Trumpojo Jungimo Momento Charakteristika Elektros Variklyje

Elektros variklių trumpojo jungimo momento charakteristika yra kritiškai svarbi siekiant užtikrinti jų patikimą ir saugų veikimą. Tai ypač aktualu asinchroniniams varikliams, kurie dėl savo konstrukcijos savybių pasižymi didelėmis paleidimo srovėmis. Šiame straipsnyje aptariamos trumpųjų jungimų priežastys, pasekmės, apsaugos būdai ir įvairūs elektros variklių paleidimo metodai, padedantys sumažinti paleidimo srovės poveikį.

Trumpasis Jungimas: Esminiai Aspektai

Trumpasis jungimas yra viršsrovė, atsirandanti dėl mažo impedanso gedimo tarp skirtingų potencialų laidų. Kai tai įvyksta, grandinės varža nukrenta beveik iki nulio omų, o tai greitai padidina srovę ir įkaitina laidininkus ar įrangą. Paprastai tai sukelia atsitiktinis kontaktas arba prasta izoliacija. Tai pavojingiau nei perkrova, nes žala atsiranda beveik akimirksniu. Turi būti įrengti apsauginiai įtaisai, kurie apribotų ir nutrauktų trumpojo jungimo sroves, kol jų terminis ir mechaninis poveikis taps pavojingas.

Trumpųjų Jungimų Priežastys ir Pasekmės

• Pagrindinė trumpųjų jungimų priežastis - izoliacijos pažeidimas dėl jos senėjimo, viršįtampių, mechaninių pažeidimų, personalo klaidų, paukščių ar žvėrelių veiksmų.
• Suprastintose pastočių schemose naudojami specialūs aparatai (trumpikliai) dirbtiniams trumpiesiems jungimams sukelti.
• Trumpojo jungimo pasekmės priklauso nuo jo vietos ir trukmės. Jei trumpasis jungimas yra toli nuo sisteminio elektros tinklo, trumpojo jungimo srovės nedidelės ir sudaro mažą generatoriaus vardinės srovės dalį. Toks trumpasis jungimas jaučiamas lyg padidėtų apkrova, o įtampos sumažėjimas pastebimas tik arti avarijos vietos.
• Įtampos sumažėjimas ar jos iškraipymas neigiamai veikia prie tinklo prijungtų vartotojų darbo režimą. Sumažėjus įtampai 30-40 % vieną sekundę ar ilgiau, pramonės įmonių varikliai gali sustoti.
• Palikus įjungtus sustojusius variklius, galima sukelti tolesnį tinklo įtampos mažėjimą - įtampos griūtį.
• Palikus neatjungtą trumpąjį jungimą ilgesnį laiką, galima pažeisti elektros sistemos stabilumą. Be to, trumpojo jungimo srovė šildo laidininkus, sukelia dideles mechanines jėgas tarp jų ir gali juos pažeisti.
• Nesimetrinių trumpųjų jungimų metu linijų magnetiniai laukai nesikompensuoja tarpusavyje ir gali trukdyti ryšio linijoms.
• Trumpasis jungimas gali sukelti gaisrą dėl per didelės srovės kabeliuose ir netgi kelti pavojų žmogaus gyvybei, nes srovė gali siekti nuo šimtų iki 200 000 A ar daugiau.

Apsauga nuo Trumpųjų Jungimų

Apsaugą nuo trumpųjų jungimų galima užtikrinti saugikliais ir grandinės pertraukikliais. Jeigu įrenginių automatiniai jungikliai turi tik elektromagnetinę apsaugą (atkirtą), linijos laidai turi būti taip parinkti, kad trumpojo jungimo srovė būtų lygi automatinio jungiklio nustatytai momentinio veikimo srovei, padaugintai iš atkirtos (pagal gamyklos duomenis) ir iš atsargos (1,1) koeficientų.

Keturlaidėje/penkialaidėje elektros tinklų sistemoje elektros įrenginių korpusai prijungiami prie įžeminto nulinio laido arba penktos PE gyslos. Sugedus izoliacijai, tokio įrenginio korpuse atsiranda įtampa ir įvyksta vienfazis trumpasis jungimas.

Lietuvos Respublikos ūkio ministro įsakymu patvirtintos "Elektros įrenginių relinės apsaugos ir automatikos įrengimo taisyklės" nustato privalomus reikalavimus, kaip parinkti apsaugos įtaisų nuostatas ir saugiklius, atsižvelgiant į skaičiuotinas sroves, kad būtų išvengta nereikalingų išjungimų trumpalaikių perkrovų metu.

Asinchroninių Variklių Paleidimo ir Valdymo Būdai

Asinchroniniai trifaziai elektros varikliai turi daug pranašumų: aukštą našumą, eksploatacinį patikimumą, sąlyginai nedideles remonto ir priežiūros išlaidas bei galimybę atlaikyti dideles mechanines perkrovas. Šie pranašumai yra susiję su paprasta variklių konstrukcija. Tačiau, dėl didelių paleidimo srovių, yra svarbu tinkamai pasirinkti variklio paleidimo ir valdymo metodus.

Pagrindinės Apvijų Sujungimo Schemos

Yra dvi pagrindinės trifazio variklio apvijų sujungimo schemos: "žvaigždė" ir "trikampis".

Žvaigždės Jungtis (Y)

• Trys statoriaus apvijos sujungiamos viename bendrame taške, o į tris laisvus šių apvijų gnybtus tiekiama trifazė įtampa.
• Centrinis bendras taškas gali būti naudojamas keturių laidų, trijų fazių tinklui prijungti prie nulinio (neutralaus) laido.
• "Žvaigždė" su neutraliu laidu - keturių laidų jungtis, kurioje nulinis laidas užtikrina kiekvienos fazės nepriklausomybę viena nuo kitos.
• Varikliai, kurių apvijos sujungtos "žvaigžde", veikia sklandžiau ir minkščiau.
• Trūkumas: elektros variklis negali išvystyti pilnos (maksimalios) savo galios.

Trikampio Jungtis (Δ)

• Trys apvijų galai sujungiami tarsi "trikampio" viršūnėse, t. y., gaunami trys taškai, kuriuose trys statoriaus apvijos yra sujungtos nuosekliai, po du sujungimo taškus kiekvienai iš trijų apvijų. Čia nėra vidurinio išvado.
• Trifazė įtampa tiekiama trikampio viršūnėms.
• "Trikampis" yra trijų laidų jungtis, daugiausia naudojama, norint gauti maksimalų variklio sukimo momentą ir maksimalią galią esant pastoviems apsisukimams.
• Kai apvijos sujungiamos pagal "trikampio" schemą, elektros variklis veikia visa maksimalia galia (kuri yra 1,5 karto didesnė galia, nei sujungus su "žvaigžde").
• Trūkumas: tuo pačiu metu variklis turi labai aukštas pradines paleidimo srovių reikšmes.

Paleidimo Būdai ir Valdymo Grandinės

Asinchroninio variklio visos įtampos paleidimo srovė paprastai gali siekti 4-7 kartus didesnę už vardinę srovę. Dėl per didelės paleidimo srovės sutrumpės variklio eksploatavimo laikas, smarkiai sumažės antrinė transformatoriaus įtampa, sumažės paties variklio paleidimo momentas ir net variklis negalės užvesti, taip pat turės įtakos normaliam kitų įrenginių veikimui tame pačiame maitinimo tinkle.

1. Rankinio Valdymo Grandinė

Tai rankinio valdymo grandinė, kurioje naudojami peilių jungikliai ir grandinės pertraukikliai trifazio asinchroninio variklio įjungimui ir išjungimui valdyti. Grandinė yra paprastos struktūros ir tinka tik mažos talpos varikliams, kurie paleidžiami retai. Variklis negali būti automatiškai valdomas, taip pat negali būti apsaugotas nuo nulinės įtampos ir įtampos praradimo. Įdėkite saugiklių FU rinkinį, kad variklis būtų apsaugotas nuo perkrovos ir trumpojo jungimo.

2. Bėgimo Valdymo Grandinė

Variklio paleidimas ir sustabdymas valdomas mygtuku, o kontaktorius naudojamas variklio įjungimui ir išjungimui. Defektas: jei variklis važiavimo valdymo grandinėje turi veikti nuolat, paleidimo mygtuką SB visada reikia laikyti nuspaustą ranka.

3. Nepertraukiamo Veikimo Valdymo Grandinė (Ilgo Judesio Valdymas)

Variklio paleidimas ir sustabdymas valdomas mygtuku, o kontaktorius naudojamas variklio įjungimui ir išjungimui. Norint realizuoti ilgalaikį linijos valdymą, svarbiausia yra tai, ar ji gali užtikrinti, kad savaime užsifiksuojanti atšaka būtų prijungta po to, kai įjungta KM ritė. Jei galima prijungti savaime užsifiksuojančią šaką, galima pasiekti ilgą judėjimą, kitu atveju galima pasiekti tik bėgimo judėjimą.

4. Bėgimo ir Ilgo Judesio Valdymo Grandinė

Kai kurioms gamybos mašinoms reikia, kad variklis galėtų judėti tiek bėgioti, tiek ilgai. Pavyzdžiui, kai bendras staklės yra normaliai apdorojamos, variklis sukasi nepertraukiamai, ty ilgai veikia, o paleidimo ir reguliavimo metu dažnai reikia bėgioti. Yra du valdymo būdai: valdoma perdavimo jungikliu arba sudėtiniais mygtukais.

5. Pirmyn ir Atgal Valdymo Grandinė (Reversinis Valdymas)

Šis valdymas leidžia realizuoti gamybos dalių judėjimą tiek teigiama, tiek neigiama kryptimis. Trifaziam asinchroniniam varikliui, norint valdyti pirmyn ir atgal, tereikia pakeisti maitinimo šaltinio fazių seką, t. y., sureguliuoti bet kurias dvi trifazių elektros linijų fazes pagrindinėje grandinėje. Yra du dažniausiai naudojami valdymo būdai: vienas - kombinuotu jungikliu pakeisti fazių seką, kitas - pagrindiniu kontaktoriaus kontaktu. Pirmoji tinka varikliams, kuriems reikia dažno sukimosi į priekį ir atgal, antroji - rečiau.

Teigiamas-Stop-Atbulinės Eigos Valdymo Grandinė

Pagrindinė elektrinio blokavimo priekinės ir atbulinės eigos valdymo grandinių problema yra ta, kad pereinant nuo vieno vairo prie kito pirmiausia reikia paspausti stabdymo mygtuką SB1, o perėjimo negalima atlikti tiesiogiai, o tai akivaizdžiai yra labai nepatogu.

Pirmyn-Atbulinės Eigos-Stop Valdymo Grandinė

Ši grandinė sujungia elektrinio blokavimo ir mygtukų blokavimo privalumus, yra gana pilna grandinė, galinti ne tik atitikti tiesioginio sukimosi pirmyn ir atgal paleidimo reikalavimus, bet ir pasižymi dideliu saugumu bei patikimumu.

Sumažintos Įtampos Paleidimo Būdai

Siekiant apriboti ir sumažinti paleidimo sukimo momento poveikį mechaninei įrangai, varikliai, kuriems leidžiama paleisti visą įtampą, taip pat naudoja sumažintos įtampos paleidimo metodą.

1. Serijinės Varžos (arba Reaktyvumo) Sumažinimo Paleidimo Valdymo Grandinė

Variklio paleidimo metu varža (arba reaktyvinė varža) dažnai jungiama nuosekliai trifazio statoriaus grandinėje, kad būtų sumažinta statoriaus apvijos įtampa, taip apribojant paleidimo srovę. Kai variklio greitis yra artimas vardinei vertei, nuoseklusis pasipriešinimas (arba reaktyvumas) nutraukiamas, kad variklis pradėtų veikti normaliai visos įtampos. Tokios grandinės dizaino idėja paprastai yra naudoti laiko principą, kad būtų galima nuosekliai nutraukti varžą (arba reaktyvumą), kai pradedamas paleisties procesas. Nuosekliojo varžinio paleidimo pranašumas yra tas, kad valdymo grandinė yra paprastos struktūros, mažos kainos, patikimo veikimo, pagerinto galios koeficiento ir padeda užtikrinti elektros tinklo kokybę. Tačiau paleidimo momentas mažėja pagal įtampos kritimo santykio kvadratinius laikus. Todėl šis metodas tinka tik mažos ir vidutinės galios varikliams, kuriems reikalingas sklandus paleidimas ir tais atvejais, kai užvedimas nėra dažnas. Didelės talpos varikliuose dažniausiai naudojamas serijinis reaktyvumo sumažinimas.

2. Styginių Autotransformatoriaus Laipsniško Paleidimo Valdymo Grandinė

Automatinio transformatoriaus sumažinto paleidimo valdymo grandinėje variklio paleidimo srovės ribojimas realizuojamas automatinio transformatoriaus sumažinimo veiksmu. Autotransformatoriaus antrinė dalis paprastai turi 3 čiaupus ir galima gauti 3 skirtingų reikšmių įtampas. Užbaigus paleidimą, autotransformatorius išjungiamas, o variklis tiesiogiai prijungiamas prie maitinimo šaltinio. Esant tokiam pačiam paleidimo momentui, srovė, gaunama iš elektros tinklo automatinio transformatoriaus sumažinimo paleidimo metu, yra daug mažesnė nei srovė, kai paleidžiama varža, įtaka tinklo srovei yra nedidelė, o galios nuostoliai yra maži. Šis paleidimo būdas dažnai naudojamas didelės galios varikliams, kurie normaliai veikia žvaigždutėje. Trūkumas yra tas, kad autotransformatorius yra brangus, sudėtingos konstrukcijos ir didelio tūrio, todėl dažnas eksploatavimas neleidžiamas.

3. Y-△ Sumažinto Paleidimo Valdymo Grandinė

Trifazio voverės narvelio asinchroninio variklio su Y-△ laipsnišku paleidimu privalumas yra toks: kai statoriaus apvija yra prijungta žvaigždute, paleidimo įtampa yra 1/3 tos, kai naudojamas trikampis ryšys, o paleidimo srovė yra 1/3 tos, kai naudojama trikampio jungtis. Todėl paleidimo srovės charakteristikos geros, grandinė paprastesnė, investicijos mažesnės. Trūkumas yra tas, kad pradinis sukimo momentas taip pat sumažinamas iki 1/3 trikampio jungties metodo, o sukimo momento charakteristikos yra prastos. Taigi ši linija tinkama lengvos apkrovos arba be apkrovos pradžios progoms. Be to, reikia atkreipti dėmesį į sukimosi krypties nuoseklumą jungiant Y-△.

Šis jungties tipas ypač aktualus didesnės galios elektros varikliams, nes leidžia sumažinti pradines sroves. Maitinimo įtampos prijungimas vyksta per laiko relės ir paleidiklio kontaktus. Pavyzdžiui, statoriaus apvijų pradžia U1; V1; W1, o galai U2; V2; W2. Gnybtų plokštėje apvijų pradžios ir galų kontaktai išdėstyti griežta seka. Trijų fazių įtampa tiekiama į apvijų U1, V1 ir W1 pradžią per magnetinio paleidiklio K1 maitinimo kontaktus. Kai suveikia magnetinis paleidiklis K3, per jo kontaktus įvyksta uždarymas, sujungiant apvijų U2, V2 ir W2 galus tarpusavyje (variklio apvijos sujungiamos žvaigžde). Po kurio laiko suveikia laiko relė kartu su paleidikliu K1, išjungiant paleidiklį K3 ir tuo pačiu įjungiant K2. K2 maitinimo kontaktai užsidaro ir įtampa paduodama į variklio apvijų U2, V2 ir W2 galus. Taigi elektrinis variklis įjungiamas pagal schemos "trikampis" modelį. Šis metodas yra naudingas asinchroninio variklio paleidimo metu esant mažai apkrovai arba tuščios eigos sąlygomis. Tačiau yra niuansų: būtina apskaičiuoti perjungimo laiką, kad perjungimo metu neįvyktų trumpasis jungimas, taip pat kad variklis neprarastų apsukų dėl per ilgo perjungimo laiko ir nekiltų srovės šuolis. Norint automatizuoti asinchroninio variklio minkšto paleidimo procesą, sumažinant paleidimo sroves, naudojamos specialios paleidimo relės, kurios palaiko nustatytą uždelsimo laiką, tada perjungia apvijas iš vienos schemos į kitą, apsaugo nuo kylančių lankų susidarymo ir trumpojo jungimo. Prieš paleidžiant elektros variklį, būtina įvertinti, kokia susidarys veleno apkrova, nes "žvaigždės" jungties atveju susilpnėja sukimo momentas.

tags: #trumpojo #jungimo #momentas #pavaroje