Работа трехфазных асинхронных электродвигателей при некачественном напряжении

Под неноминальными режимами работы электрических машин следует понимать работу при напряжении, частоте и нагрузке, отличающихся от указанных в паспорте, а также неполнофазные режимы.

Магнитный поток асинхронного двигателя пропорционален напряжению сети и обратно пропорционален частоте. Поэтому качество напряжения питающих сетей оказывает существенное влияние на работу асинхронных двигателей. При значительных колебаниях напряжения и номинальной частоте меняются электромагнитный поток машины, частота ее вращения и потери.

При понижении напряжения уменьшаются вращающий момент машины и частота вращения, что при номинальной нагрузке приводит к возрастанию тока статора по сравнению с номинальным. При этом обмотки перегреваются, и срок службы их снижается. Известно, что при работе электродвигателя при напряжении на 15% ниже номинального срока службы его изоляции снижается в 1,5 раза.

При увеличении напряжения свыше номинального увеличиваются ток холостого хода двигателя и потери в стали, что приводит к снижению cosφ и перегреву стали.

Уменьшение частоты питающей сети при номинальном напряжении приводит к увеличению тока холостого хода двигателя, снижению частоты вращения и уменьшению коэффициента мощности. Увеличение частоты сети вызывает снижение вращающего момента.

Асимметрия линейных напряжений оказывает аналогичное влияние на асинхронные электродвигатели, как и колебания напряжения. Частым случаем асимметрии напряжения является обрыв фазы (неполнофазный режим). При обрыве фазы возрастает ток в оставшихся фазах, что вызывает их перегрузку и выход из строя.

При включении в работу асинхронного двигателя с отсутствием фазы он гудит, но не разворачивается, так как вращающий момент равен нулю. В этот период по обмоткам двигателя протекает ток, почти равный пусковому, что может к перегоранию обмоток.

Если фаза исчезает при работе под нагрузкой, близкой к номинальной, ток в оставшихся фазах возрастает по сравнению с номинальным, что также вызывает опасный перегрев обмоток. Перегрузка электродвигателя сверх номинальной может возникнуть вследствие затяжных пусков и перегрузки со стороны рабочей машины.

При перегрузке двигателя рабочей машиной возрастает момент сопротивления на валу двигателя, увеличиваются скольжение и ток статора, что приводит к перегреву обмотки и ускоренному старению электроизоляционных материалов.

Режим, аналогичный перегрузке, может возникнуть из–за снижения теплоотдачи отдельных узлов машины, которые покрыты пылью или грязью.

Влияние условий эксплуатации и режимов работы электродвигателей на их надежность

1. Несоответствие исполнения двигателя среде, в которой он используется.

2. Кратковременный режим работы.

3. Превышение тока статора, вызванное: а) перегрузкой, б) работой в неполнофазном режиме, в) пониженным напряжением питающей сети.

4. Превышение допустимой температуры двигателя, вызванное недостаточной вентиляцией вследствие засорения вентиляционных каналов.

5. Повышенное напряжение питающей сети.

6. Отсутствие надежных средств защиты и контроля.

7. Низкий уровень эксплуатации.

8. Скрытые дефекты изготовления.

9. Недостаточное качество КР.

10. Сезонность и односменность работы.

Электродвигатели в с/х производстве работают в самых различных условиях среды. Самыми тяжелыми условиями работы электродвигателей являются животноводческие фермы с агрессивной и очень влажной средой. Оборудование общепромышленного исполнения, установленное в данных помещениях, рассчитано на работу в среде без примесей агрессивных газов и высокой влажности, выходит из строя.

Перегрузки электродвигателей нередко связаны с несовершенством рабочих машин и механизмов, отсутствием автоматизации и контроля за нагрузкой (кормораздатчики, дробилки), включением под нагрузкой (дробилки, шнеки, нории), примерзанием подвижных частей машин работающих на открытом воздухе, увеличением массы подвижных частей машин за счет прилипания навоза, остатков кормов и т. п., в результате чего увеличивается маховый момент, перекосом и износом трущихся частей, ухудшением смазки и др. Все это ведет к перегрузкам двигателей, к затяжным пускам, к работе в режиме к. з., что приводит к динамическим и тепловым воздействиям от пусковых и аварийных токов.

Электроснабжение, удаленных друг от друга на значительные расстояния, электроприемников выполняется как правило от ВЛ, надежность которых ниже КЛ. Обрыв одного из проводов линии приводит к неполнофазному режиму работы и выходу из строя электродвигателя, так как при работе в неполнофазном режиме ток двигателя возрастает в 2 раза, а прирост температуры составляет 4 - 7°С в сек.

В связи с тем, что в с/х производстве нагрузка имеет ярко выраженный сезонный характер, а мощность отдельных потребителей часто соизмерима с мощностью трансформатора при большой протяженности сетей 0,38 кВ и при отсутствии регуляторов напряжения, напряжение в сети изменяется в значительных пределах, от 0,85Uн до 1,15Uн. В моменты пуска двигателей, особенно крупных, напряжение снижается до 0,65Uн.

Кроме того, наблюдается неравномерная нагрузка по фазам, что сопровождается перекосами напряжения. Эти явления так же приводят к перегрузкам двигателей. Электрооборудование, работающее в ночное время, часто подвержено воздействию повышенного напряжения.

При кратковременном режиме работы между электродвигателем и средой происходит постоянный теплообмен, при этом под воздействием потерь в обмотках и в стали происходит его нагрев и осушение изоляции. В период простоя (нерабочих пауз) электродвигатель охлаждается и засасывает внутрь влажный, иногда с наличием агрессивных компонентов, воздух.

Чем меньше продолжительность работы, то есть больше времени нерабочей паузы, и выше влажность среды, тем интенсивнее происходит увлажнение изоляции электродвигателя. Увлажнение это снижение сопротивления изоляции и возможность ее пробоя

Циклическое включение и отключение электродвигателя сопровождается его нагревом и охлаждением, приводит к тепловым «ударам» в изоляции и ее повреждению.

При разогреве электродвигателя размеры проводников обмотки увеличиваются, что приводит к растяжению лаковых пленок проводников. При охлаждении пленки возвращаются в исходное состояние. Со временем под воздействием тепла происходит деструктация пленок и они теряют свою гибкость и эластичность, после чего любое изменение температурного поля электродвигателя приводит к разрушению лаковых пленок, проводников и появлению в них микро и макротрещин. Попадание влаги или ее растворов в эти трещины создает проводящие мостики — пути пробоя изоляции обмотки.