Quá tải hiện tại và ảnh hưởng của chúng đối với hoạt động và tuổi thọ của động cơ điện

Phân tích các hư hỏng của động cơ không đồng bộ cho thấy nguyên nhân chính gây ra hư hỏng của chúng là sự cố cách điện do quá nóng.

Quá tải sản phẩm điện (thiết bị) — vượt quá giá trị thực của công suất hoặc dòng điện của sản phẩm điện (thiết bị) so với giá trị định mức. (GOST 18311-80).

Nhiệt độ đốt nóng của các cuộn dây của động cơ điện phụ thuộc vào đặc tính nhiệt của động cơ và các thông số môi trường. Một phần nhiệt sinh ra trong động cơ sẽ làm nóng các cuộn dây và phần còn lại được thải ra môi trường. Quá trình gia nhiệt bị ảnh hưởng bởi các thông số vật lý như công suất nhiệt và tản nhiệt.

Tùy thuộc vào tình trạng nhiệt của động cơ điện và không khí xung quanh, mức độ ảnh hưởng của chúng có thể khác nhau.Nếu chênh lệch nhiệt độ giữa động cơ và môi trường nhỏ và năng lượng giải phóng là đáng kể, thì phần chính của nó sẽ được hấp thụ bởi cuộn dây, thép stato và rôto, vỏ động cơ và các bộ phận khác của nó. Nhiệt độ của lớp cách nhiệt tăng cao... Với hệ thống sưởi, hiệu quả trao đổi nhiệt ngày càng thể hiện rõ. Quá trình được thiết lập sau khi đạt trạng thái cân bằng giữa nhiệt lượng tỏa ra và nhiệt lượng tỏa ra môi trường.

Việc tăng dòng điện trên giá trị cho phép không ngay lập tức dẫn đến tình trạng khẩn cấp... Phải mất một thời gian để stato và rôto đạt đến nhiệt độ khắc nghiệt của chúng. Do đó, không cần thiết phải bảo vệ để phản ứng với mọi quá dòng. Cô ấy chỉ nên tắt máy khi có nguy cơ lớp cách điện bị hư hỏng nhanh chóng.

Từ quan điểm làm nóng cách điện, cường độ và thời gian của dòng điện vượt quá giá trị danh nghĩa có tầm quan trọng rất lớn. Các thông số này phụ thuộc chủ yếu vào bản chất của quy trình công nghệ.

Quá tải động cơ điện có nguồn gốc công nghệ

Quá tải động cơ điện gây ra bởi sự gia tăng định kỳ mô-men xoắn trên trục của máy được truyền động. Trong các máy móc và hệ thống lắp đặt như vậy, công suất của động cơ điện luôn thay đổi. Khó quan sát thấy một khoảng thời gian dài mà cường độ dòng điện không thay đổi. Các khoảnh khắc điện trở lớn trong thời gian ngắn xuất hiện định kỳ trên trục động cơ, tạo ra các đợt tăng dòng điện.

Quá tải như vậy thường không gây quá nhiệt cho cuộn dây động cơ, có quán tính nhiệt tương đối cao.Tuy nhiên, với thời lượng đủ dài và lặp đi lặp lại nhiều lần, nguy hiểm làm nóng động cơ điện… Quốc phòng phải "phân biệt" giữa các chế độ này. Nó không nên phản ứng với những cú sốc tải ngắn hạn.

Các máy khác có thể gặp tình trạng quá tải tương đối nhỏ nhưng lâu dài. Các cuộn dây của động cơ nóng dần lên đến nhiệt độ gần với giá trị tối đa cho phép. Thông thường, động cơ điện có dự trữ nhiệt nhất định và quá dòng nhỏ, mặc dù thời gian tác dụng kéo dài, không thể tạo ra tình huống nguy hiểm. Trong trường hợp này, tắt máy là không cần thiết. Theo cách này, ở đây cũng vậy, bộ phận bảo vệ động cơ phải "phân biệt" giữa tình trạng quá tải nguy hiểm và không nguy hiểm.

Quá tải khẩn cấp của động cơ điện

ngoại trừ quá tải do nguồn gốc công nghệ, có thể là quá tải khẩn cấp do các nguyên nhân khác (hư hỏng đường dây cấp điện, kẹt thiết bị làm việc, sụt áp, v.v.). Họ tạo ra các chế độ hoạt động cụ thể của động cơ cảm ứng và đưa ra các yêu cầu của họ đối với các thiết bị an toàn... Hãy xem xét hành vi của động cơ cảm ứng trong các chế độ khẩn cấp điển hình.

Quá tải trong hoạt động liên tục với tải không đổi

Động cơ điện thường được chọn với mức dự trữ năng lượng nhất định. Ngoài ra, hầu hết thời gian các máy đang chạy dưới tải. Kết quả là, dòng điện động cơ thường thấp hơn nhiều so với giá trị định mức. Theo quy luật, quá tải xảy ra trong trường hợp vi phạm công nghệ, hỏng hóc, kẹt và kẹt trong máy đang hoạt động.

Các máy móc như quạt, máy bơm ly tâm, băng chuyền và vít tải có tải trọng không đổi hoặc thay đổi một chút.Những thay đổi ngắn hạn trong dòng nguyên liệu thực tế không ảnh hưởng đến việc làm nóng động cơ điện. Họ có thể được bỏ qua. Đó là một vấn đề khác nếu vi phạm các điều kiện làm việc bình thường vẫn còn trong một thời gian dài.

Hầu hết các ổ điện đều có mức dự trữ năng lượng nhất định. Quá tải cơ học chủ yếu gây ra hư hỏng cho các bộ phận của máy. Do tính chất ngẫu nhiên của sự xuất hiện của chúng, không thể chắc chắn rằng trong một số trường hợp nhất định, động cơ điện cũng sẽ bị quá tải. Ví dụ, điều này có thể xảy ra với động cơ trục vít. Những thay đổi về tính chất vật lý và cơ học của vật liệu được vận chuyển (độ ẩm, kích thước hạt, v.v.) ngay lập tức được phản ánh trong năng lượng cần thiết để di chuyển nó. Bộ phận bảo vệ phải ngắt động cơ điện trong trường hợp quá tải gây ra hiện tượng quá nhiệt nguy hiểm cho cuộn dây.

Từ quan điểm về ảnh hưởng của quá dòng dài hạn đối với cách điện, cần phân biệt hai loại quá tải: tương đối nhỏ (lên đến 50%) và lớn (hơn 50%).

Tác động của cái trước không xuất hiện ngay lập tức mà dần dần, trong khi tác động của cái sau xuất hiện sau một thời gian ngắn. Nếu độ tăng nhiệt độ trên giá trị cho phép nhỏ thì sự lão hóa của lớp cách điện xảy ra chậm. Những thay đổi nhỏ trong cấu trúc của vật liệu cách điện tích lũy dần dần. Khi nhiệt độ tăng lên, quá trình lão hóa tăng tốc đáng kể.

Tôi nghĩ rằng cứ 8 — 10 ° C thì quá nhiệt trên mức cho phép sẽ làm giảm một nửa tuổi thọ của lớp cách điện của cuộn dây động cơ.Do đó, quá nhiệt 40 ° C làm giảm tuổi thọ của lớp cách nhiệt 32 lần! Mặc dù điều này là rất nhiều, nhưng nó xuất hiện sau nhiều tháng làm việc.

Ở mức quá tải cao (hơn 50%), lớp cách nhiệt nhanh chóng bị sụp đổ dưới tác động của nhiệt độ cao.

Để phân tích quá trình gia nhiệt, chúng tôi sẽ sử dụng một mô hình động cơ đơn giản hóa. Sự gia tăng dòng điện dẫn đến sự gia tăng tổn thất biến đổi. Cuộn dây bắt đầu nóng lên. Nhiệt độ lớp cách nhiệt thay đổi theo đồ thị trên hình vẽ. Tốc độ tăng nhiệt độ ở trạng thái ổn định phụ thuộc vào độ lớn của dòng điện.

Một thời gian sau khi xảy ra quá tải, nhiệt độ của cuộn dây đạt đến giá trị cho phép đối với loại cách điện nhất định. Ở lực G cao, nó sẽ ngắn hơn, ở lực G thấp, nó sẽ dài hơn. Như vậy, mỗi giá trị quá tải sẽ có thời gian cho phép riêng có thể coi là an toàn để cách ly.

Sự phụ thuộc của thời gian quá tải cho phép vào độ lớn của nó được gọi là đặc tính quá tải của động cơ điện... động cơ điện các loại có một số khác biệt và đặc điểm của chúng cũng khác nhau. Một trong những tính năng này được hiển thị trong hình với một đường liền nét.

Đặc tính quá tải động cơ (đường liền nét) và đặc tính bảo vệ mong muốn (đường đứt nét)

Từ những đặc điểm đã cho, chúng ta có thể hình thành một trong những yêu cầu chính để bảo vệ quá tải phụ thuộc hiện tại… Nó nên được nâng lên tùy thuộc vào mức độ quá tải.Điều này cho phép loại trừ các báo động giả với các đột biến dòng điện không nguy hiểm, ví dụ như khi động cơ được khởi động. Việc bảo vệ chỉ nên hoạt động khi nó rơi vào vùng có các giá trị hiện tại không thể chấp nhận được và thời lượng của dòng chảy. Đặc tính mong muốn của nó, được thể hiện trong hình có nét đứt, phải luôn nằm dưới đặc tính quá tải của động cơ.

Hoạt động của bảo vệ bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố (cài đặt không chính xác, phân tán các tham số, v.v.), do đó quan sát thấy độ lệch so với giá trị trung bình của thời gian phản hồi. Do đó, đường đứt nét trên biểu đồ nên được coi là một số loại đặc tính trung bình. Để không vượt qua các đặc tính do tác động của các yếu tố ngẫu nhiên dẫn đến động cơ dừng không chính xác, cần phải cung cấp một biên độ nhất định. Trên thực tế, người ta không nên làm việc với một đặc tính riêng biệt mà với vùng bảo vệ, có tính đến sự phân bố thời gian phản ứng của bảo vệ.

Xét về các hành động bảo vệ động cơ chính xác, điều mong muốn là cả hai đặc điểm càng gần nhau càng tốt. Điều này sẽ tránh vấp ngã không cần thiết khi gần quá tải cho phép. Tuy nhiên, nếu có sự lan rộng lớn của cả hai đặc điểm thì điều này không thể đạt được. Để không rơi vào vùng các giá trị hiện tại không thể chấp nhận được trong trường hợp có sai lệch ngẫu nhiên so với các tham số được tính toán, cần phải cung cấp một biên độ nhất định.

Đặc tính bảo vệ phải được đặt ở một khoảng cách nhất định so với đặc tính quá tải của động cơ để loại trừ sự giao thoa lẫn nhau của chúng.Nhưng điều này dẫn đến mất độ chính xác của hành động bảo vệ động cơ.

Trong vùng dòng điện gần với giá trị danh nghĩa, vùng không chắc chắn xuất hiện. Khi vào khu vực này, không thể nói chắc chắn liệu bảo vệ có hoạt động hay không.

Nhược điểm này không có trong bảo vệ hoạt động tùy thuộc vào nhiệt độ cuộn dây... Không giống như bảo vệ quá dòng, nó hoạt động tùy thuộc vào nguyên nhân gây ra sự lão hóa của lớp cách điện, sự nóng lên của nó. Khi đạt đến nhiệt độ nguy hiểm cho cuộn dây, động cơ sẽ tắt, bất kể nguyên nhân gây nóng là gì. Đây là một trong những ưu điểm chính bảo vệ khỏi nhiệt độ.

Tuy nhiên, không nên cường điệu hóa việc thiếu bảo vệ quá dòng. Thực tế là động cơ có một dự trữ hiện tại nhất định. Dòng điện định mức của động cơ luôn thấp hơn dòng điện mà nhiệt độ của các cuộn dây đạt giá trị cho phép. Nó được thiết lập, được hướng dẫn bởi các tính toán kinh tế. Do đó, ở tải định mức, nhiệt độ của cuộn dây động cơ dưới giá trị cho phép. Do đó, một nguồn dự trữ nhiệt của động cơ được tạo ra, ở một mức độ nào đó bù đắp cho sự thiếu hụt rơle nhiệt.

Nhiều yếu tố phụ thuộc vào điều kiện nhiệt của vật liệu cách nhiệt có độ lệch ngẫu nhiên. Về vấn đề này, đặc điểm kỹ thuật của các đặc điểm không phải lúc nào cũng cho kết quả mong muốn.

Quá tải trong hoạt động liên tục thay đổi

Một số cơ quan và cơ chế làm việc tạo ra tải trọng thay đổi trong phạm vi rộng, chẳng hạn như trong các hoạt động nghiền, nghiền và các hoạt động tương tự khác. Ở đây, tình trạng quá tải định kỳ đi kèm với tình trạng thiếu tải ở chế độ không tải.Bất kỳ sự gia tăng dòng điện nào, được thực hiện riêng biệt, không dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ nguy hiểm. Tuy nhiên, nếu có nhiều và chúng được lặp lại đủ thường xuyên, ảnh hưởng của nhiệt độ tăng lên lớp cách nhiệt sẽ nhanh chóng tích tụ.

Quá trình phát nóng của động cơ điện ở tải thay đổi khác với quá trình phát nóng ở tải không đổi hoặc ít thay đổi. Sự khác biệt được thể hiện cả trong quá trình thay đổi nhiệt độ và bản chất làm nóng các bộ phận riêng lẻ của máy.

Khi tải thay đổi, nhiệt độ của cuộn dây cũng vậy. Do quán tính nhiệt của động cơ, dao động nhiệt độ ít phổ biến hơn. Ở tần số tải đủ cao, nhiệt độ của cuộn dây thực tế có thể được coi là không thay đổi. Điều này sẽ tương đương với hoạt động liên tục với tải không đổi. Ở tần số thấp (theo thứ tự một phần trăm hertz và thấp hơn), sự dao động nhiệt độ trở nên đáng chú ý. Quá nhiệt định kỳ của cuộn dây có thể làm giảm tuổi thọ của lớp cách điện.

Với dao động tải lớn ở tần số thấp, động cơ liên tục trong một quá trình nhất thời. Nhiệt độ cuộn dây của nó thay đổi sau khi dao động tải. Vì các bộ phận riêng lẻ của máy có các thông số vật lý nhiệt khác nhau, nên mỗi bộ phận nóng lên theo cách riêng của nó.

Quá trình quá độ nhiệt dưới tải thay đổi là một hiện tượng phức tạp và không phải lúc nào cũng có thể tính toán. Do đó, không thể ước tính nhiệt độ của cuộn dây động cơ từ dòng điện chạy tại bất kỳ thời điểm nào. Do các bộ phận riêng lẻ của động cơ điện được làm nóng theo những cách khác nhau nên nhiệt truyền từ bộ phận này sang bộ phận khác trong động cơ điện.Cũng có thể sau khi tắt động cơ điện, nhiệt độ của cuộn dây stato sẽ tăng lên do nhiệt được cung cấp bởi rôto. Do đó, độ lớn của dòng điện có thể không phản ánh mức độ nóng lên của lớp cách điện. Cũng nên nhớ rằng ở một số chế độ, rôto sẽ nóng lên mạnh hơn và hạ nhiệt ít hơn so với stato.

Sự phức tạp của các quá trình truyền nhiệt gây khó khăn cho việc kiểm soát quá trình sưởi ấm của động cơ... Ngay cả phép đo trực tiếp nhiệt độ của cuộn dây cũng có thể gây ra lỗi trong một số điều kiện. Thực tế là trong các quá trình nhiệt không ổn định, nhiệt độ gia nhiệt của các bộ phận khác nhau của máy có thể khác nhau và phép đo cùng một lúc không thể đưa ra bức tranh chân thực. Tuy nhiên, phép đo nhiệt độ cuộn dây chính xác hơn các phương pháp khác.

công việc định kỳ có thể được gọi là bất lợi nhất từ ​​​​quan điểm của hành động bảo vệ. Đưa vào công việc định kỳ ngụ ý khả năng quá tải động cơ trong thời gian ngắn. Trong trường hợp này, độ lớn của quá tải phải được giới hạn bằng điều kiện làm nóng các cuộn dây, giá trị này không vượt quá giá trị cho phép.

Bảo vệ "giám sát" trạng thái phát nóng của cuộn dây phải nhận được tín hiệu tương ứng. Do dòng điện và nhiệt độ có thể không tương ứng với nhau trong điều kiện nhất thời nên bảo vệ dựa trên phép đo dòng điện không thể thực hiện đúng vai trò của nó.