Защита электродвигателя: виды, схемы, принцип действия защиты электродвигателя

Рис. 1- Пример устройства защита двигателя 

Для чего нужна защита электродвигателя?

При проектировании электроустановок, электродвигатель подбирается с запасом по мощности. Фактически, большую часть времени он работает в незагруженном режиме, с током, ниже номинального. Верным признаком аварийной ситуации является повышение температуры электродвигателя и увеличение тока. Если не предпринять меры, двигатель выйдет из строя.

Аварийным режимом работы электродвигателя называют любой режим его работы, который вызывает нагрев обмоток выше допустимых значений. При этом нагрев обмоток при работе двигателя – явление нормальное.

Из этого следует, что устройство защиты электродвигателя должно обеспечивать его нормальную работу и своевременно обнаруживать аварийный режим.

Причины возникновения аварийного режима (для асинхронного двигателя) могут быть следующие:

• снижение или увеличение питающего напряжения при номинальной нагрузке на валу;

• снижение межвиткового сопротивления изоляции обмоток статора;

• увеличение (выше номинальной) нагрузки на валу;

• обрыв фазы;

• ухудшение вентиляции двигателя;

• увеличение, выше допустимого, числа включений

• Включений/выключений.Почти в 95% случаев аварийный отказ двигателя происходит из-за повреждения обмоток и дальнейшего межвиткового замыкания.

Современная автоматика защиты электродвигателей умеет понимать кратковременные перегрузки, связанные с нормальной работой. При работе двигателя в нормальных условиях перегрева обмоток не происходит, т.к. выделившееся тепло рассеивается в обмотках, статоре и роторе. Например, УЗД настраивается, чтобы не было срабатывания защиты при высоких пусковых и тормозных токах электродвигателя, которые могут превышать номинальный ток в 5-10 раз.

Аварийные режимы работы электродвигателей

Ниже будут рассмотрены основные аварии и известные факты, возникающие при эксплуатации трехфазного электродвигателя, в аварийном режиме без защиты.

• Снижение входного напряжения на четверть от номинала вызывает нагрев обмоток статора. Увеличение напряжения так же приводит к увеличению тока и повышению температуры электродвигателя.

• При обрыве одной из фаз статора в двигателе, работающем под нагрузкой, возникает токовая перегрузка двух оставшихся фаз, что ведёт к увеличению температуры обмоток. Если устройство защиты обмотки электродвигателя по температуре отсутствует, пожароопасное превышение температуры наступает менее, чем через 10 минут – обычно 5-7. Характерным признаком обрыва фазы является гудение двигателя.

• При пробое обмотки ротора на корпус начинает увеличиваться частота вращения двигателя, что вызывает нагрев ротора и расплавление изоляции.

• Пробой изоляции между фазами вызывает короткое замыкание (КЗ) в обмотке. При КЗ в обмотке статора двигатель вибрирует и гудит, процесс нагрева развивается лавинообразно, и в результате происходит возгорание изоляции.

Чаще всего электродвигатели выходят из строя из-за отсутствия профилактики, плохого хранения и работе в режиме, для которого они не предназначены. Любые механические неисправности электродвигателя (отрыв стержня короткозамкнутой обмотки ротора, нарушение контактов пазных или сварных соединений, нарушение контакта в цепи щёток, выработка коллектора и контактных колец, засорение вентиляционных каналов и т.п.) вызывают нагрев двигателя и его выход из строя. 

Одним из уязвимых мест в двигателях является подшипниковый узел. Разрушение подшипников приводит к нарушению соосности валов и появлению трения, которое вызывает нагрев корпуса. Значительное трение увеличивает тормозной момент на валу, что приводит к росту тока в обмотке статора и возрастанию температуры его обмоток.

Система защиты электродвигателя имеет несколько уровней и включает встроенную защиту от перегрева и внешнюю – от перегрузок по току и защиту электродвигателя от короткого замыкания.

Устройства защиты двигателя «НТК Приборэнерго»

«НТК Приборэнерго» производит устройства защиты трёхфазного асинхронного электродвигателя УЗД для номинальных токов до 10А, от 10 до 100А и свыше 100А. Устройства выполняются в пластиковом корпусе и крепятся на DIN – рейке. Принцип действия основывается на обработке входных сигналов, передающихся с датчиков температуры и со встроенных датчиков тока, включённых в две фазы двигателя.

При срабатывании датчиков формируется управляющий сигнал и выполняется размыкание контакта входного реле катушки пускателя.

Защита электродвигателя от аварийных режимов – время-токовая или тепловая перегрузка, снижение сопротивления изоляции, обрыв фаз и отключение по технологическим параметрам – гальванически развязана («сухой» контакт реле). Контроль по току нагрузки так же осуществляется через «сухой» контакт второго реле – срабатывание определяется значением, заданным уставкой.

УЗД имеют информационный выход и поддерживают связь с контроллером или ПК, что позволяет накапливать и обрабатывать данные, прогнозируя будущие аварийные ситуации.

Отличительной особенностью УЗД производства «НТК Приборэнерго» является высокое качество, которое напрямую влияет на рабочий ресурс оборудования.

1)Устройство защиты электродвигателя УЗД-1

2)Устройство защиты электродвигателя УЗД-2

3)Устройство защиты электродвигателя УЗД-3

Рис. 2-Схема подключения Узд

Заключение

В современной аппаратуре защиты электродвигателей всё аще находят применение универсальные микропроцессорные устройства защиты. Такие устройства обеспечивают все типы защит и имеют возможность гибкой настройки параметров срабатывания.

В связи с тем, что для одного и того же аварийного режима можно использовать разные устройства – в т.ч. и недорогие – выбор типа защиты должен основываться на технико-экономических расчётах.