Vad händer med motorn vid fasbortfall och enfasdrift

Under fasförlust förstår vi det enfasiga driftsättet för elmotorn som ett resultat av frånkoppling av strömförsörjningen till en av ledarna i trefassystemet.

Orsakerna till förlusten av en fas från en elektrisk motor kan vara: att bryta en av ledningarna, bränna en av säkringarna; kontaktfel i en av faserna.

Beroende på omständigheterna under vilka fasförlusten inträffade, kan det finnas olika driftsätt för elmotorn och konsekvenserna av dessa lägen. I detta fall måste följande faktorer beaktas: anslutningsschemat för elmotorns lindningar ("stjärna" eller "delta"), motorns drifttillstånd i ögonblicket för fasförlust (fasförlust kan uppstå före eller efter start av motorn, under belastningsdrift), graden av motorbelastning och arbetsmaskinens mekaniska egenskaper, antalet elmotorer som arbetar med fasförlust och deras ömsesidiga påverkan.

Här bör du vara uppmärksam på funktionerna i det aktuella läget. I trefasläge flyter varje fas av lindningen med en ström som förskjuts i tiden med en tredjedel av perioden. När en fas går förlorad flyter båda lindningarna ungefär samma ström, det finns ingen ström i den tredje fasen. Trots det faktum att lindningarnas ändar är anslutna till två fasledare i ett trefassystem, sammanfaller strömmarna i de två lindningarna i tiden. Detta driftsätt kallas enfas.

Det magnetiska fältet som genereras av en enfasström, till skillnad från det roterande fältet som genereras av ett trefassystem av strömmar, pulserar. Den förändras över tiden, men rör sig inte runt statorns omkrets. Figur 1a visar den magnetiska flödesvektorn som skapas i motorn i enfasläge. Denna vektor roterar inte, den ändras bara i storlek och tecken. Det cirkulära fältet är tillplattat till en rak linje.

Bild 1. Egenskaper för en induktionsmotor i enfasläge: a — Grafisk representation av ett pulserande magnetfält. b — sönderdelning av det pulserande fältet i två roterande; c-mekaniska egenskaper hos en induktionsmotor i trefas (1) och enfas (2) driftläge.

Pulserande magnetiskt fält kan anses bestå av två fält av samma storlek som roterar mot varandra (fig. 1, b). Varje fält samverkar med rotorlindningen och genererar ett vridmoment. Deras kombinerade verkan skapar vridmoment på motoraxeln.

I händelse av att en fasförlust inträffar innan motorn är ansluten till nätet verkar två magnetfält på en stationär rötor, som bildar två moment med motsatt tecken men lika stora. Deras summa blir noll.Därför, när du startar motorn i enfasläge, kan den inte backa även om det inte finns någon belastning på axeln.

Om en fasförlust inträffar medan motorrotorn roterar, genereras ett vridmoment på dess axel. Detta kan förklaras på följande sätt. Den roterande rotorn samverkar på olika sätt med fälten som roterar mot varandra. En av dem, vars rotation sammanfaller med rotorns rotation, bildar ett positivt (sammanfallande i riktning) moment, den andra - negativ. Till skillnad från det stationära rotorhuset kommer dessa moment att vara olika i storlek. Deras skillnad kommer att vara lika med momentet för motoraxeln.

Figur 1, c visar mekaniska egenskaper hos motorn i enfas- och trefasdrift. Vid noll varvtal är vridmomentet noll; när den roterar i endera riktningen uppstår ett vridmoment på motoraxeln.

Om en av faserna kopplas bort medan motorn är igång, när dess varvtal var nära märkvärdet, är vridmomentet ofta tillräckligt för att fortsätta driften med en liten hastighetsminskning. I motsats till det trefasiga symmetriska läget uppträder ett karakteristiskt brum. För resten finns det inga yttre manifestationer av nödläget. En person som inte har någon erfarenhet av asynkronmotorer kanske inte märker en förändring i driften av en elmotor.

Övergången av en elektrisk motor till ett enfasläge åtföljs av en omfördelning av strömmar och spänningar mellan faserna. Om motorlindningarna är anslutna enligt "stjärnan"-schemat, efter fasförlusten, bildas en krets, visad i figur 2. Två seriekopplade motorlindningar är anslutna till nätspänningen Uab, då är motorn i singel- fasdrift.

Låt oss göra en liten beräkning, bestämma strömmarna som flyter genom motorlindningarna och jämföra dem med strömmarna med en trefasförsörjning.

Figur 2. Stjärnanslutning av motorlindningar efter fasbortfall

Eftersom motstånden Za och Zb är seriekopplade, kommer spänningarna i faserna A och B att vara lika med hälften av den linjära:

Det ungefärliga värdet av strömmen kan bestämmas utifrån följande överväganden.

Inkopplingsström för fas A vid fasförlust

Startström för fas A i trefasläge

där Uao — nätverkets fasspänning.

Startströmförhållande:

Av förhållandet följer att vid fasbortfall är startströmmen 86 % av startströmmen i trefasförsörjning. Om vi ​​tar hänsyn till att startströmmen för ekorrburens induktionsmotor är 6-7 gånger högre än den nominella, visar det sig att en ström flyter genom motorlindningarna Iif = 0,86 x 6 = 5,16 Azn, det vill säga, mer än fem gånger det nominella. På kort tid kommer en sådan ström att överhetta spolen.

Från ovanstående beräkning kan det ses att det övervägda driftsättet är mycket farligt för motorn, och om det inträffar måste skyddet stängas av på kort tid.

Fasförlust kan också uppstå efter att motorn slagits på, då dess rotor kommer att ha en rotationshastighet som motsvarar driftläget. Tänk på lindningarnas strömmar och spänningar vid en övergång till enfasläge med en roterande rötor.

Värdet på Za beror på rotationshastigheten. Vid uppstart, när rotorhastigheten är noll, är det samma för både trefas och enfasläge. I driftläge, beroende på belastningen och motorns mekaniska egenskaper, kan rotationshastigheten vara annorlunda.Därför behövs ett annat tillvägagångssätt för att analysera nuvarande belastningar.

Vi kommer att anta att motorn går i både trefas och enfasläge. samma kraft. Oavsett anslutningsschemat för elmotorn kräver arbetsmaskinen samma kraft som behövs för att utföra den tekniska processen.

Om vi ​​antar att motoraxeleffekten är densamma för båda lägena kommer vi att ha:

i trefasläge

i enfasläge

där Uа — nätverkets fasspänning; Uаo — spänning för fas A i enfasläge, cos φ3 och cos φ1-effektkoefficienter för trefas respektive enfasläge.

Experiment med en induktionsmotor visar att faktiskt strömmen nästan fördubblas. Med viss marginal är det möjligt att betrakta I1a / I2a = 2.

För att bedöma graden av fara för enfasdrift måste du också känna till belastningen på motorn.

Som en första approximation kommer vi att betrakta elmotorströmmen i trefasläge proportionell mot dess belastning på axeln. Detta antagande gäller för laster över 50 % av märkvärdet. Sedan kan du skriva Azf = Ks NS Azn, där Ks — motorns belastningsfaktor, Azn — motorns märkström.

Enfasström I1f = 2KsNS Azn, dvs strömmen i enfasläge kommer att bero på motorbelastningen. Vid märkbelastning är den lika med två gånger märkströmmen. Vid en belastning på mindre än 50 % skapar inte fasförlusten vid anslutning av motorlindningarna till en «stjärna» en överström som är farlig för lindningarna. I de flesta fall är motorns belastningsfaktor mindre än en. Med sina värden i storleksordningen 0,6 - 0,75 bör ett litet överskott av strömmen (med 20 - 50%) jämfört med den nominella förväntas.Detta är väsentligt för skyddets funktion, eftersom det är just i detta område av överbelastning som det inte agerar tillräckligt tydligt.

För att analysera vissa skyddsmetoder är det nödvändigt att känna till spänningen för motorfaserna. När rotorn är låst kommer spänningen för faserna A och B att vara lika med hälften av nätverksspänningen Uab, och spänningen för fas C kommer att vara noll.

Annars fördelas spänningen när rotorn roterar. Faktum är att dess rotation åtföljs av bildandet av ett roterande magnetfält, som, som verkar på statorlindningarna, orsakar en elektromotorisk kraft i dem. Storleken och fasen för denna elektromotoriska kraft är sådana att vid en rotationshastighet nära synkron återställs ett symmetriskt trefasspänningssystem på lindningarna och stjärnns neutralspänning (punkt 0) blir noll. Sålunda, när rotorhastigheten ändras från noll till synkron i enfasdrift, ändras spänningen för faserna A och B från ett värde lika med hälften av linjen till ett värde lika med nätverkets fasspänning. Till exempel, i ett system med en spänning på 380/220 V, varierar spänningen i faserna A och B inom 190 — 220 V. Spänningen Uco ändras från noll med en låst rotor till en fasspänning på 220 V med synkron hastighet. När det gäller spänningen vid punkt 0 ändras den från värdet Uab / 2 — till noll vid synkron hastighet.

Om motorlindningarna är anslutna i delta kommer vi efter en fasförlust att ha anslutningsdiagrammet som visas i figur 3. I detta fall visar sig motorlindningen med motstånd Zab vara ansluten till nätspänningen Uab, och lindningen med resistanser. Zfc och Zpr. är.— ansluten i serie och ansluten till samma nätspänning.

Figur 3. Deltakoppling av motorlindningar efter fasbortfall

I startläget kommer samma ström att flyta genom lindningarna AB som i trefasversionen, och hälften av strömmen kommer att flyta genom lindningarna AC och BC, eftersom dessa lindningar är seriekopplade.

Strömmar i linjära ledare I'a =I'b kommer att vara lika med summan av strömmar i parallella grenar: I'A = I'ab + I'bc = 1,5 Iab

Således, i det aktuella fallet, med en fasförlust, kommer startströmmen i en av faserna att vara lika med startströmmen med en trefasförsörjning, och linjeströmmen ökar mindre intensivt.

För att beräkna strömmarna vid fasbortfall efter start av motorn används samma metod som för "stjärn"-kretsen. Vi kommer att anta att motorn utvecklar samma effekt i både trefas- och enfasläge.

I detta driftsätt fördubblas strömmen i den mest belastade fasen med fasförlust jämfört med strömmen med trefasförsörjning. Strömmen i ledningsledaren blir Ia 'A = 3Iab, och med trefasmatning Ia = 1,73 Iab.

Det är viktigt att notera här att medan fasströmmen ökar med en faktor 2, så ökar linjeströmmen bara med en faktor på 1,73. Detta är viktigt eftersom överströmsskyddet reagerar på linjeströmmarna. Beräkningarna och slutsatserna angående påverkan av belastningsfaktorn på enfasströmmen med en «stjärnanslutning» förblir giltiga för fallet med en «delta»-krets.

AC- och BC-fasspänningar kommer att bero på rotorhastigheten. När rotorn är låst Uac '= Ub° C' = Uab / 2

Vid en rotationshastighet lika med synkronen återställs det symmetriska spänningssystemet, dvs ac '= Ub° C' = Uab.

Således kommer AC- och BC-fasspänningarna, när rotationshastigheten ändras från noll till synkron, att ändras från ett värde lika med halva linjespänningen till ett värde lika med linjespänningen.

Motorfasernas strömmar och spänningar i enfasdrift beror också på antalet motorer.

Ett fasbortfall uppstår ofta när en av säkringarna på transformatorstationen eller ställverkets nätförsörjning har gått. Som ett resultat är en grupp användare i enfasläge och interagerar med varandra. Fördelningen av strömmar och spänningar beror på de enskilda motorernas effekt och deras belastning. Olika alternativ är möjliga här. Om kraften hos elmotorerna är lika och deras belastning är densamma (till exempel en grupp av frånluftsfläktar), kan hela gruppen av motorer ersättas med en motsvarande.

Nödlägen för asynkrona elmotorer och metoder för deras skydd