전류 과부하 및 전기 모터의 작동 및 서비스 수명에 미치는 영향

비동기 모터 고장 분석 결과 고장의 주요 원인은 과열로 인한 절연 파괴인 것으로 나타났습니다.

전기 제품(장치)의 과부하 - 정격 값을 초과하는 전기 제품(장치)의 전력 또는 전류의 실제 값을 초과합니다. (GOST 18311-80).

전기 모터 권선의 가열 온도는 모터의 열 특성과 환경 매개변수에 따라 달라집니다. 모터에서 발생하는 열의 일부는 코일을 가열하고 나머지는 환경으로 방출됩니다. 가열 공정은 열용량 및 방열과 같은 물리적 매개변수의 영향을 받습니다.

전기 모터 및 주변 공기의 열 상태에 따라 영향의 정도가 다를 수 있습니다.모터와 환경 사이의 온도 차이가 작고 방출 에너지가 크면 모터의 주요 부분이 권선, 고정자 및 회 전자 강, 모터 하우징 및 기타 부품에 의해 흡수됩니다. 단열재 온도가 급격히 상승합니다... 가열하면 열교환 효과가 점점 더 나타납니다. 이 과정은 생성된 열과 환경으로 방출되는 열 사이의 평형에 도달한 후에 설정됩니다.

허용 값 이상으로 전류를 증가시켜도 즉시 비상 상태로 이어지지는 않습니다. 고정자와 회 전자가 극한 온도에 도달하는 데 시간이 걸립니다. 따라서 보호 장치가 모든 과전류에 반응할 필요가 없습니다. 그녀는 절연이 급속히 악화될 위험이 있는 경우에만 기계를 꺼야 합니다.

절연 가열의 관점에서 공칭 값을 초과하는 전류 흐름의 크기와 지속 시간은 매우 중요합니다. 이러한 매개변수는 주로 기술 프로세스의 특성에 따라 달라집니다.

기술적 기원의 전기 모터 과부하

구동 기계의 샤프트에서 주기적으로 토크가 증가하여 전기 모터에 과부하가 걸립니다. 이러한 기계 및 설비에서 전기 모터의 동력은 항상 변경됩니다. 전류의 크기가 변하지 않은 채로 오랜 시간 동안 관찰하는 것은 어렵습니다. 단기간의 큰 저항 모멘트가 모터 샤프트에 주기적으로 나타나 전류 서지를 생성합니다.

이러한 과부하는 일반적으로 상대적으로 열 관성이 높은 모터 권선의 과열을 일으키지 않습니다.그러나 충분히 긴 지속시간과 반복적인 반복으로 전기 모터의 위험한 가열… 국방은 이러한 체제를 "구별"해야 합니다. 단기 부하 충격에 반응하지 않아야 합니다.

다른 기계는 상대적으로 작지만 장기적인 과부하가 발생할 수 있습니다. 모터 권선은 최대 허용 값에 ​​가까운 온도까지 서서히 가열됩니다. 일반적으로 전기 모터는 작동 기간에도 불구하고 특정 가열 예비 및 작은 과전류가 위험한 상황을 만들 수 없습니다. 이 경우 종료가 필요하지 않습니다. 이러한 방식으로 여기에서도 모터 보호는 위험한 과부하와 위험하지 않은 과부하를 "구별"해야 합니다.

전기 모터의 비상 과부하

기술적 기원의 과부하를 제외하고 다른 이유로 발생한 비상 과부하(전원 공급 라인의 손상, 작동 장치의 방해, 전압 강하 등). 그들은 유도 전동기의 특정 작동 모드를 생성하고 안전 장치에 대한 요구 사항을 제공합니다... 일반적인 비상 모드에서 유도 전동기의 동작을 고려하십시오.

일정한 부하로 연속 작동 시 과부하

전기 모터는 일반적으로 특정 파워 리저브와 함께 선택됩니다. 또한 대부분의 시간 동안 기계는 부하가 걸린 상태에서 실행됩니다. 결과적으로 모터 전류는 종종 정격 값보다 훨씬 낮습니다. 일반적으로 작업 기계의 기술적 위반, 고장, 방해 및 방해가 발생하는 경우 과부하가 발생합니다.

팬, 원심 펌프, 컨베이어 벨트 및 나사와 같은 기계에는 조용하고 일정하거나 약간씩 변화하는 부하가 있습니다.재료 흐름의 단기적인 변화는 전기 모터의 가열에 실질적으로 영향을 미치지 않습니다. 무시할 수 있습니다. 정상적인 근로 조건 위반이 오랫동안 지속된다면 또 다른 문제입니다.

대부분의 전기 드라이브에는 일정한 파워 리저브가 있습니다. 기계적 과부하는 주로 기계 부품을 손상시킵니다. 발생의 임의적 특성을 감안할 때 특정 상황에서 전기 모터에도 과부하가 걸릴지 확신할 수 없습니다. 예를 들어, 이것은 나사 모터에서 발생할 수 있습니다. 운반되는 물질의 물리적, 기계적 특성(수분, 입자 크기 등)의 변화는 운반하는 데 필요한 힘에 즉시 반영됩니다. 보호 장치는 권선의 위험한 과열을 유발하는 과부하의 경우 전기 모터를 차단해야 합니다.

장기 과전류가 절연체에 미치는 영향의 관점에서 두 가지 유형의 과부하, 즉 상대적으로 작은(최대 50%) 과부하와 큰(50% 이상) 과부하를 구별해야 합니다.

전자의 효과는 즉시 나타나지 않고 점차적으로 나타나는 반면 후자의 효과는 짧은 시간 후에 나타납니다. 허용값 이상의 온도 상승이 적으면 절연체의 노화가 천천히 발생합니다. 단열재 구조의 작은 변화가 점차 축적됩니다. 온도가 상승함에 따라 노화 과정이 크게 가속화됩니다.

8 - 10 ° C마다 허용되는 것 이상의 과열은 모터 권선의 절연 수명을 절반으로 줄인다고 생각합니다.따라서 40 ° C의 과열은 단열재 수명을 32배 단축시킵니다! 이것은 많지만 몇 달 간의 작업 후에 나타납니다.

높은 과부하(50% 이상)에서는 고온의 영향으로 단열재가 빠르게 붕괴됩니다.

가열 과정을 분석하기 위해 단순화된 엔진 모델을 사용합니다. 전류가 증가하면 가변 손실이 증가합니다. 코일이 가열되기 시작합니다. 절연 온도는 그림의 그래프에 따라 변합니다. 정상 상태 온도 상승률은 전류의 크기에 따라 달라집니다.

과부하가 발생한 후 일정 시간이 지나면 권선의 온도가 주어진 절연 등급에 허용되는 값에 도달합니다. 높은 관성력에서는 짧아지고 낮은 관성력에서는 길어집니다. 따라서 각 과부하 값에는 격리하기에 안전한 것으로 간주될 수 있는 자체 허용 시간이 있습니다.

허용되는 과부하 지속 시간의 크기에 대한 의존성을 전기 모터의 과부하 특성... 열물리적 특성 다양한 유형의 전기 모터 약간의 차이가 있으며 특성도 다릅니다. 이러한 기능 중 하나가 그림에 실선으로 표시되어 있습니다.

모터 과부하 특성(실선) 및 원하는 보호 특성(파선)

주어진 특성에서 주요 요구 사항 중 하나를 공식화할 수 있습니다. 전류 종속 과부하 보호… 과부하의 정도에 따라 올려야 한다.이를 통해 예를 들어 엔진이 시작될 때 발생하는 위험하지 않은 전류 스파이크가 있는 잘못된 경보를 제외할 수 있습니다. 보호 기능은 허용되지 않는 전류 값 영역과 흐름 지속 시간에 해당하는 경우에만 작동해야 합니다. 점선으로 표시된 그림에서 원하는 특성은 항상 모터의 과부하 특성 아래에 있어야 합니다.

보호 기능은 여러 요인(설정의 부정확성, 매개 변수 분산 등)의 영향을 받아 응답 시간의 평균 값과의 편차가 관찰됩니다. 따라서 그래프의 점선은 일종의 평균적인 특성으로 보아야 합니다. 엔진의 잘못된 정지로 이어질 임의 요인의 결과로 특성을 교차하지 않으려면 특정 마진을 제공해야 합니다. 사실, 별도의 특성으로 작업하는 것이 아니라 보호 반응 시간의 분포를 고려하여 보호 구역으로 작업해야 합니다.

정확한 모터 보호 조치 측면에서 두 특성이 서로 가능한 한 가까운 것이 바람직합니다. 이렇게 하면 허용 가능한 과부하에 가까운 불필요한 트리핑을 방지할 수 있습니다. 그러나 두 특성의 확산이 크면 이를 달성할 수 없습니다. 계산 된 매개 변수에서 임의의 편차가 발생하는 경우 허용되지 않는 전류 값 영역에 빠지지 않으려면 특정 마진을 제공해야합니다.

보호 특성은 상호 교차를 배제하기 위해 모터의 과부하 특성에서 일정 거리에 위치해야 합니다.그러나 이것은 모터 보호 동작의 정확도를 떨어뜨립니다.

공칭 값에 가까운 전류 영역에서는 불확실성 영역이 나타납니다. 이 영역에 들어갈 때 보호 기능이 작동하는지 여부를 확실히 말할 수 없습니다.

이 단점은 부재 권선 온도에 따라 작동하는 보호... 과전류 보호와는 달리 절연체의 노후화 원인인 발열에 따라 작용한다. 권선에 위험한 온도에 도달하면 가열 원인에 관계없이 모터를 차단합니다. 이것은 온도 보호의 주요 이점 중 하나입니다.

그러나 과전류 보호 기능의 부족을 과장해서는 안 됩니다. 사실 모터에는 특정 전류 예비가 있습니다. 모터의 정격 전류는 항상 권선 온도가 허용 값에 ​​도달하는 전류보다 낮습니다. 경제적 계산에 따라 설정됩니다. 따라서 정격 부하에서 모터 권선의 온도는 허용 값 미만입니다. 이로 인해 엔진의 열 예비가 생성되어 어느 정도 부족한 부분을 보상합니다. 열 계전기.

단열재의 열 상태가 좌우하는 많은 요인에는 무작위 편차가 있습니다. 이와 관련하여 특성 사양이 항상 원하는 결과를 제공하는 것은 아닙니다.

가변 연속 작동의 과부하

일부 작업 본체 및 메커니즘은 파쇄, 연삭 및 기타 유사한 작업과 같이 광범위한 범위에 걸쳐 다양한 하중을 생성합니다. 여기에서 주기적인 과부하는 유휴에 대한 저부하를 동반합니다.개별적으로 취해진 전류의 증가는 위험한 온도 상승으로 이어지지 않습니다. 그러나 많이 있고 충분히 자주 반복되면 온도 상승이 단열재에 미치는 영향이 빠르게 축적됩니다.

가변 부하에서 전기 모터의 가열 프로세스는 일정하거나 약간 가변적인 부하에서 가열 프로세스와 다릅니다. 그 차이는 온도 변화 과정과 기계의 개별 부품 가열 특성 모두에서 나타납니다.

부하가 변하면 코일의 온도도 변합니다. 엔진의 열 관성으로 인해 온도 변동이 덜 광범위합니다. 충분히 높은 주파수의 부하에서 권선의 온도는 실질적으로 변하지 않는 것으로 간주할 수 있습니다. 이것은 일정한 부하로 연속 작동하는 것과 같습니다. 낮은 주파수(100분의 1 헤르츠 이하)에서 온도 변동이 눈에 띄게 됩니다. 권선이 주기적으로 과열되면 절연 수명이 단축될 수 있습니다.

저주파에서 큰 부하 변동으로 인해 모터는 지속적으로 일시적인 프로세스에 있습니다. 부하 변동 후에 코일 온도가 변합니다. 기계의 개별 부품은 서로 다른 열물리학적 매개변수를 가지고 있기 때문에 각각 고유한 방식으로 가열됩니다.

가변 부하에서 열 과도 현상의 과정은 복잡한 현상이며 항상 계산할 수 있는 것은 아닙니다. 따라서 모터 권선의 온도는 주어진 시간에 흐르는 전류에서 추정할 수 없습니다. 전기 모터의 개별 부품이 다른 방식으로 가열되기 때문에 전기 모터의 한 부품에서 다른 부품으로 열이 전달됩니다.전기 모터를 끈 후 회전자에서 공급되는 열로 인해 고정자 권선의 온도가 상승할 수도 있습니다. 따라서 전류의 크기는 절연체의 가열 정도를 반영하지 않을 수 있습니다. 일부 모드에서는 로터가 고정자보다 더 집중적으로 가열되고 덜 냉각된다는 점도 염두에 두어야 합니다.

열 전달 프로세스의 복잡성으로 인해 모터 가열 제어가 어렵습니다... 권선 온도를 직접 측정하더라도 일부 조건에서는 오류가 발생할 수 있습니다. 사실 불안정한 열 공정에서는 기계의 다른 부분의 가열 온도가 다를 수 있으며 한 번에 측정하면 실제 그림을 제공할 수 없습니다. 그러나 코일 온도 측정은 다른 방법보다 정확합니다.

주기적인 작업 보호 조치의 관점에서 가장 불리하다고 할 수 있습니다. 작업에 주기적으로 포함된다는 것은 단기 모터 과부하의 가능성을 의미합니다. 이 경우 과부하의 크기는 허용 값을 초과하지 않는 권선 가열 조건에 의해 제한되어야 합니다.

코일의 가열 상태를 "모니터링"하는 보호 장치는 해당 신호를 수신해야 합니다. 과도 상태에서는 전류와 온도가 일치하지 않을 수 있으므로 전류 측정에 기반한 보호 기능이 제대로 작동하지 않습니다.