Què passa amb el motor en cas de pèrdua de fase i funcionament monofàsic

Sota pèrdua de fase, entenem el mode de funcionament monofàsic del motor elèctric com a resultat de la desconnexió de l'alimentació d'un dels conductors del sistema trifàsic.

Els motius de la pèrdua d'una fase d'un motor elèctric poden ser: trencar un dels cables, cremar un dels fusibles; fallada de contacte en una de les fases.

Depenent de les circumstàncies en què es va produir la pèrdua de fase, hi pot haver diferents modes de funcionament del motor elèctric i les conseqüències que acompanyen aquests modes. En aquest cas, s'han de tenir en compte els següents factors: l'esquema de connexió dels bobinatges del motor elèctric ("estrella" o "delta"), l'estat de funcionament del motor en el moment de la pèrdua de fase (es pot produir una pèrdua de fase). abans o després d'encendre el motor, durant el funcionament de càrrega), el grau de càrrega del motor i les característiques mecàniques de la màquina de treball, el nombre de motors elèctrics que funcionen amb pèrdua de fase i la seva influència mútua.

Aquí hauríeu de prestar atenció a les característiques del mode en qüestió. En el mode trifàsic, cada fase del bobinatge flueix amb un corrent desplaçat en el temps en un terç del període. Quan es perd una fase, ambdós bobinatges flueixen aproximadament el mateix corrent, no hi ha corrent a la tercera fase. Malgrat que els extrems dels bobinatges estan connectats a dos conductors de fase d'un sistema trifàsic, els corrents dels dos bobinats coincideixen en el temps. Aquest mode de funcionament s'anomena monofàsic.

El camp magnètic generat per un corrent monofàsic, a diferència del camp giratori generat per un sistema trifàsic de corrents, pulsa. Canvia amb el temps, però no es mou per la circumferència de l'estator. La figura 1a mostra el vector de flux magnètic creat al motor en mode monofàsic. Aquest vector no gira, només canvia de magnitud i signe. El camp circular s'aplana a una línia recta.

Imatge 1. Característiques d'un motor d'inducció en mode monofàsic: a — representació gràfica d'un camp magnètic pulsatori; b — descomposició del camp polsant en dos de rotació; c-característiques mecàniques d'un motor d'inducció en mode de funcionament trifàsic (1) i monofàsic (2).

Pulsant camp magnètic es pot considerar que consisteix en dos camps d'igual magnitud que giren l'un cap a l'altre (Fig. 1, b). Cada camp interactua amb el bobinatge del rotor i genera un parell. La seva acció combinada crea parell a l'eix del motor.

En el cas que es produeixi una pèrdua de fase abans de connectar el motor a la xarxa, dos camps magnètics actuen sobre un rotor estacionari, que formen dos moments de signe oposat però iguals en magnitud. La seva suma serà zero.Per tant, quan engegueu el motor en mode monofàsic, no pot revertir encara que no hi hagi càrrega a l'eix.

Si es produeix una pèrdua de fase mentre el rotor del motor gira, es genera un parell al seu eix. Això es pot explicar de la següent manera. El rotor giratori interactua de diverses maneres amb els camps que giren entre si. Un d'ells, la rotació del qual coincideix amb la rotació del rotor, forma un moment positiu (coincidint en la direcció), l'altre - negatiu. A diferència del cas del rotor estacionari, aquests moments seran de magnitud diferent. La seva diferència serà igual al moment de l'eix del motor.

La figura 1, c mostra les característiques mecàniques del motor en funcionament monofàsic i trifàsic. A velocitat zero, el parell és zero; quan gira en qualsevol sentit, es produeix un parell a l'eix del motor.

Si una de les fases es desconnecta mentre el motor està en marxa, quan la seva velocitat era propera al valor nominal, sovint el parell és suficient per continuar el funcionament amb una lleugera reducció de la velocitat. En contrast amb el mode simètric trifàsic, apareix un brunzit característic. Per la resta, no hi ha manifestacions externes del mode d'emergència. És possible que una persona que no tingui experiència amb motors asíncrons no noti un canvi en la naturalesa de funcionament d'un motor elèctric.

La transició d'un motor elèctric a un mode monofàsic va acompanyada d'una redistribució de corrents i tensions entre les fases. Si els bobinats del motor es connecten segons l'esquema "estrella", després de la pèrdua de fase, es forma un circuit, que es mostra a la figura 2. Dos bobinats del motor connectats en sèrie estan connectats a la tensió de línia Uab, aleshores el motor està en una sola volta. funcionament de la fase.

Fem un petit càlcul, determinem els corrents que circulen pels bobinatges del motor i comparem-los amb els corrents amb una font trifàsica.

Figura 2. Connexió en estrella dels bobinats del motor després de la pèrdua de fase

Com que les resistències Za i Zb estan connectades en sèrie, les tensions de les fases A i B seran iguals a la meitat de la lineal:

El valor aproximat del corrent es pot determinar a partir de les consideracions següents.

Corrent d'entrada de la fase A a la pèrdua de fase

Corrent d'arrencada de la fase A en mode trifàsic

on Uao — tensió de fase de la xarxa.

Relació de corrent d'entrada:

De la relació, es dedueix que en cas de pèrdua de fase, el corrent d'arrencada és del 86% del corrent d'arrencada en el subministrament trifàsic. Si tenim en compte que el corrent d'arrencada del motor d'inducció de gàbia d'esquirol és 6-7 vegades més gran que el nominal, resulta que un corrent flueix pels bobinatges del motor Iif = 0,86 x 6 = 5,16 Azn, és a dir, més de cinc vegades el nominal. En un curt període de temps, aquest corrent sobreescalfarà la bobina.

Del càlcul anterior, es pot veure que el mode de funcionament considerat és molt perillós per al motor i, si es produeix, la protecció s'ha de desactivar en poc temps.

La pèrdua de fase també es pot produir després d'encendre el motor, quan el seu rotor tindrà una velocitat de gir corresponent al mode de funcionament. Considereu els corrents i les tensions dels bobinatges en el cas d'una transició al mode monofàsic amb un rotor giratori.

El valor de Za depèn de la velocitat de rotació. A la posada en marxa, quan la velocitat del rotor és zero, és el mateix per als modes trifàsics i monofàsics. En mode de funcionament, depenent de la càrrega i de les característiques mecàniques del motor, la velocitat de gir pot ser diferent.Per tant, cal un enfocament diferent per analitzar les càrregues actuals.

Suposarem que el motor funciona tant en mode trifàsic com monofàsic. mateix poder. Independentment de l'esquema de connexió del motor elèctric, la màquina de treball requereix la mateixa potència que es necessita per dur a terme el procés tecnològic.

Suposant que la potència de l'eix del motor és la mateixa per als dos modes, tindrem:

en mode trifàsic

en mode monofàsic

on Uа — tensió de fase de la xarxa; Uаo — tensió de la fase A en mode monofàsic, coeficients de potència cos φ3 i cos φ1 per als modes trifàsic i monofàsic, respectivament.

Els experiments amb un motor d'inducció mostren que, de fet, el corrent gairebé es duplica. Amb algun marge és possible considerar I1a / I2a = 2.

Per avaluar el grau de perill del funcionament monofàsic, també cal conèixer la càrrega del motor.

Com a primera aproximació, considerarem el corrent del motor elèctric en mode trifàsic proporcional a la seva càrrega a l'eix. Aquesta hipòtesi és vàlida per a càrregues superiors al 50% del valor nominal. A continuació, podeu escriure Azf = Ks NS Azn, on Ks - factor de càrrega del motor, Azn - corrent nominal del motor.

Corrent monofàsica I1f = 2KsNS Azn, és a dir, el corrent en mode monofàsic dependrà de la càrrega del motor. A càrrega nominal, és igual al doble del corrent nominal. A una càrrega inferior al 50%, la pèrdua de fase en connectar els bobinats del motor a una "estrella" no crea una sobreintensitat perillosa per als bobinats. En la majoria dels casos, el factor de càrrega del motor és inferior a un. Amb els seus valors de l'ordre de 0,6 a 0,75, s'ha d'esperar un lleuger excés del corrent (del 20 al 50%) en comparació amb el nominal.Això és essencial per al funcionament de la protecció, ja que és precisament en aquesta zona de sobrecàrrega on no actua amb prou claredat.

Per analitzar alguns mètodes de protecció és necessari conèixer la tensió de les fases del motor. Quan el rotor està bloquejat, la tensió de les fases A i B serà igual a la meitat de la tensió de xarxa Uab, i la tensió de la fase C serà zero.

En cas contrari, la tensió es distribueix a mesura que gira el rotor. El fet és que la seva rotació va acompanyada de la formació d'un camp magnètic giratori que, actuant sobre els bobinatges de l'estator, provoca una força electromotriu en ells. La magnitud i la fase d'aquesta força electromotriu són tals que a una velocitat de rotació propera a la síncrona, es restableix un sistema de tensió trifàsic simètric als bobinatges i la tensió neutra de l'estrella (punt 0) esdevé zero. Així, quan la velocitat del rotor canvia de zero a síncrona en el mode de funcionament monofàsic, la tensió de les fases A i B canvia d'un valor igual a la meitat de la línia a un valor igual a la tensió de fase de la xarxa. Per exemple, en un sistema amb una tensió de 380/220 V, la tensió de les fases A i B varia entre 190 i 220 V. La tensió Uco canvia de zero amb un rotor bloquejat a una tensió de fase de 220 V amb velocitat síncrona. Pel que fa a la tensió al punt 0, canvia del valor Uab / 2 — a zero a velocitat síncrona.

Si els bobinats del motor es connecten en triangle, després d'una pèrdua de fase tindrem l'esquema de connexió que es mostra a la figura 3. En aquest cas, el bobinat del motor amb resistència Zab resulta connectat a la tensió de línia Uab, i el bobinat amb resistències. Zfc i Zpr.— connectats en sèrie i connectats a la mateixa tensió de línia.

Figura 3. Connexió en triangle dels bobinats del motor després de la pèrdua de fase

En el mode d'arrencada, el mateix corrent fluirà pels bobinatges AB que en la versió trifàsica, i la meitat del corrent fluirà pels bobinats AC i BC, ja que aquests bobinatges estan connectats en sèrie.

Els corrents en conductors lineals I'a =I'b seran iguals a la suma de corrents en branques paral·leles: I'A = I'ab + I'bc = 1,5 Iab

Així, en el cas considerat, amb una pèrdua de fase, el corrent d'arrencada en una de les fases serà igual al corrent d'arrencada amb un subministrament trifàsic, i el corrent de línia augmenta de manera menys intensa.

Per calcular els corrents en cas de pèrdua de fase després d'arrencar el motor, s'utilitza el mateix mètode que per al circuit "estrella". Suposarem que el motor desenvolupa la mateixa potència tant en mode trifàsic com monofàsic.

En aquest mode de funcionament, el corrent en la fase més carregada amb pèrdua de fase es duplica en comparació amb el corrent amb una font trifàsica. El corrent al conductor de la línia serà Ia 'A = 3Iab, i amb un subministrament trifàsic Ia = 1,73 Iab.

És important tenir en compte aquí que, mentre que el corrent de fase augmenta en un factor de 2, el corrent de línia només augmenta en un factor d'1,73. Això és essencial perquè la protecció contra sobreintensitat reacciona als corrents de línia. Els càlculs i les conclusions sobre la influència del factor de càrrega sobre el corrent monofàsic amb connexió «estrella» segueixen sent vàlids per al cas d'un circuit «delta».

Les tensions de fase AC i BC dependran de la velocitat del rotor. Quan el rotor està bloquejat Uac '= Ub° C' = Uab / 2

A una velocitat de rotació igual a la síncrona, es restaura el sistema simètric de tensions, és a dir, ac '= Ub° C' = Uab.

Així, les tensions de fase AC i BC, quan la velocitat de rotació es canvia de zero a síncrona, canviaran d'un valor igual a la meitat de la tensió de línia a un valor igual a la tensió de línia.

Els corrents i les tensions de les fases del motor en funcionament monofàsic també depenen del nombre de motors.

Sovint es produeix una pèrdua de fase quan un dels fusibles de la subestació o el subministrament de la xarxa de l'aparell de commutació ha cremat. Com a resultat, un grup d'usuaris es troben en mode monofàsic interactuant entre ells. La distribució de corrents i tensions depèn de la potència dels motors individuals i de la seva càrrega. Aquí hi ha diferents opcions possibles. Si la potència dels motors elèctrics és igual i la seva càrrega és la mateixa (per exemple, un grup de ventiladors d'escapament), es pot substituir tot el grup de motors per un d'equivalent.

Modes d'emergència dels motors elèctrics asíncrons i mètodes de protecció