakteristika. Norint neperžengti charakteristikų dėl atsitiktinių veiksnių veikimo, dėl kurio variklis bus netinkamai sustabdytas, būtina numatyti tam tikrą ribą. Tiesą sakant, reikėtų dirbti ne su atskira charakteristika, o su apsaugine zona, atsižvelgiant į apsaugos reakcijos laiko pasiskirstymą.

Kalbant apie tikslius variklio apsaugos veiksmus, pageidautina, kad abi charakteristikos būtų kuo arčiau viena kitos. Taip išvengsite bereikalingo išjungimo esant artimoms leistinoms perkrovoms. Tačiau jei abi savybės yra plačiai paplitusios, to pasiekti nepavyks. Kad nepatektumėte į nepriimtinų srovės verčių zoną atsitiktinių nukrypimų nuo apskaičiuotų parametrų atveju, būtina numatyti tam tikrą maržą.

Apsauginė charakteristika turi būti tam tikru atstumu nuo variklio perkrovos charakteristikos, kad būtų išvengta jų tarpusavio kirtimo.Tačiau dėl to prarandamas variklio apsaugos veiksmų tikslumas.

Srovių, artimų vardinei vertei, srityje atsiranda neapibrėžtumo zona. Įvažiavus į šią zoną, negalima tiksliai pasakyti, veiks apsauga ar ne.

Šio trūkumo nėra apsauga, veikianti priklausomai nuo apvijos temperatūros... Skirtingai nei apsauga nuo viršsrovių, ji veikia priklausomai nuo izoliacijos senėjimo priežasties, jos įkaitimo. Kai pasiekiama apvijai pavojinga temperatūra, jis išjungia variklį, neatsižvelgiant į kaitinimą sukėlusią priežastį. Tai vienas iš pagrindinių apsaugos nuo temperatūros privalumų.

Tačiau nereikėtų pervertinti apsaugos nuo viršsrovių trūkumo. Faktas yra tas, kad varikliai turi tam tikrą srovės rezervą. Variklio vardinė srovė visada yra mažesnė už srovę, kuriai esant apvijų temperatūra pasiekia leistiną vertę. Jis nustatomas vadovaujantis ekonominiais skaičiavimais. Todėl, esant vardinei apkrovai, variklio apvijų temperatūra yra žemesnė už leistiną vertę. Dėl to susidaro variklio šiluminis rezervas, kuris tam tikru mastu kompensuoja trūkumą šiluminės relės.

Daugelis veiksnių, nuo kurių priklauso izoliacijos šiluminė būklė, turi atsitiktinius nuokrypius. Šiuo atžvilgiu charakteristikų patikslinimas ne visada duoda norimą rezultatą.

Perkrovos kintamo nuolatinio veikimo metu

Kai kurie darbiniai korpusai ir mechanizmai sukuria įvairias apkrovas, kurios skiriasi, pvz., smulkinant, malant ir kitose panašiose operacijose. Čia periodines perkrovas lydi per maža apkrova iki tuščiosios eigos.Bet koks srovės padidėjimas, imant atskirai, nesukelia pavojingo temperatūros padidėjimo. Tačiau jei jų yra daug ir jie kartojami pakankamai dažnai, padidintos temperatūros poveikis izoliacijai greitai kaupiasi.

Elektros variklio šildymo procesas esant kintamajai apkrovai skiriasi nuo šildymo proceso esant pastoviai arba šiek tiek kintamajai apkrovai. Skirtumas pasireiškia tiek temperatūros pokyčių eigoje, tiek atskirų mašinos dalių šildymo pobūdžiu.

Keičiantis apkrovai, keičiasi ir ritinių temperatūra. Dėl variklio šiluminės inercijos temperatūros svyravimai yra mažiau paplitę. Esant pakankamai aukštam apkrovos dažniui, apvijų temperatūra gali būti laikoma praktiškai nepakitusi. Tai prilygs nuolatiniam darbui su pastovia apkrova. Esant žemam dažniui (šimtųjų hercų ir mažesnio dydžio) temperatūros svyravimai tampa pastebimi. Periodiškas apvijos perkaitimas gali sutrumpinti izoliacijos tarnavimo laiką.

Esant dideliems apkrovos svyravimams žemu dažniu, variklis nuolat veikia pereinamajame procese. Jo ritės temperatūra kinta po apkrovos svyravimų. Kadangi atskiros mašinos dalys turi skirtingus termofizinius parametrus, kiekviena iš jų įkaista savaip.

Šiluminių pereinamųjų procesų eiga esant kintamoms apkrovoms yra sudėtingas reiškinys ir ne visada skaičiuojamas. Todėl variklio apvijų temperatūra negali būti įvertinta pagal bet kuriuo metu tekančią srovę. Dėl to, kad atskiros elektros variklio dalys yra šildomos skirtingais būdais, elektros variklyje šiluma pereina iš vienos dalies į kitą.Taip pat gali būti, kad išjungus elektros variklį, dėl rotoriaus tiekiamos šilumos pakils statoriaus apvijų temperatūra. Taigi srovės dydis gali neatspindėti izoliacijos įkaitimo laipsnio. Taip pat reikia nepamiršti, kad kai kuriais režimais rotorius įkais intensyviau ir atvės mažiau nei statorius.

Šilumos perdavimo procesų sudėtingumas apsunkina variklio šildymo kontrolę... Netgi tiesioginis apvijų temperatūros matavimas tam tikromis sąlygomis gali duoti paklaidą. Faktas yra tas, kad esant nestabiliems šilumos procesams, skirtingų mašinos dalių šildymo temperatūra gali skirtis, o matavimas vienu metu negali pateikti tikro vaizdo. Tačiau ritės temperatūros matavimas yra tikslesnis nei kiti metodai.

Periodinis darbas gali būti nurodomas kaip nepalankiausias apsaugos veiksmų požiūriu. Periodiškas įtraukimas į darbą reiškia trumpalaikės variklio perkrovos galimybę. Šiuo atveju perkrovos dydį turi apriboti apvijų šildymo sąlyga, kuri neviršija leistinos vertės.

Apsauga, "stebianti" gyvatuko šildymo būseną, turi gauti atitinkamą signalą. Kadangi srovė ir temperatūra pereinamojo laikotarpio sąlygomis gali neatitikti viena kitos, srovės matavimu pagrįsta apsauga negali tinkamai atlikti savo funkcijos.