Способы защиты электродвигателей

Электромоторы эксплуатируют в различных условиях и с разным оборудованием. В ряде случаев внешние факторы способны не только разрушить двигатель, но и вызвать аварийные ситуации с выходом из строя других агрегатов, спровоцировать пожары, взрывы.

Для предотвращения поломок моторов, используют защитные устройства, которые отключают подачу питания на обмотки статора, если агрегат работает неправильно или условия его эксплуатации становятся недопустимыми. Аварийные блоки, как правило, включают в цепь электромотора, в аварийных случаях аппарат защиты обесточивает двигатель.

На промышленном оборудовании могут применять сложные устройства с несколькими датчиками, которые передают сигналы к блоку управления станком. Если параметры работы электроагрегата изменились, встроенное программное обеспечение ЭБУ также может отключить мотор.

Способы защиты электродвигателей от перегрузок

Защита электромотора от перегрузки необходима, когда превышено усилие на вал ротора. Примеры: заклинивание подшипников привода, разрушение связанного с электродвигателем редуктора. Варианты защиты:

• использование термодатчиков – элементы встраивают в обмотки двигателя. При критическом нагреве их сопротивление меняется, блоку управления подается сигнал о необходимости отключить питание;
• термореле – монтируется на кожух электродвигателя, срабатывает при достижении заданной температуры корпуса или окружающей среды внутри мотора;
• блоки электронной защиты – нужны для контроля силы тока и напряжения. Частотные преобразователи и устройства плавного пуска непрерывно отслеживают параметры электросети. При перегрузке снижают скорость вращения ротора или отключают мотор;
• микропроцессорные реле – через заданные промежутки времени измеряют силу тока, температуру, вычисляют мощность, анализируют синусоиду переменного тока, предотвращают работу при возникновении аварийной ситуации;
• применение муфт перегрузки – механические или магнитные узлы, которые проскальзывают при превышении крутящего момента, защищая электромотор от повреждения;
• использование предохранительных штифтов или шайб – разрушаются при критических нагрузках, передача крутящего момента от ротора к приводу прекращается, мотор начинает работать в холостую.

Методы защиты электродвигателей от коротких замыканий

Для защиты электродвигателей от коротких замыканий применяют комбинацию устройств, позволяющих быстро отключить питание при аварии, обычно используют не менее 2-х аппаратов. Виды защитных элементов и агрегатов:

• предохранители – плавкие вставки. Перегорают при превышении номинальной силы тока, разрывая цепь. Преимущества: простота работы, надежность. Недостатки: большая задержка при срабатывании с момента короткого замыкания, не подлежат восстановлению, необходима замена после перегорания. Подходят для защиты электродвигателей малой и средней мощности;
• автоматические выключатели (АВ) – отключают цепь при замыкании или перегрузке. Тепловые автоматы срабатывают при длительной перегрузке. Электромагнитные АВ реагируют на резкий скачок тока. Комбинированные автоматы (тепломагнитные) сработают в обоих случаях. Преимущества устройств: многоразовые, можно настроить под ток разных по мощности двигателей;
• токовые реле (реле предельного тока) – измеряют силу тока в цепи. При превышении номинального значения отключают питание. Реле мгновенного действия срабатывают при резком скачке тока. Устройства с задержкой срабатывания по времени предназначены для селективной защиты электродвигателей в многоконтурных сетях;
• дифференциальная защита (УЗО) – сравнивает токи по фазе. При утечках, например, при замыкании на корпус, отключает питание. Применение УЗО: предохранит от замыканий на землю, особенно в условиях повышенной влажности;
• тепловые реле перегрузки – реагируют на длительную перегрузку, которая может привести к перегреву и короткому замыканию проводки. Часто используются совместно с магнитными пускателями;
• устройства плавного пуска и частотные преобразователи – снижают пусковые токи, уменьшая риск коротких замыканий при запуске электромоторов. Дополнительные функции: контролируют параметры двигателя – силу тока, напряжение, температуру. Если необходимо – выполняют аварийное отключение агрегата;
• реле контроля изоляции – обнаруживают снижение сопротивления изоляции обмоток до критического уровня, предотвращая короткое замыкания. Применение: включают в цепь совместно с высоковольтными двигателями, используют во взрывоопасных средах;
• датчики вибрации – обнаруживают механические неисправности, ведущие к коротким замыканиям.

Выход параметров питающего двигатель напряжения за штатные пределы

Для защиты моторов от перенапряжений и скачков используют УЗИП (варисторы, газовые разрядники). Устройства ограничивают импульсные перенапряжения в сети. Дополнительно можно использовать стабилизаторы напряжения, которые корректируют входное напряжение, защищая агрегат от длительных отклонений параметра тока.

Реле контроля фаз отслеживают обрыв фазы, обнаруживают дисбаланс напряжений – если значение превышает 10%. Реле напряжения отключают двигатель при выходе параметра за допустимые пределы, например, выше или ниже 15% от номинала.

Защита моторов от перегрева

Для предохранения элементов двигателя от перегрева устанавливают тепловое реле. Устройство состоит из: биметаллической пластины, которая изгибается при нагреве, контактов, регулировочного механизма.

Принцип работы теплового реле:

1. Ток, потребляемый электродвигателем, проходит через нагревательный элемент теплового реле.
2. Если сила тока превышает номинальное значение, нагревательный элемент сообщает тепло биметаллической пластине.
3. При нагреве биметаллическая пластина изгибается из-за разного теплового расширения металлов.
4. Когда пластина изгибается до определенного предела, она воздействует на контакты, размыкая цепь питания двигателя.
5. Размыкание контактов приводит к остановке двигателя, предотвращая его перегрев.

Реле срабатывает при длительной перегрузке, когда ток превышает номинальное значение. Чем выше перегрузка, тем быстрее срабатывает реле.