Введение в функции защиты двигателя

Являясь основным защитным устройством для моторного оборудования в промышленном производстве, защита двигателя является ключевым компонентом для обеспечения стабильной работы двигателей, предотвращения повреждения оборудования и несчастных случаев на производстве. Его основной функцией является мониторинг рабочего состояния двигателя в режиме реального времени, оперативное выявление различных ненормальных условий работы и срабатывание защитных мер, что существенно снижает такие риски, как перегорание двигателя, остановка оборудования и перерывы в производстве, одновременно продлевая срок службы двигателя и снижая затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание. Ниже приводится подробное введение в систему всесторонней защиты устройств защиты электродвигателей с учетом таких аспектов, как основные функции, расширенные функции и ценность применения.

I. Основная функция защиты: создание первой линии защиты для безопасной эксплуатации двигателя.

(1) Защита от перегрузки

Перегрузка является одним из наиболее распространенных состояний неисправности двигателей, часто вызываемым чрезмерной нагрузкой, механическим заклиниванием, неправильным питанием и т. д., что приводит к превышению тока двигателя номинального значения. Устройство защиты двигателя собирает рабочий ток двигателя в режиме реального времени и сравнивает его с заданным пороговым значением номинального тока. Когда ток постоянно превышает пороговое значение и достигает установленного срока, механизм защиты немедленно активируется. Его логика защиты разработана с обратнозависимыми по времени характеристиками: чем больше ток перегрузки, тем короче время срабатывания защитного действия. Это не только позволяет избежать воздействия кратковременной перегрузки на двигатель, но также выдерживает мгновенный большой ток во время запуска двигателя, предотвращая ложное срабатывание. Например, когда нагрузка промышленного двигателя мощностью 15 л.с. резко возрастает, в результате чего ток возрастает до 25 А (намного превышая номинальное значение 18,8 А), устройство защиты отключит цепь управления в течение нескольких секунд, чтобы предотвратить перегорание обмоток двигателя из-за длительного перегрева и эффективно защитить основные компоненты двигателя.

(2) Защита от потери фазы

При работе трехфазного двигателя обрыв питания одной фазы (например, плохой контакт в линии или перегорание предохранителя) приведет к серьезному дисбалансу трехфазного тока двигателя, что, в свою очередь, приведет к таким проблемам, как перегрев обмоток, снижение крутящего момента и усиление вибрации. В тяжелых случаях это может привести к прямому сгоранию двигателя. Устройство защиты двигателя контролирует наличие и состояние баланса трехфазного тока. Когда он обнаруживает, что ток любой фазы равен нулю или разница между трехфазными токами превышает установленный порог (обычно 10–20%), он быстро выполняет защиту от отключения питания. Эта функция особенно важна для промышленных двигателей, работающих от трехфазного источника питания, эффективно предотвращая повреждение оборудования, вызванное потерей фазы. Он особенно подходит для наружной установки и сложных сценариев подключения пускателей двигателей.

(3) Защита от короткого замыкания

Короткое замыкание – самая опасная неисправность в работе двигателя. Причиной его часто является повреждение изоляции обмоток, короткое замыкание в цепи и т. д., что приводит к резкому увеличению тока. Мгновенно возникающий большой ток может стать причиной серьезных аварий, таких как перегорание двигателя и пожар. Устройство защиты двигателя оснащено высокоточным модулем определения тока, который может определить аномальный ток в течение миллисекунд после возникновения короткого замыкания и быстро отключить питание главной цепи. По сравнению с традиционными предохранителями его защита от короткого замыкания более быстрая и точная, его можно использовать повторно без частой замены деталей. В то же время он может эффективно защитить автоматические выключатели, контакторы и другие электрические компоненты от воздействия короткого замыкания.

(4) Защита от повышенного/пониженного напряжения

Аномальные колебания напряжения питания могут серьезно повлиять на стабильность работы двигателя: перенапряжение может ускорить старение изоляции обмоток двигателя и увеличить потери в железе. Пониженное напряжение приведет к уменьшению крутящего момента двигателя и увеличению тока, что, в свою очередь, может привести к перегрузке. Устройство защиты двигателя контролирует напряжение питания в режиме реального времени. Когда напряжение превышает заданный безопасный диапазон (например, ±10% от номинального напряжения), он немедленно выдает сигнал тревоги и отключает электропитание. Для промышленных двигателей с номинальным напряжением 460 В устройство защиты может точно установить порог защиты, чтобы предотвратить повреждение двигателя аномалиями напряжения, вызванными колебаниями сети, неисправностями трансформатора и т. д., обеспечивая стабильную работу оборудования в сложных условиях электроснабжения.

II. Расширенные функции защиты: комплексная защита, адаптированная к сложным промышленным сценариям.

(1) Защита от дисбаланса трехфазного тока

При работе трехфазного двигателя из-за таких факторов, как разница импедансов обмоток, ошибки проводки и дисбаланс источника питания, может возникнуть дисбаланс трехфазного тока. Длительная несбалансированная работа может привести к локальному перегреву двигателя, повышенной вибрации, повышенному энергопотреблению и сокращению срока службы двигателя. Устройство защиты двигателя рассчитывает степень асимметрии трехфазного тока в режиме реального времени. Когда степень дисбаланса превышает установленное значение, подается предупреждающий сигнал. Если состояние продолжает ухудшаться, сработает защита от отключения питания. Эта функция особенно важна для крупных промышленных двигателей и непрерывно работающего оборудования. Это может эффективно уменьшить скрытые потери, вызванные дисбалансом тока, и повысить эффективность работы двигателя.

(2) Защита от перегрева

Перегрев обмоток двигателя является одной из основных причин его повреждения. Помимо перегрузки и потери фазы, к перегреву также могут привести чрезмерно высокая температура окружающей среды, плохая вентиляция и повреждение подшипников. Высококачественные устройства защиты двигателя оснащены функциями определения температуры, которые могут напрямую контролировать температуру обмоток или корпуса двигателя с помощью встроенных датчиков температуры или внешних датчиков, таких как PT100 и термопары. Когда температура достигнет заданного порога тревоги, сработает звуковой и визуальный сигнал тревоги. Если температура продолжает повышаться до порога защиты, немедленно отключите электропитание. Эта функция была модернизирована с «косвенного текущего контроля» до «прямого контроля температуры», что обеспечивает более точную и комплексную защиту. Он подходит для промышленных условий с высокими температурами, высоким уровнем запыленности и плохими условиями вентиляции.

(3) Защита от блокировки ротора

Блокировка двигателя относится к ситуации, когда ротор не может вращаться из-за механического заклинивания, заклинивания нагрузки или по другим причинам. В это время ток двигателя резко возрастет и в 5–8 раз превысит номинальный ток. Если вовремя не отключить питание, обмотки сгорят за чрезвычайно короткий промежуток времени. Устройство защиты двигателя контролирует пусковой ток и рабочее состояние двигателя. Когда он обнаруживает, что ток постоянно остается высоким, а скорость двигателя равна нулю, он определяет неисправность блокировки ротора и незамедлительно выполняет защитное действие. Некоторые продукты высокого класса также оснащены функцией «предварительного оповещения о блокировке ротора», которая выдает предупреждение, когда ток аномально возрастает, но не достигает порога блокировки ротора, что позволяет операторам быстро выявлять неисправности и предотвращать повреждение оборудования.

(4) Защита от недогрузки

Помимо перегрузки, к неисправностям может привести и работа двигателя под нагрузкой (со слишком малой нагрузкой). Например, когда насосы и вентиляторное оборудование работают на холостом ходу, недостаточный поток может привести к повреждению оборудования. Защита двигателя может установить минимальный порог нагрузки. Когда ток двигателя постоянно остается ниже порогового значения, это определяется как неисправность из-за недостаточной нагрузки, и выдается сигнал тревоги или отключается электропитание, чтобы предотвратить неэффективное потребление энергии и износ компонентов, вызванный длительной работой оборудования на холостом ходу. Он особенно подходит для такого оборудования, как насосы, вентиляторы и компрессоры, предъявляющие особые требования к нагрузке.

III. Вспомогательные функции: повышение эффективности эксплуатации и технического обслуживания, а также совместимость системы.

(1) Функция мониторинга и отображения состояния

Современные устройства защиты электродвигателей оснащены четкими интерфейсами ЖК- или светодиодного дисплея, которые могут отображать параметры работы двигателя в режиме реального времени, такие как трехфазный ток, напряжение, мощность, температура, время работы и т. д., и в то же время интуитивно отображать состояние работы оборудования (нормальное, аварийное состояние, неисправность). Операторы могут быстро оценить состояние работы двигателя через интерфейс дисплея без необходимости использования дополнительных приборов обнаружения, что значительно повышает удобство эксплуатации и обслуживания. Некоторые продукты также поддерживают функции запроса параметров, которые могут записывать исторические данные о неисправностях (например, тип неисправности, время возникновения и значения тока/напряжения на момент неисправности), обеспечивая важную основу для обнаружения неисправностей.

(2) Функции сигнализации и связи

Устройство защиты двигателя оснащено несколькими способами сигнализации, включая звуковую и световую сигнализацию, сигнализацию релейного выхода и т. д., которые могут оперативно напомнить оператору о необходимости обратить внимание на неисправности оборудования. Между тем, высокотехнологичные продукты поддерживают протоколы промышленной связи, такие как Modbus, Profibus и CAN, обеспечивая взаимодействие данных с системами управления, такими как ПЛК и РСУ, а также загрузку рабочего состояния двигателя и информацию о неисправностях на центральную платформу мониторинга. Менеджеры могут удаленно и в режиме реального времени контролировать работу нескольких двигателей из центра мониторинга, обеспечивая централизованное управление и удаленную диагностику. Это значительно повышает уровень автоматизации и интеллекта промышленного производства и особенно подходит для крупных заводов, производственных линий и других сценариев, где несколько двигателей контролируются централизованно.

(3) Регулируемые параметры и адаптивные функции

Двигатели разных моделей и технических характеристик имеют разные требования к параметрам защиты. Устройство защиты двигателя поддерживает гибкую настройку таких параметров, как порог защиты и ограничение времени действия, и может быть адаптировано к двигателям различной мощности и типам (например, асинхронным двигателям, синхронным двигателям, двигателям с регулируемой частотой и т. д.). Некоторые продукты также имеют адаптивные функции, которые могут автоматически определять такие параметры, как номинальный ток и мощность двигателя, что упрощает процесс отладки, снижает сложность эксплуатации и повышает эффективность установки и обслуживания оборудования.

(4) Функция блокировки управления

Устройство защиты двигателя может быть взаимосвязано с электрическими компонентами, такими как контакторы, автоматические выключатели и преобразователи частоты, для управления. При обнаружении неисправности, помимо отключения собственной цепи управления, он также может отправлять управляющие сигналы на соответствующее оборудование, обеспечивая защиту на уровне системы. Например, при возникновении короткого замыкания в двигателе устройство защиты может одновременно отключить питание преобразователя частоты и вызвать аварийное отключение производственной линии, чтобы предотвратить распространение неисправности и обеспечить безопасность всей производственной системы.

Ив. Ценность применения: Комплексное расширение возможностей: от безопасности, защиты до снижения затрат и повышения эффективности.

Основная ценность защитных устройств для двигателей заключается не только в предотвращении повреждений двигателя, но и в создании множества преимуществ для промышленного производства за счет всесторонней защиты, интеллектуальной поддержки эксплуатации и технического обслуживания. С точки зрения безопасности он может эффективно предотвращать несчастные случаи, такие как пожары и повреждения оборудования, вызванные неисправностями двигателей, обеспечивая личную безопасность операторов и стабильность производственной среды. С экономической точки зрения это может продлить срок службы двигателей, снизить стоимость замены запасных частей и в то же время снизить потери от простоя производства, вызванные простоем оборудования. С точки зрения эффективности это снижает нагрузку на ручную проверку, повышает эффективность эксплуатации и технического обслуживания, а также помогает предприятиям достичь экономичного производства с помощью функций мониторинга в реальном времени и удаленной диагностики.

В таком оборудовании, как промышленные комбинированные пускатели двигателей мощностью 15 л.с., устройства защиты двигателя (например, электронные реле перегрузки) служат основными компонентами и используются в сочетании с автоматическими выключателями, контакторами и т. д., образуя полную систему защиты «обнаружение – сигнализация – защита – связь». Обеспечьте стабильную работу двигателя в промышленной среде с напряжением 460 В, 3 фазы и частотой 60 Гц, обеспечивая надежные гарантии безопасности для различных сценариев промышленного производства. С повышением уровня промышленной автоматизации устройства защиты электродвигателей развиваются в направлении интеллекта, создания сетей и интеграции. Они не только являются «стражами безопасности», но и стали важными узлами данных в системе промышленного Интернета вещей, обеспечивая мощную поддержку предприятиям в достижении цифровой трансформации.