Задать вопрос

или свяжитесь с нами по телефону +7 (495) 792-57-57

* - обязательные поля

Силовая электроника
+7 (495) 792-57-57

Защита электродвигателя от перегрузок

Получить консультацию

Главная причина выхода электродвигателей из строя – повреждение обмоток. При значительном избыточном нагреве, изоляционный лак разрушается, что приводит к межвитковым замыканиям.

При этом нагрев, который возникает при пуске или кратковременной перегрузке двигателя, является нормальным технологическим режимом, избыточное тепло поглощается узлами и деталями двигателя.

Аварийный режим работы – нагрев обмоток электрической машины до недопустимой температуры, вызванный повышенным током. Основные причины его возникновения:

  • Длительная технологическая перегрузка.
  • Механическое заклинивание вала по различным причинам.
  • Неисправности, износ двигателя.
  • Короткие замыкания в цепи обмоток.

Аварийные режимы можно разделить на 2 группы: короткие замыкания и перегрузки по току. В первом случае возникают сверхтоки, многократно превышающие номинальные значения. Значительный перегрев вызывает быстрое разрушение изоляционного лака и короткие замыкания в обмотке.

Электродвигатель

При перегрузках по обмоткам течет ток выше номинального, вызывающий избыточный нагрев, при этом двигатель может работать довольно долго. Повышенная температура приводит к укоренному старению изоляции. Так, нагрев на 100°С выше допустимого приводит к двукратному уменьшению срока службы изоляции.

Для предотвращения таких режимов применяют аппараты защиты. Рассмотрим различные виды защит и особенности из выбора.

Виды защит двигателя и принцип их действия

Защитные электроаппараты и устройства позволяют предупредить возникновение аварийного режима и отключить двигатель до выхода его из строя. Основные требования к защите: своевременное четкое срабатывание при возникновении недопустимого превышения тока или недопустимого нагрева обмоток и отсутствие ложных срабатываний при пуске, допустимой кратковременной технологической перегрузки.

Основные виды защит:

  • От коротких замыканий. Для этого применяют автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем, электромеханические и электронные реле, предохранители с плавкими вставками. Такая защита должна срабатывать мгновенно.
  • От перегрузки по току. Аппаратная реализация защиты осуществляется при помощи автоматов с тепловым расцепителем, температурных реле различных типов. Защита срабатывает при длительном протекании повышенного тока определенное время. Выдержку выбирают в зависимости от величины тока перегрузки.
  • От снижения напряжения, пропадания одной из фаз. При уменьшении напряжения на обмотках двигателя, работающего под нагрузкой, ток на обмотках возрастет. Для защиты встраивают тепловые сенсоры в обмотки, реле.
  • От тепловых перегрузок. Для этого применяют биметаллические реле. Чувствительный элемент изгибается под влиянием высокой температуры, замыкает или размыкает контакт реле, которое вырабатывает сигнал на отключение двигателя. Устройство срабатывает с выдержкой времени, что требуется при тяжелом пуске, возможных технологических перегрузках.
Защита электродвигателя от тепловых перегрузок

Для защиты от аварийных режимов также используют специализированные электронные устройства на базе микропроцессоров, функции аварийного отключения также поддерживают преобразователи частоты, УПП.

Выбор защиты для электродвигателя

Защиты для двигателей выбирают в зависимости от мощности, условий и режимов работы, наличию или отсутствию электротехнического персонала, особенностей нагрузки и других факторов.

Максимальная токовая защита от сверхтоков коротких замыканий требуется всем электроприводам.

Для приводов ответственного оборудования, а также установок, работающих в сложных условиях, при динамических нагрузках требуется защита предохранителем или автоматическим выключателем, встроенным тепловым выключателем.

Электроприводы мощностью до 1,1 кВт, работающие при постоянном присутствии квалифицированного персонала, защищают тепловыми реле и предохранителями.

Тепловая и токовая защита двигателей более 1,1 кВт, работающих в отсутствии электротехнического персонала, дополнительно комплектуется фоточувствительным устройством.

Выбор защит осуществляется на основании анализа условий электросети, режимов работы двигателей, особенностей нагрузки и характеристик защитных аппаратов.

Предохранители для электродвигателей

Предохранители предназначены для защиты от сверхтоков, возникающих в цепи обмоток при коротких замыканиях. Чувствительный элемент аппарата – плавкая вставка. При прохождении токов большой величины, она разрушается. Цепь питания размыкается, двигатель останавливается.

Предохранители для электродвигателей

Аппараты выбирают таким образом, чтобы величина номинального тока вставки равнялась току, потребляемому двигателем в нормальном режиме, или немного его превышала. При этом предохранитель не должен реагировать на пуск двигателя, а наибольшее значения тока в цепи не должно превышать перегрузочную способность пускателя и тепловых реле.

Точка пересечения время-токовой характеристики плавкой вставки должна находиться до точки выхода из строя теплового реле и точки сваривания контактов коммутационных аппаратов.

Автоматические выключатели для электродвигателей

Автоматические выключатели применяют в схемах максимальной токовой защиты и защиты от перегрузок. Выпускают аппараты с электромагнитным и тепловым расцепителем и только с электромагнитным расцепителем. Последние реагируют только на ток короткого замыкания. Аппараты с тепловым и электромагнитным расцепителем обеспечивают защиту от сверхтоков и перегрузок.

Автоматические выключатели для электродвигателей

Для защиты электродвигателей применяют автоматы с характеристиками С и D. Аппараты С применяют для приводов со нормальными и средне-тяжелыми условиями пуска. Устройства мгновенно срабатывают при возникновении сверхтоков. При 5-кратном увеличении величины, устройства отключают двигатель с выдержкой времени. Таким образом, автоматический выключатель не реагирует на кратковременные скачки тока при пуске.

Автоматы с характеристикой С используют для защиты двигателей с тяжелыми и особо тяжелыми условиями пуска. Устройства срабатывают при 10-кратном превышении тока с выдержкой времени на переходной процесс, что соответствует тяжелым условиям пуска.

Тепловые реле и датчики для электродвигателя

Тепловые реле применяют для защиты двигателей от перегрузок по току. При длительном превышении его номинального значения, устройства размыкают цепь питания контактора и отключают двигатель. При выборе тепловых реле учитывают:

  • Номинальный ток и напряжение аппарата.
  • Диапазон токовых уставок.
  • Класс расцепления по ГОСТ Р 50030.4.1-2012.

Тепловые реле применяют для приводов, работающих в продолжительном режиме и при небольших перегрузках.

Тепловые реле и датчики для электродвигателя

Для температурной защиты, независимо от причин перегрева двигателей, применяют полупроводниковые или биметаллические сенсоры. Датчики монтируют в обмотку или располагают рядом с подверженными нагреву частями электродвигателей. Устройства замкнуты на реле, которое реагирует на сигнал с сенсоров размыканием силовой цепи.

Такая защита обеспечивает аварийное отключение как при обрыве фазы, перегрузках на валу, таки и при поломках подшипников и механическом заклинивании.

Электронные устройства для защиты электродвигателей

Выпускают также устройства для комплексной защиты двигателей, например, УЗД или УДЗР. Аппараты позволяют реализовать максимальную токовую, тепловую, а также защиту от перегрузок, осуществлять управление двигателем.

Электронные устройства для защиты электродвигателей

Устройства также защищают:

  • От обрыва и «слипания», неверного порядка чередования фаз.
  • От несимметричной нагрузки.
  • От снижения и увеличения напряжения до недопустимых величин.
  • От утечек тока в результате повреждения изоляции.

Устройства также обеспечивают индикацию кода причины аварийного отключения. Параметры срабатывания можно настраивать в зависимости от требований к защите электродвигателя.

Защита приводов с частотным преобразователем

Входную цепь частотно-регулируемых приводов защищают плавкими предохранителями. Для аварийного отключения двигателя в частотных преобразователях предусмотрена встроенная защита. Однако, при коротких замыканиях в цепи нагрузки, величина тока возрастает мгновенно, защита не успевает отключить цепь до повреждения IGBT-транзисторов.

Чаще всего такое бывает при коротком кабеле «преобразователь-двигатель». Индуктивность проводника слишком мала, чтобы уменьшить скорость нарастания тока, в результате встроенная защита не успевает сработать.

Проблема решается установкой выходного фильтра du/dt. Устройство значительно снижает время нарастания тока, в результате чего защита успевает сработать.

Защита приводов с частотным преобразователем

Выбор защиты определяется техническими требованиями к приводу, экономической целесообразностью. Для двигателей простого оборудования достаточно защиты от коротких замыканий и перегрузок, для ответственных электроприводов устанавливают устройства комплексной защиты.