Аварийные режимы асинхронных
электродвигателей
и способы их защиты

АВАРИЙНЫЕ РЕЖИМЫ, ПРИВОДЯЩИЕ К ПЕРЕГРЕВУ ИЗОЛЯЦИИ

Затяжной пуск двигателя

Пусковой ток асинхронных короткозамкнутых двигателей в 6 — 7 раз превышает номинальный. Известно, что нагрев проводников зависит от квадрата тока, поэтому резко увеличивается выделение тепла в обмотках. Интенсивность нагрева характеризуется скоростью нарастания температуры обмоток статора. У асинхронных короткозамкнутых двигателей она находится в пределах 5 — 7°С в секунду. Поэтому при пуске из холодного состояния через 10 — 12°С температура обмоток достигает допустимого значения. Дальнейшее протекание пускового тока может вызвать перегрев и обгорание изоляции.

В условиях сельского хозяйства тяжесть пуска короткозамкнутого двигателя усугубляется снижением напряжения. Причина этого явления в том, что повышение тока вызывает увеличение потери напряжения в проводах питающей линии.

Для того чтобы оценить возможную величину снижения напряжения при пуске короткозамкнутого двигателя, проведем некоторые расчеты. Площадь сечения проводов сельских сетей часто выбирают по допустимой потере напряжения. Не вдаваясь в детали расчета, будем считать, что допустимая потеря напряжения в линии равна 5%. Также принимаем, что от этой линии питается группа электроустановок, в числе которых имеется короткозамкнутый двигатель, мощность которого составляет 50% от суммарной мощности всех установок.

Иначе говоря, коэффициент соизмеримости мощности рассматриваемого двигателя равен 0,5. При его пуске ток увеличивается в 6 раз. Соответственно увеличивается потеря напряжения в линии. С учетом соизмеримости мощности она составит

Рассмотрим, как снижение напряжения при пуске повлияет на нагрев двигателя.

Рис. 7. График изменения напряжения и пускового тока двигателя.

Из-за снижения напряжения произойдет некоторое уменьшение тока, но одновременно снизится и вращающий момент двигателя. Нужно иметь в виду, что вращающий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения. Если напряжение снизилось на 15% и стало равным 0,85 от номинального, то пусковой момент двигателя станет равным 0,852 = 0,72 от номинального значения (снизится на 28%). Длительность разбега машины (время пуска) зависит от момента сопротивления, создаваемого рабочей машиной, и от величины маховых масс. Не приводя здесь доказательств, отметим, что время разбега электропривода будет пропорционально величине маховых масс электропривода и обратно пропорционально разности между моментом двигателя и моментом сопротивления. При пуске под пониженным напряжением разность моментов снижается, а длительность разбега увеличивается.

Расчеты показывают, что при пуске с небольшим моментом сопротивления снижение напряжения практически не влияет на нагрев двигателя. Увеличение длительности разбега компенсируется уменьшением пускового тока. При пуске под нагрузкой длительность разбега растет значительно быстрее, чем снижается пусковой ток. Поэтому такой пуск сопровождается интенсивным нагревом.

На рисунке 7 показаны графики изменения напряжения и пускового тока двигателя дробилки зерна. Как видно из этих графиков, снижение напряжения приводит к значительному увеличению времени разгона агрегата. Во время пуска выделяется большое количество тепла. Оно не успевает рассеиваться в окружающую среду. Более того, оно не успевает распространиться на все части машины. Вся тепловая энергия, выделяемая в обмотках в течение нескольких секунд, расходуется на нагрев проводов и изоляции и лишь небольшая ее часть передается в сталь статора и ротора. Происходит быстрый местный нагрев.

Пользуясь приведенными выше положениями, можно приближенно подсчитать допустимое время пуска двигателя. Будем считать, что во время пуска все тепло, выделяемое в двигателе, идет на нагрев обмоток. Как уже указывалось выше, при пуске под номинальным напряжением допустимое время пуска двигателя 10 — 12 с. Количество выделяемой в проводниках обмотки энергии можно подсчитать по формуле

где Iп — пусковой ток;
R — сопротивление обмоток;
tп— время пуска.

Для того чтобы при пуске под пониженным напряжением обмотка не нагревалась свыше допустимого значения, нужно, чтобы количество выделяемого тепла не превышало величины, получаемой при номинальном напряжении:

где Iпп — пусковой ток;
tпп — допустимое время  разгона  при пониженном напряжении.

Из последнего уравнения допустимое время разгона при пуске под пониженным напряжением

Принимая во внимание, что величина пускового тока пропорциональна напряжению, имеем

где Uп — напряжение двигателя при его пуске.

Если принять, как получено в рассмотренном выше примере, что Uп = 0,85 Uн, tп = 10 с, то в соответствии с выражением (8) допустимое время разгона будет равно:

tпп =	10	= 14с.
	0,852

При пуске вхолостую время разгона не будет превышать эту величину, но при пуске под нагрузкой оно может оказаться больше. Поэтому пуск под пониженным напряжением с нагрузкой может вызвать перегрев обмоток.

Интенсивный нагрев наблюдается при частых или повторных пусках. В этом случае неостывший двигатель вновь включается под напряжение. Под действием пусковых токов температура двигателя быстро растет. Если каждый раз время пуска составляет несколько секунд, обмотка нагревается свыше допустимого значения. Многократное повторение такого режима работы может резко сократить срок службы изоляции. В то же время считается, что редкие (например, один раз в сутки) повторные пуски не оказывают влияния на срок службы изоляции. Для того чтобы судить о допустимости того или иного режима с частыми пусками, требуется провести специальный расчет, принимая во внимание число и длительность пусков.