Ток при блокиран ротор в електрическите двигатели: обяснение на LRA

Ток при заключен ротор (LRA) е токът, който електрическият мотор поема в мига, в който е захранен, докато роторът е неподвижен, преди да започне да се върти. Това е най-големият ток, който моторът ще види при нормална експлоатация, обикновено пет до осем пъти амперите при пълно натоварване (FLA), и ако този ток продължи твърде дълго, изолацията на намотките може да се повреди за секунди, а не за минути.

Какво всъщност представлява токът при заключен ротор

Всеки път когато моторът стартира от покой, електрически той краткотрайно преминава през състояние "заключен ротор", дори и валът да е свободен да се върти. LRA е токът по време на този момент: роторът е неподвижен, приложено е пълно напрежение, още няма въртене. Понякога се нарича стартерен ток или пусков ток.

Истинска повреда с блокиран ротор е различна: роторът е механично заседнал (заседнал лагер, заклещена помпа, блокиран конвейер) и остава на това ниво на ток безкрайно, вместо да го премине за секунда или две.

Защо пусковият ток е 5 до 8 пъти FLA

Индукционният мотор ограничава своя ток само по един начин: с обратна електродвижеща сила (обратна ЕМФ), напрежението, което въртящият се ротор индуцира обратно във статорните намотки, което се противопоставя на захранващото напрежение и намалява тока с увеличаване на скоростта. В покой няма въртене, следователно няма обратна ЕМФ.

Моторът се държи електрически като трансформатор с късо съединено вторично: единствените неща, които ограничават тока, са съпротивлението на статорните и роторните намотки и утечната реактанция, които по проект са ниски за постигане на ефективност при работа.

Това прави импедансa на статора единственото ограничение на пусковия ток, което обяснява защо LRA обикновено е 5 до 8 пъти FLA при директни пускове. Когато роторът ускорява, обратната ЕМФ нараства и токът намалява експоненциално, докато се установи на стойността FLA близо до синхронната скорост.

За по-задълбочен поглед върху самия механизъм вижте как обратната ЕМФ управлява тока на мотора .

Кодови букви за заключен ротор (NEMA MG-1)

Имеplaat-ите на мотори с мощност 1/2 HP и по-големи носят "Кодова" буква по NEMA MG-1, която ви казва kVA при заключен ротор на конска сила, без да се налага да търсите пълната крива на стартовия ток. Това е бърз начин да се оцени пусковият ток и да се оразмерят защитите и трансформаторите нагоре по веригата.

Много общо предназначени NEMA индукционни мотори попадат някъде в диапазона от F до L, въпреки че точната буква се измества с размера на мотора, по-малките мотори често са в горната част на този диапазон, по-големите, в долната. По-висока буква означава повече kVA при заключен ротор на конска сила, което означава по-голям спад на напрежението и по-голям термичен удар при всяко стартиране.

Защо рискът от топлинни повреди е толкова непропорционален

Нагряването на намотките следва закона I²R: мощността, разсейвана като топлина, нараства с квадрата на тока, а съпротивлението на ротора в покой също е повишено от ефекта на кожата (skin effect) в роторните пръти, токът се струпва в по-външната част на пръта при мрежова честота и се разпределя равномерно едва когато честотата на приплъзване спадне близо до работната скорост.

Комбинирайте приблизително 6 пъти нормалния ток с няколко пъти по-голямо ефективно съпротивление и моментното нагряване в ротора може да бъде близо до два порядъка над нагряването при номинално натоварване. Нормален старт разсейва тази топлина за секунда или две, когато моторът ускорява.

Задръстен или бавно ускоряващ старт не го прави, и температурите на намотките и роторните пръти могат да преминат границите на изолацията в рамките на едноцифрени до ниски двуцифрени секунди.

Това е същата крива за живот на изолацията, която стои в основата на класовете на изолация на моторите : всеки клас дефинира максимална температура, а топлината при заключен ротор е най-бързият начин да я превишите.

Какво причинява истинско събитие с блокиран ротор

• Механично заклещване: заседнал лагер, чуждо тяло в помпа или вентилатор, заклещена предавка или конвейер
• Прекомерен въртящ момент при стартиране, който моторът не може да превъзмогне
• Липса на една фаза при стартиране, което може да попречи на развитието на адекватен стартов въртящ момент при някои типове мотори (виж липса на фаза при мотори)
• Ниско захранващо напрежение, което намалява стартовия въртящ момент приблизително с квадрата на намалението на напрежението и може да доведе до спиране на мотор, който иначе би ускорил нормално
• Повтарящи се бързи повторни стартирания (jogging), които не позволяват на ротора и намотките да се охладят между опитите

Стратегии за защита

Понеже обикновените закъснителни предпазители и термомагнитните прекъсвачи трябва да толерират нормалния пусков ток LRA без нежелано изключване, специализираната защита от претоварване е това, което всъщност улавя един заседнал мотор преди той да се повреди.

• Претоварващи релета (термични или електронни): оразмерени и с клас на отпускане, съобразени с характеристиките на заключения ротор и ускорението на мотора. Общи NEMA класове за отпускане се оценяват по максималното време за отпускане при 600% от номиналния ток: Клас 10 отпуска до около 10 секунди, Клас 20 до около 20, Клас 30 до около 30. Бързо ускоряващи натоварвания (помпи) обикновено използват Клас 10; бавно ускоряващи натоварвания (големи вентилатори, конвейери с висока инерция) използват Клас 20 или 30, за да не се тръгват нормалните стартирания като грешки.
• Оразмеряване според NEC член 430: защитата от претоварване за непрекъсната работа обикновено се оразмерява на 125% от FLA на табелката за мотори с коефициент на сервизност 1.15 или по-висок, или с рейтинг на повишение на температурата 40°C или по-малко; други мотори обикновено използват 115%.
• Координация с термичната крива за повреда на мотора: кривите на сработване на защитните устройства трябва да остават под публикуваната от производителя термична крива за повреда на мотора при всяко ниво на ток, включително заключен ротор, така че прекъсвачът или релето винаги да сработи преди да се изчерпа ресурсът на изолацията.
• Стартиране с понижено напрежение или плавно стартиране: звезда-триъгълник, автотрансформатор или стартиране с VFD намаляват пусковия ток и свързаното I²R нагряване, полезно когато спадът на напрежението, предизвикан от LRA, или термичното циклиране са повтарящ се проблем.

Откриване преди моторът да бъде повреден

Повтарящ се модел на продължителност на висок пусков ток, повишаваща се температура на мотора или вибрация при стартиране обикновено е ранният знак за развиващ се механичен проблем, затягащ се лагер, изместване или товар, който бавно се заклещва, далеч преди да стане пълна повреда с блокиран ротор.

Това е по-лесно за откриване със същите техники, използвани навсякъде при мониторинг на здравето на мотора, включително тестове за съпротивление на изолацията и вибрационен скрининг спрямо пределите за тежест на вибрациите ISO 10816-3 .

Fabrico чете състоянието на машината и OEE директно от линията, компютърното зрение улавя бавно набъбващи механични проблеми, които само сензорите за ток могат да пропуснат, и когато се открие модел на загуба като повтарящи се твърди стартирания или задържане, автоматично маршрутизира работна заявка преди моторът да достигне до повреда с блокиран ротор.

Произведено в ЕС с резидентност на данните в ЕС и сертифицирано по ISO 27001, ISO 20000-1 и ISO 9001. Запазете демонстрация на Fabrico .

Често задавани въпроси

Токът при заключен ротор същият ли е като стартерния ток?

Измерват се по един и същи начин (ток при нулева скорост, приложено пълно напрежение), но се използват по различен начин. "Стартерен ток" или "пусков ток" описва нормалния, краткотраен пик на тока, който всеки мотор поема за секунда или две докато ускорява. "Заключен ротор" описва същото ниво на ток, но като продължаващо състояние, защото роторът фактически не се върти, независимо дали това е повреда или самата стойност на табелката.

Колко пъти FLA е нормалният пусков ток?

Повечето общо предназначени индукционни мотори при директен пуск поемат приблизително 5 до 8 пъти FLA в мига на стартиране. Точният множител зависи от конструкцията на мотора (отразена в NEMA кодовата буква), захранващото напрежение и метода на стартиране.

Защо работещ мотор не черпи такъв ток постоянно?

Защото обратната ЕМФ съществува само когато роторът се върти. С увеличаване на скоростта към синхронната, индуцираната обратна ЕМФ се противопоставя на захранващото напрежение и токът намалява, установявайки се на стойността FLA, посочена на табелката, близо до номиналната скорост. Покой е единственото състояние, в което този саморегулиращ механизъм все още не съществува.

Кой е най-бързият начин да разберете дали заседнал старт ще повреди мотора?

Сравнете действителното време за стартиране и тока със зададеното от мотора време на издържливост при заключен ротор (често посочено като "горещи" и "студени" времена за задържане в листа с данни) и уверете се, че класът на отпускане на претоварващото реле е по-бърз от това време на издържливост.

Ако моторът прекъсва интермитентно при стартиране или отнема повече време да ускори отколкото преди, обикновено това е развиващ се механичен или проблем с захранващото напрежение, а не досадно прекъсване, което да се заобикаля.