الأحمال الزائدة الحالية وتأثيرها على تشغيل وعمر خدمة المحركات الكهربائية

يوضح تحليل أعطال المحرك غير المتزامن أن السبب الرئيسي لفشلها هو انهيار العزل بسبب ارتفاع درجة الحرارة.

التحميل الزائد لمنتج كهربائي (جهاز) - تجاوز القيمة الفعلية للطاقة أو التيار لمنتج كهربائي (جهاز) فوق القيمة المقدرة. (GOST 18311-80).

تعتمد درجة حرارة تسخين ملفات المحرك الكهربائي على الخصائص الحرارية للمحرك والمعلمات البيئية. يذهب جزء من الحرارة المتولدة في المحرك لتسخين الملفات ، ويتم إطلاق الباقي في البيئة. تتأثر عملية التسخين بالمعلمات الفيزيائية مثل السعة الحرارية وتبديد الحرارة.

اعتمادًا على الحالة الحرارية للمحرك الكهربائي والهواء المحيط ، قد تختلف درجة تأثيرهما.إذا كان الاختلاف في درجة الحرارة بين المحرك والبيئة صغيرًا وكانت الطاقة المنبعثة كبيرة ، فسيتم امتصاص الجزء الرئيسي منه بواسطة الفولاذ المتعرج والجزء الثابت والدوار ، ومبيت المحرك وأجزائه الأخرى. هناك ارتفاع حاد في درجة حرارة العزل ... مع التسخين ، يتجلى تأثير التبادل الحراري أكثر فأكثر. يتم إنشاء العملية بعد الوصول إلى التوازن بين الحرارة المتولدة والحرارة المنبعثة إلى البيئة.

زيادة التيار فوق القيمة المسموح بها لا يؤدي على الفور إلى حالة طارئة ... يستغرق الأمر بعض الوقت حتى يصل الجزء الثابت والدوار إلى درجة الحرارة القصوى. لذلك ، ليست هناك حاجة للحماية للتفاعل مع كل تيار زائد. يجب أن تغلق الآلة فقط عندما يكون هناك خطر التدهور السريع للعزل.

من وجهة نظر تسخين العزل ، فإن حجم ومدة تدفق التيار الذي يتجاوز القيمة الاسمية لهما أهمية كبيرة. تعتمد هذه المعلمات بشكل أساسي على طبيعة العملية التكنولوجية.

التحميل الزائد لمحرك كهربائي من أصل تكنولوجي

الحمل الزائد للمحرك الكهربائي ناتج عن الزيادة الدورية في عزم الدوران على عمود الآلة المدارة. في مثل هذه الآلات والمنشآت ، تتغير قوة المحرك الكهربائي طوال الوقت. من الصعب ملاحظة فترة طويلة من الزمن يظل خلالها التيار ثابتًا في المقدار. تظهر لحظات مقاومة كبيرة قصيرة المدى بشكل دوري على عمود المحرك ، مما يؤدي إلى حدوث ارتفاعات حالية.

عادة لا تتسبب مثل هذه الأحمال الزائدة في ارتفاع درجة حرارة لفات المحرك ، والتي لها خمول حراري مرتفع نسبيًا.ومع ذلك ، مع فترة طويلة بما فيه الكفاية وتكرار متكرر ، التسخين الخطير للمحرك الكهربائي… الدفاع يجب أن "يميز" ​​بين هذه الأنظمة. لا ينبغي أن يتفاعل مع صدمات الأحمال قصيرة المدى.

قد تتعرض الأجهزة الأخرى لأحمال زائدة صغيرة نسبيًا ولكنها طويلة المدى. يتم تسخين ملفات المحرك تدريجيًا إلى درجة حرارة قريبة من القيمة القصوى المسموح بها. عادة ، يحتوي المحرك الكهربائي على احتياطي معين من التدفئة والتيارات الزائدة الصغيرة ، على الرغم من مدة العمل ، لا يمكن أن تخلق موقفًا خطيرًا. في هذه الحالة ، لا يلزم إيقاف التشغيل. بهذه الطريقة ، هنا أيضًا ، يجب أن "تميز" حماية المحرك بين الأحمال الزائدة الخطرة وغير الخطرة.

الحمولة الزائدة في حالات الطوارئ للمحرك الكهربائي

باستثناء التحميل الزائد للأصل التكنولوجي ، ربما حدثت أحمال زائدة طارئة لأسباب أخرى (تلف في خط إمداد الطاقة ، تشويش أجهزة العمل ، انخفاض الجهد ، إلخ). إنهم ينشئون طرقًا معينة لتشغيل المحرك التعريفي ويقدمون متطلباتهم لأجهزة السلامة ... ضع في اعتبارك سلوك المحرك التعريفي في أوضاع الطوارئ النموذجية.

الأحمال الزائدة في عملية مستمرة مع الحمل المستمر

عادة ما يتم اختيار المحركات الكهربائية مع احتياطي طاقة معين. أيضًا ، في معظم الأوقات ، تعمل الآلات تحت الحمل. نتيجة لذلك ، غالبًا ما يكون تيار المحرك أقل بكثير من القيمة المقدرة. تحدث الأحمال الزائدة ، كقاعدة عامة ، في حالة الانتهاكات التكنولوجية ، والأعطال ، والتشويش والتشويش في آلة العمل.

تتمتع الآلات مثل المراوح ومضخات الطرد المركزي وأحزمة النقل والبراغي بحمل هادئ وثابت أو متباين قليلاً.التغييرات قصيرة المدى في تدفق المواد ليس لها أي تأثير عمليًا على تسخين المحرك الكهربائي. يمكن تجاهلها. إنها مسألة أخرى إذا استمرت انتهاكات ظروف العمل العادية لفترة طويلة.

تحتوي معظم المحركات الكهربائية على احتياطي طاقة معين. تتسبب الأحمال الزائدة الميكانيكية بشكل أساسي في تلف أجزاء الماكينة. نظرًا للطبيعة العشوائية لحدوثها ، لا يمكن التأكد من أنه في ظل ظروف معينة سيتم أيضًا تحميل المحرك الكهربائي بشكل زائد. على سبيل المثال ، يمكن أن يحدث هذا مع المحركات اللولبية. تنعكس التغييرات في الخواص الفيزيائية والميكانيكية للمادة المنقولة (الرطوبة ، حجم الجسيمات ، إلخ) على الفور في القدرة المطلوبة لتحريكها. يجب أن تغلق الحماية المحرك الكهربائي في حالة حدوث حمل زائد يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة اللفات بشكل خطير.

من وجهة نظر تأثير التيارات الزائدة طويلة المدى على العزل ، يجب التمييز بين نوعين من الأحمال الزائدة: صغير نسبيًا (حتى 50٪) وكبير (أكثر من 50٪).

تأثير الأول لا يظهر على الفور ، بل بشكل تدريجي ، بينما تظهر تأثيرات الأخير بعد وقت قصير. إذا كان ارتفاع درجة الحرارة فوق القيمة المسموح بها صغيرًا ، فإن شيخوخة العزل تحدث ببطء. تتراكم التغييرات الصغيرة في بنية المادة العازلة تدريجياً. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تتسارع عملية الشيخوخة بشكل كبير.

أعتقد أن ارتفاع درجة الحرارة فوق المسموح به لكل 8-10 درجات مئوية يقلل من العمر التشغيلي لعزل لفات المحرك.لذلك ، فإن ارتفاع درجة الحرارة بمقدار 40 درجة مئوية يقلل من عمر العزل 32 مرة! على الرغم من أن هذا كثير ، إلا أنه يظهر بعد عدة أشهر من العمل.

في حالة الأحمال الزائدة العالية (أكثر من 50٪) ، ينهار العزل بسرعة تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة.

لتحليل عملية التسخين ، سوف نستخدم نموذج محرك مبسط. تؤدي الزيادة في التيار إلى زيادة الخسائر المتغيرة. يبدأ الملف في التسخين. تتغير درجة حرارة العزل وفقًا للرسم البياني في الشكل. يعتمد معدل ارتفاع درجة حرارة الحالة المستقرة على حجم التيار.

بعد مرور بعض الوقت على حدوث الحمل الزائد ، تصل درجة حرارة اللفات إلى القيمة المسموح بها لفئة معينة من العزل. عند قوى التسارع العالية ستكون أقصر ، وعند قوى التسارع المنخفضة ستكون أطول. وبالتالي ، سيكون لكل قيمة زائدة وقتها المسموح به والذي يمكن اعتباره آمنًا للعزل.

يُطلق على اعتماد المدة المسموح بها للحمل الزائد على حجمها خاصية الحمل الزائد للمحرك الكهربائي ... الخصائص الفيزيائية الحرارية أنواع مختلفة من المحركات الكهربائية لديها بعض الاختلافات وتختلف خصائصها أيضًا. تظهر إحدى هذه الميزات في الشكل بخط متصل.

خاصية الحمل الزائد للمحرك (الخط الصلب) وخاصية الحماية المطلوبة (الخط المتقطع)

من الخصائص المحددة ، يمكننا صياغة أحد المتطلبات الرئيسية للحماية من الحمل الزائد المعتمدة على التيار… يجب رفعه حسب حجم الحمولة الزائدة.هذا يجعل من الممكن استبعاد الإنذارات الكاذبة ذات النبضات الحالية غير الخطرة ، والتي تحدث على سبيل المثال عند بدء تشغيل المحرك. يجب أن تعمل الحماية فقط عندما تقع في منطقة القيم الحالية غير المقبولة ومدة تدفقها. يجب أن تكمن خصائصها المرغوبة ، الموضحة في الشكل بخط متقطع ، دائمًا تحت خاصية الحمل الزائد للمحرك.

يتأثر تشغيل الحماية بعدد من العوامل (عدم دقة الإعدادات ، تشتت المعلمات ، وما إلى ذلك) ، ونتيجة لذلك يتم ملاحظة الانحرافات عن القيم المتوسطة لوقت الاستجابة. لذلك ، يجب اعتبار الخط المتقطع على الرسم البياني نوعًا من الخصائص المتوسطة. من أجل عدم تجاوز الخصائص نتيجة عمل العوامل العشوائية ، والتي ستؤدي إلى إيقاف المحرك بشكل غير صحيح ، من الضروري توفير هامش معين. في الواقع ، لا ينبغي للمرء أن يعمل مع خاصية منفصلة ، ولكن مع منطقة واقية ، مع مراعاة توزيع وقت رد الفعل للحماية.

فيما يتعلق بإجراءات حماية المحرك الدقيقة ، من المستحسن أن تكون كلتا الخاصيتين قريبتين قدر الإمكان من بعضهما البعض. سيؤدي ذلك إلى تجنب التعثر غير الضروري عند الاقتراب من الأحمال الزائدة المسموح بها. ومع ذلك ، إذا كان هناك انتشار كبير لكلتا الخاصيتين ، فلا يمكن تحقيق ذلك. من أجل عدم الوقوع في منطقة القيم الحالية غير المقبولة في حالة الانحرافات العشوائية عن المعلمات المحسوبة ، من الضروري توفير هامش معين.

يجب وضع خاصية الحماية على مسافة معينة من خاصية الحمل الزائد للمحرك لاستبعاد العبور المتبادل بينهما.لكن هذا يؤدي إلى فقدان دقة عمل حماية المحرك.

في منطقة التيارات القريبة من القيمة الاسمية ، تظهر منطقة عدم اليقين. عند دخول هذه المنطقة ، من المستحيل أن نقول على وجه اليقين ما إذا كانت الحماية ستنجح أم لا.

هذا العيب غائب في تعمل الحماية حسب درجة حرارة اللف... على عكس الحماية من التيار الزائد ، فإنه يعمل اعتمادًا على سبب شيخوخة العزل وتسخينه. عند الوصول إلى درجة حرارة خطرة على الملف ، يتم إيقاف تشغيل المحرك ، بغض النظر عن سبب التسخين. هذه واحدة من المزايا الرئيسية للحماية من درجة الحرارة.

ومع ذلك ، لا ينبغي المبالغة في الافتقار إلى الحماية من التيار الزائد. الحقيقة هي أن المحركات لديها احتياطي حالي معين. يكون التيار المقنن للمحرك دائمًا أقل من التيار الذي تصل فيه درجة حرارة اللفات إلى القيمة المسموح بها. تم تأسيسها ، مسترشدة بالحسابات الاقتصادية. لذلك ، عند الحمل المقنن ، تكون درجة حرارة ملفات المحرك أقل من القيمة المسموح بها. نتيجة لهذا ، يتم إنشاء احتياطي حراري للمحرك ، والذي يعوض إلى حد ما عن النقص المرحلات الحرارية.

العديد من العوامل التي تعتمد عليها الحالة الحرارية للعزل لها انحرافات عشوائية. في هذا الصدد ، لا تعطي مواصفات الخصائص دائمًا النتيجة المرجوة.

الزائدة في عملية مستمرة متغيرة

تخلق بعض الهيئات والآليات العاملة أحمالًا تختلف على نطاق واسع ، مثل عمليات التكسير والطحن وغيرها من العمليات المماثلة. هنا ، تكون الأحمال الزائدة الدورية مصحوبة بحمل ناقص إلى الخمول.أي زيادة في التيار ، بشكل منفصل ، لا تؤدي إلى ارتفاع خطير في درجة الحرارة. ومع ذلك ، إذا كان هناك الكثير وتكررت في كثير من الأحيان بما فيه الكفاية ، فإن تأثير ارتفاع درجة الحرارة على العزل يتراكم بسرعة.

تختلف عملية تسخين المحرك الكهربائي عند الحمل المتغير عن عملية التسخين عند الحمل الثابت أو المتغير قليلاً. يتجلى الاختلاف في كل من مسار التغيرات في درجات الحرارة وطبيعة تسخين الأجزاء الفردية من الماكينة.

مع تغير الحمل ، تتغير درجة حرارة الملفات. بسبب القصور الذاتي الحراري للمحرك ، تكون تقلبات درجات الحرارة أقل انتشارًا. عند تردد تحميل عالٍ بدرجة كافية ، يمكن اعتبار درجة حرارة اللفات دون تغيير عمليًا. سيكون هذا معادلاً للتشغيل المستمر مع الحمل المستمر. عند التردد المنخفض (بترتيب أجزاء من المئات من هرتز وأقل) تصبح تقلبات درجات الحرارة ملحوظة. يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة حرارة الملف بشكل دوري إلى تقصير عمر العزل.

مع تقلبات الحمل الكبيرة عند التردد المنخفض ، يكون المحرك دائمًا في عملية عابرة. تتغير درجة حرارة الملف بعد تقلبات الحمل. نظرًا لأن الأجزاء الفردية من الماكينة لها معلمات فيزيائية حرارية مختلفة ، فإن كل منها يسخن بطريقته الخاصة.

يعد مسار العبور الحراري تحت الحمل المتغير ظاهرة معقدة ولا يخضع دائمًا للحساب. لذلك ، لا يمكن تقدير درجة حرارة ملفات المحرك من التيار المتدفق في أي وقت. نظرًا لحقيقة أن الأجزاء الفردية من المحرك الكهربائي يتم تسخينها بطرق مختلفة ، فإن الحرارة تنتقل من جزء إلى آخر في المحرك الكهربائي.من الممكن أيضًا أنه بعد إيقاف تشغيل المحرك الكهربائي ، سترتفع درجة حرارة لفات الجزء الثابت بسبب الحرارة التي يوفرها الدوار. وبالتالي ، قد لا يعكس حجم التيار درجة تسخين العزل. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أيضًا أنه في بعض الأوضاع ، يسخن الجزء المتحرك بشكل أكثر كثافة ويبرد أقل من الجزء الثابت.

يجعل تعقيد عمليات نقل الحرارة من الصعب التحكم في تسخين المحرك ... حتى القياس المباشر لدرجة حرارة اللفات يمكن أن يؤدي إلى خطأ في بعض الظروف. الحقيقة هي أنه في العمليات الحرارية غير المستقرة ، يمكن أن تختلف درجة حرارة التسخين لأجزاء مختلفة من الماكينة ، ولا يمكن للقياس في وقت واحد أن يعطي صورة حقيقية. ومع ذلك ، فإن قياس درجة حرارة الملف أكثر دقة من الطرق الأخرى.

العمل الدوري يمكن الرجوع إلى أكثر الأشياء غير المواتية من وجهة نظر عمل الحماية. يشير التضمين الدوري في العمل إلى إمكانية الحمل الزائد للمحرك على المدى القصير. في هذه الحالة ، يجب أن يكون حجم الحمل الزائد محدودًا بشرط تسخين اللفات ، والتي لا تتجاوز القيمة المسموح بها.

يجب أن تتلقى "مراقبة" الحماية لحالة التسخين للملف الإشارة المقابلة. نظرًا لأن التيار ودرجة الحرارة قد لا يتوافقان مع بعضهما البعض في ظروف عابرة ، فإن الحماية القائمة على القياس الحالي لا يمكن أن تؤدي دورها بشكل صحيح.