Šiandien asinchroniniai varikliai yra labiausiai paplitę elektros energijos vartotojai pasaulyje ir naudojami visur – nuo buitinės technikos, tokios kaip dulkių siurblys, šaldytuvas ar ventiliatorius, iki didelių pramoninių įrenginių, kuriuose elektros variklių galia matuojama megavatais. tai siurblinės, konvejeriai, kasybos įrenginiai, vėdinimo ar dūmų šalinimo sistemos ir kt. Remiantis statistika, pasaulyje naudojama apie 300 milijonų trifazių asinchroninių elektros variklių, kurių įtampa yra 380 V.
Kasmet apie 10% šių elektros variklių sugenda dėl netinkamo veikimo, perkrovų ar avarinio veikimo. Dažnai nesėkmė yra susijusi su paleidimo procesu asinchroninis variklis, kai jis turi įgyti vardinį greitį mechanizmuose su dideliu inercijos momentu. Atitinkamai asinchroninio variklio paleidimo momentas yra sunkus režimas dirbti su dideliais mechaniniais ir elektros apkrova. Asinchroninio elektros variklio paleidimo srovės gali viršyti vardines sroves 10 - 12 kartų.
Paleidimo elektros variklių tipai ir jų savybės
Tiesioginis asinchroninio elektros variklio paleidimas– tai tradiciškiausias užvedimo būdas, naudojamas nuo elektros variklių atsiradimo iki šių dienų. Tai techniškai paprasčiausias ir ekonomiškiausias sprendimas, leidžiantis paleisti elektros variklį vardinė įtampa. Taikant šį paleidimo būdą, naudojamas minimalus perjungimo įrangos komplektas, tačiau šiuo metu jis daugiausia naudojamas mažos talpos elektros varikliams paleisti dėl tam tikro skaičiaus trūkumų, kuriuos galima suskirstyti į 2 kategorijas: elektrinį ir mechaninį.
Elektros problemos:
Tiesiogiai paleidus asinchroninį elektros variklį, atsiranda gana didelis srovės padidėjimas, dėl kurio maitinimo tinkle sumažėja įtampa. Ir tai taip pat gali sukelti apsaugos veikimą, ypač tais atvejais, kai elektros varikliui apsaugoti nenaudojami specialūs įtaisai. Be to, užsitęsus paleidimui, ilgalaikis srovės srautas, 6-8 kartus viršijantis vardinę srovę, turi reikšmingą šiluminį ir elektrodinaminį poveikį tiek prie elektros variklio prijungtam kabeliui, tiek asinchroninės elektros apvijoms. variklis, o tai padidina jų susidėvėjimą.
Mechaninės problemos:
Didelis pradinis paleidimo sukimo momentas gali sukelti didelį smūgį, taigi ir didelę variklio pavaros mechanizmų, pvz., diržų ar guolių agregatų, apkrovą. Dėl to jie sutrumpina tarnavimo laiką arba visiškai sugenda. Ypač svarbiose pramonės šakose įrangos prastovos remonto metu gali sukelti didelių nuostolių. Stabdant, kaip ir užvedus, atsiranda stipri mechaninė vibracija, kurią sukelia pereinamieji įvykiai. Jie neleidžia sinchroninis darbas keli nepriklausomi mazgai sudėtingose mašinų linijose ar įrenginiuose.
Žvaigždė-delta pradžia, taip pat yra vienas iš gerai žinomų asinchroninių variklių paleidimo būdų. Šis metodas naudojamas siekiant sumažinti mechaninį įtempį ir apriboti įsijungimo srovę. Tačiau jis taip pat turi keletą trūkumų. Pirma, elektros variklis turi turėti 6 gnybtus maitinimo prijungimui. Antra, norint pradėti pagal šią schemą, reikalingi 3 kontaktoriai, o tai vėl padidina įrenginio kainą ir matmenis. Perjungiant iš žvaigždės grandinės į trikampę, srovės padidėjimas, nors ir trumpalaikis, bet didelės amplitudės, vis tiek atsiranda. Trečia, nuo valdymo taško iki elektros variklio reikia naudoti du kabelius, o tai yra gana brangu ilgų linijų atveju. Ir paskutinis trūkumas yra tas, kad variklio sustabdymas naudojant panašią prijungimo schemą yra lygiai toks pat, kaip ir tiesioginio paleidimo atveju.
Trečias būdas pradėti minkštųjų starterių naudojimas.
Minkštas starteris yra mechaninis, elektroninis arba elektromechaninis įtaisas, naudojamas švelniai paleisti arba sustabdyti elektros variklius. Naudojant minkštąjį starterį, galima vienu metu užtikrinti sklandų asinchroninio elektros variklio įsibėgėjimą ir sustabdymą, kad būtų pagerintas stabilumas elektros tinklai, tai yra sumažinti srovės viršįtampius paleidimo metu ir žymiai sumažinti įtampos kritimą tinkle sudėtingo paleidimo metu. Be to, naudojant švelnaus užvedimo sistemas sumažinama mechaninė įrangos perkrova paleidimo ir išjungimo metu, sumažinamas mechanizmų nusidėvėjimas ir taip pailgėja asinchroninių elektros variklių, pavarų dėžių, movų ir kitų pavaros dalių tarnavimo laikas. Todėl optimaliausias sprendimas pagal funkcionalumo santykį – sąnaudas asinchroninių elektros variklių užvedimui, jei nereikia pastovaus greičio reguliavimo, yra minkštieji starteriai.
Dažnio keitiklio pasirinkimas
Apibūdinant dažnio keitiklį tam tikrai apkrovai, pirmiausia reikia atsižvelgti į apkrovos charakteristikas. Yra keturi skirtingi būdai, kaip apskaičiuoti reikiamus išėjimo parametrus, kurių pasirinkimas priklauso nuo variklio charakteristikų.
Apkrovos charakteristikos
Prieš nustatant dažnio keitiklio dydį, reikia atskirti du dažniausiai naudojamus apkrovos rodiklius. Apkrovos charakteristikos skiriasi viena nuo kitos taip:
Ryžiai. 1. Pastovi ir kvadratinė apkrovos momentas
Padidėjus išcentrinių siurblių ir ventiliatorių sukimosi greičiui, energijos suvartojimas padidėja iki trečios galios (P = n 3).
Įprastas išcentrinių siurblių ir ventiliatorių veikimo diapazonas yra nuo 50% iki 90%. Apkrovos koeficientas didėja kartu su greičio kvadratu, t. y. maždaug nuo 30 iki 80%.
Abu šie veiksniai pasireiškia dažnio keitikliu valdomo variklio sukimo momento charakteristikose.
2 ir 3 paveiksluose parodytos dviejų dydžių dažnio keitiklių sukimo momento charakteristikos, kurių vieno (3 pav.) galios diapazonas yra mažesnis nei kito. Abiem sukimo momento charakteristikoms buvo suteiktos tos pačios išcentrinio siurblio apkrovos charakteristikos.
Ant pav. 2 visas siurblio veikimo diapazonas (0-100%) atitinka variklio parametrų vardines vertes. Kadangi įprastas siurblio veikimo diapazonas yra nuo 30% iki 80%, galima pasirinkti mažesnės išėjimo galios dažnio keitiklį.
Ryžiai. 2. Didelės galios dažnio keitiklis
Ryžiai. 3. Mažos galios dažnio keitiklis
Jei apkrovos sukimo momentas yra pastovus, variklis turi sugebėti tiekti didesnį sukimo momentą nei apkrovos sukimo momentas, nes sukimo momento perteklius naudojamas pagreitinti.
Pagreitėjimui ir dideliam pradiniam sukimo momentui, pavyzdžiui, juostinių konvejerių pavaroms, pakanka trumpalaikio perkrovos momento, kuris sudaro 60 % dažnio keitiklio sukurto sukimo momento. Perkrovos sukimo momentas taip pat suteikia sistemai galimybę atlaikyti staigų apkrovos padidėjimą. Dažnio keitiklis, kuris neleidžia perkrauti sukimo momento, turi būti parinktas taip, kad greitėjimo momentas (T B) būtų vardinio sukimo momento ribose.
Ryžiai. 4. Įsibėgėjimui naudojamas perkrovos sukimo momentas
Nustatant apkrovos charakteristikas, atsižvelgiama į keturis skirtingus rinkinius specifikacijas variklis, leidžiantis priimti sprendimus dėl dažnio keitiklio dydžio pasirinkimo pagal galią.
1. Dažnio keitiklį galima pasirinkti greitai ir tiksliai pagal srovės l M vertę, kurią sugeria variklis. Jei variklis nėra visiškai apkrautas, jo srovę galima išmatuoti naudojant panašią sistemą, veikiančią visa apkrova.
Ryžiai. 5.
Elektros variklis 7,5 kW, 3 x 400 V sunaudoja 14,73 A srovę.
Atsižvelgiant į dažnio keitiklio techninius duomenis, parenkamas dažnio keitiklis, kurio nuolatinė maksimali išėjimo srovė yra didesnė arba lygi 14,73A su pastovia arba kvadratine sukimo momento charakteristika.
Pastaba:
Jei dažnio keitiklis pasirenkamas pagal galią (2-4 metodai), reikia palyginti skaičiuojamąją galią ir dažnio keitiklio techniniuose duomenyse nurodytą galią esant tokiai pačiai įtampai. Jei dažnio keitiklis skaičiuoja pagal srovę (1 būdas), to nereikia, nes dažnio keitiklio išėjimo srovė veikia kitus duomenis.
2. Dažnio keitiklį galima pasirinkti pagal pilna jėga S M , suvartojama elektros variklio ir tariamosios galios, kurią tiekia dažnio keitiklis.
Ryžiai. 6.
Dažnio keitiklio skaičiavimo ir pasirinkimo pavyzdys:
Elektros variklis 7,5 kW, 3x400 V sunaudoja 14,73 A srovę. Sm \u003d U x I x √3 / 1000 = 400 x 14,73 √3 / 1000 = 10,2 kVA
Atsižvelgiant į dažnio keitiklio techninius duomenis, pasirenkamas dažnio keitiklis, kurio nuolatinė maksimali išėjimo galia yra didesnė arba lygi 10,2 kVA esant pastoviam arba kvadratiniam sukimo momento charakteristikoms.
3. Dažnio keitiklį galima pasirinkti ir pagal elektros variklio generuojamą galią R m. Tačiau šis metodas yra netikslus, nes cos φ ir koeficientas naudingas veiksmasη pokytis su apkrova.
Ryžiai. 7.
Elektros variklio galios skaičiavimo pavyzdys
3 kW galios elektros variklis, kurio cos φ = 0,80 ir η = 0,81, naudoja galią S M = P M / (η x cos φ) = 3,0 / (0,80 x 0,81) = 4,6 kVA
Atsižvelgiant į dažnio keitiklio techninius duomenis, pasirenkamas dažnio keitiklis, kurio nuolatinė maksimali išėjimo galia yra didesnė arba lygi 4,6 kVA esant pastoviam arba kvadratiniam sukimo momento charakteristikoms.
4. Praktikoje vardinė galia Dauguma dažnio keitiklių atitinka standartines asinchroninių variklių serijas. Todėl dažnio keitikliai dažnai pasirenkami remiantis šiuo požiūriu, tačiau tai gali lemti netikslų jų charakteristikų nustatymą, ypač jei variklis nėra pilnai apkrautas.
Ryžiai. aštuoni.
Srovės pasiskirstymas dažnio keitiklyje (variklio cos φ (phi))
Srovę varikliui įmagnetinti tiekia kondensatorius, esantis dažnio keitiklio tarpinėje grandinėje. Įmagnetinimo srovė yra reaktyvioji srovė, kuri teka tarp kondensatoriaus ir variklio (9 pav.).
Ryžiai. 9. Srovės dažnio keitiklyje
Iš tinklo ateina tik aktyvioji srovė (l W). Štai kodėl dažnio keitiklio išėjimo srovė visada yra didesnė už įėjimo srovę. Be aktyvios srovės, iš tinklo suvartojama srovė I loss , (praradimo srovė).
Skaičiavimo pavyzdys
Be apkrovos 1,1kW 4 polių variklio srovė yra 1,6A.Prijungto dažnio keitiklio išėjimo srovė apie 1,6A, o įėjimo srovė dirbant be apkrovos beveik lygi nuliui.
Variklių gamintojai paprastai nurodo variklio cos φ esant vardinei srovei. Esant mažesnei cos φ reikšmei (pavyzdžiui, sinchroninio pasipriešinimo varikliui), variklio vardinė srovė tos pačios vertės galia ir įtampa bus didesnės, kaip matyti iš šios lygties:
I S = I W / cos φ
Jei dažnio keitiklis pasirenkamas pagal variklio vardinę srovę (1 būdas), tada variklio vardinis sukimo momentas nesumažėja.
Kondensatorius prijungtas prie variklio gnybtų kompensavimui reaktyvioji srovė, turi būti pašalintas. Dėl didelio dažnio keitiklio perjungimo dažnio kondensatorius elgiasi kaip trumpasis jungimas ir žymiai padidina variklio srovę. Inverteris tai interpretuos kaip įžeminimo gedimą arba trumpąjį jungimą ir išjungimą.
Variklio greičio valdymas
Dažnio keitiklio išėjimo dažnis, taigi ir variklio greitis, valdomas vienu ar keliais signalais (0-10V, 4-20mA arba įtampos impulsais). Kai duodamas greičio didinimo signalas, variklio greitis didėja, o vertikali variklio sukimo momento kreivės dalis pasislenka į dešinę (10 pav.).
Ryžiai. 10. Valdymo signalo ir variklio sukimo momento charakteristikų ryšys
Jei apkrovos sukimo momentas yra mažesnis už vardinį variklio sukimo momentą, greitis pasieks reikiamą vertę. Kaip parodyta pav. 11, apkrovos charakteristikos kertasi su elektros variklio sukimo momento charakteristikomis vertikalioje dalyje (taške A). Jei sankryža įvyksta horizontalioje dalyje (taškas B), variklio greitis ilgą laiką negali viršyti atitinkamos vertės, dažnio keitiklis leidžia viršyti srovės ribą trumpas sujungimas be išjungimo (taškas C), tačiau pertekliaus trukmė būtinai turi būti ribojama laike.
Ryžiai. 11. Variklio srovė trumpam gali viršyti srovės ribą
Greitėjimo ir lėtėjimo rampos
Pagreičio charakteristika (rampa) parodo greitį, kuriuo didėja greitis, ir nustatoma kaip pagreičio laikas t acc . Šios rampos daugiausia pagrįstos vardiniu variklio dažniu, pvz., 5 s pagreičio rampa reiškia, kad dažnio keitiklis per 5 sekundes pereis nuo nulio iki vardinio variklio dažnio (f = 50 Hz).
Ryžiai. 12. Greitėjimo ir lėtėjimo laikas
Lėtėjimo rampa rodo, kaip greitai lėtėja greitis. Jis pateikiamas kaip lėtėjimo laikas t dec .
Galimas tiesioginis perėjimas nuo pagreičio prie lėtėjimo, nes variklis visada seka keitiklio išėjimo dažnį.
Jei žinomas variklio veleno inercijos momentas, galima apskaičiuoti optimalų pagreičio ir lėtėjimo laiką.
tac \u003d J x (n 2 -n 1) / [(T acc - T fric) x 9,55]
tdec = J x (n 2 – n 1)/[(T acc + T fric) x 9,55]
J – variklio veleno inercijos momentas.
T fric yra sistemos trinties momentas.
Tass – perteklinis (perkrovos) sukimo momentas, naudojamas įsibėgėjimui.
T dec yra stabdymo momentas (stabdymo momentas), atsirandantis, kai greičio atskaita mažėja.
n 1 ir n 2 - sukimosi greičiai esant dažniams f 1 ir f 2 .
Jei dažnio keitiklis gali trumpalaikį perkrovos sukimo momentą, tada pagreičio ir lėtėjimo momentai nustatomi pagal vardinį variklio sukimo momentą T. Praktikoje pagreičio ir lėtėjimo laikas paprastai yra vienodi.
Skaičiavimo pavyzdys
J = 0,042 kgm 2, T fric = 0,05 x M N, n 1 \u003d 500 aps./min., n 2 = 1000 aps./min., T N = 27 Nm
tacc \u003d J x (n 2 - n 1) / [(T ass - T fric) x 9,55] \u003d 0,042 x (1000 - 500) / [(27,0 - (0,05 x 27,0)) x 9,55] = 0,1 s]
Dinaminis stabdymas
Kai greičio atskaitos signalas mažėja, variklis elgiasi kaip generatorius ir stabdo. Lėtėjimas stabdant priklauso nuo variklio apkrovos dydžio.
Elektros varikliai, tiesiogiai prijungti prie tinklo, perduoda stabdymo galią atgal į tinklą.
Jei variklis varomas dažnio keitikliu, stabdymo energija kaupiama dažnio keitiklio tarpinėje grandinėje. Jei stabdymo galia yra didelė ir dažnio keitiklis negali jos išsklaidyti pagal savo konstrukciją, tarpinės grandinės įtampa didėja.
Tarpinės grandinės įtampa gali kilti tol, kol dažnio keitiklį išjungs apsauga, o kartais tarpinę grandinę reikia apkrauti stabdžių moduliu ir išoriniu rezistoriumi, kad sugertų stabdymo jėgą.?
Stabdymo modulio ir stabdymo rezistoriaus naudojimas leidžia greitai stabdyti sunkių krovinių. Tačiau yra problemų, susijusių su šildymu. Kitas sprendimas – naudoti regeneracinį stabdžių bloką. Tokie blokai naudojami dažnio keitikliams su nekontroliuojamu lygintuvu ir grąžina stabdymo energiją į tiekimo tinklą.
Dažnio keitikliuose su valdomais lygintuvais stabdymo galia gali būti grąžinta į tinklą (žr. 13 pav.), pavyzdžiui, naudojant keitiklį, sujungtą antilygiagrečiai su lygintuvu.
Ryžiai. 13. Stabdymo modulio ir stabdymo rezistoriaus įjungimas
Ryžiai. 14. Inverteris atgal į galą
Kitas būdas stabdyti elektros variklį yra stabdyti nuolatinė srovė. Už kūrimą magnetinis laukas statorius naudoja nuolatinę įtampą tarp dviejų variklio fazių. Kadangi stabdymo energija lieka variklyje ir galimas perkaitimas, nuolatinės srovės stabdymą rekomenduojama naudoti mažo greičio diapazone, kad nebūtų viršyta vardinė variklio srovė. Paprastai nuolatinės srovės stabdymas yra ribotas.
Atvirkščiai
Asinchroninių variklių sukimosi kryptis nustatoma pagal maitinimo įtampos fazių tvarką.
Sukeitus dvi fazes, variklio sukimosi kryptis pasikeis ir jis suksis priešinga kryptimi.
Dauguma elektros variklių yra suprojektuoti taip, kad variklio velenas suktųsi pagal laikrodžio rodyklę, jei prijungimas atliekamas taip:
Ryžiai. 15. Elektros variklio sukimosi kryptis keičiama keičiant fazių tvarką
Ta pati taisyklė taikoma daugumos dažnio keitiklių išėjimo gnybtų fazių tvarkai.
Dažnio keitiklis gali pakeisti variklį elektroniniu būdu pakeisdamas fazių tvarką. Atbulinė eiga atliekama nustatant neigiamą greitį arba skaitmeniniu įvesties signalu. Jei pirminio paleidimo metu reikalaujama, kad variklis suktųsi tam tikra kryptimi, turi būti žinomi gamykliniai dažnio keitiklio nustatymai.
Kadangi dažnio keitiklis riboja variklio srovę iki vardinės vertės, dažnio keitiklio valdomas variklis gali būti apverstas dažniau nei tiesioginis variklis.
Ryžiai. 16. Inverterio stabdymo momentas važiuojant atbuline eiga
Rampos
Visi dažnio keitikliai turi rampos funkcijas, užtikrinančias sklandų veikimą. Šios rampos gali būti keičiamos ir jų dėka greičio nuoroda gali būti padidinta arba sumažinta tam tikru intervalu.
Ryžiai. 17. Reguliuojamas pagreičio ir lėtėjimo laikas
Greitėjimo/lėtėjimo charakteristikos nuolydžio kampas (pagreičio/lėtėjimo laikas) gali būti nustatytas toks mažas, kad tam tikrose situacijose elektros variklis negalės atlikti užduoties (nesugebės pagreitinti/lėtėti variklio tam tikru momentu). laikas).
Dėl to variklio srovė didėja, kol pasiekiama srovės riba. Esant trumpam lėtėjimo laikui (t-a), tarpinės grandinės įtampa gali pakilti iki tokio lygio, kad dažnio keitiklio apsaugos grandinė sustabdys dažnio keitiklį.
Optimalų rampos laiką galima apskaičiuoti naudojant toliau pateiktas formules.
t a = J x n/[(T N -T fric)x9,55]
t-a = J x n/[(T N + T fric)x9,55]
t a - greičio didinimo laikas
t -a – lėtėjimo laikas
n - apsisukimų skaičius
T N - vardinis elektros variklio sukimo momentas
T fric – trinties momentas
Ryžiai. 18. Rampos laiko nustatymas
Greitėjimo / lėtėjimo laikas paprastai parenkamas pagal vardinį variklio greitį.
srovės valdymas
Dažnio keitikliai gali stebėti valdomą procesą ir įsikišti gedimo atveju.
Tokį valdymą galima suskirstyti į tris tipus, priklausomai nuo objekto: proceso gamyklos valdymą, elektros variklio valdymą ir dažnio keitiklio valdymą.
Montavimo valdymas remiantis išėjimo dažnio, išėjimo srovės ir variklio sukimo momento valdymu. Remiantis šiais parametrais, galite nustatyti keletą ribų, kurių viršijimas turi įtakos valdymo funkcijai. Šios ribos gali būti leistinas mažiausias variklio greitis (minimalus dažnis). maksimali srovė(srovės riba) arba leistinas didžiausias variklio sukimo momentas (sukimo momento riba).
Dažnio keitiklį galima užprogramuoti, pavyzdžiui, duoti įspėjamąjį signalą, sumažinti variklio greitį arba sustabdyti pastarąjį, jei jo apsisukimų dažnis viršija nustatytas ribas.
Pavyzdys
Įrenginiuose, kuriuose naudojamas trapecinis diržas varikliui prijungti prie likusios sistemos, dažnio keitiklį galima užprogramuoti taip, kad būtų galima stebėti trapecinio diržo būklę.
Kadangi nutrūkus diržui išėjimo dažnis padidės greičiau nei nustatyta rampa, tokiose situacijose galite naudoti šį dažnį varikliui įspėti arba sustabdyti.
Variklio valdymas galima atlikti su dažnio keitikliu, stebint variklio šiluminį modelį arba prie variklio prijungus termistorių. Dažnio keitiklis gali užkirsti kelią variklio perkrovai, veikdamas kaip šiluminė relė. Išėjimo dažnis taip pat įtraukiamas į dažnio keitiklio atliekamus skaičiavimus. Taip užtikrinama, kad variklis neperkraunamas esant mažam greičiui dėl prastos vidinės ventiliacijos. Šiuolaikiniai dažnio keitikliai taip pat gali apsaugoti ventiliuojamus variklius, jei srovė tampa per didelė.
Dažnio keitiklio valdymas tradiciškai pagamintas taip, kad esant viršsrovei keitiklis išsijungtų. Kai kurie keitikliai leidžia trumpalaikį viršįtampią. Mikroprocesorius dažnio keitiklyje gali vienu metu atsižvelgti į variklio srovės vertę ir jos veikimo laiką, o tai leidžia optimalus naudojimas dažnio keitiklis be perkrovos.
Pasak Danfoss
Paleidžiant, t.y., kai įtampa tiekiama stacionariam elektros varikliui, jo varža yra maža, o rotoriaus srovė turi didžiausią vertę. Atitinkamai, statoriaus srovė taip pat turi didžiausią vertę. Statoriaus srovė užvedant variklį vadinama paleidimo srove. Elementarus paleidimo srovė lygi trifazio trumpojo jungimo srovei po varžos, lygios stacionaraus variklio varžai. Paleidimo srovę sudaro kintamasis komponentas, kuris mažėja didėjant greičiui, ir periodinis komponentas, kuris mažėja per kelis laikotarpius. Besisukant elektros variklio suvartojama srovė iš pradžių mažai kinta, o tik artėjant prie sinchroninio greičio greitai sumažėja. Tai paaiškinama variklio pasipriešinimo pokyčio pobūdžiu. Elektrinio variklio su stacionariu rotoriu paleidimo srovės periodinė dedamoji yra 4-8 kartus didesnė už didžiausią srovę, atsižvelgiant į periodinį komponentą, ji pasiekia:
Elektros variklių paleidimo trukmė, kaip taisyklė, neviršija 10-15 s, o tik elektriniams varikliams su sunkiomis paleidimo sąlygomis ši vertė gali būti daug ilgesnė.
Įvykus trumpajam jungimui tiekimo tinklešalia elektros variklio gnybtų, pastarasis dėl vidinio EML, palaikomo magnetinio lauko energijos, siunčia greitai nykstančią srovę į trumpojo jungimo vietą. Trumpojo jungimo šuoliai gali pasiekti įsijungimo sroves. Elektros variklių sukimo momento priklausomybė nuo įtampos išreiškiama formule:
Esant trumpajam jungimui tinkle, sumažėja įtampa elektros variklių gnybtuose. Dėl to elektros variklių momentai mažėja, o jie pradeda lėtėti, didindami slydimą, kol vėl bus atkurta lygybė. Jei tuo pačiu metu paaiškėja, kad elektros variklis bus ties stabilaus veikimo riba ir jo slydimas bus lygus kritiniam. Toliau mažėjant įtampai, elektros variklis bus stabdomas tol, kol visiškai sustos. Išjungus trumpąjį jungimą maitinimo įtampa atstatoma, o tolimesnė elektros variklio elgsena priklausys nuo įtampos atstatymo metu įvykusio slydimo ir atitinkamų verčių.
Kada elektros variklis įsijungs įprastu greičiu ir kada M d< М с ir toliau lėtės, kol visiškai sustos. Tokiu atveju elektros variklis turi būti išjungtas, nes jis, negalėdamas apsisukti, vartos paleidimo srovę.
Savaiminis elektros variklių paleidimas sunkesnis nei įprasta pradžia. Tai paaiškinama tuo, kad savaiminio paleidimo metu elektros varikliai paleidžiami apkrauti, o elektros varikliai su faziniu rotoriumi - be paleidimo reostato rotoriaus grandinėje, dėl kurio sumažėja paleidimo momentas ir padidėja paleidimo srovė, o galiausiai - didelė. vienu metu paleidžiamas skaičius elektros variklių, dėl ko maitinimo tinkle nukrenta įtampa nuo bendros paleidimo srovės. Tačiau elektrinius variklius savarankiškai užvesti yra gana lengva. Taigi elektrinių variklių savaiminis užvedimas pagalbiniams elektrinių poreikiams galimas net ir tais atvejais, kai pirmą momentą po įtampos atstatymo jos reikšmė yra Tokiu atveju bendras savaiminio užsivedimo laikas neviršija 30- 35 s, kuri yra leistina jų šildymui.
Nutrūkus vienai iš statoriaus apvijos fazių, elektros variklis toliau veikia. Tokiu atveju rotoriaus greitis šiek tiek sumažėja, o likusių dviejų fazių apvijos perkraunamos srove, 1,5–2 kartus didesne už vardinę. Apsauga nuo veikimo dviem fazėmis anksčiau buvo naudojama tik iki 500 V elektros varikliams, apsaugotiems saugikliais, jei dėl dviejų fazių veikimo galėjo sugesti elektros variklis. Šiuo metu dėl didelės aukštos įtampos variklių kainos ir didelės ne visos fazės režimų tikimybės tiekimo tinkle, manoma, kad tai tikslinga neįvedant speciali apsauga nuo dvifazio veikimo atjunkite variklius su apsauga nuo perkrovos, kuri turi tam tinkama nuostata.Sroves perkrovos apsaugos elementai tokiu atveju turi buti prijungti prie ne maziau kaip 2 faziu variklio srovs transformatoriu.
Asinchroninių variklių pažeidimų analizė rodo, kad pagrindinė jų gedimo priežastis yra izoliacijos sunaikinimas dėl perkaitimo.
Elektros gaminio (įrenginio) perkrova- elektros gaminio (prietaiso) galios ar srovės faktinės vertės viršijimas virš vardinės vertės. (GOST 18311-80).
Elektros variklio apvijų šildymo temperatūra gatela priklauso nuo variklio šiluminių charakteristikų ir aplinkos parametrų. Dalis variklyje išsiskiriančios šilumos panaudojama apvijų šildymui, o likusi dalis išmetama į aplinką. Šildymo procesui įtakos turi fiziniai parametrai kaip šilumos talpa ir šilumos perdavimas.
Priklausomai nuo variklio ir aplinkos oro šiluminė būsena jų įtakos laipsnis gali skirtis. Jei variklio ir aplinkos temperatūrų skirtumas yra nedidelis, o išsiskirianti energija reikšminga, tai pagrindinę jos dalį sugeria apvija, statoriaus ir rotoriaus plienas, variklio korpusas ir kitos jo dalys. vyksta intensyvus izoliacijos temperatūros kilimas. Didėjant šildymui, šilumos perdavimo efektas tampa ryškesnis. Procesas nustatomas pasiekus pusiausvyrą tarp išsiskiriančios ir į aplinką atiduotos šilumos.
Srovės padidinimas, viršijantis leistiną vertę, iš karto nesukelia avarinė būsena. Praeina šiek tiek laiko, kol statorius ir rotorius pasiekia temperatūros ribą. Todėl nebūtina, kad apsauga reaguotų į kiekvieną viršsrovę. Jis turėtų išjungti mašiną tik tais atvejais, kai yra greito izoliacijos susidėvėjimo pavojus.
Izoliacijos šildymo požiūriu didelę reikšmę turi srovių, viršijančių vardinę vertę, dydis ir trukmė. Šie parametrai pirmiausia priklauso nuo technologinio proceso pobūdžio.
Technologinės kilmės elektros variklio perkrovos
Elektros variklio perkrovos, atsirandančios dėl periodinio sukimo momento padidėjimo ant darbinės mašinos veleno. Tokiose mašinose ir įrenginiuose elektros variklio galia nuolat kinta. Sunku pastebėti ilgą laikotarpį, per kurį srovė išliktų nepakitusi. Periodiškai ant variklio veleno atsiranda trumpalaikiai dideli pasipriešinimo momentai, sukuriantys srovės viršįtampius.
Tokios perkrovos dažniausiai nesukelia variklio apvijų, kurios turi gana didelę šiluminę inerciją, perkaitimo. Tačiau pakankamai ilgai trunkantis ir kartojant jis sukuriamas. Apsauga turi „išskirti“ šiuos režimus. Jis neturėtų reaguoti į trumpalaikius apkrovos smūgius.
Kitose mašinose gali susidaryti palyginti nedidelės, bet ilgalaikės perkrovos. Variklio apvijos palaipsniui įkaista iki temperatūros, artimos maksimaliai leistinai vertei. Paprastai elektros variklis turi tam tikrą šiluminę ribą, o nedidelės viršsrovės, nepaisant veikimo trukmės, negali sukurti pavojingos situacijos. Tokiu atveju išjungti nereikia. Taigi ir čia variklio apsauga turi „atskirti“ pavojingą perkrovą nuo nepavojingos.
Išskyrus technologinės kilmės perkrovos, gali būti avarinės perkrovos atsirandantys dėl kitų priežasčių (nelaimingas atsitikimas maitinimo linijoje, darbinių korpusų užstrigimas, įtampos kritimas ir kt.). Jie sukuria savo veikimo režimus. indukcinis variklis ir iškėlė savo apsaugos priemonių reikalavimus. Apsvarstykite asinchroninio variklio elgesį tipiškomis avarinėmis sąlygomis.
Perkrovos nuolatinio veikimo metu esant pastoviai apkrovai
Paprastai elektros varikliai parenkami su tam tikra galios riba. Be to, dauguma laikas, kai mašinos yra per mažai apkrautos. Dėl to variklio srovė dažnai yra gerokai mažesnė už vardinę vertę. Perkrovos paprastai atsiranda pažeidžiant technologijas, gedimus, strigimus ir strigimus darbinėje mašinoje.
Tokios mašinos kaip ventiliatoriai, išcentriniai siurbliai, juostiniai ir sraigtiniai konvejeriai turi tylią pastovią arba šiek tiek besikeičiančią apkrovą. Trumpalaikiai medžiagų tiekimo pokyčiai praktiškai neturi įtakos elektros variklio šildymui. Jie gali būti ignoruojami. Kitas reikalas, jei normalių darbo sąlygų pažeidimai išlieka ilgą laiką.
Dauguma elektrinių pavarų turi tam tikrą galios rezervą. Dėl mechaninių perkrovų pirmiausia sugenda mašinos dalys. Tačiau, atsižvelgiant į atsitiktinį jų atsiradimo pobūdį, negali būti tikras, kad tam tikromis aplinkybėmis elektros variklis taip pat bus perkrautas. Pavyzdžiui, tai gali nutikti naudojant sraigtinius konvejerio variklius. Transportuojamos medžiagos fizinių ir mechaninių savybių (drėgmės, dalelių dydžio ir kt.) pasikeitimas iš karto atsispindi galioje, reikalingoje jai perkelti. Apsauga turi išjungti variklį esant perkrovoms, kurios sukelia pavojingą apvijų perkaitimą.
Ilgalaikių srovių pertekliaus įtakos izoliacijai požiūriu, reikėtų išskirti dviejų tipų perkrovas: santykinai mažas (iki 50%) ir dideles (daugiau nei 50%).
Pirmojo veiksmas pasireiškia ne iš karto, o palaipsniui, o antrojo pasekmės atsiranda po trumpo laiko. Jei temperatūros kilimas virš leistinos vertės yra mažas, izoliacija sensta lėtai. Maži izoliacinės medžiagos struktūros pokyčiai kaupiasi palaipsniui. Kylant temperatūrai senėjimo procesas žymiai pagreitėja.
Pagalvok tai perkaitimas, viršijantis leistiną kas 8–10 ° C, sumažina variklio apvijų izoliacijos tarnavimo laiką perpus.Šiuo būdu, perkaitimas 40°C sumažina izoliacijos tarnavimo laiką 32 kartus! Nors tai yra daug, ji randama po daugelio mėnesių operacijos.
Esant didelėms perkrovoms (daugiau nei 50%), veikiant aukštai temperatūrai, izoliacija greitai sunaikinama.
Šildymo procesui analizuoti naudojame supaprastintą variklio modelį. Srovės padidėjimas sukelia kintamų nuostolių padidėjimą. Apvija pradeda kaisti. Izoliacijos temperatūra kinta pagal grafiką paveikslėlyje. Nuolatinio temperatūros kilimo dydis priklauso nuo srovės stiprumo.
Praėjus kuriam laikui po perkrovos, apvijų temperatūra pasiekia šiai izoliacijos klasei leistiną vertę. Su didelėmis perkrovomis jis bus trumpesnis, su mažomis perkrovomis – ilgesnis. Taigi kiekviena perkrovos vertė turės savo leistinas laikas, kuris gali būti laikomas saugiu izoliacijai.
Leistinos perkrovos trukmės priklausomybė nuo jos dydžio vadinama elektros variklio perkrovos charakteristika. Termofizinės savybės turi tam tikrų skirtumų, skiriasi ir jų charakteristikos. Ištisinė linija paveiksle rodo vieną iš šių charakteristikų.
Iš aukščiau pateiktų charakteristikų galime suformuluoti vienas iš pagrindinių reikalavimų. Jis turėtų veikti priklausomai nuo perkrovos dydžio. E leidžia pašalinti klaidingus aliarmus nepavojingų srovės šuolių metu, kurie atsiranda, pavyzdžiui, užvedant variklį. Apsauga turėtų veikti tik tada, kai ji patenka į nepriimtinų srovės verčių ir jos tekėjimo trukmę. Jo pageidaujama charakteristika, parodyta paveikslėlyje su punktyrine linija, visada turi būti žemiau variklio perkrovos charakteristikos.
Apsaugos veikimui įtakos turi daugybė veiksnių (nustatymų netikslumas, parametrų sklaida ir kt.), dėl kurių pastebimi nukrypimai nuo vidutinių reakcijos laiko verčių. Todėl taškinė kreivė grafike turėtų būti laikoma tam tikra vidutine charakteristika. Kad charakteristikos nesikirstų dėl atsitiktinių veiksnių veikimo, dėl kurio variklis bus išjungtas neteisingai, būtina numatyti tam tikrą ribą. Tiesą sakant, turime susidurti ne su atskira charakteristika, o su apsaugine zona, kurioje atsižvelgiama į apsaugos reakcijos laiko sklaidą.
Kalbant apie tikslią variklio apsaugos veiksmai pageidautina, kad abi savybės būtų kuo artimesnės viena kitai. Taip išvengsite bereikalingo išjungimo, kai perkrovos yra beveik priimtinos. Tačiau esant dideliam abiejų charakteristikų paplitimui, to pasiekti neįmanoma. Kad nepatektumėte į nepriimtinų srovės verčių zoną atsitiktinių nukrypimų nuo apskaičiuotų parametrų atveju, būtina numatyti tam tikrą maržą.
Apsaugos charakteristika turi būti tam tikru atstumu nuo variklio perkrovos charakteristikos, kad būtų išvengta jų tarpusavio susikirtimo. Tačiau dėl to prarandamas variklio apsaugos veiksmų tikslumas.
Srovių, artimų vardinei vertei, srityje atsiranda neapibrėžtumo zona. Įvažiavus į šią zoną, negalima tiksliai pasakyti, veiks apsauga ar ne.
Tokio trūkumo nėra. Skirtingai nuo srovės apsaugos, ji veikia priklausomai nuo izoliacijos senėjimo priežasties, jos šildymo. Kai pasiekiama apvijai pavojinga temperatūra, variklis išjungiamas, neatsižvelgiant į kaitinimą sukėlusią priežastį. Tai vienas iš pagrindinių privalumų temperatūros apsauga.
Tačiau dabartinės apsaugos trūkumas neturėtų būti perdėtas. Faktas yra tas, kad varikliai turi tam tikrą srovės maržą. Nominali srovė variklis visada yra žemesnis už srovę, kuriai esant apvijų temperatūra pasiekia priimtiną vertę. Jis nustatomas vadovaujantis ekonominiais skaičiavimais. Todėl esant vardinei apkrovai variklio apvijų temperatūra yra žemesnė už leistiną vertę. Dėl to susidaro variklio šiluminis rezervas, kuris tam tikru mastu kompensuoja trūkumą.
Daugelis veiksnių, nuo kurių priklauso izoliacijos šiluminė būklė, turi atsitiktinius nuokrypius. Šiuo atžvilgiu charakteristikų patobulinimai ne visada duoda norimą rezultatą.
Perkrovos kintamam nuolatiniam darbui
Kai kurie darbiniai korpusai ir mechanizmai sukuria apkrovą, kuri kinta plačiame diapazone, kaip, pavyzdžiui, smulkinimo, šlifavimo ir kitų panašių operacijų mašinose. Čia periodines perkrovas lydi per maža apkrova iki darbo Tuščia eiga. Kiekvienas srovės padidėjimas, paimtas atskirai, nesukelia pavojingo temperatūros padidėjimo. Tačiau jei jų daug ir pakankamai dažnai kartojasi, greitai susikaupia padidėjusios temperatūros poveikis izoliacijai.
Variklio šildymo procesas esant kintamajai apkrovai skiriasi nuo šildymo proceso esant pastoviai arba silpnai išreikštai kintamajai apkrovai. Skirtumas pasireiškia tiek temperatūros pokyčių eigoje, tiek atskirų mašinos dalių šildymo pobūdžiu.
Keičiantis apkrovai, keičiasi ir apvijų temperatūra. Dėl variklio šiluminės inercijos temperatūros svyravimai yra mažesni. Kai pakanka aukštas dažnis apkrovą, apvijų temperatūrą galima laikyti praktiškai nepakitusia. Šis darbo režimas prilygs ilgalaikiam režimui su pastovia apkrova. Esant žemam dažniui (šimtųjų hercų ir mažesnio dydžio), temperatūros svyravimai tampa pastebimi. Periodiškas apvijos perkaitimas gali sutrumpinti izoliacijos tarnavimo laiką.
Esant dideliems žemo dažnio apkrovos svyravimams, elektros variklis nuolat veikia trumpalaikiame procese. Jo apvijos temperatūra keičiasi dėl apkrovos svyravimų. Kadangi atskiros mašinos dalys turi skirtingus termofizinius parametrus, kiekviena iš jų įkaista savaip.
Šiluminių pereinamųjų procesų srautas kintant apkrovai yra sudėtingas reiškinys ir ne visada gali būti apskaičiuojamas. Todėl variklio apvijų temperatūra negali būti vertinama pagal srovę, tekančią tam tikru metu. Dėl to, kad atskiros elektros variklio dalys įkaista nevienodai, elektros variklio viduje vyksta šilumos srautai iš vienos jo dalies į kitas. Gali būti ir taip, kad išjungus elektros variklį, dėl iš rotoriaus sklindančios šilumos padidės statoriaus apvijų temperatūra. Taigi srovės dydis gali neatspindėti izoliacijos įkaitimo laipsnio. Taip pat reikėtų atsižvelgti į tai, kad kai kuriais režimais rotorius įkais intensyviau ir vėsins mažiau nei statorius.
Tai apsunkina šilumos perdavimo procesų sudėtingumas variklio šildymo valdymas. Netgi tiesioginis apvijų temperatūros matavimas tam tikromis sąlygomis gali duoti paklaidą. Faktas yra tas, kad nepastovių šiluminių procesų metu įvairių mašinos dalių šildymo temperatūra gali skirtis ir matavimas viename taške negali pateikti tikro vaizdo. Tačiau, palyginti su kitais metodais, apvijos temperatūros matavimas duoda tikslesnį rezultatą.
Jį galima priskirti prie nepalankiausių apsaugos atžvilgiu. Periodiškas įtraukimas į darbą rodo trumpalaikės variklio perkrovos galimybę. Tokiu atveju perkrovos dydį turėtų apriboti apvijų šildymo sąlyga, ne didesnė už leistiną vertę.
Apsauga, "stebi" apvijos įkaitimo būklę, turi gauti atitinkamą signalą. Kadangi srovė ir temperatūra pereinamojo laikotarpio sąlygomis gali neatitikti viena kitos, srovės matavimu pagrįsta apsauga negali tinkamai atlikti savo funkcijos.
Paleidimo laikas yra vienas iš pagrindinių faktorių renkantis variklį. Paleidimo momentu variklis sunaudoja paleidimo srovę iš tinklo, kuri 5-7 kartus viršija vardinę srovę (asinchroniniams varikliams su voverės narvelio rotoriumi). Tokiu atveju padidėja apvijų įkaitimas, o jei paleidimo laikas vėluoja, apvijų temperatūra gali viršyti leistiną vertę.
Todėl pagreičio laikui daug reikšmės turi paleidimo momentas. Todėl kompresorinėms pavaroms rekomenduojama naudoti padidinto paleidimo momento (AOP) elektros variklius.
Vienetams mažiems ir vidutinė galia paleidimo laikas su gana retais paleidimais paprastai neviršija 3-5 s, galingiems agregatams - 20-30 s.
Indukcinio variklio veleno sukimo momentas yra proporcingas įtampos kvadratui. Taigi net nedidelis įtampos sumažėjimas paleidimo metu smarkiai sumažina paleidimo momentą. Mažos talpos tinkluose gali būti atvejų, kai įrenginio negalima paleisti visa apkrova. Todėl, renkantis variklį, jie nustato minimalios leistinos įtampos vertę, kuriai esant įrenginys gali būti pradėtas eksploatuoti.
Mažiausias perteklinis sukimo momentas, užtikrinantis pavaros pagreitį, turi būti ne mažesnis kaip 0,1 vardinis sukimo momentas elektrinis variklis. Laikoma, kad paleidimo metu statinis kompresoriaus sukimo momentas yra pastovus ir lygus vardiniam (paleidimas be iškrovimo). Jei tinkle nepakanka galios ir įtampos kritimas gali pasirodyti didesnis nei apskaičiuotas paleidžiant, paleidimas turėtų būti atliekamas su neapkrautu kompresoriumi. Jei toks paleidimas neįmanomas, voverės narvelio rotoriaus variklis turi būti pakeistas suvynioto rotoriaus varikliu arba paleidimo grandinė (naudokite grandinę su paleidimo srovės apribojimu).
Elektros pavaros valdymo grandinės elektrotechnikoje atsižvelgiama į įtampos mažinimo poveikį paleidimo ir valdymo įrangos (starterių, relių ir kt.) darbui. Šiuolaikinių kompresorių kūrimas yra skirtas mažoms, vidutinėms ir didelėms mašinoms naudoti įmontuotus elektros variklius.
Stūmoklinių šaldymo kompresorių su įmontuotais elektros varikliais paleidimo momentų tyrimai leido padaryti tam tikras išvadas dėl pastarųjų panaudojimo kai kurių tipų kompresoriams varyti. Taigi, naudojant įmontuotus elektros variklius, galima pasiekti visišką šaldymo kompresoriaus sandarumą, atsisakyti tarpinių jungčių (pavaros diržų, movų ir kt.) naudojimo, o tai padidina instaliacijos patikimumą ir sumažina kiekį. panaudoto metalo. Be to, variklio apvijos aušinimas šaltnešio garais sumažina jos matmenis, padidindamas specifinę apkrovą.
Palyginus su įprastiniais elektros varikliais, įmontuoti elektros varikliai yra pigesni.
Kompresorių veikimui esant įvairioms garavimo ir kondensacijos temperatūroms reikalingas didelis įmontuotų elektros variklių efektyvumas. ir galios koeficientas cos Ф, kai apkrova kinta reikšmingame diapazone. Taip pat reikalingas geras variklio apvijų aušinimas ir patikimas kompresoriaus paleidimas visame darbinės temperatūros diapazone.
Sumažėjus variklio užvedimo momentui, pailgėja užvedimo procesas, perkaista izoliacija, sutrumpėja jos tarnavimo laikas. Per didelis paleidimo momento įvertinimas sumažina efektyvumą. ir variklio cos F bei jo perkrovos galia.
Taigi elektros variklio parinkimo pagal paleidimo momentą užduotis yra glaudžiai susijusi su šaldymo agregato patikimumu ir efektyvumu.
Tyrimai parodė, kad padidėjus kompresoriaus cilindrų skaičiui, smagračio sukimo momentui ir sumažėjus suspaudimo laipsniui, pradinis sukimo momento santykis mažėja.
Eksperimentiniai duomenys leidžia kai kuriems panašios konstrukcijos kompresoriams (hermetiškiems, sandariems) nustatyti:
- nustatant elektros variklio paleidimo sukimo momentą, būtina atsižvelgti į elektros variklio ir kompresoriaus išcentrinių masių poveikį, dujų nuotėkį iš cilindrų esant mažam apsisukimų dažniui ir vardiniam greičiui;
- kuo mažesnis kompresoriaus cilindrų skaičius ir didesnis suspaudimo laipsnis, tuo didesnis elektros variklio paleidimo sukimo momentas;
- jei kompresoriaus cilindrų skaičius yra didesnis nei keturi, o paleidimas atliekamas esant mažam suspaudimo laipsniui, galima naudoti įprastos konstrukcijos elektros variklį, o ne su padidintu paleidimo momento santykiu.
Šie duomenys gali būti papildyti kompresoriais, panašiais į išbandytus.