Čo sa stane s motorom v prípade straty fázy a jednofázovej prevádzky

Pod stratou fázy rozumieme jednofázový režim prevádzky elektromotora v dôsledku odpojenia napájania jedného z vodičov trojfázového systému.

Dôvody straty fázy z elektromotora môžu byť: prerušenie jedného z drôtov, spálenie jednej z poistiek; porucha kontaktu v jednej z fáz.

V závislosti od okolností, za ktorých došlo k strate fázy, môžu existovať rôzne režimy prevádzky elektromotora a dôsledky sprevádzajúce tieto režimy. V tomto prípade je potrebné vziať do úvahy nasledujúce faktory: schéma zapojenia vinutia elektromotora ("hviezda" alebo "trojuholník"), prevádzkový stav motora v okamihu straty fázy (môže dôjsť k strate fázy). pred alebo po zapnutí motora, pri prevádzke so záťažou), stupeň zaťaženia motora a mechanické vlastnosti pracovného stroja, počet elektromotorov pracujúcich s fázovou stratou a ich vzájomné ovplyvňovanie.

Tu by ste mali venovať pozornosť vlastnostiam uvažovaného režimu. V trojfázovom režime tečie každá fáza vinutia prúdom posunutým v čase o jednu tretinu periódy. Pri strate fázy tečú oboma vinutiami približne rovnaký prúd, v tretej fáze nie je prúd. Napriek skutočnosti, že konce vinutí sú pripojené k dvom fázovým vodičom trojfázového systému, prúdy v dvoch vinutiach sa časovo zhodujú. Tento režim prevádzky sa nazýva jednofázový.

Magnetické pole generované jednofázovým prúdom, na rozdiel od rotujúceho poľa generovaného trojfázovým systémom prúdov, pulzuje. V priebehu času sa mení, ale nepohybuje sa po obvode statora. Obrázok 1a znázorňuje vektor magnetického toku vytvorený v motore v jednofázovom režime. Tento vektor sa neotáča, mení iba veľkosť a znamienko. Kruhové pole je sploštené na priamku.

Obrázok 1. Charakteristika indukčného motora v jednofázovom režime: a — grafické znázornenie pulzujúceho magnetického poľa; b — rozklad pulzujúceho poľa na dve rotujúce; c-mechanická charakteristika indukčného motora v trojfázovom (1) a jednofázovom (2) prevádzkovom režime.

Pulzujúce magnetické pole možno považovať za pozostávajúce z dvoch polí rovnakej veľkosti, ktoré sa otáčajú smerom k sebe (obr. 1, b). Každé pole interaguje s vinutím rotora a vytvára krútiaci moment. Ich spoločné pôsobenie vytvára krútiaci moment na hriadeli motora.

V prípade, že dôjde k strate fázy pred pripojením motora k sieti, pôsobia na stacionárny rotor dve magnetické polia, ktoré tvoria dva momenty opačného znamienka, ale rovnakej veľkosti. Ich súčet bude nula.Preto, keď spustíte motor v jednofázovom režime, nemôže reverzovať, aj keď hriadeľ nie je zaťažený.

Ak dôjde k strate fázy počas otáčania rotora motora, potom sa na jeho hriadeli vytvorí krútiaci moment. Dá sa to vysvetliť nasledovne. Rotujúci rotor rôznymi spôsobmi interaguje s poľami, ktoré sa otáčajú smerom k sebe. Jeden z nich, ktorého rotácia sa zhoduje s rotáciou rotora, tvorí pozitívny (zhodný v smere) moment, druhý - negatívny. Na rozdiel od stacionárnej skrine rotora budú tieto momenty rôznej veľkosti. Ich rozdiel sa bude rovnať momentu hriadeľa motora.

Obrázok 1, c znázorňuje mechanické charakteristiky motora v jednofázovej a trojfázovej prevádzke. Pri nulových otáčkach je krútiaci moment nulový; keď sa otáča v oboch smeroch, na hriadeli motora vzniká krútiaci moment.

Ak dôjde k odpojeniu jednej z fáz počas chodu motora, keď sa jeho otáčky priblížili k menovitej hodnote, krútiaci moment často postačuje na pokračovanie prevádzky s miernym znížením otáčok. Na rozdiel od trojfázového symetrického režimu sa objavuje charakteristický hukot. Vo zvyšku neexistujú žiadne vonkajšie prejavy núdzového režimu. Osoba, ktorá nemá skúsenosti s asynchrónnymi motormi, si nemusí všimnúť zmenu charakteru prevádzky elektromotora.

Prechod elektromotora do jednofázového režimu je sprevádzaný prerozdelením prúdov a napätí medzi fázami. Ak sú vinutia motora zapojené podľa schémy "hviezda", po strate fázy sa vytvorí obvod znázornený na obrázku 2. Dve sériovo zapojené vinutia motora sú pripojené na sieťové napätie Uab, potom je motor v jedno- fázová prevádzka.

Urobme si malý výpočet, určme prúdy pretekajúce vinutím motora a porovnajme ich s prúdmi s trojfázovým napájaním.

Obrázok 2. Zapojenie vinutia motora do hviezdy po strate fázy

Pretože odpory Za a Zb sú zapojené do série, napätia fáz A a B sa budú rovnať polovici lineárneho:

Približnú hodnotu prúdu je možné určiť na základe nasledujúcich úvah.

Nábehový prúd fázy A pri strate fázy

Štartovací prúd fázy A v trojfázovom režime

kde Uao — fázové napätie siete.

Pomer nábehového prúdu:

Z pomeru vyplýva, že pri strate fázy je štartovací prúd 86% štartovacieho prúdu pri trojfázovom napájaní. Ak vezmeme do úvahy, že štartovací prúd indukčného motora vo veveričke je 6-7 krát vyšší ako nominálny, ukáže sa, že vinutím motora preteká prúd Iif = 0,86 x 6 = 5,16 Azn, tj. viac ako päťnásobok nominálnej hodnoty. V krátkom čase takýto prúd prehreje cievku.

Z vyššie uvedeného výpočtu je vidieť, že uvažovaný režim prevádzky je pre motor veľmi nebezpečný a ak k nemu dôjde, treba ochranu v krátkom čase vypnúť.

Strata fázy môže nastať aj po zapnutí motora, kedy bude mať jeho rotor rýchlosť otáčania zodpovedajúcu prevádzkovému režimu. Zvážte prúdy a napätia vinutia v prípade prechodu na jednofázový režim s rotujúcim rotorom.

Hodnota Za závisí od rýchlosti otáčania. Pri štarte, keď sú otáčky rotora nulové, je to rovnaké pre trojfázový aj jednofázový režim. V prevádzkovom režime, v závislosti od zaťaženia a mechanických vlastností motora, môže byť rýchlosť otáčania odlišná.Preto je potrebný iný prístup na analýzu prúdového zaťaženia.

Budeme predpokladať, že motor beží v trojfázovom aj jednofázovom režime. rovnakú silu. Bez ohľadu na schému zapojenia elektromotora vyžaduje pracovný stroj rovnaký výkon, aký je potrebný na uskutočnenie technologického procesu.

Za predpokladu, že výkon hriadeľa motora je rovnaký pre oba režimy, budeme mať:

v trojfázovom režime

v jednofázovom režime

kde Uа — fázové napätie siete; Uаo — napätie fázy A v jednofázovom režime, koeficienty výkonu cos φ3 a cos φ1 pre trojfázové a jednofázové režimy.

Experimenty s indukčným motorom ukazujú, že v skutočnosti sa prúd takmer zdvojnásobí. S určitou rezervou je možné uvažovať I1a / I2a = 2.

Na posúdenie stupňa nebezpečenstva jednofázovej prevádzky musíte poznať aj zaťaženie motora.

Ako prvé priblíženie budeme uvažovať prúd elektromotora v trojfázovom režime úmerný jeho zaťaženiu na hriadeli. Tento predpoklad platí pre zaťaženia nad 50 % menovitej hodnoty. Potom môžete napísať Azf = Ks NS Azn, kde Ks — faktor zaťaženia motora, Azn — menovitý prúd motora.

Jednofázový prúd I1f = 2KsNS Azn, t.j. prúd v jednofázovom režime bude závisieť od zaťaženia motora. Pri menovitom zaťažení sa rovná dvojnásobku menovitého prúdu. Pri zaťažení menšom ako 50% nevytvára strata fázy pri pripájaní vinutí motora k «hviezde» nadprúd nebezpečný pre vinutia. Vo väčšine prípadov je faktor zaťaženia motora menší ako jedna. Pri jeho hodnotách rádovo 0,6 — 0,75 treba počítať s miernym prevýšením prúdu (o 20 — 50 %) v porovnaní s nominálom.To je nevyhnutné pre fungovanie ochrany, pretože práve v tejto oblasti preťaženia nepôsobí dostatočne jasne.

Na analýzu niektorých metód ochrany je potrebné poznať napätie fáz motora. Keď je rotor zablokovaný, napätie fáz A a B sa bude rovnať polovici sieťového napätia Uab a napätie fázy C bude nulové.

V opačnom prípade sa napätie rozloží, keď sa rotor otáča. Faktom je, že jeho rotácia je sprevádzaná tvorbou rotujúceho magnetického poľa, ktoré pôsobí na vinutia statora a spôsobuje v nich elektromotorickú silu. Veľkosť a fáza tejto elektromotorickej sily sú také, že pri rýchlosti otáčania blízkej synchrónnej sa na vinutiach obnoví symetrický trojfázový napäťový systém a hviezdicové neutrálne napätie (bod 0) sa stane nulovým. Pri zmene rýchlosti rotora z nuly na synchrónnu v jednofázovom režime prevádzky sa teda napätie fáz A a B zmení z hodnoty rovnajúcej sa polovici vedenia na hodnotu rovnajúcu sa fázovému napätiu siete. Napríklad v systéme s napätím 380/220 V sa napätie fáz A a B mení v rozmedzí 190 — 220 V. Napätie Uco sa mení z nuly pri zablokovanom rotore na fázové napätie 220 V so synchrónnou rýchlosťou. Pokiaľ ide o napätie v bode 0, mení sa z hodnoty Uab / 2 — na nulu pri synchrónnej rýchlosti.

Ak sú vinutia motora zapojené do trojuholníka, po strate fázy budeme mať schému zapojenia znázornenú na obrázku 3. V tomto prípade sa ukáže, že vinutie motora s odporom Zab je pripojené k sieťovému napätiu Uab a vinutie s odpormi Zfc a Zpr.— zapojené do série a pripojené k rovnakému sieťovému napätiu.

Obrázok 3. Zapojenie vinutia motora do trojuholníka po strate fázy

V štartovacom režime bude cez vinutia AB pretekať rovnaký prúd ako v trojfázovej verzii a polovica prúdu bude prechádzať vinutiami AC a BC, keďže tieto vinutia sú zapojené do série.

Prúdy v lineárnych vodičoch I'a =I'b sa budú rovnať súčtu prúdov v paralelných vetvách: I'A = I'ab + I'bc = 1,5 Iab

V uvažovanom prípade so stratou fázy sa teda štartovací prúd v jednej z fáz bude rovnať štartovaciemu prúdu s trojfázovým napájaním a prúd vedenia sa zvyšuje menej intenzívne.

Na výpočet prúdov v prípade straty fázy po spustení motora sa používa rovnaká metóda ako pre obvod "hviezda". Budeme predpokladať, že motor vyvinie rovnaký výkon v trojfázovom aj jednofázovom režime.

V tomto režime prevádzky je prúd v najviac zaťaženej fáze s fázovou stratou dvojnásobný v porovnaní s prúdom s trojfázovým napájaním. Prúd v linkovom vodiči bude Ia 'A = 3Iab a pri trojfázovom napájaní Ia = 1,73 Iab.

Tu je dôležité poznamenať, že zatiaľ čo sa fázový prúd zvýši o faktor 2, prúd vo vedení sa zvýši iba o faktor 1,73. To je nevyhnutné, pretože nadprúdová ochrana reaguje na prúdy vo vedení. Výpočty a závery týkajúce sa vplyvu faktora zaťaženia na jednofázový prúd pri zapojení «hviezda» zostávajú v platnosti pre prípad «trojuholníka» obvodu.

Fázové napätie AC a BC bude závisieť od rýchlosti rotora. Keď je rotor zablokovaný Uac '= Ub° C' = Uab / 2

Pri rýchlosti otáčania rovnej synchrónnej sa obnoví symetrický systém napätí, t.j. ac '= Ub° C' = Uab.

Fázové napätie AC a BC sa teda pri zmene rýchlosti otáčania z nuly na synchrónnu zmení z hodnoty rovnajúcej sa polovici sieťového napätia na hodnotu rovnajúcu sa sieťovému napätiu.

Prúdy a napätia fáz motora v jednofázovej prevádzke tiež závisia od počtu motorov.

Strata fázy často nastane, keď vyhorí jedna z poistiek na rozvodni alebo rozvádzači. Výsledkom je, že skupina používateľov je v jednofázovom režime a vzájomne komunikuje. Rozloženie prúdov a napätí závisí od výkonu jednotlivých motorov a ich zaťaženia. Tu sú možné rôzne možnosti. Ak sú výkony elektromotorov rovnaké a ich zaťaženie je rovnaké (napríklad skupina výfukových ventilátorov), potom môže byť celá skupina motorov nahradená ekvivalentným.

Núdzové režimy asynchrónnych elektromotorov a spôsoby ich ochrany