Аварийный режим работы асинхронного двигателя - Автомобильный журнал
Arskama.ru

Автомобильный журнал
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Аварийный режим работы асинхронного двигателя

Токовые перегрузки и их влияние на работу и срок службы электродвигателей

Анализ повреждений асинхронных двигателей показывает, что основной причиной их выхода из строя является разрушение изоляции из-за перегрева.

Перегрузка электротехнического изделия (устройства) — превышение фактического значения мощности или тока электротехнического изделия (устройства) над номинальным значением. (ГОСТ 18311-80).

Температура нагрева обмоток электродви гателя зависит от теплотехнических характеристик двигателя и параметров окружающей среды. Часть выделяемого в двигателе тепла идет на нагрев обмоток, а остальное отдается в окружающую среду. На процесс нагрева влияют такие физические параметры, как теплоемкость и теплоотдача .

В зависимости от теплового состояния электродвигателя и окружающего воздуха степень их влияния может быть различной. Если разность температур двигателя и окружающей среды невелика, а выделяемая энергия значительна, то ее основная часть поглощается обмоткой, сталью статора и ротора, корпусом двигателя и другими его частями. Происходит интенсивный рост температуры изоляции . По мере нагрева все больше проявляется влияние теплоотдачи. Процесс устанавливается после достижения равновесия между выделяемым теплом и теплом, отдаваемым в окружающую среду.

Повышение тока сверх допустимого значения не сразу приводит к аварийному состоянию . Требуется некоторое время, прежде чем статор и ротор нагреются до предельной температуры. Поэтому нет необходимости в том, чтобы защита реагировала на каждое превышение тока. Она должна отключать машину только в тех случаях, когда возникает опасность быстрого износа изоляции.

С точки зрения нагрева изоляции большое значение имеют величина и длительность протекания токов, превышающих номинальное значение. Эти параметры зависят прежде всего от характера технологического процесса.

Перегрузки электродвигателя технологического происхождения

Перегрузки электродвигателя, вызванные периодическим увеличением момента на валу рабочей машины. В таких станках и установках мощность электродвигателя все время изменяется. Трудно заметить сколько-нибудь длительный промежуток времени, в течение которого ток оставался бы неизменным по величине. На валу двигателя периодически возникают кратковременные большие моменты сопротивления, создающие броски тока.

Такие перегрузки обычно не вызывают перегрева обмоток электродвигателя, имеющих сравнительно большую тепловую инерцию. Однако при достаточно большой длительности и неоднократной повторности создается опасный нагрев электродвигателя. Защита должна «различать» эти режимы. Она не должна реагировать на кратковременные толчки нагрузки.

В других машинах могут возникать сравнительно небольшие, но длительные перегрузки. Обмотки электродвигателя постепенно нагреваются до температуры, близкой к предельно допустимому значению. Обычно электродвигатель имеет некоторый запас по нагреву, и небольшие превышения тока, несмотря на продолжительность действия, не могут создать опасной ситуации. В этом случае отключение не обязательно. Таким образом, и здесь защита электродвигателя должна «различать» опасную перегрузку от неопасной.

Аварийные перегрузки электродвигателя

Кроме перегрузок технологического происхождения , могут быть аварийные перегрузки , возникающие по другим причинам (авария в питающей линии, заклинивание рабочих органов, снижение напряжения и др.). Они создают своеобразные режимы работы асинхронного двигателя и выдвигают свои требования к средствам защиты . Рассмотрим поведение асинхронного двигателя в характерных аварийных режимах.

Перегрузки при длительном режиме работы с постоянной нагрузкой

Обычно электродвигатели выбирают с некоторым запасом по мощности. Кроме того, большую часть времени машины работают с недогрузкой. В результате ток двигателя часто значительно ниже номинального значения. Перегрузки возникают, как правило, при нарушениях технологии, поломках, заедании и заклинивании в рабочей машине.

Такие машины, как вентиляторы, центробежные насосы, ленточные и шнековые транспортеры, имеют спокойную постоянную или слабо изменяющуюся нагрузку. Кратковременные изменения подачи материала практически не влияют на нагрев электродвигателя. Их можно не принимать во внимание. Иное дело, если нарушения нормальных условий работы остаются на длительное время.

Большинство электроприводов имеет определенный запас мощности. Механические перегрузки прежде всего вызывают поломки деталей машины. Однако, принимая во внимание случайный характер их возникновения, нельзя быть уверенным, что при определенных обстоятельствах окажется перегруженным и электродвигатель. Например, это может случиться с двигателями шнековых транспортеров. Изменение физико-механических свойств транспортируемого материала (влажность, крупность частиц и т. д.) немедленно отражается на мощности, требуемой на его перемещение. Защита должна отключать электродвигатель при возникновении перегрузок, вызывающих опасный перегрев обмоток.

С точки зрения влияния длительных превышений тока на изоляцию следует различать два вида перегрузок по величине: сравнительно небольшие (до 50%) и большие (более 50%).

Действие первых проявляется не сразу, а постепенно, в то время как последствия вторых проявляются через короткое время. Если превышение температуры над допустимым значением невелико, то старение изоляции происходит медленно. Небольшие изменения в структуре изолирующего материала накапливаются постепенно. По мере возрастания температуры процесс старения значительно ускоряется.

Считают, что перегрев сверх допустимого на каждые 8 — 10°С сокращает срок службы изоляции обмоток электродвигателя в два раза. Таким образом, перегрев на 40°С сокращает срок службы изоляции в 32 раза! Хоть это и много, но обнаруживается оно после многих месяцев эксплуатации.

При больших перегрузках (более 50%) изоляция быстро разрушается под действием высокой температуры.

Для анализа процесса нагрева воспользуемся упрощенной моделью двигателя. Повышение тока вызывает увеличение переменных потерь. Обмотка начинает нагреваться. Температура изоляции изменяется в соответствии с графиком на рисунке. Величина установившегося превышения температуры зависит от величины тока.

Через некоторое время после возникновения перегрузки температура обмоток достигает допустимого для данного класса изоляции значения. При больших перегрузках оно будет короче, при малых — длиннее. Таким образом, каждому значению перегрузки будет соответствовать свое допустимое время, которое можно считать безопасным для изоляции.

Зависимость допустимой длительности перегрузки от ее величины называется перегрузочной характеристикой электродвигателя . Теплофизические свойства электродвигателей разных типов имеют некоторые отличия, также отличаются и их характеристики. На рисунке сплошной линией показана одна из таких характеристик.

Перегрузочная характеристика электродвигателя (сплошная линия) и желаемая характеристика защиты (пунктирная линия)

Из приведенной характеристики можно сформулировать одно из основных требований к защите перегрузок, действующей в зависимости от тока. Она должна срабатывать в зависимости от величины перегрузки. Э дает возможность исключить ложные срабатывания при неопасных бросках тока, возникающие, например, при пуске двигателя. Защита должна срабатывать только при попадании в область недопустимых значений тока и длительности его протекания. Ее желаемая характеристика, показанная на рисунке пунктирной линией, должна всегда располагаться под перегрузочной характеристикой двигателя.

На работу защиты влияет ряд факторов (неточность настройки, разброс параметров и др.), в результате действия которых наблюдаются отклонения от средних значений времени срабатывания. Поэтому пунктирную кривую на графике следует рассматривать как некую среднюю характеристику. Для того чтобы в результате действия случайных факторов характеристики не пересеклись, что вызовет неправильное отключение двигателя, необходимо обеспечить определенный запас. Фактически приходится иметь дело не с отдельной характеристикой, а с защитной зоной, учитывающей разброс времени срабатывания защиты.

С точки зрения точного действия защиты электродвигателя желательно, чтобы обе характеристики были по возможности близки одна к другой. Это позволит избежать ненужное отключение при перегрузках, близких к допустимым. Однако при наличии большого разброса обеих характеристик достигнуть этого невозможно. Для того чтобы не попасть в зону недопустимых значений тока при случайных отклонениях от расчетных параметров, необходимо обеспечить определенный запас.

Характеристика защиты должна располагаться на некотором расстоянии от перегрузочной характеристики двигателя, чтобы исключить их взаимное пересечение. Но при этом получается проигрыш в точности действия защиты электродвигателя.

В области токов, близких к номинальному значению, появляется зона неопределенности. При попадании в эту зону нельзя точно сказать, сработает защита или нет.

Такой недостаток отсутствует у защиты, действующей в функции температуры обмоток. В отличие от токовой защиты она действует в зависимости от причины, вызывающей старение изоляции, ее нагрева. При достижении опасной для обмотки температуры она отключает двигатель независимо от причины, вызвавшей нагрев. Это — одно из главных достоинств температурной защиты .

Читать еще:  Высокие обороты двигателя ваз 21124

Однако не следует преувеличивать недостаток токовой защиты. Дело в том, что двигатели имеют определенный запас по току. Номинальный ток электродвигателя всегда ниже того тока, при котором температура обмоток достигает допустимого значения. Его устанавливают, руководствуясь экономическими расчетами. Поэтому при номинальной нагрузке температура обмоток двигателя ниже допустимого значения. За счет этого и создается тепловой резерв двигателя, который в определенной степени компенсирует недостаток тепловых реле.

Многие факторы, от которых зависит тепловое состояние изоляции, имеют случайные отклонения. В связи с этим уточнения характеристик не всегда дают желаемый результат.

Перегрузки при переменном длительном режиме работы

Некоторые рабочие органы и механизмы создают нагрузку, изменяющуюся в больших пределах, как, например, в машинах для дробления, измельчения и других аналогичных операций. Здесь периодические перегрузки сопровождаются недогрузками вплоть до работы на холостом ходу. Каждое увеличение тока, взятое в отдельности, не приводит к опасному росту температуры. Однако, если их много и они повторяются достаточно часто, действие повышенной температуры на изоляцию быстро накапливается.

Процесс нагрева электродвигателя при переменной нагрузке отличается от процесса нагрева при постоянной или слабо выраженной переменной нагрузке. Различие проявляется как в ходе изменения температуры, так и в характере нагрева отдельных частей машины.

Вслед за изменениями нагрузки изменяется и температура обмоток. Из-за тепловой инерции двигателя колебания температуры имеют меньший размах. При достаточно высокой частоте нагрузки температуру обмоток можно считать практически неизменяющейся. Такой режим работы будет эквивалентен длительному режиму с постоянной нагрузкой. При низкой частоте (порядка сотых долей герца и ниже) колебания температуры становятся ощутимыми. Периодические перегревы обмотки могут сократить срок службы изоляции.

При больших колебаниях нагрузки с низкой частотой электродвигатель постоянно находится в переходном процессе. Температура его обмотки изменяется вслед за колебаниями нагрузки. Так как отдельные части машины имеют разные теплофизические параметры, то каждая из них нагревается посвоему.

Протекание тепловых переходных процессов при изменяющейся нагрузке — явление сложное и не всегда поддается расчету. Поэтому о температуре обмоток двигателя нельзя судить по току, протекающему в данный момент времени. Ввиду того, что отдельные части электродвигателя нагреваются по-разному, внутри электродвигателя происходят перетоки тепла из одной ее части в другие. Может быть и так, что после отключения электродвигателя температура обмоток статора будет расти за счет тепла, поступающего от ротора. Таким образом, величина тока может и не отражать степень нагрева изоляции. Следует также принять во внимание, что при некоторых режимах ротор будет нагреваться более интенсивно, а охлаждаться менее интенсивно, чем статор.

Сложность процессов теплообмена затрудняет контроль нагрева электродвигателя . Даже непосредственное измерение температуры обмоток может при некоторых условиях дать погрешность. Дело в том, что при неустановившихся тепловых процессах температура нагрева различных частей машины может быть разной и измерение в одной точке не может дать истинной картины. Тем не менее по сравнению с другими методами измерение температуры обмотки дает более точный результат.

Повторно-кратковременный режим работы можно отнести к наиболее неблагоприятному с точки зрения действия защиты. Периодическое включение в работу предполагает возможность кратковременной перегрузки двигателя. При этом величина перегрузки должна быть ограничена по условию нагрева обмоток не выше допустимого значения.

Защита, «следящая» за состоянием нагрева обмотки, должна получать соответствующий сигнал. Так как в переходных режимах ток и температура могут не соответствовать друг другу, то защита, действие которой основано на измерении тока, не может выполнять свою роль должным образом.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Поддержка

10 простых советов по продлению срока службы двигателя

«Вечный двигатель» или 10 советов, как продлить его срок службы

Искать ответ на вопрос как долго вам прослужит электродвигатель нужно не в ходе его эксплуатации, а намного раньше. Правильный выбор машины с учетом условий и регулярности ее применения — верный залог того, что она будет работать долго, надежно и эффективно. При этом, конечно, не стоит забывать о соблюдении рекомендаций по эксплуатации, грамотном монтаже и профессиональном обслуживании машины. Именно эти параметры будут определяющими в продолжительности ее жизни.

Теперь рассмотрим каждый из них подробнее и дадим еще несколько советов, на что стоит обратить внимание при эксплуатации электродвигателя, чтобы срок его службы был максимально долгим.

1. Покупайте правильный электродвигатель

Чтобы не приобрести очередную «головную боль» (в виде электродвигателя) на свой объект, посоветуйтесь со своими механиками. Именно эти люди будут сутки напролет обхаживать и заботиться о двигателях, чтобы машина не подвела в самый неподходящий момент. Они профессионалы и подберут то, что необходимо, а не то, что дешево или выгодно. Они умеют правильно, и главное — технически грамотно:

  • определить производителя и серию двигателя;
  • указать необходимую мощность и обороты;
  • уточнить вопрос по рабочему напряжению, способу монтажа, климатическому исполнению;
  • обратить внимание на значения КПД и cos φ;
  • указать дополнительные требования к машине.

В том случае, если вы живете по правилу — доверяй, но поверяй — можете совершенно бесплатно получить необходимые рекомендации у наших специалистов.

2. Установите прямую связь со специалистами завода-изготовителя

Это позволит вам напрямую с разработчиками электродвигателя технически грамотно и быстро решать все вопросы, связанные с обслуживанием и ремонтом. Предоставляя обратную связь производителю, вы, хотите того сами или нет, делаете неоценимый вклад в повышения уровня качества производимой производителями продукции.

3. Соблюдайте технику безопасности при проведении монтажных работ и советы по эксплуатации

Установка электродвигателя производится, как правило, с помощью кранов или ручных лебедок, а также талей и других устройств, расположенных над местом его эксплуатации. Обязательно проверяйте возможности их нагрузки!

Также не забывайте, что центровка электродвигателей с технологической машиной, проверка воздушных зазоров, замена смазки в подшипниках, подгонка и регулировка щеток у электродвигателя с фазным ротором, проверка сопротивления изоляции обмоток должны происходить только при отключенном рубильнике, вынутых плавких вставках предохранителей на питающей линии с вывешиванием запрещающего плаката на рубильнике.

При монтаже необходимо обратить особое внимание на состояние электродвигателя и не допускать использования инструмента, имеющего дефекты.

4. Своевременно выполняйте регламентные работы

В первую очередь, проводите регулярный внешний осмотр во время работы двигателя. Эта мера носит профилактический характер, но очень важна. Она позволит предупредить возникновение неисправностей и, как следствие, предотвратить сбой в работе. Во время проведения осмотра очищается поверхность электродвигателя, производится затяжка болтовых соединений и крепления заземлений.

Не менее важно проведение работ по контролю основных параметров электрической машины. Сюда входят замер токов и проверка их на соответствие заводским параметрам. Перегрузка двигателя значительно сокращает срок его службы. Также необходимо убедиться в отсутствии посторонних шумов и вибрации, в том, что двигатель смазан, а его температура не превышает допустимые нормы (подробнее п. 7, 10).

5. Выбирайте энергоэффективные двигатели

Основным показателем энергоэффективности электродвигателя является его коэффициент полезного действия (далее КПД), который рассчитывается по формуле:

где Р2 — полезная мощность на валу электродвигателя,

Р1 — активная мощность, потребляемая электродвигателем из сети,

ΔP — суммарные потери, возникающие в электродвигателе.

Как мы видим, чем выше КПД (и соответственно ниже потери), тем меньше энергии потребляет электродвигатель из сети для создания полезной мощности.

Читать еще:  Что можно сделать из двигателя дворников

Согласно эмпирическому закону срок службы изоляции уменьшается в два раза при увеличении температуры на 100 °C. Таким образом, срок службы двигателя с повышенной энергоэффективностью несколько больше, так как потери и нагрев меньше.

6. Применяйте электродвигатели с преобразователями частоты

Преобразователи частоты позволяют регулировать скорость вращения электродвигателя за счет изменения входной частоты. Это позволяет сэкономить как минимум 30% электроэнергии по сравнению с традиционными способами управления двигателями. Например, если снизить рабочую частоту всего на 20% (с 50 до 40 Гц), то потребление электроэнергии уменьшится вдвое!

Помимо энергосбережения преобразователи частоты увеличивают срок службы электродвигателя, повышают надежность всей системы, не требуют технического обслуживания.

7. Контролируйте температуру двигателя

Нормативный срок службы электродвигателя определяется допустимой температурой нагрева его изоляции. В современных двигателях применяется несколько классов изоляции, допустимая температура нагрева которых составляет:

  • Класс В — 130 °C,
  • Класс F — 155 °C,
  • Класс H — 180 °C.

Превышение допустимой температуры ведет к преждевременному разрушению изоляции и существенному сокращению срока его службы.

8. Следите за обмоткой электродвигателя

Здесь есть два варианта развития событий:

  • обрыв обмотки в треугольнике,
  • обрыв обмотки в звезде.

Рассмотрим каждый из них.

Обрыв обмотки в «треугольнике». Из практики известно, что оборванная обмотка никак не мешает нормальной работе электродвигателя. Оставшиеся две обмотки берут на себя всю мощность через подсоединение к сети по топологии «открытый треугольник». В результате двигатель набирает обороты, держит нагрузку, но происходит чрезмерный нагрев двух подключенных фаз. При относительно долгой эксплуатации асинхронного силового агрегата под нагрузкой на валу в таком неверном режиме включения происходит неминуемое выгорание задействованных обмоток статора.

Обрыв обмотки в «звезде». Обрыв обмотки статора в трехфазном электродвигателе, включенном в сеть по топологии «звезда», приводит к тому, что машина отказывается запускаться, если ее остановить. Двигатель греется, издает неприятный гул, вибрирует ротором, но не запускается. Обрыв обмотки приводит к тому, что не образуется вращающееся магнитное поле. Безусловно, двигатель можно запустить, но для этого необходимо предварительно раскрутить вал ротора. Естественно, возрастает электропотребление, шум, а также общий износ двигателя.

Единственно верное решение проблемы обрыва обмотки — это нахождение дефектной обмотки и ее перемотка. Любая скрутка, спайка внутри обмотки неприемлема. Лучше и надежнее перемотать всю обмотку, сохраняя число витков, а также сечение обмоточной проволоки.

9. Особое внимание — аварийный режим!

Многолетний опыт эксплуатации электродвигателей показал, что большинство существующих защит не обеспечивают безаварийную работу электродвигателя. Например, тепловые реле рассчитывают на длительную перегрузку 25-30% от номинальной. Но чаще всего они срабатывают при обрыве одной фазы при нагрузке 60% от номинальной. При меньшей нагрузке реле не срабатывает, электродвигатель продолжает работать на двух фазах и выходит из строя в результате перегрева изоляции обмоток.

Правильный выбор защитного устройства — это важный фактор в обеспечении безопасной эксплуатации электродвигателя. Приборы защиты электродвигателя от аварийных режимов можно разделить на несколько видов:

  • тепловые защитные устройства — тепловые реле, расцепители;
  • защитные устройства от сверхтоков — плавкие предохранители, автоматы;
  • термочувствительные защитные устройства — термисторы, термостаты;
  • защита от аварий в электросети — реле напряжения и контроля фаз, мониторы сети;
  • приборы МТЗ (максимальной токовой защиты), электронные токовые реле;
  • комбинированные устройства защиты.

При выборе релейной защиты проконсультируйтесь со специалистом.

10. Обращайте внимание на вибрацию и шум

Обращайте самое пристальное внимание на такие параметры электрической машины как вибрация и шум. Если они не в пределах нормы, то свидетельствуют о механической неисправности. Очень важно вовремя уловить данные изменения в работе машины, определить причины возникновения, и конечно же устранить их.

Если самостоятельно решить данный вопрос не получается, рекомендуем обращаться напрямую к производителям, обладающим необходимым оборудованием, и специалистам, регулярно решающими подобного рода задачи. Это сэкономит вам время и деньги!

Аварийные режимы работы электродвигателей

Содержание

  1. Короткое замыкание и его виды
  2. Воздействие тепловых перегрузок
  3. Защита электродвигателей

Аварийные режимы работы электродвигателей связаны с тем, что необходимая мощность оборудования определяется, исходя из нормальных расчетных условий (некой средней величины, которая выводится аналитическим или экспериментальным путем). При этом процесс эксплуатации в реальных условиях может сопровождаться непредусмотренными перегрузками. Поскольку закладывать избыточный резерв мощности экономически нецелесообразно, вероятны ситуации, которые (если не отключить двигатель) могут повлечь за собой выход устройства из строя, вследствие таких проблем, как:

  • пробой или прогорание изоляционного слоя;
  • механические повреждения и пр.

Аварийные режимы работы электродвигателей: короткое замыкание и его виды

Пробой или перекрытие изоляции может привести к возникновению короткого замыкания, которое представляет собой наиболее опасную разновидность аварийного режима. Случаи замыканий различают по локализации. Местом возникновения проблемы может стать:

  • цепь управления;
  • внешняя силовая цепь;
  • обмотки (здесь возможны однофазные, многофазные, а также витковые замыкания).

Аварийный режим такого типа характеризуется возрастанием величины тока в десятки и даже в сотни раз по сравнению с показателями тока в нормальном режиме, что представляет угрозу для стандартной эксплуатации токоведущих частей по причине значительного теплового и динамического воздействия.

Воздействие тепловых перегрузок

Двигатели могут переходить в аварийный режим работы вследствие тепловой перегрузки, которая обычно является результатом прохождения повышенных токов по обмоткам агрегата. Причиной перегрузок могут стать:

  • тяжелые условия при запуске;
  • работа при пониженном напряжении в сети;
  • застопоривание перегруженного двигателя;
  • обрыв провода (в обмотке);
  • снижение эффективности охлаждения двигателя и пр.

Тепловые перегрузки вызывают ускоренное разрушение изоляции электродвигателя, что, в свою очередь, может привести к короткому замыканию и спровоцировать возгорание.

Защита электродвигателей

Во избежание перехода оборудования в аварийный режим работы, следует правильно выбирать электродвигатель с точки зрения таких параметров, как номинальная мощность и рекомендованный порядок эксплуатации. Также к непременным условиям бесперебойной работы двигателя относятся:

  • правильность составления электросхемы;
  • отлаженная пускорегулирующая аппаратура;
  • подбор кабелей и проводов с нужными характеристиками;
  • соблюдение технологических требований в процессе монтажа и эксплуатации.

Современные средства защиты электродвигателей представляют собой результат совместного анализа таких аспектов, как:

  • физические явления, сопутствующие перегреву двигателя;
  • характеристики изоляции;
  • процессы, происходящие во время аварийных режимов;
  • принципы работы защитных устройств.

Выбор устройств защиты для определенной модели электродвигателя осуществляется с учетом практических условий эксплуатации оборудования.

5.2. Аварийные пожароопасные режимы работы электродвигателей

Аварийным режимом работы электродвигателя будем называть любой режим работы, увеличивающий температуру нагрева электродвигателя выше допустимой. Необнаруженный аварийный режим работы электродвигателя может привести к его загоранию. Аварийные режимы работы электродвигателей возникают из-за снижения или увеличения питающего напряжения при номинальной нагрузке на валу, увеличении нагрузки на валу выше номинальной, обрыве одной фазы, снижении межвиткового сопротивления изоляции статорных обмоток; ухудшении вентиляции, увеличении числа включений выше допустимого.

В подавляющем большинстве случаев аварийные отказы электродвигателей происходят из-за повреждения обмоток – 85-95 %. Основные отказы обмоток обусловлены межвитковыми замыканиями – 93 % [43].

Рис.5.2. Зависимость перегрева обмотки статора двигателя от напряжения электросети при номинальной нагрузке:

1– 4АХ80В2У3;2– 4АХ80А4У3;3– 4А100У3

На рис. 5.2 приведены зависимости температуры обмотки статора электродвигателя от напряжения питающей сети при номинальной нагрузке на валу. Из рисунка видно, что снижение питающего напряжения и увеличение его приводят к возрастанию температуры электродвигателя. Поясним физическую сущность этих явлений. Для обеспечения вращающего момента двигателя, преодолевающего номинальную механическую нагрузку на валу, требуется номинальная электрическая мощность, потребляемая обмотками статора из сети трехфазного тока. При снижении напряжения питания статорных обмоток электрическая мощность уменьшится, вращающий момент также уменьшится, ротор сбавит число оборотов, в результате чего в обмотке ротора возрастает наводимая ЭДС индукции и увеличивается соответственно ток, который, в свою очередь, увеличит свой магнитный поток. А так как магнитный поток ротора направлен навстречу магнитному потоку статора, результирующий магнитный поток должен уменьшиться, и ЭДС самоиндукции в обмотках статора также уменьшится. Следовательно, ток в статорных обмотках увеличится на величину, необходимую для компенсации потерянной электрической мощности из-за снижения питающего напряжения статорных обмоток. За счет большего тока статора результирующий магнитный поток возрастает до прежней величины. Момент, вращающий электродвигатель, станет равным моменту нагрузки на валу; двигатель будет работать с меньшим числом оборотов.

Читать еще:  Чери фора как крепиться двигатель

Снижение напряжения, питающего обмотки статора, на 20 – 25 % приводит к пожароопасному увеличению тока в обмотках статора. При увеличении напряжения, питающего статорные обмотки, ток в них также увеличится, а следовательно, увеличится и температура нагрева электродвигателя.

Обрыв провода одной из трех фаз обмотки статора (при работающем под нагрузкой электродвигателе) приводит к токовой перегрузке двух оставшихся фаз. Если при этом не сработает тепловая защита, пожароопасное превышение температуры наступит за несколько минут. На рис. 5.3 приведены зависимости температуры электродвигателя для случая обрыва одной фазы и при перегрузке.

Рис. 5.3. Превышение температуры

асинхронного двигателя 4АХ80А4У3:

1– при обрыве фазы;2– при перегрузке (Iп= 2Iном)

Еще более пожароопасный режим наступает, когда электродвигатель включается в работу при обрыве одной фазы. Нарастание температуры при этом происходит в течение 10 — 20 с после включения электродвигателя под напряжение (см. рис. 5.3). Характерным признаком работы электродвигателя на двух фазах является гудение.

Пробой изоляции обмотки ротора на корпус приводит к медленному увеличению частоты вращения при пуске асинхронного двигателя. Ротор сильно нагревается даже при небольшой нагрузке. К таким же явлениям приводит нарушение изоляции между контактными кольцами и валом ротора у асинхронного двигателя с фазным ротором.

Пробой изоляции между фазами приводит к короткому замыканию в обмотке. При КЗ обмотки статора наблюдаются сильные вибрации двигателя переменного тока, сильное гудение, несимметрия токов в фазах, быстрый нагрев отдельных участков обмотки и как результат – загорание изоляции обмотки.

Витковое короткое замыкание обмотки статора или ротора приводит к чрезмерному нагреву электродвигателя даже при номинальной нагрузке.

Отрыв стержня короткозамкнутой обмотки ротора приводит к повышенным вибрациям, уменьшению частоты вращения под нагрузкой, пульсациям тока статора последовательно во всех фазах.

Нарушение контактов пазных или сварных соединений в асинхронных двигателях эквивалентно по своему проявлению обрыву витков, стержней короткозамкнутых обмоток или фазы обмотки в зависимости от места нахождения данного соединения. Нарушение контакта в цепи щеток приводит к повышенному искрению между контактными кольцами и щетками. А в электродвигателях коллекторных переменного тока и машинах постоянного тока такое искрение имеет место между щетками и коллектором.

Недопустимое снижение сопротивления изоляции может быть в результате сильного загрязнения изоляции, увлажнения и частичного разрушения, вызванных старением изоляции, и как следствие – ее пробой и короткое замыкание.

Нарушение межлистовой изоляции сердечников магнитопроводов приводит к недопустимому повышению температуры отдельных участков магнитопровода и всего магнитопровода в целом, повышенному нагреву обмоток, выгоранию части магнитопровода (пожар в стали).

Засорение охлаждающих (вентиляционных) каналов приводит к недопустимому нагреву электродвигателя или отдельных его частей.

Выработка коллектора и контактных колец приводит к ухудшению коммутации, быстрому износу щеток и повышенному нагреву контактных колец и коллектора и сильному искрению (вплоть до «кругового огня»).

Электродвигатели чаще всего повреждаются из-за недопустимо длительной работы без ремонта (износ), плохого хранения и обслуживания, нарушения режима работы, на который они рассчитаны.

Одним из относительно слабых мест электрической машины является подшипниковый узел, особенно в скоростных машинах, 2-5 % электродвигателей отказывают из-за повреждения подшипников [43]. Более 80 % подшипников качения выходят из строя вследствие разрушений усталостного характера, а в подшипниках скольжения может быть выплавлена баббита. Все это приводит к нарушению соосности валов электродвигателя и механизма, к появлению эксцентриситета ротора. Нередко отказ подшипниковых узлов приводит к пожароопасному температурному перегреву этих узлов и всего корпуса электродвигателя. Кроме того, возникающие в подшипниках большие трения увеличивают тормозной момент (нагрузку) на валу, отчего возрастает ток в обмотках статора и температура нагрева возрастает до пожароопасной.

Условия нагрева различных частей электродвигателей разные: нагрев подшипников определяется в основном потерями энергии в них и мало зависит от нагрева обмоток; нагрев обмотки статора определяется не только потерями энергии в самой обмотке, но и потерями в обмотке ротора и в стали магнитопроводов. Для приближенной оценки нагрева электродвигателя можно воспользоваться упрощенной моделью нагрева однородного тела, потери энергии в котором равны потерям в данном электродвигателе.

Предположим, потери мощности в электродвигателе, включая все потери, равны Р. Тогда за элементарный промежуток времени потери энергии составят Рdt. При теплоемкости электродвигателя с энергия, идущая на нагрев тела от повышения температуры на dT, составит сdТ. Другая часть этой энергии отдается в окружающую среду, например, окружающему воздушному пространству путем прямой теплопередачи, излучения и конвекции.

Отдача тепла зависит от разности температур нагретого тела и окружающего пространства, превышения температуры Т и площади охлаждаемой поверхности S. Отдача теплоты прямой теплопередачей пропорциональна Т. Количество теплоты, отдаваемой излучением, для абсолютно черного тела пропорционально разности температур нагретого тела и окружающей среды в четвертой степени. В узком диапазоне температур можно считать отдачу теплоты приблизительно Т. Отдача теплоты конвекцией изменяется по сложному закону с изменением Т. В узком диапазоне температур можно также считать отдачу теплоты пропорциональной Т. При этих упрощениях можно определить отдачу теплоты телом за элементарный промежуток времени kSTdt, где k – коэффициент теплоотдачи, равный количеству энергии в джоулях, отдаваемой с охлаждающейся поверхности площадью 1 м 2 за 1 с при превышении температуры на один градус.

Уравнение нагрева однородного тела выглядит так:

Pdt = cdT + kSTdt. (5.7)

Разделив обе части уравнения на kSdt, получим

Т + (c/kS) (dT/dt) = P/kS. (5.8)

По окончании процесса изменения температуры dT/dt = 0 и Туст = Р/(kS), т.е. правая часть последнего выражения при Р=const определяет установившееся превышение температуры Туст.

Величину с/(kS), измеряемую в Дж о Сс, назовем постоянной времени нагрева н. С учетом этих замечаний получим

Т+[н(dT/dt)] = Tуст. (5.9)

Решение этого уравнения будет иметь следующий вид:

Т = Т1 + T2 (1), (5.10)

где Т1 – начальное превышение температуры тела; Т2 – конечное установившееся превышение температуры при данных потерях Р.

Если Т1 = 0, т.е. температура электродвигателя в начале работы не отличалась от температуры окружающей среды, электродвигатель к началу работы полностью охладился, и выражение для Т имеет вид

Т = Т2 (1). (5.11)

Превышение температуры при работе возрастает по экспоненциальному закону; постоянная времени н может быть определена графическим построением. Установившееся превышение температуры достигается при t  , практически температура устанавливается по истечении времени t  (3  4)н.

Постоянные времени нагрева имеют значение от нескольких минут, для электродвигателей малой мощности, до нескольких часов, для мощных электродвигателей.

Как видно из краткой характеристики отказов двигателей, их можно разделить на две категории (по причине появления отказа) – электрические и механические. Все они могут обусловливать аварийные пожароопасные режимы их работы. Поэтому в процессе эксплуатации электродвигателей важное значение имеет выполнение и соблюдение сроков планово-предупредительных осмотров и ремонтов [10].

Взрывозащищенные электродвигатели имеют худшие условия охлаждения. Поэтому контроль и профилактика условий и режимов эксплуатации взрывозащищенных электродвигателей должны быть безупречными в соответствии с установленными для конкретных условий регламентами и требованиями гл. 3.4 [10].

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector