Защита двигателя 380 В от работы на двух фазах

Работа двигателей на двух фазах довольно частое явление. Очень часто причиной работы двигателей на двух фазах является низкая культура эксплуатации электроустановок. Это и не своевременный уход за контактами коммутационных аппаратов и предохранителей, и не своевременная проверка контактных соединений проводов и кабелей на распределительных щитах, пунктах и в шкафах управления и т.д.

Если же повысить культуру эксплуатации электроустановок, то вероятность обрыва цепи в одной фазе из-за плохого контакта будет сведена к минимуму.

Очень часто двигатель может работать на двух фазах, когда силовая цепь двигателя защищается предохранителями, из-за сгорания плавкой вставки в одной фазе в результате короткого замыкания на землю в сети с заземленной нейтралью. Замена предохранителей на автоматические выключатели устраняет саму возможность двухфазного режима.

Для чего же нужна данная защита и чем опасна работа двигателя на двух фазах, сейчас и попытаемся разобраться.

Данная защита защищает двигатель от перегрева, а также от так называемого «опрокидывания», т. е. остановки под током вследствие снижения момента, развиваемого двигателем, при обрыве одной из фаз. Защита действует на отключение и в качестве аппаратов защиты применяются как тепловые, так и электромагнитные реле.

Когда происходит обрыв одной из фаз, ток двигателя с соединением обмоток статора в звезду будет превышать в 1,7-2 раза по сравнению с трехфазным режимом.

Рассмотрим например как отразится обрыв одной из фаз на различных величинах напряжения между различными точками цепи статора двигателя.

Предположим, что двигатель подключен к сети с номинальным линейным напряжением Uл, обмотки статора соединены в звезду и обрыв провода произошел в фазе «А» (рис.1 а).

Рис.1 – Напряжения при работе двигателя на двух фазах

Нас будут интересовать следующие напряжения:

• U_АВ, U_ВС, U_СА – между фазами двигателя;
• U_АО, U_ВО, U_СО – между фазами и нулевой точкой О сети (землей);
• U_О1-О – между нулевой точкой обмотки двигателя и землей; U_разр. — в месте разрыва.

В трехфазном режиме напряжения на двигателе симметричны, т. е. U_АВ = U_ВС= U_СА= Uл, U_АО= U_ВО= U_СО= Uл/√3= Uф, при этом U_О1-О= U_разр.=0.

В двухфазном режиме напряжения становятся несимметричными, степень несимметрии будет зависеть от скольжения s. Если обрыв фазы имел место при холостом ходе двигателя, когда Sxx < Sн (Sн — номинальное скольжение), то все указанные напряжения практически не изменятся по сравнению с трехфазным режимом. Если скольжение нагруженного двигателя вследствие обрыва фазы становится больше критического скольжения Sкp., то двигатель «опрокидывается» и затормаживается. При включении с оборванной фазой двигатель останется неподвижным.

В последних двух случаях S=1, напряжения на двигателе будут иметь следующие значения:

• U_АВ=U_СА= 0,5Uл;
• U_ВС= Uл; U_АО= 0,5Uф;
• U_ВО= U_СО= Uф;
• U_О1-О=0,5 Uф;
• Uразр.=1,5Uф.

Для определения напряжений на двигателе при изменении скольжения от S=Sxx до S=1 можно воспользоваться расчетными кривыми [Л1, с14], приведенными на рис.1, б также для случая обрыва фазы А.

Из этих кривых видно, что в зоне скольжений Sxx < S < Sкр резко изменяются три напряжения: U_разр., U_О1-О (они будут изменятся одинаково при обрыве любой фазы), а также UАВ – напряжение между поврежденной (А) и отстающей (В) фазами. Напряжение U_СА между поврежденной и опережающей фазами, а также напряжение U_АО изменяются в этой зоне незначительно.

Таким образом, для получения надежной защиты работающего в длительном режиме двигателя от перегрева при обрыве любой фазы нужно контролировать, либо напряжение U_О1-О либо три напряжения U_разр. (во всех фазах), либо, наконец, три междуфазных напряжения U_АВ, U_ВС, U_СА.

На основании различного контроля напряжения, используются три группы схем:

• схемы основанные на контроле целостности плавких вставок всех фаз;
• схемы, реагирующие на нарушение симметрии трехфазной системы напряжений на зажимах двигателя;
• схемы, действующие при возникновении несимметрии фазовых токов двигателя.

Литература:

1. Ключев В. И., Выбор электродвигателей для производственных механизмов, изд-во «Энергия», 1964.