Wat gebeurt er met de motor bij faseverlies en enkelfasig bedrijf

Onder faseverlies verstaan ​​we de enkelfasige werking van de elektromotor als gevolg van het loskoppelen van de voeding van een van de geleiders van het driefasensysteem.

De redenen voor het wegvallen van een fase van een elektromotor kunnen zijn: het breken van een van de draden, het doorbranden van een van de zekeringen; contactstoring in een van de fasen.

Afhankelijk van de omstandigheden waaronder het faseverlies optrad, kunnen er verschillende werkingsmodi van de elektromotor zijn en de gevolgen die deze modi met zich meebrengen. In dit geval moet rekening worden gehouden met de volgende factoren: het aansluitschema van de wikkelingen van de elektromotor ("ster" of "driehoek"), de bedrijfstoestand van de motor op het moment van faseverlies (faseverlies kan optreden voor of na het inschakelen van de motor, tijdens belasting), de mate van motorbelasting en de mechanische kenmerken van de werkende machine, het aantal elektromotoren dat werkt met faseverlies en hun wederzijdse invloed.

Hier moet u letten op de kenmerken van de modus in kwestie. In de driefasige modus stroomt elke fase van de wikkeling met een stroom die in de tijd is verschoven met een derde van de periode. Bij het wegvallen van een fase vloeien beide wikkelingen ongeveer even sterk, in de derde fase is er geen stroom. Ondanks het feit dat de uiteinden van de wikkelingen zijn verbonden met twee fasegeleiders van een driefasensysteem, vallen de stromen in de twee wikkelingen in de tijd samen. Deze werkingsmodus wordt enkelfasig genoemd.

Het magnetische veld dat wordt gegenereerd door een enkelfasige stroom, pulseert, in tegenstelling tot het roterende veld dat wordt gegenereerd door een driefasig systeem van stromen. Het verandert in de loop van de tijd, maar beweegt niet rond de omtrek van de stator. Figuur 1a toont de magnetische fluxvector die in de motor in enkelfasige modus wordt gecreëerd. Deze vector roteert niet, hij verandert alleen in grootte en teken. Het cirkelvormige veld wordt afgeplat tot een rechte lijn.

Foto 1. Kenmerken van een inductiemotor in enkelfasige modus: a — grafische weergave van een pulserend magnetisch veld; b — ontleding van het pulserende veld in twee roterende; c-mechanische kenmerken van een inductiemotor in driefasige (1) en eenfasige (2) bedrijfsmodus.

Pulserend magnetisch veld kan worden beschouwd als bestaande uit twee velden van gelijke grootte die naar elkaar toe roteren (Fig. 1, b). Elk veld werkt samen met de rotorwikkeling en genereert een koppel. Hun gecombineerde actie zorgt voor koppel op de motoras.

In het geval dat er een faseverlies optreedt voordat de motor op het netwerk is aangesloten, werken twee magnetische velden in op een stationaire rotor, die twee momenten van tegengesteld teken vormen maar even groot zijn. Hun som zal nul zijn.Daarom, wanneer u de motor start in eenfasige modus, kan deze niet omkeren, zelfs als er geen belasting op de as is.

Als er een faseverlies optreedt terwijl de motorrotor draait, wordt er een koppel op de as gegenereerd. Dit kan als volgt worden verklaard. De roterende rotor werkt op verschillende manieren samen met de velden die naar elkaar toe roteren. Een van hen, waarvan de rotatie samenvalt met de rotatie van de rotor, vormt een positief (samenvallend in richting) moment, de andere - negatief. In tegenstelling tot de stationaire rotorbehuizing, zullen deze momenten in grootte verschillen. Hun verschil is gelijk aan het moment van de motoras.

Afbeelding 1, c toont de mechanische kenmerken van de motor in eenfasige en driefasige werking. Bij nul toeren is het koppel nul; wanneer het in een van beide richtingen draait, ontstaat er een koppel op de motoras.

Als een van de fasen wordt losgekoppeld terwijl de motor draait, terwijl het toerental dicht bij de nominale waarde lag, is het koppel vaak voldoende om de werking voort te zetten met een lichte verlaging van het toerental. In tegenstelling tot de driefasige symmetrische modus treedt een karakteristiek gezoem op. Voor de rest zijn er geen uiterlijke uitingen van de noodstand. Iemand die geen ervaring heeft met asynchrone motoren, merkt mogelijk geen verandering in de aard van de werking van een elektromotor.

De overgang van een elektromotor naar een enkelfasige modus gaat gepaard met een herverdeling van stromen en spanningen tussen de fasen. Als de motorwikkelingen zijn aangesloten volgens het "ster" -schema, wordt na het faseverlies een circuit gevormd, weergegeven in figuur 2. Twee in serie geschakelde motorwikkelingen zijn verbonden met de lijnspanning Uab, dan is de motor in single- fase operatie.

Laten we een kleine berekening maken, de stromen bepalen die door de motorwikkelingen vloeien en deze vergelijken met de stromen met een driefasige voeding.

Figuur 2. Sterschakeling van motorwikkelingen na faseverlies

Aangezien de weerstanden Za en Zb in serie zijn geschakeld, zijn de spanningen van fasen A en B gelijk aan de helft van de lineaire:

De geschatte waarde van de stroom kan worden bepaald op basis van de volgende overwegingen.

Inschakelstroom van fase A bij faseverlies

Startstroom van fase A in driefasige modus

waar Uao — fasespanning van het netwerk.

Inschakelstroomverhouding:

Uit de verhouding volgt dat bij faseverlies de aanloopstroom 86% is van de aanloopstroom bij driefasenvoeding. Als we er rekening mee houden dat de startstroom van de inductiemotor met eekhoornkooi 6-7 keer hoger is dan de nominale, blijkt dat er een stroom door de motorwikkelingen Iif = 0,86 x 6 = 5,16 Azn, dat wil zeggen, meer dan vijf keer de nominale waarde. In korte tijd zal een dergelijke stroom de spoel oververhitten.

Uit de bovenstaande berekening blijkt dat de beschouwde bedrijfsmodus zeer gevaarlijk is voor de motor, en als dit gebeurt, moet de beveiliging in korte tijd worden uitgeschakeld.

Faseverlies kan ook optreden nadat de motor is ingeschakeld, wanneer de rotor een rotatiesnelheid heeft die overeenkomt met de bedrijfsmodus. Overweeg de stromen en spanningen van de wikkelingen in het geval van een overgang naar eenfasige modus met een roterende rotor.

De waarde van Za hangt af van de rotatiesnelheid. Bij het opstarten, wanneer de rotorsnelheid nul is, is deze hetzelfde voor zowel driefasige als enkelfasige modi. In de bedrijfsmodus kan, afhankelijk van de belasting en de mechanische kenmerken van de motor, de rotatiesnelheid verschillen.Daarom is een andere aanpak nodig om de huidige belastingen te analyseren.

We gaan ervan uit dat de motor zowel in driefasige als in enkelfasige modus werkt. dezelfde kracht. Ongeacht het aansluitschema van de elektromotor, de werkende machine heeft dezelfde kracht nodig die nodig is om het technologische proces uit te voeren.

Ervan uitgaande dat het motorasvermogen voor beide modi hetzelfde is, hebben we:

in driefasige modus

in enkelfasige modus

waarin Uа — fasespanning van het netwerk; Uаo - spanning van fase A in enkelfasige modus, cos φ3 en cos φ1-vermogenscoëfficiënten voor respectievelijk driefasige en enkelfasige modi.

Experimenten met een inductiemotor laten zien dat de stroom in feite bijna verdubbelt. Met enige marge kan worden uitgegaan van I1a / I2a = 2.

Om de mate van gevaar van eenfasige werking te beoordelen, moet u ook de belasting van de motor kennen.

Als eerste benadering zullen we de elektromotorstroom in driefasige modus beschouwen als evenredig met de belasting op de as. Deze aanname is geldig voor belastingen boven 50% van de nominale waarde. Dan kun je Azf = Ks NS Azn schrijven, waarbij Ks — belastingsfactor van de motor, Azn — nominale stroom van de motor.

Eenfasige stroom I1f = 2KsNS Azn, d.w.z. de stroom in eenfasige modus is afhankelijk van de motorbelasting. Bij nominale belasting is deze gelijk aan tweemaal de nominale stroom. Bij een belasting van minder dan 50% veroorzaakt het faseverlies bij het aansluiten van de motorwikkelingen op een «ster» geen overstroom die gevaarlijk is voor de wikkelingen. In de meeste gevallen is de motorbelastingsfactor kleiner dan één. Met zijn waarden in de orde van grootte van 0,6 - 0,75 moet een lichte overschrijding van de stroom (met 20 - 50%) ten opzichte van de nominale waarde worden verwacht.Dit is essentieel voor het functioneren van de beveiliging, aangezien het juist op dit gebied van overbelasting niet duidelijk genoeg werkt.

Om sommige beveiligingsmethoden te analyseren, is het noodzakelijk om de spanning van de motorfasen te kennen. Wanneer de rotor is vergrendeld, is de spanning van fasen A en B gelijk aan de helft van de netwerkspanning Uab en is de spanning van fase C nul.

Anders wordt de spanning verdeeld terwijl de rotor draait. Het feit is dat de rotatie ervan gepaard gaat met de vorming van een roterend magnetisch veld, dat, inwerkend op de statorwikkelingen, een elektromotorische kracht in hen veroorzaakt. De grootte en fase van deze elektromotorische kracht zijn zodanig dat bij een rotatiesnelheid die bijna synchroon is, een symmetrisch driefasig spanningssysteem op de wikkelingen wordt hersteld en de sterneutrale spanning (punt 0) nul wordt. Dus wanneer de rotorsnelheid verandert van nul naar synchroon in eenfasige bedrijfsmodus, verandert de spanning van fasen A en B van een waarde gelijk aan de helft van de lijn naar een waarde gelijk aan de fasespanning van het netwerk. In een systeem met een spanning van 380/220 V varieert de spanning van fasen A en B bijvoorbeeld binnen 190 - 220 V. De spanning Uco verandert van nul met een vergrendelde rotor naar een fasespanning van 220 V met synchrone snelheid. Wat betreft de spanning op punt 0, deze verandert van de waarde Uab / 2 — naar nul bij synchrone snelheid.

Als de motorwikkelingen in driehoek zijn geschakeld, hebben we na een faseverlies het aansluitschema van figuur 3. In dit geval blijkt de motorwikkeling met weerstand Zab verbonden te zijn met de netspanning Uab en de wikkeling met weerstanden Zfc en Zpr.is.— in serie geschakeld en aangesloten op dezelfde netspanning.

Figuur 3. Delta-aansluiting van motorwikkelingen na faseverlies

In de startmodus zal dezelfde stroom door de wikkelingen AB vloeien als in de driefasige versie, en de helft van de stroom zal door de wikkelingen AC en BC vloeien, aangezien deze wikkelingen in serie zijn geschakeld.

Stromen in lineaire geleiders I'a =I'b zullen gelijk zijn aan de som van stromen in parallelle takken: I'A = I'ab + I'bc = 1,5 Iab

Zo zal in het onderhavige geval bij een faseverlies de aanloopstroom in een van de fasen gelijk zijn aan de aanloopstroom bij een driefasige voeding en neemt de netstroom minder intensief toe.

Voor het berekenen van de stromen bij faseverlies na het starten van de motor wordt dezelfde methode gebruikt als voor de "ster"-schakeling. We gaan ervan uit dat de motor hetzelfde vermogen ontwikkelt in zowel driefasige als enkelfasige modus.

In deze bedrijfsmodus wordt de stroom in de meest belaste fase met faseverlies verdubbeld in vergelijking met de stroom met een driefasenvoeding. De stroom in de lijngeleider zal Ia 'A = 3Iab zijn en bij een driefasige voeding Ia = 1,73 Iab.

Het is belangrijk op te merken dat terwijl de fasestroom met een factor 2 toeneemt, de lijnstroom slechts met een factor 1,73 toeneemt. Dit is essentieel omdat de overstroombeveiliging reageert op de lijnstromen. De berekeningen en conclusies met betrekking tot de invloed van de belastingsfactor op de enkelfasige stroom met een «ster»-schakeling blijven geldig voor het geval van een «delta»-schakeling.

AC- en BC-fasespanningen zijn afhankelijk van de rotorsnelheid. Bij vergrendelde rotor Uac '= Ub° C' = Uab / 2

Bij een rotatiesnelheid gelijk aan de synchrone wordt het symmetrische systeem van spanningen hersteld, d.w.z. ac '= Ub° C' = Uab.

Dus de AC- en BC-fasespanningen zullen, wanneer de rotatiesnelheid wordt gewijzigd van nul naar synchroon, veranderen van een waarde die gelijk is aan de helft van de lijnspanning naar een waarde die gelijk is aan de lijnspanning.

De stromen en spanningen van de motorfasen in eenfasig bedrijf zijn ook afhankelijk van het aantal motoren.

Een faseverlies treedt vaak op wanneer een van de zekeringen op het onderstation of de netvoeding van de schakelinstallatie is gesprongen. Als gevolg hiervan bevindt een groep gebruikers zich in eenfasige modus en communiceert ze met elkaar. De verdeling van stromen en spanningen is afhankelijk van het vermogen van de afzonderlijke motoren en hun belasting. Hier zijn verschillende opties mogelijk. Als het vermogen van de elektromotoren gelijk is en hun belasting hetzelfde is (bijvoorbeeld een groep afzuigventilatoren), dan kan de hele groep motoren worden vervangen door een gelijkwaardig exemplaar.

Noodmodi van asynchrone elektromotoren en methoden voor hun bescherming