Способы защиты электродвигателей | Техпривод

Верный признак того, что с двигателем происходит что-то неладное — значительное повышение температуры корпуса. Причины перегрева могут быть разные:

• выход за пределы параметров питающего напряжения
• неправильное подключение схемы питания
• электрическая неисправность двигателя
• механическая неисправность двигателя
• перегрузка электродвигателя со стороны нагрузки
• несоответствие условий окружающей среды

Рассмотрим различные способы защиты электродвигателя от перегрева и связанного с ним понижения механической мощности.

Защита от перегрузки

Перегрузка приводит к повышению тока обмоток. Если ток превысит номинальное значение для данного двигателя и условий работы, привод начнет перегреваться.

Для защиты от перегрузки по току используют тепловые реле и автоматы защиты. Настройка защитного устройства должна проводиться в соответствии с номинальным током двигателя. Если в нормальном режиме двигатель работает на мощности ниже номинальной, уставку теплового реле или автомата защиты целесообразно понизить, измерив рабочий ток привода.

Защита от короткого замыкания

Короткое замыкание (КЗ) может произойти не только в обмотке двигателя, но также в коробке с клеммами, в питающем кабеле или пусковой схеме. По этой причине целесообразно устанавливать защиту от КЗ на вводе питания пускателя. Обычно применяют предохранители и защитные автоматы, причем трехполюсные автоматы предпочтительнее, поскольку в случае аварии они полностью отключают питание от электродвигателя — при коротком замыкании срабатывает электромагнитный расцепитель.

Выход за пределы параметров питающего напряжения

Согласно ГОСТ 28173, электродвигатели могут эксплуатироваться при отклонении напряжения ±5% или отклонении частоты ±2%. При выходе за эти диапазоны мощность двигателя окажется ниже номинальной, поскольку температура обмоток статора может быть слишком высока.

Уровень напряжения контролируется с помощью реле контроля фаз, которые могут отключать двигатель в случае выхода напряжения по любой из фаз за установленные пределы. Дополнительные функции реле – контроль обрыва, чередования и асимметрии фаз.

Существуют также специализированные реле защиты двигателя, которые могут контролировать множество других параметров – перегруз или недогруз двигателя, асимметрию токов, перегрев и др.

Особенности защиты при питании двигателя через преобразователь частоты, где напряжение и частота значительно отклоняются от номинала, будут рассмотрены ниже.

Защита от перегрева

Источник перегрева может находиться в обмотке статора, в роторе, подшипниках, в месте электрического подключения. Во всех перечисленных случаях тепловая энергия выделяется на корпусе электродвигателя. Как правило, источником нагрева является обмотка, поэтому температурные датчики обычно устанавливают около нее, в лобовой части двигателя, которая меньше всего охлаждается вентилятором обдува.

В качестве датчиков используют полупроводниковые PTC терморезисторы (термисторы или позисторы). Термисторная защита наиболее эффективна, поскольку реагирует на все возможные причины возникновения перегрева — заклинивание подшипников или нагрузки (быстрое нагревание), перегрузка, обрыв фазы или плохое охлаждение (медленное нагревание).

Стандартное сопротивление позистора при температуре +25°С должно быть не более 300 Ом. При повышении температуры до пороговой сопротивление резко возрастает до значений более 2 кОм.

Если электродвигатель расположен в ответственном месте, целесообразно установить несколько датчиков внутри него и на корпусе с целью постоянного мониторинга и быстрого реагирования на внештатные ситуации.

Для защиты от перегрева корпуса очень важно обеспечить правильную работу воздушного охлаждения. В системе охлаждения используется вентилятор обдува, крыльчатка которого насажена на вал электродвигателя. Эффективность обдува снижается с повышением температуры окружающей среды. Рабочая мощность двигателя может быть равна номинальной при температуре среды не выше 40°С.

При повышении температуры воздуха мощность на валу должна быть снижена, иначе двигатель начнет перегреваться. Так, при температуре окружающей среды +60°С мощность не должна превышать 82% от номинала.

На перегрев двигателя также влияет высота его установки над уровнем моря. Это связано с меньшей эффективностью отбора тепла воздушным потоком на больших высотах. Например, если на высотах до 1000 м рабочая мощность может быть равна номинальной, то на высоте 4000 м мощность необходимо снизить до 80%.

На большой высоте и при высокой температуре окружающей среды можно не понижать механическую мощность , если обеспечить принудительное интенсивное охлаждение. Более того, при интенсивном охлаждении и нормальных условиях работы можно добиться мощности выше номинала. В таких случаях нужно уделить особое внимание мониторингу температуры двигателя.

Защита двигателя при использовании частотного преобразователя

Преобразователь частоты – это электронное устройство, способное реализовать программно или аппаратно различные виды защиты.

Частотный преобразователь позволяет изменять скорость вращения вала. При этом изменяется не только частота питающего напряжения, но и величина напряжения. Важно правильно устанавливать рабочие точки на вольт-частотной характеристике двигателя.

В частном случае отношение напряжения к частоте является константой. Однако, исходя из принципов и задач регулирования, можно менять это отношение, изменяя форму кривой регулирования. Например, из-за понижения момента на низких частотах прибегают к увеличению минимального выходного напряжения, что, при злоупотреблении, может привести к перегреву.

При работе двигателя от частотного преобразователя, когда скорость вращения может быть гораздо меньше номинала, необходимо устанавливать принудительное независимое воздушное охлаждение.

Другие полезные материалы:
Электротехнический дайджест. Выпуск №1
Работа частотника с однофазным двигателем
Техническое обслуживание преобразователя частоты
Почему греется электродвигатель

Защита электродвигателя

Защита электродвигателя

В электродвигателях, как и в многих других электротехнических, устройствах, могут возникать аварийные ситуации. Если вовремя не принять меры, то в худшем случае, из-за поломки электродвигателя, могут выйти из строя и другие элементы энергосистемы.

Для повышения ресурса безаварийной работы двигателя и повышения эксплуатационной надежности, концерн Русэлпром предлагает использовать защиту двигателей.

Применение защиты удорожает двигатель, поэтому выбор типа и количества защит определяется не только технической, но и экономической целесообразностью их установки. Правильный выбор защиты двигателя позволяет получить необходимый эффект с обоснованными затратами.  

Как правило, для двигателей напряжением до 1000 Вт предусматривается:

• 
  защита от коротких замыканий;
• 
  защита от перегрузки.

Короткое замыкание в электродвигателе может привести к росту тока, более чем в 12 раз в течение очень короткого промежутка времени (около 10 мс). Для защиты двигателей от коротких замыканий должны применяться предохранители или автоматические выключатели.

Защита от перегрузки устанавливается в тех случаях, когда возможна перегрузка механизма по технологическим причинам, а также при тяжелых условиях пуска и для ограничения длительности пуска при пониженном напряжении.

Для защиты двигателя от перегрузки используется:

• Тепловая защита;
• Температурная защита;
• Максимально токовая защита;
• Минимально токовая защита;
• Фазочувствительная защита.

Температурная защита

Наиболее эффективной защитой двигателей является температурная защита.

Температурная защита реагирует на увеличение температуры наиболее нагретых частей двигателя с мощью встроенных температурных датчиков и через устройства температурной защиты воздействует на цепь управления контактора или пускателя и отключает двигатель.

Любой двигатель производства концерна «Русэлпром» по заказу потребителя может быть укомплектован встроенными температурными датчиками для защиты двигателей в аварийных режимах, следствием которых может быть нагрев обмотки до недопустимой температуры.

В качестве датчиков используются полупроводниковые терморезисторы с положительным температурным коэффициентом — позисторы. Датчики встраиваются в лобовые части обмотки статора со стороны противоположной вентилятору наружного обдува по одному в каждую фазу, соединяются последовательно. Концы цепи датчиков выводятся на специальные клеммы в коробке выводов. К этим клеммам подключают реле или иной аппарат, реагирующий на сигнал датчиков.

Датчики реагируют только на температуру, и их действие не зависит от причин возникновения опасного нагрева. Поэтому такая система обеспечивает защиту двигателя как в режимах с медленным нагреванием (перегрузка, работа на двух фазах), так и в режимах с быстрым нагреванием (заклинивание ротора, выход из строя подшипников и другое).

Согласно требованиям ГОСТ 27895 (МЭК 60034$11) температура срабатывания защиты должна соответствовать значениям, приведенным в таблице.

Пороги термозащиты

Характеристики датчиков температурной защиты

Двигатели с датчиками температурной защиты имеют встроенные в каждую фазу обмотки и соединённые последовательно терморезисторы типа СТ14-2-145 по ТУ11-85 ОЖО468. 165ТУ или другие терморезисторы с аналогичными параметрами.

В вводном устройстве двигателей предусмотрены клеммы для подсоединения цепи терморезисторов к исполнительному устройству температурной защиты.

Температура срабатывания датчиков температурной защиты:

Срабатывание температурной защиты происходит при возрастании температуры обмотки до значения, указанного в таблице 13, и температуре позистора, указанной в таблице 13. 1. Время срабатывания защиты не превышает 15 с. Исполнительное устройство температурной защиты должно отключать силовую цепь двигателя при достижении сопротивления цепи термодатчиков 2100- 450 Ом.

Сопротивление одного позистора составляет 30 — 140 Ом при 25 градусах C, сопротивление цепи из 3 позисторов составляет 250±160 Ом.

Сопротивление изоляции цепи терморезисторов относительно обмоток статора двигателя при температуре окружающей среды (25 +5)°C составляет:

• В практически холодном состоянии двигателя находится в пределах от 120 до 480 Ом. Измерительное напряжение при контроле не более 2,5 В.
• В номинальном режиме работы двигателей при установившемся тепловом состоянии (температура обмотки двигателя <= 140 °C) не более 1650 Ом.

Напряжение, подаваемое на цепь терморезисторов, не более 7,5 В.

Исполнительные устройства

В качестве исполнительного устройства температурной защиты применяется любое устройство позволяющее отключать силовую цепь двигателя при достижении цепью терморезисторов сопротивления в диапазоне 1650-2400 Ом. Время срабатывания устройства температурной защиты при этом должно быть не более 1 с.

Понимание устройств защиты от перегрузки по току ответвленной цепи двигателя

Понимание устройств защиты от перегрузки по току ответвленной цепи двигателя

Национальный электротехнический кодекс 2020

Автор: Wes Gubitz | 28 февраля 2020 г.

Основная цель этого обсуждения — объяснить, как определяются устройства защиты от перегрузки по току для ответвленных цепей с одним двигателем. Ссылки будут взяты из Национального электротехнического кодекса (NEC) 2020 года. Эти справочные данные относятся к общим применениям с одним двигателем для энергоэффективного двигателя NEMA Design B, работающего в непрерывном режиме, если не указано иное.

В статье 430 приведена однолинейная схема, Рисунок 430.1, , на которой показаны части схемы двигателя и где найти информацию о каждой части. Базовое понимание того, как спроектирована ответвленная цепь двигателя, поможет понять, как цепь защиты двигателя защищена от перегрузок по току, перегрузок, коротких замыканий и замыканий на землю. Диаграмма, показанная ниже, рис. 1, поможет определить компоненты ответвленной цепи двигателя по мере их обсуждения.

Рис. 1 Схема моторной цепи

. Защита двигателя и устройство защиты от двигателя и устройство защиты двигателя и защита двигателя 5, защищает двигатель и проводники ветвя в случае проблем с запуском двигателя 430.31 . Устройство защиты ответвления двигателя от короткого замыкания и замыкания на землю № 2 защищает двигатель от этих токов замыкания.

Устройства перегрузки двигателя не реагируют немедленно на условия перегрузки по току при типичной работе двигателя, краткосрочных условиях перегрузки или запуске двигателя, когда пусковой ток может в 6-8 раз превышать ток полной нагрузки. Устройство перегрузки двигателя защищает двигатель и проводники ответвленной цепи. Перегрузки обычно составляют 115 % или 125 % от паспортной полной нагрузки двигателя и до 130 % или 140 % с исключениями, 430. 32(A)(1), 430.32(C), 430,6(A)( 2) . Проводники ответвленной цепи двигателя должны иметь допустимую нагрузку не менее 125 процентов от номинального тока двигателя при полной нагрузке, как определено в 430.6(A)(1) для одного двигателя, используемого в непрерывном режиме 430.22 . В документе 430.6(A)(1) указано, что допустимая нагрузка проводников ответвленной цепи двигателя определяется с использованием значений, приведенных в таблицах токов полной нагрузки двигателя в конце статьи 430. В документе 430.6(A)( 1) также указывает, что эти таблицы, Таблицы 430.247-250 , используются для определения номинальных токов выключателей, защиты от короткого замыкания ответвления и защиты от замыканий на землю .

Таблица тока полной нагрузки двигателя и таблица 430.52 используются для определения максимального номинала защиты от короткого замыкания и замыкания на землю. В качестве устройства защиты от короткого замыкания и замыкания на землю можно использовать любое из четырех устройств защиты от перегрузки по току: плавкие предохранители без выдержки времени, двухэлементные предохранители (с выдержкой времени), выключатели мгновенного действия или выключатели с инверсной выдержкой времени. Вы должны знать тип двигателя, мощность и напряжение питания, чтобы использовать таблицы для определения значения тока при полной нагрузке для двигателя.

Ссылка 430.52(B) устанавливает одно дополнительное правило, которое применяется к устройству защиты от короткого замыкания и замыкания на землю ответвленной цепи двигателя: устройство должно выдерживать пусковой ток двигателя . Пусковой ток типичных асинхронных двигателей переменного тока может в 6-8 раз превышать ток полной нагрузки. Максимальный номинал устройства защиты от короткого замыкания на землю определяется путем умножения тока полной нагрузки двигателя на указанный процент в зависимости от выбранного устройства, за некоторыми исключениями, 430. 52(С)(1) и 430.52(С)(3) .

Первое исключение относится ко всем четырем защитным устройствам. Если значения, рассчитанные с использованием максимально допустимого процента, не соответствуют стандартному размеру или номиналу для предохранителей и нерегулируемых выключателей, можно использовать следующий больший размер, 430.52(C)(1) Исключение № 1. Мгновенное отключение автоматический выключатель можно использовать только в том случае, если он является регулируемым и является частью указанного комбинированного контроллера двигателя, 430.52(C)(3) .

Второе исключение касается того, может ли выбранное защитное устройство выдерживать пусковой ток двигателя. Если мощность защитного устройства недостаточна для пуска двигателя, примените соответствующее исключение из 430.52(C)(1) Исключение № 2 или 430.52(C)(3) Исключение № 1 .

Таблица 430.52 Максимум Максимум за исключением

Отказ от задержки 300% 400% (не чтобы превышать)

Двойной элемент (задержка с временем) СРЕДИНИЕ 175% 225% (не превышать)

Мгновенный выключатель Мгновенного отключения 1100% 1700% (не превышать)

Обратное выключатель времени 250% 400% (не превышать)

Примечание. Проценты указаны для цепей с энергоэффективными двигателями конструкции B.

Предохранитель с задержкой срабатывания и автоматический выключатель с обратнозависимой выдержкой времени являются наиболее часто используемыми устройствами защиты от короткого замыкания на землю ответвленной цепи двигателя. Они позволяют пусковому току двигателя переключаться с заблокированного ротора на рабочую скорость без продувки или отключения. Предохранитель без задержки срабатывания и автоматический выключатель мгновенного отключения реагируют на изменения тока мгновенно или с минимальной задержкой и часто перегорают или срабатывают во время пуска двигателя из-за высокого пускового тока. Различные проценты, перечисленные в Таблица 430.52 учитывайте эти индивидуальные характеристики.

Цепь двигателя защищена от полного диапазона токов с помощью двух устройств максимальной токовой защиты, устройства защиты двигателя от перегрузки и одного из четырех типов устройств защиты от короткого замыкания на землю. Правила различаются в зависимости от двигателя и выбранных устройств, но их легче понять и применять, если есть понимание токов, связанных с асинхронным двигателем переменного тока.

Взято из NEC 2020, Приложение D, Пример D8:

Определите проводники цепи двигателя, защиту от перегрузки, а также защиту от короткого замыкания и замыкания на землю для одного 25-сильного, 460-В, 3-фазного, короткого замыкания. двигатель с клеткой, номинальный ток полной нагрузки 32 А, конструкция B и сервис-фактор 1,15.

Сила тока проводника

  Значение тока при полной нагрузке для определения минимальной требуемой силы тока получено из таблицы 430.250, 430.6(A).

Для двигателя мощностью 25 л.с. 34А * 1,25 = 43А.

Защита двигателя от перегрузки

Если двигатель защищен отдельным устройством защиты от перегрузки, двигатель должен иметь защиту от перегрузки, рассчитанную не более чем на 125 % от паспортного тока полной нагрузки, FLA, 430,6 (A) и 430,32 (A). )(1).

Для двигателя мощностью 25 л.с. 32А * 1,25 = 40А.

Если отдельное устройство защиты от перегрузки представляет собой реле перегрузки (не плавкий предохранитель или автоматический выключатель) и его недостаточно для пуска двигателя или выдерживания нагрузки, уставка срабатывания может быть увеличена на 140 %, 32 А * 1,4 = 44,8 А. , 430,32(С).

  Защита ответвления от короткого замыкания и замыкания на землю

Номинальные характеристики устройства защиты от перегрузки по току зависят от типа, выбранного в соответствии с 430.52, и значения из таблицы 430.250.

• Предохранитель с задержкой срабатывания: номинал предохранителя составляет 175 %, 1,75 * 34 А = 59,5 А, 60 А — следующий по величине стандартный номинал предохранителя, 240,6 и 430,52(C)(1) Исключение № 1. Предохранитель может быть увеличена, за исключением случаев, но не должна превышать 225%, 430.52(C) Исключение № 2(2). Номинал стандартного предохранителя на 70 А не превышает номинала 225 %, Таблица 240. 6(A).
• Автоматический выключатель с обратнозависимой выдержкой времени: номинальный ток выключателя составляет 250 %, 2,5 * 34 А = 87,5, 90 А — следующий более высокий стандартный номинальный размер, 240,6 и 430,52(C)(1) Исключение № 1. Разрешается увеличивать номинал выключателя, за исключением, но не более 400%, 430.52(C) Исключение № 2(3). Номинал стандартного выключателя на 125 А не превышает номинала 400 %, Таблица 240.6(A).

Руководство по реле защиты от перегрузки

Автор: sachin on 24 апреля 2019 г. 00:00 | Оставить комментарий

Электродвигатели широко используются в машинах с вращающимися компонентами. Двигатели часто довольно дороги, поэтому важно предотвратить их выход из строя, вызванный передачей электрического тока, превышающего номинальную силу тока. Электрическая перегрузка иногда может возникать из-за замыкания на землю (короткое замыкание в обмотках двигателя или периферийных кабелях), но чаще возникает из-за заклинивания или неправильной эксплуатации.

Реле защиты от перегрузки

предотвращают повреждение двигателя, контролируя ток в цепи двигателя и размыкая цепь при обнаружении электрической перегрузки или обрыва фазы. Поскольку реле намного дешевле двигателей, они обеспечивают доступный способ защиты двигателей.

Преимущества и особенности реле защиты от перегрузки

Существуют различные типы реле защиты от перегрузки. Примерами являются предохранители, тепловые реле, электромеханические реле и электронные реле. Предохранители широко используются для защиты слаботочных устройств, таких как бытовая техника. Тепловые, электромеханические и электронные реле используются для защиты сильноточных машин, таких как промышленные двигатели. Основные преимущества использования реле:

Надежная защита

Реле перегрузки отключают подачу тока на двигатель при возникновении сильноточной ситуации из-за замыкания на землю, короткого замыкания, обрыва фазы или механического заедания. Это недорогой способ избежать простоев для ремонта или замены вышедших из строя двигателей из-за чрезмерного тока.

Надлежащее согласование с подрядчиками

Подрядчики несут большие рабочие токи главной цепи. Они имеют встроенные механизмы для подавления искрения, вызванного прерыванием больших токов двигателя. Когда контакторы правильно согласованы с тепловыми реле, комбинация обеспечивает хорошую схему запуска двигателя.

Стартеры просты в эксплуатации

Ручные пускатели двигателей используются для включения и выключения двигателей. Эти электромеханические устройства легко установить и сбросить после срабатывания.

Монтажные комплекты

Для различных типов реле защиты от перегрузки доступны специальные монтажные комплекты.

Реле защиты от перегрузки

имеют регулируемые диапазоны настройки тока для управления порогом срабатывания. Помимо предотвращения электрической перегрузки, они также могут обнаруживать и защищать от обрыва фазы. Поскольку эти реле часто работают в горячих средах, они допускают температуру окружающей среды до 60°C.

Реле

также поставляются с автоматическим или ручным сбросом, которые можно опломбировать для защиты от опасных сред, в которых они работают. Реле также имеют функции остановки и проверки для проверки их работоспособности при отсутствии электрического тока.

Посмотреть наш каталог устройств защиты от перегрузки

Реле защиты от перегрузки

Рекомендации по продукту

Реле защиты от перегрузки защищают от следующих аварийных ситуаций:

Перегрузка по току

Катушки двигателя изнашиваются, когда они пропускают ток, превышающий расчетный предел, и перегорают после длительного воздействия. Когда токи превышают установленные пределы, срабатывает реле защиты от перегрузки, чтобы избежать повреждений.

Обрыв фазы

Это важная категория неисправности, поскольку она является основной причиной отказов двигателя. Возникает при выходе из строя одной из фаз электропитания двигателя.

Другие

Эта разная категория охватывает различные ситуации, такие как замыкание на землю, остановку или заклинивание двигателей, дисбаланс нагрузки (в том числе под нагрузкой) и колебания напряжения.

Реле защиты от перегрузки

Продукция U.S. Tsubaki

U.S. Tsubaki предлагает следующие устройства для защиты от скачков электрического тока или крутящего момента:

• Электронные реле удара:  Эти реле защищают от скачков электрического тока как при нагрузке, так и при перегрузке. Их использование предотвратит простои из-за непредвиденных поломок и дорогостоящего ремонта. Они помогают снизить общие затраты на техническое обслуживание.
• Механические амортизаторы: Эти механические реле защищают от скачков механического крутящего момента. Скачки крутящего момента могут возникать в пыльных, влажных и высокотемпературных средах. Эти устройства отключаются, когда крутящий момент превышает пороговое значение, и снова включаются, когда скачок крутящего момента исчезает.

США Tsubaki Power Transmission, LLC является ведущим производителем и поставщиком оборудования для управления движением и передачи энергии и является дочерней компанией Tsubakimoto Chain Company со штаб-квартирой в Японии.