ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЗАЩИТ, ПРИМЕНЯЕМЫХ НА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯХ
Наиболее частыми повреждениями в электродвигателях являются междуфазные к. з. в обмотках статора. Междуфазные к. з. вызывают значительные разрушения и сопровождаются понижением напряжения в питающей сети с нарушением нормальной работы остальных потребителей. Поэтому защита электродвигателей от междуфазных повреждений является обязательной.
Однофазные замыкания обмотки статора на землю менее опасны, так как сети, от которых питаются электродвигатели, как правило, работают с изолированными нейтралями. Защита электродвигателей от замыкания на землю устанавливается в тех случаях, когда ток замыкания на землю достигает 5—10 А (см. ниже).
1 Эта глава написана совместно с Н. В. Виноградовым.
Специальные защиты от витковых замыканий в одной фазе статора не применяются, так как простых способов ее выполнения на сегодняшний день не существует.
Наиболее частым ненормальным режимом для электродвигателей является перегрузкатоком.
Прохождение повышенных токов сверх определенного времени опасно для электродвигателей. Поэтому на электродвигателях, подверженных перегрузкам, устанавливается защита от перегрузки, которая в зависимости от условий работы и обслуживания электродвигателей выполняется действующей на сигнал, разгрузку приводимого механизма или отключение электродвигателя.
В некоторых случаях является недопустимым или нежелательным самозапуск электродвигателей при восстановлении напряжения после кратковременного его исчезновения. Такое положение может иметь место по условиям технологии производства или безопасности персонала, а также бывает необходимо для ограничения токов самозапуска путем отключения части малоответственных электродвигателей (см. § 18-3). На таких электродвигателях устанавливается защита минимального напряжения, действующая на их отключение.
|
|
|
НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Вращающий момент электродвигателей и момент сопротивления механизма. Нормальный установившийся режим работы электродвигателя характеризуется равенством момента Мд, развиваемого электродвигателем, и момента сопротивления Мс механизма, приводимого электродвигателем:
Мд = МС. (18-1)
Если Мд< Мс, то электродвигатель будет тормозиться, а если Мд> Мс, то частота вращения электродвигателя будет увеличиваться.
При неизменном напряжении питающей сети момент, развиваемый электродвигателем, зависит от частоты вращения п или, что то же, от скольжения s (рис. 18-1). В нормальных условиях равенство Мд= Мс имеет место при s = 2 ÷ 5%. Максимальный момент двигателя Мд.макс равен примерно двукратному номинальному моменту, т. е.
|
|
|
Частота вращения nк и скольжение sк, соответствующие максимальному моменту, называются критическими.
Пусковой момент Мд.пуск, соответствующий частоте вращения п = 0 или скольжению s = 1, в зависимости от конструкции электродвигателя имеет различные величины (кривые 1, 2, 3 рис. 18-1).
Характеристики моментов сопротивления механ и з м о в, приводимых электродвигателями, в зависимости от их частоты вращения могут быть разделены на два типа: зависящие от частоты вращения (кривая 5) и не зависящие от нее (кривая 4, рис. 18-1).
Момент сопротивления, не зависящий от частоты вращения, имеют, например, шаровые мельницы. Момент сопротивления, резко зависящий от частоты вращения, имеют все центробежные механизмы.
Ток, потребляемый статором электродвигателя из сети, Iд состоит из тока намагничивания Iнам статора и тока ротора, приведенного к обмотке статора, I 'рот, т. е.
Это следует из схемы замещения, представленной на рис. 18-2.
Ток в роторе определяется наведенной в нем э.д.с, которая зависит от скольжения (т. е. скорости пересечения обмотки ротора магнитным потоком статора электродвигателя). В результате этого токи ротора и статора также меняются с изменением скольжения.
|
|
|
Примерный характер зависимости периодической составляющей тока статора Iд и сопротивления электродвигателя zд от скольжения представлен на рис. 18-3.
При нормальной работе электродвигателя,когда скольжение составляет 2—5% (т. е. близко к нулю), сопротивление ротора очень велико, ток ротора мал, а значит мал и ток статора, так как ветвь намагничивания имеет большое сопротивление.
Пуск электродвигателей. При пуске, т. е. подаче напряжения на неподвижный электродвигатель, сопротивление его мало и ток ротора имеет максимальное значение. Соответственно максимальное значение имеет и ток статора. Ток статора при пуске электродвигателя называется пусковым током. По величине начальный пусковой ток равен току трехполюсного к. з. за сопротивлением, равным сопротивлению неподвижного электродвигателя.
Пусковой ток состоит из переменной составляющей, затухающей по мере увеличения частоты вращения, и апериодической составляющей, которая затухает по экспоненциальной кривой в течение нескольких периодов.
Осциллограмма пуска двигателя представлена на рис. 18-4. Из осциллограммы видно, что по мере разворота ток, потребляемый электродвигателем, меняется сначала мало и только при приближении к синхронной частоте вращения он быстро спадает. Объясняется это характером изменения сопротивления двигателя.
|
|
|
Периодическая составляющая пускового тока электродвигателя /п.пуск при неподвижном роторе обычно в 4—8 раз превосходит его номинальный ток. В отдельных случаях эта величина бывает больше. Максимальный пик тока с учетом апериодической составляющей достигает:
Продолжительность затухания периодической составляющей пускового тока до значения номинального тока зависит от параметров электродвигателя и условий пуска.
При пуске с нагрузкой развертывание электродвигателя до номинальной скорости происходит медленнее и продолжительность спада тока увеличивается. Это объясняется тем, что ускорение вращения ротора зависит от величины избыточного момента:
Если Мдпревосходит Мс во все время пуска, то электродвигатель пускается быстро и легко. Как видно из рис. 18-1, электродвигатели, приводящие механизмы с зависимым от частоты вращения моментом сопротивления, пускаются легче, чем электродвигатели, приводящие механизмы с независимым от частоты вращения моментом сопротивления. В последнем случае при недостаточной величине пускового момента электродвигатели могут вообще не развернуться (кривые 2 и 4, рис. 18-1), так как, начиная со скольжения, соответствующего точке а, Мс превосходит Мди, следовательно, избыточный момент на валу двигателя отрицательный.
Электродвигатели с фазным ротором при отсутствии пускового сопротивления в цепи обмотки ротора имеют меньший начальный момент по сравнению с другими типами электродвигателей.
Поэтому по условиям самозапуска для ответственных механизмов собственных нужд предпочитают применять электродвигатели с короткозамкнутым ротором.
Электродвигатели с глубоким пазом и двойной обмоткой ротора имеют наиболее благоприятный пусковой момент (кривая 3, рис. 18-1). Длительность пуска электродвигателей tпуск, как правило, не превосходит 10—15 с, и только у электродвигателей с тяжелыми условиями пуска эта величина может быть значительно больше.
При возникновении к. з. в питающей сети вблизи зажимов электродвигателя последний за счет внутренней э. д. с, поддерживаемой энергией магнитного поля, посылает к месту к. з. быстро затухающий ток. По величине броски тока к. з. могут достигать значений пусковых токов.
Зависимость момента электродвигателей от напряжения характеризуется соотношением
При к. з. в сети напряжение на зажимах электродвигателей снижается. В результате этого моменты электродвигателей уменьшаются и двигатели начинают тормозиться, увеличивая скольжение (рис. 18-5) до тех пор, пока вновь не восстановится равенство (18-1).
Если при этом окажется, что Мд.макс = Мс (точка а на рис. 18-5),то электродвигатель будет находиться на пределе устойчивой работы и будет иметь скольжение, равное критическому. При дальнейшем снижении напряжения электродвигатель будет тормозиться вплоть до полной остановки.
Для электродвигателей, приводящих механизмы с независимым от частоты вращения моментом Мс (прямая2 на рис. 18-5), легко может быть определено предельное снижение напряжения Uпред, при котором еще сохраняется устойчивая работа. Действительно, учитывая соотношение (18-5) и полагая Мд.НОм = Мс, имеем:
а принимая во внимание выражение (18-2), из (18-6) получаем:
Электродвигатели, приводящие механизмы с зависимым от частоты вращения моментом Мс (кривая 3 на рис. 18-5), во многих случаях сохраняют устойчивую работу даже при большом снижении напряжения питания.
После отключения к. з. напряжение питания восстанавливается до нормального значения или из-за повышенного тока электродвигателей оказывается несколько ниже этого значения и момент, развиваемый электродвигателем, определяется кривой 1" (рис. 18-5). Дальнейшее поведение электродвигателя будет зависеть от скольжения, имевшего место в момент восстановления напряжения, и соответствующих ему значений Мл и Мс. При Мд> Мс электродвигатель развернется до нормальной частоты вращения, а при Мд < Мс будет продолжать тормозиться до полной остановки. В этом случае электродвигатель необходимо отключить, так как он будет потреблять пусковой ток, не имея возможности развернуться.
Самозапуск электродвигателей несколько тяжелее обычного пуска. Объясняется это тем, что при самозапуске электродвигатели пускаются нагруженными, а электродвигатели с фазным ротором пускаются без пускового реостата в цепи ротора, что уменьшает их пусковой момент и увеличивает пусковой ток, и, наконец, пускается большое количество электродвигателей одновременно, что вызывает падение напряжения в питающей сети от суммарного пускового тока. Все это снижает пусковой момент и утяжеляет процесс пуска.
Самозапуск короткозамкнутых электродвигателей, а тем более электродвигателей с глубоким пазом и двойнойобмоткой ротора проходит сравнительно легко. Опыт эксплуатации показывает, что самозапуск электродвигателей с фазным ротором неопасен для этих двигателей ивозможен даже при условии, что пусковой момент при отсутствии пускового сопротивления в роторе больше момента сопротивления механизма.
Для обеспечения самозапуска необходимо выполнение двух условий:
а) Начальное значение восстановившегося напряжения должно быть достаточным для развертывания электродвигателей или, иначе говоря, при начальном значении восстановившегося напряжения ( Uд) должно обеспечиваться условие 
б) Защита электродвигателей не должна их отключать под действием тока самозапуска.
Проведенные исследования показали, что самозапуск электродвигателей собственных нужд электростанцийвозможен даже в тех случаях, когда в первый момент после восстановления напряжения величина его составляет 0,55 Uном. При этом продолжительность самозапуска всех электродвигателей составляет 30—35 с, что допустимо по условиям их нагрева.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 360; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!