Alma38.ru

Электро Свет
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Защита электродвигателя. Виды устройств

Защита электродвигателя. Виды устройств

Особенностью защиты электродвигателя от перегрузок и короткого замыкания является повышенный пусковой ток, который может в семь раз превышать номинальное значение. Самые сильные перегрузки на старте свойственны асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором, которые наиболее используемые в быту и на производстве, поэтому правильная их защита, а также предохранение электропроводки цепей питания электродвигателей являются особенно актуальными.

В бытовой электротехнике проблема с большими стартовыми токами электродвигателей решена при помощи автоматических выключателей, у которых отключение (отсечка) происходит не сразу после превышения номинального тока, а спустя некоторое время.

Данного отрезка времени, который зависит от время-токовой характеристики автомата защиты, должно хватить, чтобы вал электродвигателя раскрутился до рабочих оборотов, и потребление тока снизилось до номинального уровня. Но автоматические выключатели не обладают гибкостью точной настройки, поэтому для защиты электрических двигателей применяются специальные устройства защиты.

трехфазный автоматический выключательОбычный трехфазный автоматический выключатель часто используется для защиты электродвигателей

Функции и виды устройств защиты электродвигателей

Современные защитные устройства, или другими словами, автоматы защиты электродвигателя, (мотор автоматы), часто совмещаются в одном корпусе с коммутационными аппаратами запуска (пускателями) и выполняют такие функции:

  • Защита от тока короткого замыкания в цепи питания или внутри электродвигателя;
  • Защита от длительных перегрузок, связанных с превышением механической нагрузки на валу двигателя;
  • Предохранение от асимметрии (дисбаланса) фаз, или обрыва фазного провода;

 мотор автоматы с ручным управлениемСовременные мотор автоматы с ручным управлением

  • Тепловая защита от перегрева двигателя, осуществляемая при помощи дополнительных термодатчиков, установленных на кожухе или внутри электродвигателя;
  • Предохранение от некачественного напряжения;
  • Обеспечение выдержки времени для охлаждения электродвигателя после его аварийной остановки после перегрева;
  • Индикация режимов работы и аварийных состояний;
  • Опционально – отключение при исчезновении нагрузки на валу (например, для водяных насосов);
  • Совместимость с автоматическими системами контроля и управления.

Мотор автомат с ручной настройкойМотор автомат с ручной настройкой и автоматическим управлением

Ранее и до недавнего времени наиболее используемой схемой защиты электродвигателей было подключение в корпусе пускателя теплового реле, последовательно с контактором. Биметаллическая пластина теплового реле при длительной перегрузке нагревается и прерывает цепь самоподхвата контактора. Кратковременное превышение номинальной нагрузки при запуске мотора является недостаточным для нагрева и срабатывания биметаллической пластины. Более подробно о тепловом реле и его подключении можно прочитать в соответствующем разделе данного ресурса.

Контактор электромотораКонтактор электродвигателя с тепловым реле

Выбор автоматического выключателя

Поскольку первые две функции могут осуществляться обычными автоматическими выключателями, многие пользователи применяют их для защиты своих электродвигателей. Основным недостатком такого способа является отсутствие защиты от дисбаланса, обрыва фаз и скачков напряжения. Выбор автомата защиты осуществляется по его время токовой характеристике и по максимальному пусковому току электродвигателя.

Трехфазный автоматический выключательТрехфазный автоматический выключатель

Чтобы правильно подобрать автоматический выключатель по категории и номинальному току, нужно изучить его время токовую характеристику, о которой подробно рассказывается на одной из страниц данного сайта. Категории автоматов (А, B, C, D) определяются соотношением тока отсечки электромагнитного расцепителя к номинальному значению. Нужно иметь в виду, что время токовая характеристика категории не зависит от номинала автоматического выключателя.

Времятоковая характеристика Времятоковая характеристика автоматических выключателей категории «C»

Для предотвращения ложного срабатывания автоматического выключателя при запуске электродвигателя необходимо, чтобы кратковременный пусковой ток (Iпуск) не превышал значение отсечки (мгновенного срабатывания, Iмгн.ср) автомата. Отношение пускового (Iпуск) и номинального тока (In) можно узнать из бирки или паспорта электродвигателя, максимальное значение Iпуск/ In=7.

Читайте так же:
Что значит характеристика у автоматического выключателя

Если известна только мощность электродвигателя, то рассчитать номинальный ток можно по формуле In= Рn/(Un*√3*η*cosφ), где Рn – мощность, Un – напряжение, η – КПД, cosφ – коэффициент реактивной мощности двигателя.

Бирка Бирка электродвигателя с указанием мощности

Практический расчет защиты электродвигателей

На практике применяют поправочный коэффициент надежности Kн, который для автоматов с In<100A равен 1,4, а для In>100A принимают Kн=1,25. Поэтому должно соблюдаться условие Iмгн.ср ≥ Kн * Iпуск. Вначале автомат выбирают, исходя из наиболее близкого значения номинального тока автоматического выключателя IAB (указывается на корпусе) к рабочему току двигателя (In). Необходимое условие: IAB > Inт, где Кт = 0,85 – температурный коэффициент, если автомат устанавливается в шкафу или щитке, иначе Кт=1.

Например, имеется двигатель мощностью 5,5 кВт, η = 85%=0,85; cosφ = 0,8; Iпуск/ In = 7. Вначале нужно рассчитать I = Рn/(Un*√3*η*cosφ) = 5500/(380*√3*0,85*0,8) = 12,28 (А). Допустим, автомат устанавливается в шкаф, Кт = 0,85, значит Inт = 12,28/0,85 = 14,44 (А). Наиболее близким является автоматический выключатель на 16А, категории С, (ток мгновенного срабатывания в десять раз превышает номинальное значение).

калькуляторПри расчетах понадобится калькулятор

Теперь нужно проверить условие Iмгн.ср ≥ Kн * Iпуск. Мгновенное срабатывание защитного автомата наступает при Iмгн.ср = 16*10 = 160 (A), пусковой ток Iпуск= In*7 = 12,28*7 = 85,96 (А). Умножаем на Kн (1,4) — 85,96*1,4 = 120,3 (А). Проверяем условие 160 ≥ 120,3 — это значит, что автомат выбран верно. Для упрощенных расчетов, можно принимать номинальный ток двигателя, равным удвоению его мощности, выраженной в киловаттах.

Универсальный блок защиты электродвигателей

На рынке электротехнического оборудования все большую популярность набирает защита электродвигателя при помощи универсальных устройств защиты, так называемых мотор автоматов, которые выполняют все приведенные выше функции защиты. Данные устройства имеют модульную конструкцию и устанавливаются на DIN рейку и управляют работой силовых контакторов. Кроме приведенных функций, некоторые мотор автоматы позволяют точно регулировать различные параметры защитного отключения.

Мотор автоматМотор автомат с датчиками — катушками тока

Существует много разновидностей современных мотор автоматов, которые различаются коммутируемой мощностью, набором функций, способом управления, схемой подключения и внешним видом. Чтобы выбрать подходящий аппарат защиты для конкретного электродвигателя, необходимо знать его параметры номинального и пускового тока, а также нужно определиться с требуемым набором защитных функций и опций.

Стоимость мотор автоматов прямо пропорциональна мощности электродвигателя и функциональным возможностям защиты. Мировыми лидерами по производству защитных мотор автоматов являются такие известные бренды: Schneider Electric, ABB, IEK, Novatek electro, и другие.

разные устройстваРазнообразие представленных на рынке устройств защиты электродвигателей

Приведенный на рисунке ниже автомат защиты двигателя (универсальный блок) позволяет настраивать номинальный и пусковой ток электродвигателя, допустимые пороги напряжения, может отслеживать механическую нагрузку на валу электродвигателя. Также осуществляется контроль за качеством изоляции обмоток электродвигателя с возможностью установки запрета на включение.

Постоянный мониторинг множества параметров работы позволяет продлить срок эксплуатации двигателя и приводимого в действие оборудования. Специальный дополнительный блок обмена информацией позволяет подключить устройство к автоматическим системам контроля.

Универсальный блок защитыУниверсальный блок защиты

Защита электромоторов на производстве

Очень часто, в момент включения мощных потребителей электроэнергии (P>100кВт) на мощных производствах во всей электросети, подключенной к трансформаторной подстанции, напряжение опускается ниже установленного минимума.

При данном кратковременном падении напряжения рабочие электромоторы не отключаются, но теряют обороты. При возобновлении нормального напряжения двигатель снова начинает набирать обороты, то есть работать в режиме запуска (перегрузки). Данное явление называют самозапуском.

Читайте так же:
Шкода октавия выключатель обогрева заднего стекла шкода

графикИзменения скоростей двигателя в разных режимах самозапуска

Если биметаллическая пластина автоматического выключателя или термореле была достаточно прогрета из-за продолжительной нормальной работы электродвигателя, то в режиме самозапуска тепловой расцепитель может сработать, вызвав ложное срабатывание.

Для мощных электродвигателей на предприятиях для поддержания нормального режима работы, в том числе и после самозапуска, применяют релейную защиту с трансформаторами тока, включенными в цепь питания.

схемаСхема релейной защиты электродвигателя

Отклонения от нормы в силовых проводах электродвигателя с подключенными последовательно первичными обмотками токовых трансформаторов используются для срабатывания реле защиты, которые подключатся к вторичным обмоткам токовых трансформаторов по специальным схемам. Сложные расчеты данных мощных систем защиты осуществляются штатными сотрудниками, заведующими энергоснабжением предприятия, поэтому теория производственной электротехники не входит в тему данной статьи.

Автомат или вариатор: что лучше и надежнее?

Автоматические трансмиссии на автомобилях зачастую называют одним общепринятым наименованием «автомат», однако по принципу действия и конструкции они могут кардинально отличаться друг от друга.

На сегодняшний день существует множество видов автоматических трансмиссий, однако на легковых автомобилях чаще всего применяют коробки передач трех типов: классические гидромеханические автоматические трансмиссии, роботизированные коробки передач, а также бесступенчатые вариаторы, которые часто обозначают аббревиатурой CVT.

Конструктивно все они отличаются и имеют как свои преимущества, так и недостатки. Однако раньше всех широкое распространение получили классические автоматы, которые уже больше 70 лет применяются на легковых машинах.

Конспекты 3 августа Все, что нужно знать о ремне ГРМ и его замене. Памятка для водителей
Статьи 3 февраля Если вы так делаете, то мотору скоро придет конец

Следом широко начали устанавливать роботизированные трансмиссии, которые долгое время вызывали скепсис у автовладельцев из-за не очень надежной конструкции. Впрочем, с годами они модернизировались, и кризис недоверия к роботизированным коробкам передач был успешно пройден.

А сейчас все большее распространение на современных машинах начали получать бесступенчатые вариаторы, которые идут по пути, уже когда-то пройденному «роботами». Так что давайте разбираться, что собой представляет вариатор, как он работает, какие у него минусы и плюсы, а также насколько он надежнее и лучше в сравнении с классическим автоматом.

Что такое вариатор и как он работает?

Вариатор — это вид автоматической коробки передач, который передает крутящий момент от двигателя к колесам и способен плавно менять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования. Изменение передаточного отношения может производиться автоматически, по заданной программе или вручную. В автомобилестроении такой тип трансмиссии также обозначают аббревиатурой CVT (Continuously Variable Transmission).

Удивительно, но изобрели вариатор даже гораздо раньше, чем обычные «автоматы», но применяли его все же не на автомобилях. Патент на вариатор был выдан еще в конце XIX века и сначала он использовался для изменения скорости вращения валов на станках.

А первый автомобиль с таким типом трансмиссии появился лишь в 1950-х. Вариатор впервые начал устанавливаться серийно на автомобили марки DAF, которая в те годы производила не только грузовики, но и легковушки. Потом их начали устанавливать на некоторые модели Volvo, а конце 1990-х и начале 2000-х вариатор c фирменном наименованием Tiptronic использовался на младших седанах Audi. Но по-настоящему широкое распространение вариаторы получили лишь сейчас.

Вариаторы бывают нескольких типов: клиноременные со шкивами переменного диаметра, цепные, тороидальные. Первый тип — самый распространенный. Так что рассмотрим, как он устроен и работает.

Читайте так же:
Ново вятка выключатель автоматический

Автомобиль, оборудованный такой трансмиссией, на первый взгляд ничем не отличается от машин с обычным автоматом — педалей всего две, и рычаг переключения режимов трансмиссии с положениями P, R, N, D, схожий с машинами с традиционной АКП. Но работает вариатор совершенно по-другому, а именно в нем нет фиксированных передач. Изменения передаточного отношения происходит не «переключениями», а плавно и незаметно, благодаря ремню или цепи, который в разных положениях вращается по специальным коническим шкивам.

В зависимости от диаметра шкивов в месте вращения ремня или цепи меняется и передаточное отношение и изменяется скорость вращения и крутящий момент выходного вала, который дальше передает тягу на приводы и колеса. Поэтому при работе вариатора нет толчков при трогании с места, и тем более нет никаких «переключений передач».

Автомат защиты двигателя: цели и назначение

Автомат защиты двигателя применяется для защиты обмоток от короткого замыкания, превышения нагрузки, а также при обрыве одной из трех фаз подводящей цепи. Последнее условие возникает при неисправности коммутирующей аппаратуры или нарушении целостности кабеля, соединяющего борно мотора с релейной схемой.

Назначение

Автомат защиты двигателя ставится первым звеном в питающей сети мотора. Далее располагается электромагнитный пускатель, после может дополнительно использоваться тепловое реле. Современные модели имеют возможность подстройки тока отсечки.

автомат защиты двигателя

Чаще рассматриваемые типы автоматов используют для защиты двигателей трехфазного исполнения. Каждая обмотка цепляется на свой контакт, но отключение прибора происходит по всем фазам. Этот принцип работы отличает устройство от выключателей типов B и C. Оборотистые двигатели стартуют под нагрузкой в тяжёлых условиях. При этом пусковой ток часто превышает номинал до 6 раз. Обычные выключатели сработают моментально, автомат же отключится только после устойчивого роста силы тока.

Параметры электрического прибора

Выбор автомата защиты двигателя начинается с определения следующих характеристик:

  • Рабочий ток мотора.
  • Величина питающего напряжения.
  • Количество обмоток.
  • Немаловажной характеристикой является способность выключателя разъединять ток короткого замыкания. У обычных автоматов он не превышает 6 кА, у последних версий превышает 50 кА. Учитывается время срабатывания: селективные — до 1 с, нормальные — до 0,1 с, быстродействующие — не более 0,005 с.
  • Габаритные размеры. Большинство автоматов подсоединяется к питающей сети через шину фиксированного исполнения. Часто проблематично вставить первый попавшийся выключатель другого исполнения.
  • Тип механизма расцепления: возможность тепловой и электромагнитной защиты.

Предупреждение неисправностей электромотора

Важно знать не только, какие защитные функции осуществляет автомат защиты двигателя, но и учитывать технические нюансы подключаемой электрической схемы. В случае использования высокооборотистых моторов могут возникнуть неисправности, когда через один контакт коммутирующего реле будет протекать немного завышенный ток. После длительной эксплуатации это приведёт к выходу из строя одной обмотки. Понадобится более чувствительный выключатель, способный разрывать цепь при нагреве провода.

выбор автомата защиты двигателя

Некоторые моторы критичны к кратковременному пропаданию одной из питающих фаз. Даже если используются автомат защиты двигателя и тепловая защита, понадобится установить модели, выключающиеся при пропадании питающего напряжения на одном из контактов. Соответственно, такие устройства имеют более сложную конструкцию, что влияет на их стоимость. Производители настоятельно не рекомендуют на один аппарат подключать несколько силовых цепей.

Дополнительные свойства коммутирующей аппаратуры

Автомат защиты двигателя рассчитан для работы в определённом диапазоне температур окружающего воздуха. После превышения максимально установленного изготовителем предела могут происходить ложные срабатывания. Если же выключатель поставить в слишком холодном месте, то он вообще не отключится в нужный момент. Поэтому при необходимости монтажниками предусматривается соответствующая техническая компенсация.

Читайте так же:
Подключение выключателя под зажим

какие защитные функции осуществляет автомат защиты двигателя

На производстве могут возникнуть ситуации, когда из строя выходит сам автомат, а остальные элементы остаются исправными. В некоторых моделях предусмотрена функция отключения защиты на лицевой панели выключателя. Это временная мера до установки нового устройства в целях обеспечения непрерывной сдачи продукции. Однако возникает риск вывести из строя дорогостоящий элемент — двигатель.

Что лучше, надёжнее и удобнее: «механика», «автомат», CVT или «робот»

Механическая коробка передач – это, что называется, классика жанра. Самая дешёвая, технические простая, наиболее надёжная и неприхотливая трансмиссия из всех видов коробок передач. При наличии альтернативы с любым «автоматом» версия на «механике» будет точно дешевле. В некоторых случаях экономия при её выборе достигает сотен тысяч рублей. Уже это – неоспоримый её плюс перед другими трансмиссиями.

По теме

Механическая коробка передач при правильном с ней обращении позволит вам пусть немного, но экономить топливо по сравнению с такой же машиной на гидротрансформаторе или «роботе». Правда, преселективные «роботы» и вариаторы позволяют расходовать горючее ещё эффективнее.

Автомобиль на «механике» почти всегда разгоняется быстрее такой же машины с «автоматом», если, опять же, речь не идёт о преселективном «роботе». Но важно помнить, что чем выше ценовой сегмент авто, тем меньше разница в динамике между разными видами трансмиссий.

Автомобилем на «механике» управляете именно вы, а не умная машина – вами. Водитель волен самостоятельно выбирать передачи в соответствии со своими потребностями и с дорожной ситуацией. Обгонять на такой машине легче. Наконец, автомобиль на «механике» без проблем можно таскать на тросе и заводить с толкача – к поломкам это не приводит. Прогревать трансмиссию в мороз, как в случае с другими видами трансмиссии, не обязательно.

Главный и, пожалуй, единственный минус «механики» заключается в том, что ей нужно уметь грамотно пользоваться. Некоторые автолюбители не могут с ней совладать даже после выпуска из автошколы – просто потому, что изначально учились ездить на «автомате». Именно такую коробку передач стоит предпочесть любителям внедорожных вылазок и лицам, увлекающимся автоспортом.

Классический «автомат»

Гидротрансформаторный «автомат» – это классическая коробка передач среди «автоматов». Она самая надёжная, неприхотливая и живучая. В отличие от традиционной «механики» с кучей шестерён, муфт и вилок основным её компонентом является закрытая камера тороидальной формы с находящимися внутри насосным, турбинным и реакторным колёсами. Свободное пространство заполнено циркулирующей жидкостью. Работа устройства основана на передаче крутящего момента от мотора к трансмиссии за счёт потока жидкости без жёсткой связи. Словом, это принципиально иная конструкция, в подробности устройства которой сейчас мы вдаваться не будем.

Важно другое: гидротрансформаторный «автомат» позволяет избавить машину от сцепления и «лишней» педали. Такая трансмиссия самостоятельно щёлкает передачи, обеспечивает достойную плавность хода и простоту управления во всех режимах движения. Это ли не счастье?

Основные плюсы данной коробки передач мы уже перечислили, но есть и минусы. Их немало. Поскольку гидространсформаторный «автомат» имеет низкий КПД, возрастает расход топлива. В большинстве случаев такая коробка передач не даёт машине ураганной динамики. Она рассчитана на длительную, но плавную, неспешную работу. Гидротрансформатор обладает внушительным весом и относительно высокой ценой. Зимой эта коробка нуждается в прогреве. Тащить прицеп или буксировать другую машину с классическим «автоматом» противопоказано, равно как и волочиться за кем-то на тросе. Спортивные дисциплины – не для этой коробки.

Читайте так же:
Установка автоматических воздушных выключателей

«Роботы»

Изначально роботизированная коробка передач была ничем иным как самой обычной «механикой», дополненной электрическими актуаторами. Они избавили водителя от необходимости переключать передач вручную, но привели к удорожанию конструкции, а заодно к потере «механикой» почти всех её замечательных свойств. На сегодняшний день повстречать это чудо можно, разве что, на старых машинах.

По теме

Современный «робот» – уже иной. Сцеплений в этой трансмиссии целых два. В ней также есть блок управления, актуаторы, и, разумеется, наборы шестерён и валов. Один из ведомых дисков передаёт крутящий момент на нечётный ряд шестерён, другой – на чётный. Это делает переключения передач чрезвычайно быстрыми. Простой «механике» за преселективным «роботом» не угнаться. Пока одна из передач включена, другая уже подготовлена к включению. Отсоединение одного диска и присоединение другого происходят одновременно.

Речь идёт о чрезвычайно сложной конструкции, способной сократить время на переключение передач до 100–200 миллисекунд, а заодно обеспечить ровную тягу и снизить расход топлива (до 10%).

Казалось бы, плюсов в этой коробке предостаточно, но и минусов – выше крыши. Преселективный «робот» компактен, лёгок, но очень сложен и дорог в ремонте и обслуживании. Такой вид трансмиссии требователен к стилю езды и не терпит резких ускорений и светофорных гонок. Передать по-настоящему большой крутящий момент он не способен в принципе (если речь идёт об обычных, гражданских машинах). Переключиться через несколько передач сразу для мощного ускорения роботизированная коробка передач также не может (в отличие от гидротрансформаторного «автомата» и «механики»).

Вариатор

Вариаторная, она же бесступенчатая трансмиссия (CVT) имеет кардинальные отличия от всех перечисленных ранее коробок. Это самая плавная коробка передач с «троллейбусным» нравом. Фиксированных передач в ней в принципе нет (но бывают фиксированные положения, имитирующие передачи). Передача крутящего момента реализована посредством трения в зоне контакта ременной передачи – она осуществляется клиновым ремнём или цепью.

CVT обеспечивает сравнительно высокий уровень ездового комфорта, плавный разгон без задержек и переключений, а также относительно хорошую топливную экономичность. Вместе с тем, такой тип трансмиссии имеет очень ограниченный ресурс – его почти никогда не хватает на весь срок службы автомобиля. Особенно сильно убивает эту коробку неправильная эксплуатация. Вариатор, как и преселективный «робот», не любит резких ускорений и «низких стартов». Он не приспособлен к буксировке прицепа и длительной пробуксовки в снегу или в грязи. Трансмиссия требует чрезвычайно бережного обращения и очень дорога в ремонте.

Что предпочесть

Если вам нужен беспроблемный и надёжный автомобиль на каждый день, стоит отдать предпочтение классической «механике» или классическому «автомату». Второй вариант прекрасно подойдёт жителям «пробочных» мегаполисов, дачникам и просто путешественникам, а первый – петролхедам, особо экономным автомобилистам и тем, кто не привык находиться за рулём в городской толчее. Если вы любите динамику, но хотите непременно «автомат» и не можете мириться с его неприятными особенностями, – ваш выбор преселективный «робот». Вариатор – во всех планах компромиссный вариант для неспешной размеренной езды без претензий на динамику и хотя бы минимальное вмешательство в процесс передачи тяги. Нажал педаль – машина едет; требовать чего-то большего от машины с CVT не стоит.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector