¿Necesita protección contra sobrecarga del motor? Tipos de protección eléctrica de motores asíncronos Formas de proteger motores asíncronos trifásicos

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Prácticamente no hay equipos en funcionamiento donde no se utilice electricidad. Este tipo de accionamientos electromecánicos de varias configuraciones se usa en todas partes. Desde un punto de vista constructivo, un motor eléctrico es un equipo sencillo, bastante comprensible y sencillo. Sin embargo, el funcionamiento del motor eléctrico va acompañado de cargas importantes de diferente naturaleza. Es por eso que en la práctica se utilizan relés de protección de motores, cuya funcionalidad también es versátil. El grado de eficiencia para el que se diseña la protección del motor eléctrico, por regla general, está determinado por las soluciones de circuito para la implementación de relés y sensores de control.

Con respecto a los motores de servicio menor, se utiliza un relé instantáneo con un tiempo de respuesta inversamente dependiente a las sobrecorrientes de fase para el apagado automático.

Circuito de protección del motor contra sobrecarga de corriente y fallas a tierra: 1, 2, 3 - transformadores de corriente; 4, 5, 6 - dispositivos de corte de corriente; F1, F2, F3 - fases lineales; 7 - tierra

Los relés de secuencia de fase generalmente se configuran a 3.5-4 veces la corriente de operación del motor, con suficiente tiempo de retardo para evitar que se dispare cuando el motor arranca.

Para motores de servicio de gran importancia, generalmente no se utilizan relés de corriente con disparo de tiempo inverso. La razón de esto es el disyuntor involucrado directamente en el circuito del motor.

Sobrecalentamiento de los devanados del estator.

Una condición crítica, principalmente debido a una sobrecarga continua, rotor bloqueado o desequilibrio de corriente del estator. Para una protección completa, en este caso, un motor trifásico debe estar equipado con elementos de control de sobrecarga en cada fase.

Aquí, para proteger los motores de servicio menor, se suele utilizar la protección contra sobrecarga o el disparo directo desde la fuente de alimentación en caso de sobrecarga.

Si la potencia nominal del motor supera los 1000 kW, generalmente se usa un relé de corriente inversa en lugar de un solo relé RTD.

Termistores de límite de temperatura para el estator del motor: 1 - parte estañada del conductor 7-10 mm; 2 - tamaño de longitud 510 - 530 mm; 3 - longitud del termistor 12 mm; 4 - diámetro del termistor 3 mm; Conexiones de arco de 200 mm de largo

Para motores importantes, el apagado automático es opcional. Se utiliza un relé térmico como principal protector contra el sobrecalentamiento de los devanados del estator.

Factor de sobrecalentamiento del rotor (fase)

La protección contra el sobrecalentamiento del rotor se encuentra a menudo en motores con rotor devanado (fase). Un aumento en la corriente del rotor se refleja en la corriente del estator, lo que requiere la inclusión de protección contra sobrecorriente del estator.

El ajuste del relé de protección del estator para la corriente en general es un valor igual a la corriente a plena carga aumentada en 1,6 veces. Este valor es suficiente para determinar el sobrecalentamiento del rotor de fase y activar el bloqueo.

Protección contra subtensión

El motor consume demasiada corriente cuando funciona con un voltaje por debajo del límite especificado. Por lo tanto, la protección contra subtensión o sobretensión debe proporcionarse mediante sensores de sobrecarga o elementos sensores de temperatura.

Para evitar el sobrecalentamiento, el motor debe estar desenergizado durante 40-50 minutos, incluso en caso de pequeñas sobrecargas que superen el 10-15% del estándar.

La versión clásica del control térmico del devanado del estator: T - sensores de temperatura construidos directamente entre los conductores del devanado

Se debe usar un relé de protección para monitorear el calentamiento del rotor del motor debido a las corrientes de secuencia negativa en el estator debido al desequilibrio de la tensión de alimentación.

Desequilibrio y fallo de fase

Un suministro trifásico desequilibrado también hace que fluya una corriente de secuencia negativa en los devanados del estator del motor. Esta condición provoca el sobrecalentamiento de los devanados (fase) del estator y del rotor.

Una condición desequilibrada transmitida al motor por un tiempo corto debe ser controlada y mantenida a un nivel tal que evite la ocurrencia de una condición desequilibrada continua.

Es preferible alimentar el relé de monitoreo fase a fase desde la fase positiva, y para proteger contra fallas a tierra, utilizar un relé diferencial instantáneo conectado al circuito del transformador de corriente.

Inversión de fase no deseada

En algunos casos, la inversión de fase se considera un fenómeno peligroso para el motor. Por ejemplo, tal condición puede afectar negativamente el funcionamiento de los equipos de ascensores, grúas, ascensores y algunos tipos de transporte público.

Aquí es necesario proporcionar protección contra la inversión de fase: un relé especializado. El funcionamiento del relé inversor de fase se basa en el principio electromagnético. El dispositivo contiene un motor de disco accionado por un sistema magnético.

Tablero y diagrama del dispositivo de inversión de fase: 1 - disyuntor o fusible; 2 - protección contra sobrecarga; 3 - fase actual; 4 - inversión de fase; 5 - motor eléctrico

Si se observa la secuencia de fase correcta, el disco genera par en la dirección positiva. Por lo tanto, el contacto auxiliar se mantiene en la posición cerrada.

Cuando se fija la inversión de fase, se invierte el par del disco. En consecuencia, el contacto auxiliar cambia a la posición abierta.

Este sistema de conmutación se utiliza para la protección, en particular para el control de interruptores automáticos.

Para evitar fallas inesperadas, reparaciones costosas y pérdidas posteriores debido al tiempo de inactividad del motor, es muy importante equipar el motor con un dispositivo de protección.

La protección del motor tiene tres niveles:

Protección contra cortocircuitos de instalación externa . Los dispositivos de protección externos suelen ser fusibles de varios tipos o relés de protección contra cortocircuitos. Los dispositivos de protección de este tipo son obligatorios y homologados oficialmente, se instalan de acuerdo con las normas de seguridad.

Protección de sobrecarga externa , es decir. protección contra sobrecargas del motor de la bomba y, en consecuencia, la prevención de daños y mal funcionamiento del motor eléctrico. Esta es la protección actual.

Protección de motor integrada con protección contra sobrecalentamiento para evitar daños y mal funcionamiento del motor. El dispositivo de protección incorporado siempre requiere un interruptor externo, y algunos tipos de protección de motor incorporado incluso requieren un relé de sobrecarga.

Posibles condiciones de falla del motor

Pueden ocurrir varios fallos de funcionamiento durante el funcionamiento. Por lo tanto, es muy importante prever la posibilidad de falla y sus causas y proteger el motor lo mejor posible. La siguiente es una lista de condiciones de falla bajo las cuales se pueden evitar daños al motor:

Mala calidad de la fuente de alimentación:

Alto voltaje

bajo voltaje

Tensión/corriente desequilibrada (sobretensiones)

Cambio de frecuencia

Instalación incorrecta, violación de las condiciones de almacenamiento o mal funcionamiento del propio motor eléctrico.

Aumento gradual de la temperatura y su salida más allá del límite permisible:

Refrigeración insuficiente

Alta temperatura ambiente

Presión atmosférica reducida (trabajando a gran altura)

Alta temperatura del fluido

Viscosidad demasiado alta del fluido de trabajo.

Encendido/apagado frecuente del motor eléctrico

Momento de inercia de carga demasiado alto (diferente para cada bomba)

Aumento rápido de la temperatura:

Bloqueo de rotor

Fallo de fase

Para proteger la red de sobrecargas y cortocircuitos cuando ocurra cualquiera de las condiciones de falla anteriores, es necesario determinar qué dispositivo de protección de red se utilizará. Debería apagar automáticamente la alimentación de red. El fusible es el dispositivo más simple que realiza dos funciones. Como regla general, los fusibles se interconectan mediante un interruptor de emergencia, que puede desconectar el motor de la red eléctrica. En las páginas siguientes, veremos tres tipos de fusibles en términos de su principio de funcionamiento y aplicaciones: interruptor fusible, fusibles de acción rápida y fusibles de acción lenta.

Un interruptor fusible es un interruptor de emergencia y un fusible combinados en una sola carcasa. Se puede usar un disyuntor para abrir y cerrar el circuito manualmente, mientras que un fusible protege el motor de sobrecorriente. Los interruptores generalmente se usan en relación con el trabajo de servicio, cuando es necesario interrumpir el suministro de corriente.

El interruptor de emergencia tiene una carcasa separada. Esta cubierta protege al personal del contacto accidental con los terminales eléctricos y también protege al interruptor automático de la oxidación. Algunos interruptores de emergencia están equipados con fusibles incorporados, otros interruptores de emergencia se suministran sin fusibles incorporados y están equipados solo con un interruptor.

El dispositivo de protección contra sobrecorriente (fusible) debe distinguir entre sobrecorriente y cortocircuito. Por ejemplo, las sobrecargas de corriente menores a corto plazo son bastante aceptables. Pero con un mayor aumento en la corriente, el dispositivo de protección debería operar de inmediato. Es muy importante prevenir inmediatamente los cortocircuitos. Un interruptor de fusible es un ejemplo de un dispositivo utilizado para la protección contra sobrecorriente. Los fusibles seleccionados correctamente en el disyuntor abren el circuito durante las sobrecargas de corriente.

Fusibles de acción rápida

Los fusibles de acción rápida brindan una excelente protección contra cortocircuitos. Sin embargo, las sobrecargas a corto plazo, como la corriente de arranque del motor, pueden romper este tipo de fusibles. Por lo tanto, los fusibles de acción rápida se utilizan mejor en redes que no están sujetas a corrientes transitorias significativas. Por lo general, estos fusibles transportarán alrededor del 500 % de su corriente nominal durante un cuarto de segundo. Después de este tiempo, el inserto del fusible se derrite y el circuito se abre. Por lo tanto, en los circuitos donde la corriente de irrupción a menudo supera el 500 % de la corriente nominal del fusible, no se recomiendan los fusibles de acción rápida.

Fusibles con soplado retardado

Este tipo de fusible proporciona protección contra sobrecargas y cortocircuitos. Por regla general, permiten un aumento de 5 veces en la corriente nominal durante 10 segundos, e incluso corrientes más altas durante un tiempo más corto. Esto suele ser suficiente para mantener el motor en marcha y el fusible no abierto. Por otro lado, si ocurren sobrecargas que duran más que el tiempo de fusión del elemento fusible, el circuito también se abrirá.

El tiempo de funcionamiento de un fusible es el tiempo que tarda el elemento fusible (alambre) en fundirse antes de que se abra el circuito. Para los fusibles, el tiempo de funcionamiento es inversamente proporcional al valor de la corriente; esto significa que cuanto mayor sea la sobrecarga de corriente, menor será el período de tiempo para interrumpir el circuito.

En general, podemos decir que los motores de las bombas tienen un tiempo de aceleración muy corto: menos de 1 segundo. Por lo tanto, para los motores, son adecuados los fusibles de acción retardada con una corriente nominal correspondiente a la corriente a plena carga del motor.

La ilustración de la derecha muestra el principio de formación de la característica de tiempo de funcionamiento del fusible. La abscisa muestra la relación entre la corriente real y la corriente a plena carga: si el motor consume corriente a plena carga o menos, el fusible no se abre. Pero a 10 veces la corriente a plena carga, el fusible se abrirá casi instantáneamente (0,01 s). El tiempo de respuesta se representa en el eje y.

Durante el arranque, una corriente suficientemente grande pasa a través del motor de inducción. En casos muy raros, esto conduce a un apagado por relés o fusibles. Para reducir la corriente de arranque, se utilizan varios métodos para arrancar el motor.

¿Qué es un disyuntor y cómo funciona?

El disyuntor es un dispositivo de protección contra sobrecorriente. Abre y cierra automáticamente el circuito a un valor de sobrecorriente predeterminado. Si el interruptor automático se usa dentro de su rango de operación, abrirlo y cerrarlo no le causa ningún daño. Inmediatamente después de que ocurra una sobrecarga, puede reanudar fácilmente la operación del interruptor automático; simplemente se restablece a su posición original.

Hay dos tipos de disyuntores: térmicos y magnéticos.

Disyuntores térmicos

Los interruptores automáticos térmicos son el tipo de dispositivo de protección más fiable y económico adecuado para motores eléctricos. Pueden manejar las grandes corrientes que ocurren al arrancar un motor y proteger el motor de fallas como un rotor bloqueado.

Disyuntores magnéticos

Los disyuntores magnéticos son precisos, fiables y económicos. El disyuntor magnético es resistente a los cambios de temperatura, es decir, los cambios en la temperatura ambiente no afectan su límite de disparo. En comparación con los interruptores automáticos térmicos, los interruptores automáticos magnéticos tienen tiempos de disparo definidos con mayor precisión. La tabla muestra las características de dos tipos de interruptores automáticos.

Rango de operación del disyuntor

Los interruptores automáticos difieren en el nivel de corriente de funcionamiento. Esto significa que siempre debe elegir un disyuntor que pueda soportar la corriente de cortocircuito más alta que puede ocurrir en un sistema determinado.

Funciones del relé de sobrecarga

Relé de sobrecarga:

Al arrancar el motor, pueden soportar sobrecargas temporales sin romper el circuito.

Abren el circuito del motor si la corriente excede el valor máximo permitido y existe una amenaza de daño al motor.

Se establecen en la posición de partida automáticamente oa mano después de la eliminación del transbordo.

IEC y NEMA estandarizan las clases de disparo del relé de sobrecarga.

Por regla general, los relés de sobrecarga responden a las condiciones de sobrecarga de acuerdo con sus características de disparo. Para cualquier estándar (NEMA o IEC), la división de productos en clases determina cuánto tiempo tarda el relé en abrirse cuando se sobrecarga. Las clases más comunes son: 10, 20 y 30. La designación numérica refleja el tiempo requerido para que funcione el relé. Un relé de sobrecarga de clase 10 se dispara en 10 segundos o menos al 600 % de la corriente de carga completa, un relé de clase 20 se dispara en 20 segundos o menos y un relé de clase 30 se dispara en 30 segundos o menos.

La pendiente de la característica de respuesta depende de la clase de protección del motor. Los motores IEC generalmente se adaptan a una aplicación particular. Esto significa que el relé de sobrecarga puede manejar el exceso de corriente muy cerca de la capacidad máxima del relé. La clase 10 es la clase más común para motores IEC. Los motores NEMA tienen un capacitor interno más grande, por lo que la clase 20 se usa más comúnmente.

El relé de clase 10 generalmente se usa para motores de bombas, ya que el tiempo de aceleración de los motores es de aproximadamente 0,1 a 1 segundo. Muchas cargas industriales de alta inercia requieren un relé de clase 20 para funcionar.

Los fusibles sirven para proteger la instalación de los daños que puede causar un cortocircuito. Por lo tanto, los fusibles deben tener capacidad suficiente. Las corrientes más bajas están aisladas con un relé de sobrecarga. Aquí, la corriente nominal del fusible no corresponde al rango de funcionamiento del motor, sino a una corriente que puede dañar los componentes más débiles de la instalación. Como se mencionó anteriormente, el fusible brinda protección contra cortocircuitos, pero no protección contra sobrecarga de corriente baja.

La figura muestra los parámetros más importantes que forman la base del funcionamiento coordinado de los fusibles en combinación con un relé de sobrecarga.

Es muy importante que el fusible se funda antes de que otras partes de la instalación sufran daños térmicos por un cortocircuito.

Relés de protección de motores externos modernos

Los sistemas avanzados de protección externa del motor también brindan protección contra sobrevoltaje, desequilibrio de fase, limitan el número de encendidos y apagados y eliminan las vibraciones. Además, permiten monitorear la temperatura del estator y los rodamientos a través de un sensor de temperatura (PT100), medir la resistencia de aislamiento y registrar la temperatura ambiente. Además, los sistemas avanzados de protección de motores externos pueden recibir y procesar la señal de la protección térmica incorporada. Más adelante en este capítulo, veremos el dispositivo de protección térmica.

Los relés de protección de motores externos están diseñados para proteger motores eléctricos trifásicos en caso de amenaza de daño al motor por un período de operación corto o más largo. Además de proteger el motor, el relé de protección externo tiene una serie de características que brindan protección al motor en diversas situaciones:

Da una señal antes de que ocurra un mal funcionamiento como resultado de todo el proceso.

Diagnostica los problemas que ocurren

Le permite comprobar el funcionamiento del relé durante el mantenimiento

Supervisa la temperatura y la vibración en los rodamientos

Se puede conectar un relé de sobrecarga a un sistema central de administración de edificios para un monitoreo continuo y una solución rápida de problemas. Si se instala un relé de protección externo en el relé de sobrecarga, se reduce el período de tiempo de inactividad forzado debido a la interrupción del proceso debido a una falla. Esto se logra detectando rápidamente una falla y evitando daños al motor.

Por ejemplo, un motor eléctrico se puede proteger de:

Sobrecarga

Cerraduras de rotor

Interferencia

reinicios frecuentes

fase abierta

pantalones cortos de tierra

Sobrecalentamiento (a través de la señal del motor a través del sensor PT100 o termistores)

pequeña corriente

Advertencia de sobrecarga

Ajuste del relé de sobrecarga externo

La corriente a plena carga a un cierto voltaje indicado en la placa de características es la guía para configurar el relé de sobrecarga. Dado que los diferentes países tienen diferentes voltajes, los motores de las bombas se pueden usar tanto a 50 Hz como a 60 Hz en un amplio rango de voltaje. Por este motivo, la placa de características del motor indica el rango de corriente. Si conocemos el voltaje, podemos calcular la capacidad de carga de corriente exacta.

Ejemplo de cálculo

Conociendo la tensión exacta de la instalación, es posible calcular la corriente a plena carga a 254/440 Y V, 60 Hz.

Los datos se muestran en la placa de identificación como se muestra en la ilustración.

Cálculos para 60 Hz

La ganancia de voltaje está determinada por las siguientes ecuaciones:

Cálculo de la corriente a plena carga real (I):

(Valores de corriente para conexión en triángulo y estrella a tensiones mínimas)

(Valores de corriente para conexión en triángulo y estrella a tensiones máximas)

Ahora, utilizando la primera fórmula, puede calcular la corriente a plena carga:

I por "triángulo":

I por "estrella":

Los valores para la corriente a plena carga corresponden a la corriente a plena carga admisible del motor a 254 Δ/440 Y V, 60 Hz.

Atención : el relé de sobrecarga del motor externo siempre se ajusta a la corriente nominal indicada en la placa de características.

Sin embargo, si los motores están diseñados con un factor de carga que luego se indica en la placa de características, por ejemplo, 1,15, el ajuste de corriente para el relé de sobrecarga se puede aumentar en un 15 % en comparación con la corriente a plena carga o los amperios del factor de servicio (SFA - service amperios de factor).), que generalmente se indica en la placa de características.

¿Por qué necesita una protección de motor integrada si el motor ya está equipado con un relé de sobrecarga y fusibles? En algunos casos, el relé de sobrecarga no registra una sobrecarga del motor. Por ejemplo, en situaciones:

Cuando el motor está cerrado (no se enfría lo suficiente) y se calienta lentamente a temperaturas peligrosas.

A temperatura ambiente alta.

Cuando la protección externa del motor se establece en una corriente de disparo demasiado alta o no se establece correctamente.

Cuando el motor se reinicia varias veces en un corto período de tiempo y la corriente de arranque calienta el motor, lo que eventualmente puede dañarlo.

El nivel de protección que puede proporcionar la protección interna se especifica en IEC 60034-11.

Designación de PT

TP es una abreviatura de "protección térmica" - protección térmica. Existen varios tipos de protección térmica, que se designan con el código TP (TPxxx). El código incluye:

Tipo de sobrecarga térmica para la que se diseñó la protección térmica (1er dígito)

Número de niveles y tipo de acción (2º dígito)

En los motores de bomba, las designaciones de TP más comunes son:

TP 111: protección de sobrecarga gradual

TP 211: Protección contra sobrecarga tanto rápida como gradual.

Designación	Carga técnica y sus variantes (1er dígito)	Número de niveles y área funcional (2º dígito)
TR 111	Solo lento (sobrecarga constante)	1 nivel cuando está apagado
TR 112
TR 121
TR 122
TR 211	Lento y rápido (sobrecarga constante, bloqueo)	1 nivel cuando está apagado
TR 212
TR 221 TR 222		2 niveles para alarma y apagado
TR 311 TR 321	Sólo rápido (bloque)	1 nivel cuando está apagado

Imagen del nivel de temperatura permisible cuando se expone a alta temperatura en el motor eléctrico. La categoría 2 permite temperaturas más altas que la categoría 1.

Todos los motores monofásicos de Grundfos están equipados con protección de temperatura y corriente del motor de acuerdo con IEC 60034-11. El tipo de protección del motor TP 211 significa que responde tanto a aumentos de temperatura graduales como rápidos.

El restablecimiento de los datos en el dispositivo y el regreso a la posición inicial se realiza automáticamente. Los motores MG trifásicos de Grundfos a partir de 3,0 kW están equipados de serie con un sensor de temperatura PTC.

Estos motores han sido probados y aprobados como motores TP 211 y responden a aumentos de temperatura tanto lentos como rápidos. Otros motores utilizados para bombas Grundfos (MMG modelos D y E, Siemens, etc.) pueden clasificarse como TP 211, pero normalmente son TP 111.

Siempre se deben observar los datos de la placa de características. La información sobre el tipo de protección para un motor específico se puede encontrar en la placa de características, marcado con la letra TP (protección térmica) según IEC 60034-11. Por regla general, la protección interna puede ser proporcionada por dos tipos de dispositivos de protección: Dispositivos de protección térmica o termistores.

Dispositivos de protección térmica integrados en la caja de bornes

Los dispositivos de protección térmica, o termostatos, utilizan un disyuntor bimetálico tipo disco de acción rápida para abrir y cerrar un circuito cuando se alcanza una determinada temperatura. Los dispositivos de protección térmica también se denominan "klixons" (después de la marca de Texas Instruments). Tan pronto como el disco bimetálico alcanza la temperatura establecida, abre o cierra un grupo de contactos en el circuito de control conectado. Los termostatos están equipados con contactos para operación normalmente abierta o normalmente cerrada, pero no se puede usar el mismo dispositivo para ambos modos. Los termostatos están precalibrados por el fabricante y no deben cambiarse. Los discos están sellados herméticamente y están ubicados en el bloque de terminales.

El termostato puede energizar el circuito de alarma, si normalmente está abierto, o el termostato puede desenergizar el motor, si normalmente está cerrado y conectado en serie con el contactor. Dado que los termostatos están ubicados en la superficie exterior de los extremos del serpentín, responden a la temperatura del lugar. Para motores trifásicos, los termostatos se consideran protección inestable en condiciones de frenado u otras condiciones de cambio rápido de temperatura. En motores monofásicos, los termostatos se utilizan para proteger contra un rotor bloqueado.

Disyuntor térmico integrado en los devanados

Los dispositivos de protección térmica también se pueden incorporar en los devanados, consulte la ilustración.

Actúan como interruptor de red tanto para motores monofásicos como trifásicos. En motores monofásicos hasta 1,1 kW, se instala un dispositivo de protección térmica directamente en el circuito principal para que actúe como dispositivo de protección del devanado. Klixon y Thermik son ejemplos de disyuntores térmicos. Estos dispositivos también se denominan PTO (Protection Thermique a Ouverture).

Instalación interior

Los motores monofásicos utilizan un único disyuntor térmico. En motores eléctricos trifásicos: dos interruptores conectados en serie ubicados entre las fases del motor eléctrico. Así, las tres fases están en contacto con el interruptor térmico. Se pueden instalar disyuntores térmicos al final de los devanados; sin embargo, esto da como resultado un tiempo de respuesta más prolongado. Los interruptores deben estar conectados a un sistema de control externo. De esta forma, el motor está protegido de una sobrecarga gradual. Para los disyuntores térmicos, no se requiere un relé - amplificador.

Los interruptores térmicos NO PROTEGEN el motor si el rotor está bloqueado.

El principio de funcionamiento del interruptor térmico.

El gráfico de la derecha muestra la resistencia frente a la temperatura de un disyuntor térmico estándar. Cada fabricante tiene sus propias características. TN generalmente se encuentra en el rango de 150-160 °C.

Conexión

Conexión de un motor eléctrico trifásico con interruptor térmico incorporado y relé de sobrecarga.

Designación de TP en el gráfico

Protección IEC 60034-11:

TP 111 (sobrecarga gradual). Para brindar protección en caso de un rotor bloqueado, el motor debe estar equipado con un relé de sobrecarga.

El segundo tipo de protección interna son los termistores o sensores de coeficiente de temperatura positivo (PTC). Los termistores están integrados en los devanados del motor y lo protegen en caso de rotor bloqueado, sobrecarga prolongada y temperatura ambiente alta. La protección térmica se proporciona mediante el control de la temperatura de los devanados del motor mediante sensores PTC. Si la temperatura de los devanados supera la temperatura de desconexión, la resistencia del sensor cambia de acuerdo con el cambio de temperatura.

Como resultado de este cambio, los relés internos desenergizan el circuito de control del contactor externo. El motor eléctrico se enfría y se restablece la temperatura aceptable del devanado del motor eléctrico, la resistencia del sensor cae a su nivel original. En este punto, el módulo de control se restablecerá automáticamente a menos que haya sido configurado previamente para restablecerse y reiniciarse manualmente.

Si los termistores se instalan solos en los extremos de la bobina, la protección solo se puede clasificar como TP 111. La razón es que los termistores no tienen contacto completo con los extremos de la bobina y, por lo tanto, no pueden reaccionar tan rápido como si originalmente estaban integrados en el devanado.

El sistema de detección de temperatura del termistor consta de sensores de coeficiente de temperatura positivo (PTC) instalados en serie y un interruptor electrónico de estado sólido en una caja de control cerrada. El conjunto de sensores consta de tres, uno por fase. La resistencia en el sensor permanece relativamente baja y constante en un amplio rango de temperatura, con un fuerte aumento en la temperatura de respuesta. En tales casos, el sensor actúa como un disyuntor térmico de estado sólido y desactiva el relé de control. El relé abre el circuito de control de todo el mecanismo para desactivar el equipo protegido. Cuando la temperatura del devanado se restablece a un valor aceptable, la unidad de control se puede restablecer manualmente.

Todos los motores Grundfos a partir de 3 kW están equipados con termistores. El sistema de termistor de coeficiente de temperatura positivo (PTC) se considera tolerante a fallas porque si el sensor falla o el cable del sensor se desconecta, se produce una resistencia infinita y el sistema funciona de la misma manera que cuando la temperatura aumenta: el relé de control se desconecta. -energizado.

El principio de funcionamiento del termistor.

Las dependencias críticas de resistencia/temperatura para los sensores de protección del motor se definen en DIN 44081/DIN 44082.

La curva DIN muestra la resistencia en los sensores de termistor en función de la temperatura.

En comparación con PTO, los termistores tienen las siguientes ventajas:

Respuesta más rápida debido al menor volumen y peso

Mejor contacto con el devanado del motor.

Los sensores están instalados en cada fase.

Proporciona protección en caso de un rotor bloqueado

Designación TP para motor con PTC

La protección del motor TP 211 solo se realiza cuando los termistores PTC están completamente instalados en los extremos de los devanados en la fábrica. La protección del TP 111 se realiza solo mediante la autoinstalación en el sitio. Se debe probar el motor y confirmar que tenga la marca TP 211. Si el motor de termistor PTC tiene protección TP 111, debe estar equipado con un relé de sobrecarga para evitar los efectos de atascos.

Compuesto

Las figuras de la derecha muestran los esquemas de conexión de un motor eléctrico trifásico equipado con termistores PTC con relés Siemens. Para implementar la protección contra sobrecarga tanto gradual como rápida, recomendamos las siguientes opciones de conexión para motores equipados con sensores PTC con protección TP 211 y TP 111.

Si un motor de termistor está marcado como TP 111, significa que el motor solo está protegido contra una sobrecarga gradual. Para proteger el motor de una sobrecarga rápida, el motor debe estar equipado con un relé de sobrecarga. El relé de sobrecarga debe conectarse en serie con el relé PTC.

La protección del motor TP 211 solo está garantizada si el termistor PTC está completamente integrado en los devanados. La protección del TP 111 se realiza solo con autoconexión.

Los termistores están diseñados según DIN 44082 y pueden soportar una carga de Umax 2,5 V CC. Todos los elementos de desconexión están diseñados para recibir señales de termistores DIN 44082, es decir, termistores Siemens.

Nota: Es muy importante que el dispositivo PTC integrado se conecte en serie con el relé de sobrecarga. El encendido repetido del relé de sobrecarga puede hacer que el devanado se queme en caso de que el motor se pare o arranque con alta inercia. Por lo tanto, es muy importante que los datos de temperatura y consumo de corriente del dispositivo PTC y el relé

La sobrecarga del motor ocurre en los siguientes casos:

• con un arranque prolongado o autoarranque;
• por razones tecnológicas, para mecanismos con cargas fluctuantes (ascensores, trenes de laminación, etc.);
• en la sobrecarga del mecanismo que se produce en los molinos y chancadores de carbón cuando ingresa carbón crudo a los mismos y en otros mecanismos de similar tipo;
• como resultado de una ruptura en una fase;
• en caso de daño a la parte mecánica del motor o mecanismo eléctrico, causando un aumento en el par Milisegundo y frenado del motor eléctrico.

Las sobrecargas son estables y de corta duración.

Para el motor eléctrico, solo las sobrecargas estables son peligrosas.

Las sobrecorrientes provocadas por el arranque o autoarranque del motor eléctrico son de corta duración y se autodestruyen cuando se alcanza la velocidad de rotación normal. Estas corrientes pueden ser peligrosas solo si el proceso de despliegue del motor eléctrico se retrasa o si, durante el arranque automático, resulta que M d.< М с. нач. . В последнем случае электродвигатель развернуться не сможет и длительно будет обтекаться пусковым током.

También se obtiene un aumento significativo de la corriente del motor en caso de falla de fase, que ocurre solo en motores eléctricos protegidos por fusibles, cuando uno de ellos se quema. A carga nominal, en función de los parámetros del motor eléctrico, el aumento de la corriente del estator en caso de fallo de fase será de aproximadamente (1,6 ÷ 2,5) I nom. Esta sobrecarga es sostenible. También son estables las sobrecorrientes causadas por daños mecánicos en el motor eléctrico o el mecanismo que gira y la sobrecarga del mecanismo.

El principal peligro de las sobrecorrientes para un motor eléctrico es el consiguiente aumento de la temperatura de las piezas individuales y, en primer lugar, de los devanados.

Un aumento de la temperatura acelera el desgaste del aislamiento del devanado y, por tanto, reduce la vida útil del motor.

La capacidad de sobrecarga del motor eléctrico está determinada por la característica de la relación entre la magnitud de la sobrecorriente y el tiempo admisible de su flujo:

t=T a-1/k 2 -1

donde t-duración de sobrecarga permitida, seg;

Tes la constante de tiempo de calentamiento, segundos;

a- coeficiente que depende del tipo de aislamiento del motor, así como de la frecuencia y naturaleza de las sobrecorrientes; para motores eléctricos asíncronos, en promedio, \u003d 1.3;

k- relación de sobrecorriente - la relación de esta corriente a la corriente nominal del motor, es decir k=I/I nom

En el pasado, la protección contra sobrecargas se configuraba para dispararse en todos los motores, lo que en algunos casos provocaba disparos incorrectos del motor.

Actualmente, al decidir sobre la instalación de protección contra sobrecarga en un motor eléctrico, se guían por las condiciones de su operación:

• en motores eléctricos de mecanismos que no están dañados por sobrecargas tecnológicas (por ejemplo, motores eléctricos de circulación, bombas de alimentación, etc.) y no tienen condiciones difíciles para arrancar o arrancar automáticamente, no se instala protección contra sobrecarga.
• en los motores eléctricos sujetos a sobrecargas tecnológicas (por ejemplo, motores eléctricos de molinos, trituradoras, bombas bager, etc.), así como en los motores eléctricos que no pueden ser autoarrancados, se debe instalar una protección contra sobrecarga.
• la protección de sobrecarga se lleva a cabo con una acción de disparo en caso de que el motor eléctrico no arranque automáticamente o la sobrecarga del proceso no se pueda eliminar del mecanismo sin detener el motor eléctrico.
• la protección de sobrecarga del motor se realiza con una acción sobre la descarga del mecanismo o una señal, si la sobrecarga tecnológica puede ser eliminada del mecanismo de forma automática o manual por el personal sin detener el mecanismo y los motores eléctricos están bajo la supervisión del personal.
• en motores eléctricos de mecanismos que pueden tener tanto una sobrecarga que puede ser eliminada durante la operación del mecanismo, como una sobrecarga que no puede ser eliminada sin parar el mecanismo, es recomendable prever protección contra sobrecorriente con un tiempo de retardo más corto para descargar el mecanismo (si es posible) y un mayor tiempo de retardo para apagar el motor eléctrico. Los motores eléctricos encargados de las necesidades auxiliares de las centrales eléctricas se encuentran bajo supervisión constante del personal de turno, por lo que su protección contra sobrecarga se realiza principalmente con la actuación sobre la señal.

La protección de los motores eléctricos sujetos a sobrecarga tecnológica es deseable que, por un lado, proteja contra sobrecargas inaceptables y, por otro lado, permita aprovechar al máximo la característica de sobrecarga del motor eléctrico. , teniendo en cuenta la carga anterior y la temperatura ambiente.

En la industria y en diversos electrodomésticos se utilizan un gran número de motores eléctricos. Para evitar el mal funcionamiento del dispositivo y sus costosas reparaciones, es necesario equiparlo con un dispositivo de protección contra sobrecarga.

El principio del motor.

Los fabricantes calcularon que a la corriente nominal, el motor nunca se sobrecalentará.

Los más comunes son los motores de corriente alterna.

El principio de su funcionamiento se basa en el uso de las leyes de Faraday y Ampère:

• De acuerdo con el primero, se induce un EMF en un conductor que se encuentra en un campo magnético cambiante. En el motor, dicho campo es generado por una corriente alterna que fluye a través de los devanados del estator y la EMF aparece en los conductores del rotor.
• De acuerdo con la segunda ley, el rotor, por el que circula la corriente, se verá afectado por una fuerza que lo desplaza de forma perpendicular al campo electromagnético. Como resultado de esta interacción, comienza la rotación del rotor.

Existen motores eléctricos asíncronos y síncronos de este tipo. Los más utilizados son los motores asíncronos, que utilizan una estructura de jaula de ardilla de varillas y anillos como rotor.

Por qué se necesita protección

Durante el funcionamiento del motor pueden presentarse diversas situaciones asociadas a su sobrecarga, que pueden derivar en un accidente, estas son:

• tensión de alimentación reducida;
• ruptura de fase;
• sobrecarga de mecanismos accionados;
• Proceso de inicio o autoinicio demasiado largo.

De hecho, la protección del motor eléctrico contra sobrecargas es desenergizar el motor en el momento oportuno.

Cuando ocurren tales situaciones de emergencia, la corriente en los devanados aumenta. Por ejemplo, en caso de falla de una fase de potencia, la corriente del estator puede aumentar de 1,6 a 2,5 veces la corriente nominal. Esto provoca un sobrecalentamiento del motor, daños en el aislamiento de los devanados, un cortocircuito (cortocircuito) y, en algunos casos, un incendio.

Cómo elegir la protección contra sobrecarga del motor

La protección del motor eléctrico contra sobrecarga se puede llevar a cabo utilizando varios dispositivos. Éstos incluyen:

• fusibles con un interruptor;
• relé de protección;
• relés térmicos;
• relés digitales.

El método más simple es el uso de fusibles que se disparan cuando ocurre un cortocircuito en el circuito de potencia del motor. Su desventaja es la sensibilidad a las altas corrientes de arranque del motor y la necesidad de instalar nuevos fusibles después del disparo.

El interruptor fusible es un interruptor de emergencia y un fusible combinados en una sola carcasa

El relé de protección de corriente puede soportar sobrecargas de corriente temporales que ocurren al arrancar el motor y se dispara con un aumento peligroso a largo plazo en el consumo de corriente del motor. Una vez que se elimina la sobrecarga, el relé puede conectar manual o automáticamente el circuito de alimentación.

Los relés térmicos se utilizan principalmente en el interior del motor. Dicho relé puede ser un sensor bimetálico o un termistor y montarse en la carcasa del motor o directamente en el estator. Si la temperatura del motor es demasiado alta, el relé se dispara y desactiva el circuito de alimentación.

El más avanzado es el uso de los últimos sistemas de seguridad utilizando métodos de procesamiento de información digital. Dichos sistemas, junto con la protección contra sobrecarga del motor, realizan funciones adicionales: limitan la cantidad de conmutación del motor, usan sensores para evaluar la temperatura de los cojinetes del estator y el rotor y determinan la resistencia de aislamiento del dispositivo. También se pueden utilizar para diagnosticar fallas del sistema.

La elección de uno u otro método para proteger el motor depende de las condiciones y modos de su funcionamiento, así como del valor del sistema en el que se utiliza el dispositivo.

LIBROS FRAGMEHT (...) FACTORES TÉCNICOS Y ECONÓMICOS QUE INFLUYEN EN LA ELECCIÓN DE LOS MEDIOS DE PROTECCIÓN
Un análisis de los modos de funcionamiento de un motor asíncrono muestra que, en condiciones de producción, puede haber una variedad de situaciones de emergencia que conllevan diferentes consecuencias para el motor. Los medios de protección no tienen la versatilidad suficiente para apagar el motor en todos los casos, independientemente de la causa y naturaleza del modo de emergencia, ante cualquier situación de peligro para el mismo. Cada modo de emergencia tiene sus propias características. Los dispositivos de protección utilizados actualmente tienen desventajas y ventajas, que se manifiestan en ciertas condiciones. También se debe tener en cuenta el aspecto económico del problema. La elección de los medios de protección debe basarse en un cálculo técnico y económico, en el que es necesario tener en cuenta el costo del dispositivo de protección en sí, los costos de su operación y la cantidad de daño causado por un accidente de motor. Debe tenerse en cuenta que la confiabilidad de la protección también depende de las características de la máquina de trabajo y su modo de operación. La protección térmica tiene la mayor versatilidad. Pero es más caro que otros medios de protección y tiene un diseño más complejo. Por lo tanto, su uso está justificado en los casos en que otros tipos de protección no pueden proporcionar un funcionamiento fiable o la instalación protegida impone mayores requisitos sobre la fiabilidad de la protección, por ejemplo, debido a daños importantes en caso de fallo del motor.
El tipo de dispositivo de protección debe elegirse al diseñar una unidad de proceso, teniendo en cuenta todas las características de su funcionamiento. El personal operativo debe recibir equipo completo. Sin embargo, en algunos casos, al reequipar o reconstruir una línea de producción
Corresponde al personal operativo decidir por sí mismos qué tipo de protección es apropiado en un caso particular. Para ello, es necesario analizar los posibles modos de emergencia de la instalación y seleccionar el dispositivo de protección requerido. En este folleto, no discutiremos en detalle la metodología para seleccionar la protección de sobrecarga del motor. Nos limitaremos sólo a algunas recomendaciones generales que pueden ser de utilidad para el personal operativo de las instalaciones eléctricas rurales.
En primer lugar, es necesario establecer los modos de emergencia característicos de una determinada instalación. Algunas de ellas son posibles en todas las instalaciones, y otras solo en algunas. Las sobrecargas por pérdida de fase son independientes de la máquina accionada y pueden ocurrir en todas las instalaciones. Los relés térmicos y la protección de temperatura incorporada realizan funciones de protección bastante satisfactorias en este tipo de modo de emergencia. Debe justificarse el uso de una protección especial contra pérdida de fase además de la protección contra sobrecarga. En la mayoría de los casos, no es necesario. Los relés térmicos y la protección de temperatura son suficientes. Es necesario verificar sistemáticamente su estado y ajustar. Solo en los casos en que una falla del motor podría causar mucho daño, se puede usar una protección especial contra sobrecarga por pérdida de fase.
Los relés térmicos no son lo suficientemente efectivos como medio de protección contra sobrecargas durante la alternancia (con grandes fluctuaciones en las cargas), con modos de funcionamiento intermitentes y de corta duración. En estos casos, la protección de temperatura incorporada es más efectiva. En el caso de máquinas con arranque pesado, también se debe preferir la protección de temperatura incorporada.
De la variedad disponible de medios de protección para un motor asíncrono, solo dos dispositivos han encontrado una amplia aplicación: relés térmicos y protección de temperatura incorporada. Estos dos dispositivos compiten en el diseño de accionamientos eléctricos de máquinas agrícolas. Para seleccionar el tipo de protección, se realiza un estudio de factibilidad utilizando el método de costo reducido. Sin detenernos en el cálculo exacto por este método, consideraremos la aplicación de sus principales disposiciones para seleccionar la opción de protección más ventajosa.
Se debe dar preferencia a la opción que tenga los costos más bajos para la compra, instalación y operación de los dispositivos en cuestión. En este caso, debe tenerse en cuenta el perjuicio que sufre la producción por la insuficiente fiabilidad de la acción de protección. Los costos dados a un año de uso están determinados por la fórmula
donde K es el costo del motor y del dispositivo de protección, incluido el costo de su transporte e instalación;
ke - coeficiente que tiene en cuenta las deducciones por depreciación, renovación de equipos, reparaciones;
E - costos de operación (costo de mantenimiento de equipos de protección, electricidad consumida, etc.);
Y - el daño que soporta la producción por falla o actuación incorrecta de la protección.
La cuantía del daño se compone de dos términos
donde Um es el daño tecnológico causado por una falla en el motor (el costo de los productos dañados o no entregados);
Kd: el costo de reemplazar un motor defectuoso y un dispositivo de protección, incluidos los costos de desmantelar el equipo viejo e instalar uno nuevo;
p0 es la probabilidad de falla (acción incorrecta) de la protección, lo que provocó una falla del motor.
Los costos operativos son mucho menores que los otros componentes de los costos reducidos, por lo que pueden despreciarse en cálculos posteriores. El costo de un motor con protección incorporada y equipo de protección incorporado es mayor que el costo de un motor convencional y un relé térmico. Pero la primera de las defensas consideradas es más perfecta. Funciona de manera efectiva en casi todas las situaciones de emergencia, por lo que el daño por su incorrecta acción será menor. El costo de una protección más costosa se justificará solo si el daño se reduce en una cantidad mayor que el costo adicional de una protección más avanzada.
La cantidad de daño tecnológico depende de la naturaleza del proceso tecnológico y del tiempo de inactividad del equipo. En algunos casos, puede ser ignorado. Esto se aplica principalmente a plantas que operan por separado, cuyo tiempo de inactividad durante la eliminación de un accidente no tiene un efecto perceptible en toda la producción. A medida que la producción se satura de mecanización y electrificación, aumenta el nivel de requisitos para la confiabilidad de la operación del equipo. El tiempo de inactividad debido a equipos eléctricos defectuosos provoca grandes daños y, en algunos casos, se vuelve inaceptable. Usando algunos datos promedio, es posible determinar el alcance de la aplicación económicamente justificada de dispositivos de protección más complejos.
El valor de la probabilidad de fallo de protección p0 depende del diseño y calidad de fabricación del equipo, así como de la naturaleza del modo de emergencia en el que se encuentre el motor. Como se muestra arriba, en algunas condiciones de emergencia, los relés térmicos no brindan un apagado confiable del motor. En este caso, la protección de temperatura incorporada es mejor. La experiencia del uso de esta protección muestra que el valor de la probabilidad de fallo de esta protección pb puede tomarse igual a 0,02. Esto significa que existe la posibilidad de que de 100 dispositivos de este tipo, dos no funcionen y provoquen una falla del motor.
Usando las fórmulas (40) y (41), determinamos a qué valor de la probabilidad de fallas de los relés térmicos ptr los costos reducidos serán los mismos. Esto permitirá evaluar el alcance de un dispositivo en particular. Despreciando los costos de operación, podemos escribir
donde los índices vz y tr respectivamente significan protección incorporada y relé térmico. De aquí obtenemos
Para representar el orden del nivel requerido de confiabilidad de la operación de un relé térmico, considere un ejemplo.
Determinemos el valor máximo permisible de ptr del relé térmico TRN-10 con elementos bimetálicos completo con el motor A02-42-4CX comparando con la opción de usar el motor A02-42-4SHTZ con protección de temperatura incorporada UVTZ, para lo cual tomamos pvz = 0.02. Se supone que el daño tecnológico es cero. El costo de un motor con relé térmico, incluido el costo de transporte e instalación, es de 116 rublos, y para la versión con protección UVTZ: 151 rublos. El costo de reemplazar un motor A02-42-4CX defectuoso y un relé térmico TRN-10, teniendo en cuenta los costos de desmantelar el equipo antiguo e instalar uno nuevo, es de 131 rublos, y para la opción con protección UVTZ: 170 rublos . De acuerdo con los estándares existentes, aceptamos ke = 0,32. Después de sustituir estos datos en la ecuación (43), obtenemos
Los valores obtenidos caracterizan las probabilidades de falla permisibles, por encima de las cuales el uso de relés térmicos no es económicamente rentable. Se obtienen cifras similares para otros motores de baja potencia. Para determinar la factibilidad de utilizar los medios de protección considerados, es necesario comparar las probabilidades de falla permisibles con las reales.
La falta de datos suficientes sobre los valores reales no permite determinar con precisión el área de aplicación efectiva de los dispositivos de protección considerados utilizando directamente el método de cálculo técnico y económico indicado. Sin embargo, utilizando los resultados del análisis de los modos de operación del motor asíncrono y los dispositivos de protección, así como algunos datos que caracterizan indirectamente los indicadores de la confiabilidad requerida, es posible delinear las áreas de uso preferencial de uno u otro tipo. de dispositivo de protección.
El nivel real de confiabilidad de la operación de protección depende no solo del principio de su operación y la calidad de la fabricación del equipo, sino también del nivel de operación del equipo eléctrico. Donde se establece el mantenimiento del equipo eléctrico, a pesar de algunas deficiencias de los relés térmicos, la tasa de accidentes de los motores eléctricos es baja. La práctica de las granjas avanzadas muestra que con un mantenimiento bien establecido de las instalaciones eléctricas, el porcentaje anual de fallas de los motores eléctricos protegidos por relés térmicos puede reducirse al 5% o menos.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que tal conclusión es válida solo cuando se considera el panorama general. Al considerar ciertas condiciones específicas, se debe dar preferencia a otros dispositivos de protección. Con base en el análisis de los modos de operación del accionamiento eléctrico, es posible indicar una serie de instalaciones para las cuales la probabilidad de fallas de los relés térmicos será alta debido a deficiencias en el principio de su funcionamiento.
1. Accionamientos eléctricos de máquinas con una carga muy variable (picadoras de alimentos, trituradoras, transportadores neumáticos para cargar ensilado, etc.). Con grandes fluctuaciones de carga, los relés térmicos no pueden "simular" el estado térmico del motor, por lo que el nivel de fallas reales de los relés térmicos en tales instalaciones será alto.
2. Motores eléctricos que funcionan según el esquema "triángulo". Su peculiaridad radica en el hecho de que cuando una de las fases de la línea de suministro se rompe, la corriente en los cables y fases lineales restantes aumenta de manera desigual. En la fase más cargada, la corriente crece más rápido que en los cables lineales.
3. Motores eléctricos de instalaciones que funcionan con una mayor frecuencia de situaciones de emergencia que provocan la parada del motor (por ejemplo, transportadores de estiércol).
4. Motores eléctricos de instalaciones cuyo tiempo de inactividad provoque un gran daño tecnológico.