Вращающий момент, развиваемый асинхронным двигателем, пропорционален произведению магнитного потока статора, тока ротора и коэффициента мощности цепи ротора.
При обрыве одной фазы во время работы двигателя уменьшается магнитный поток статора. При этом требуемый приводимым механизмом момент двигатель развивает уже при увеличенных токах в двух оставшихся неповрежденными фазах питающей линии обмотки статора и ротора, что может привести к опасному перегреву обмоток.
Выход из строя из-за повреждения обмоток, соединенных в звезду, при обрыве одной из фаз наблюдается значительно реже, чем при соединении обмоток в треугольник, так как при соединении в звезду через нагревательные элементы тепловых реле и фазы обмоток протекает одинаковый по величине ток. При этом защита от недопустимого перегрева при различных нагрузках осуществляется так же, как при нормальной работе на трех фазах.
При соединении же обмоток статора в треугольник при обрыве фазы ток в обмотках статора не распределяется равномерно между тремя фазами. Так, если двигатель работал при 65%-ной нагрузке по току, то при обрыве одной фазы линейный ток увеличится до 117% номинального тока, а в другой фазе — до 144% номинального тока.
Так как тепловые реле срабатывают при перегрузке на 20% по току, то изоляция фазы двигателя может быть повреждена. Лишь при нагрузке двигателя не менее 70% номинальной, при которой линейные токи уже превышают при обрыве фазы ток уставки реле, фаза двигателя будет защищена тепловыми реле от недопустимого перегрева.
Еще больше опасность повреждения обмоток при соединении в треугольник, когда с целью предотвращения ложного срабатывания тепловой защиты вследствие вибрации и ударов ток уставки реле выбирают равным 135% номинального.
При этом, если нагрузка двигателя по току составляла до обрыва фазы 70% номинального, то линейный ток после обрыва фазы повысится до 133%, а в фазе двигателя — до 160%, т. е. обмотки двигателя не будут защищены от опасного перегрева.
Что касается защиты при пуске на двух фазах, то так как самозапуск трехфазного двигателя при обрыве фазы невозможен, тепловые реле с ручным возвратом будут надежно защищать двигатель.
Если применено реле с самовозвратом, то тепловые реле будут неоднократно подключать к сети и отключать двигатель, что приведет к опасному перегреву обмоток.
Поэтому реле с самовозвратом целесообразно применять лишь в тех случаях, когда имеет место временная перегрузка приводимого механизма и защита при пуске не требуется.
Все это справедливо в первую очередь для двигателей, защищенных тепловыми реле. Очень часто тепловая защита двигателей не устанавливается или не используется.
Обрыв фазы является крайним случаем неравномерности напряжений питающей сети по фазам.
Возможность обрыва одной фазы может быть уменьшена при качественном монтаже и тщательном обслуживании.
Прежде всего во всех трех фазах должны быть установлены идентичные плавкие предохранители с надежными контактными соединениями, иначе одна из вставок может расплавиться даже в процессе пуска двигателя, либо из-за нагрева контактного соединения.
Цепь управления магнитным пускателем нужно подсоединять к сети через плавкий предохранитель на соответствующий малый ток для того, чтобы в случае короткого замыкания в этой цепи исключить возможность расплавления одной из основных плавких вставок.
Периодически следует проверять сопротивление изоляции обмоток двигателя с тем, чтобы исключить обрыв фазы за счет расплавления вставки при пробое изоляции и замыкании одной из фаз на корпус.
Не менее важно предотвратить самоотвинчивание под воздействием вибраций различных контактных соединений, периодически проверять крепление соединений, а также контактную систему аппаратов управления, которые в момент пуска могут создавать контакт во всех трех фазах, а в процессе работы контакты в одной фазе могут отойти и разомкнуть цепь даже при втянутом якоре электромагнита пускателя.
Перечисленные выше мероприятия необходимо четко сформулировать в соответствующих правилах по монтажу и эксплуатации электрооборудования.
Что касается предохранителей, то на практике очень сложно добиться их абсолютной идентичности, и поэтому более важно так выбирать предохранители, чтобы они не были чересчур чувствительными и не перегорали при пуске или самозапуске при восстановлении напряжения.
Поэтому наилучшим решением является модернизация схемы защиты двигателя путем замены плавких вставок на трехполюсный автоматический выключатель, который при возникновении аварийных режимов будет отключать все три фазы двигателя одновременно.
Выводы
Для уменьшения повреждения обмоток трехфазных электродвигателей при обрыве фазы или значительной неравномерности напряжений в фазах необходимо:
1) осуществлять соединение обмоток статора в звезду;
2) подбирать во всех трех фазах одинаковые плавкие вставки предохранителей;
3) периодически проверять качество неподвижных и подвижных соединений и состояние изоляции обмотки;
4) подсоединять к сети цепь управления магнитным пускателем через соответствующие ее току плавкие предохранители.
5) по возможности модернизировать схему защиты двигателя путем замены трех плавких предохранителей на трехполюсный автоматический включатель.
Сохранность и надежность работы трехфазных электрических двигателей играют ключевую роль в обеспечении бесперебойной работы промышленных предприятий и оборудования.
Обрыв одной из фаз может стать серьезной угрозой для эффективности и безопасности производственных процессов. Однако, как мы видели, существует несколько эффективных методов и мероприятий, которые помогают уменьшить риски повреждения обмоток и минимизировать негативное воздействие обрыва фазы.
Применение правильных схем подключения, регулярное техническое обслуживание, использование специализированных устройств и систем контроля позволяют повысить степень защиты двигателей и предотвратить возможные аварии. Кроме того, обучение персонала и соблюдение всех необходимых стандартов и инструкций способствуют безопасной и эффективной эксплуатации оборудования.
Смотрите также:
Почему запрещено использовать самодельные предохранители
Как выбрать магнитный пускатель и автоматический выключатель для асинхронного двигателя
Номинальная и фактическая мощность асинхронного двигателя в зависимости от источника питания
380 из 220, или как инвертор для создает из однофазного трехфазный ток
Яков Кузнецов
