Điều gì xảy ra với động cơ trong trường hợp mất pha và hoạt động một pha

Theo mất pha, chúng tôi hiểu chế độ hoạt động một pha của động cơ điện là kết quả của việc ngắt nguồn điện của một trong các dây dẫn của hệ thống ba pha.

Những lý do khiến động cơ điện bị mất pha có thể là: đứt một trong các dây, cháy một trong các cầu chì; liên lạc thất bại trong một trong các giai đoạn.

Tùy thuộc vào các trường hợp mất pha xảy ra, có thể có các chế độ hoạt động khác nhau của động cơ điện và hậu quả đi kèm với các chế độ này. Trong trường hợp này, các yếu tố sau phải được tính đến: sơ đồ kết nối các cuộn dây của động cơ điện ("sao" hoặc "tam giác"), trạng thái hoạt động của động cơ tại thời điểm mất pha (có thể xảy ra mất pha trước hoặc sau khi bật động cơ, trong khi vận hành có tải), mức độ tải của động cơ và các đặc tính cơ học của máy làm việc, số lượng động cơ điện hoạt động bị mất pha và ảnh hưởng lẫn nhau của chúng.

Ở đây bạn nên chú ý đến các tính năng của chế độ đang được xem xét. Ở chế độ ba pha, mỗi pha của cuộn dây chạy với dòng điện dịch chuyển theo thời gian bằng một phần ba chu kỳ. Khi mất một pha, cả hai cuộn dây chạy cùng một dòng điện, không có dòng điện trong pha thứ ba. Mặc dù thực tế là các đầu của cuộn dây được nối với hai dây dẫn pha của hệ thống ba pha, dòng điện trong hai cuộn dây trùng nhau về thời gian. Chế độ hoạt động này được gọi là một pha.

Từ trường được tạo ra bởi dòng điện một pha, không giống như trường quay được tạo ra bởi hệ thống dòng điện ba pha, dao động. Nó thay đổi theo thời gian, nhưng không di chuyển xung quanh chu vi của stato. Hình 1a cho thấy vectơ từ thông được tạo ra trong động cơ ở chế độ một pha. Vectơ này không quay mà chỉ thay đổi độ lớn và dấu. Trường hình tròn được làm phẳng thành một đường thẳng.

Bức tranh 1. Đặc điểm của động cơ cảm ứng ở chế độ một pha: a — biểu diễn bằng đồ thị của từ trường dao động; b - phân tách trường dao động thành hai trường quay; c-đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ở chế độ làm việc ba pha (1) và một pha (2).

dao động từ trường có thể được coi là bao gồm hai trường có cường độ bằng nhau quay về phía nhau (Hình 1, b). Mỗi trường tương tác với cuộn dây rôto và tạo ra một mô-men xoắn. Hành động kết hợp của chúng tạo ra mô-men xoắn trên trục động cơ.

Trong trường hợp mất pha trước khi nối động cơ vào mạng, hai từ trường tác dụng lên rôto đứng yên tạo thành hai momen ngược dấu nhưng có độ lớn bằng nhau. Tổng của họ sẽ bằng không.Do đó, khi bạn khởi động động cơ ở chế độ một pha, nó không thể đảo chiều ngay cả khi không có tải trên trục.

Nếu mất pha xảy ra trong khi rôto động cơ đang quay, thì một mômen xoắn sẽ được tạo ra trên trục của nó. Điều này có thể được giải thích như sau. Rôto quay tương tác theo nhiều cách khác nhau với các trường quay về phía nhau. Một trong số chúng, vòng quay trùng với vòng quay của rôto, tạo thành mômen dương (trùng hướng), cái còn lại - âm. Không giống như trường hợp rôto đứng yên, những khoảnh khắc này sẽ khác nhau về độ lớn. Sự khác biệt của chúng sẽ bằng với thời điểm của trục động cơ.

Hình 1, c cho thấy các đặc tính cơ học của động cơ trong hoạt động một pha và ba pha. Ở tốc độ bằng không, mô-men xoắn bằng không; khi nó quay theo bất kỳ hướng nào, một mô-men xoắn sẽ xuất hiện trên trục động cơ.

Nếu một trong các pha bị ngắt trong khi động cơ đang chạy, khi tốc độ của nó gần với giá trị định mức, mô-men xoắn thường đủ để tiếp tục hoạt động với tốc độ giảm nhẹ. Trái ngược với chế độ đối xứng ba pha, một tiếng kêu đặc trưng xuất hiện. Đối với phần còn lại, không có biểu hiện bên ngoài của chế độ khẩn cấp. Một người không có kinh nghiệm về động cơ không đồng bộ có thể không nhận thấy sự thay đổi về bản chất hoạt động của động cơ điện.

Việc chuyển đổi động cơ điện sang chế độ một pha đi kèm với sự phân phối lại dòng điện và điện áp giữa các pha. Nếu các cuộn dây của động cơ được kết nối theo sơ đồ "sao", sau khi mất pha, một mạch được hình thành, như trong hình 2. Hai cuộn dây nối tiếp của động cơ được kết nối với điện áp đường dây Uab, sau đó động cơ ở trạng thái đơn. giai đoạn hoạt động.

Hãy làm một phép tính nhỏ, xác định dòng điện chạy qua cuộn dây của động cơ và so sánh chúng với dòng điện có nguồn ba pha.

Hình 2. Kết nối sao của cuộn dây động cơ sau khi mất pha

Vì điện trở Za và Zb mắc nối tiếp nên điện áp của pha A và B sẽ bằng một nửa pha tuyến tính:

Giá trị gần đúng của dòng điện có thể được xác định dựa trên những cân nhắc sau.

Dòng khởi động của pha A khi mất pha

Dòng khởi động của pha A ở chế độ ba pha

trong đó Uao - điện áp pha của mạng.

Tỷ lệ dòng khởi động:

Từ tỷ lệ này, suy ra rằng trong trường hợp mất pha, dòng khởi động bằng 86% dòng khởi động trong nguồn ba pha. Nếu chúng ta tính đến việc dòng khởi động của động cơ cảm ứng lồng sóc cao hơn dòng danh định 6-7 lần, thì hóa ra dòng điện chạy qua cuộn dây của động cơ Iif = 0,86 x 6 = 5,16 Azn, nghĩa là, hơn năm lần so với danh nghĩa. Trong một khoảng thời gian ngắn, dòng điện như vậy sẽ làm cuộn dây bị nóng quá mức.

Từ tính toán trên có thể thấy chế độ làm việc đang xét là rất nguy hiểm cho động cơ, nếu xảy ra thì phải cắt bảo vệ trong thời gian ngắn.

Mất pha cũng có thể xảy ra sau khi bật động cơ, khi rôto của nó sẽ có tốc độ quay tương ứng với chế độ vận hành. Xét cường độ dòng điện và hiệu điện thế của các cuộn dây trong trường hợp chuyển sang chế độ một pha có rô to quay.

Giá trị của Za phụ thuộc vào tốc độ quay. Khi khởi động, khi tốc độ rôto bằng 0, nó giống nhau cho cả chế độ ba pha và một pha. Ở chế độ vận hành, tùy theo phụ tải và đặc tính cơ của động cơ mà tốc độ quay có thể khác nhau.Do đó, cần có một cách tiếp cận khác để phân tích tải hiện tại.

Chúng ta sẽ giả sử rằng động cơ chạy ở cả chế độ ba pha và một pha. cùng sức mạnh. Bất kể sơ đồ kết nối của động cơ điện là gì, máy làm việc đều yêu cầu cùng một công suất cần thiết để thực hiện quy trình công nghệ.

Giả sử rằng công suất trục động cơ là như nhau cho cả hai chế độ, chúng ta sẽ có:

ở chế độ ba pha

ở chế độ một pha

trong đó Uа — điện áp pha của mạng; Uаo — điện áp của pha A ở chế độ một pha, lần lượt là hệ số công suất cos φ3 và cos φ1 đối với chế độ ba pha và một pha.

Các thí nghiệm với động cơ cảm ứng cho thấy rằng trên thực tế, dòng điện tăng gần gấp đôi. Với biên độ nào đó có thể coi I1a/I2a=2.

Để đánh giá mức độ nguy hiểm của hoạt động một pha, bạn cũng phải biết tải trên động cơ.

Theo phép tính gần đúng đầu tiên, chúng ta sẽ coi dòng điện của động cơ điện ở chế độ ba pha tỷ lệ thuận với tải trọng của nó trên trục. Giả định này có giá trị đối với các tải trên 50% giá trị định mức. Sau đó, bạn có thể viết Azf = Ks NS Azn, trong đó Ks — hệ số tải của động cơ, Azn — dòng điện định mức của động cơ.

Dòng điện một pha I1f = 2KsNS Azn, tức là dòng điện ở chế độ một pha sẽ phụ thuộc vào tải của động cơ. Ở tải định mức, nó bằng hai lần dòng định mức. Ở mức tải dưới 50%, hiện tượng mất pha khi kết nối cuộn dây động cơ với «sao» không tạo ra quá dòng nguy hiểm cho cuộn dây. Trong hầu hết các trường hợp, hệ số tải động cơ nhỏ hơn một. Với các giá trị của nó ở mức 0,6 - 0,75, nên dự kiến ​​​​sẽ vượt quá một chút dòng điện (20 - 50%) so với danh nghĩa.Điều này là cần thiết cho hoạt động của bảo vệ, vì chính xác là trong khu vực quá tải này, nó không hoạt động đủ rõ ràng.

Để phân tích một số phương pháp bảo vệ, cần phải biết điện áp của các pha động cơ. Khi rôto bị khóa, điện áp của các pha A và B sẽ bằng một nửa điện áp mạng Uab và điện áp của pha C sẽ bằng không.

Mặt khác, điện áp được phân phối khi rôto quay. Thực tế là chuyển động quay của nó đi kèm với sự hình thành từ trường quay, tác động lên cuộn dây stato, tạo ra một suất điện động trong chúng. Độ lớn và pha của suất điện động này sao cho ở tốc độ quay gần đồng bộ, hệ thống điện áp ba pha đối xứng được khôi phục trên các cuộn dây và điện áp trung tính sao (điểm 0) trở thành không. Như vậy, khi tốc độ rôto chuyển từ không sang đồng bộ ở chế độ vận hành một pha thì điện áp pha A và B thay đổi từ giá trị bằng nửa đường dây sang giá trị bằng điện áp pha của mạng. Ví dụ: trong hệ thống có điện áp 380/220 V, điện áp của pha A và B thay đổi trong khoảng 190 - 220 V. Điện áp Uco thay đổi từ 0 với rôto bị khóa thành điện áp pha 220 V với tốc độ đồng bộ. Đối với điện áp tại điểm 0, nó thay đổi từ giá trị Uab / 2 — thành 0 ở tốc độ đồng bộ.

Nếu các cuộn dây của động cơ được kết nối theo hình tam giác, sau khi mất pha, chúng ta sẽ có sơ đồ kết nối như trong Hình 3. Trong trường hợp này, cuộn dây động cơ có điện trở Zab hóa ra được kết nối với điện áp đường dây Uab và cuộn dây có điện trở Zfc và Zpr.là.- được mắc nối tiếp và được nối với cùng một điện áp đường dây.

Hình 3. Kết nối tam giác của cuộn dây động cơ sau khi mất pha

Ở chế độ khởi động, cùng một dòng điện sẽ chạy qua các cuộn dây AB như trong phiên bản ba pha và một nửa dòng điện sẽ chạy qua các cuộn dây AC và BC, vì các cuộn dây này được mắc nối tiếp.

Dòng điện trong các dây dẫn thẳng I'a = I'b sẽ bằng tổng các dòng điện trong các nhánh song song: I'A = I'ab + I'bc = 1,5 Iab

Do đó, trong trường hợp đang xem xét, khi mất pha, dòng khởi động ở một trong các pha sẽ bằng dòng khởi động với nguồn cung cấp ba pha và dòng điện tăng ít mạnh hơn.

Để tính toán dòng điện trong trường hợp mất pha sau khi khởi động động cơ, phương pháp tương tự được sử dụng như đối với mạch "sao". Chúng tôi sẽ giả định rằng động cơ phát triển cùng một công suất ở cả chế độ ba pha và một pha.

Trong chế độ hoạt động này, dòng điện trong pha tải nhiều nhất có mất pha được tăng gấp đôi so với dòng điện có nguồn cung cấp ba pha. Dòng điện trong dây dẫn sẽ là Ia 'A = 3Iab và với nguồn cung cấp ba pha Ia = 1,73 Iab.

Điều quan trọng cần lưu ý ở đây là trong khi dòng điện pha tăng theo hệ số 2, dòng điện dây chỉ tăng theo hệ số 1,73. Điều này là cần thiết vì bảo vệ quá dòng phản ứng với dòng điện. Các tính toán và kết luận về ảnh hưởng của hệ số tải đối với dòng điện một pha với kết nối «sao» vẫn có giá trị đối với trường hợp mạch «tam giác».

Điện áp pha AC và BC sẽ phụ thuộc vào tốc độ rôto. Khi rôto bị khóa Uac' = Ub° C' = Uab/2

Ở tốc độ quay bằng đồng bộ, hệ thống điện áp đối xứng được khôi phục, tức là ac' = Ub° C' = Uab.

Như vậy, điện áp pha AC và BC khi tốc độ quay thay đổi từ không sang đồng bộ sẽ thay đổi từ giá trị bằng nửa điện áp đường dây sang giá trị bằng điện áp đường dây.

Dòng điện và điện áp của các pha động cơ trong hoạt động một pha cũng phụ thuộc vào số lượng động cơ.

Mất pha thường xảy ra khi một trong các cầu chì trên nguồn điện lưới của trạm biến áp hoặc thiết bị đóng cắt bị đứt. Do đó, một nhóm người dùng ở chế độ một pha tương tác với nhau. Sự phân bố dòng điện và điện áp phụ thuộc vào công suất của từng động cơ và tải của chúng. Các tùy chọn khác nhau có thể có ở đây. Nếu công suất của các động cơ điện bằng nhau và tải của chúng là như nhau (ví dụ: nhóm quạt hút), thì có thể thay thế toàn bộ nhóm động cơ bằng một động cơ tương đương.

Các chế độ khẩn cấp của động cơ điện không đồng bộ và phương pháp bảo vệ chúng