Под потерей фазы понимают однофазовый режим работы электродвигателя в итоге отключения питания по одному из проводов трехфазной системы.

Причинами утраты фазы электродвигателем могут быть: обрыв 1-го из проводов, сгорание 1-го из предохранителей; нарушение контакта в одной из фаз.

Зависимо от событий, при которых произошла утрата фазы, могут быть различные режимы работы электродвигателя и последствия, сопутствующие этим режимам. При всем этом следует принимать во внимание последующие причины: схему соединения обмоток электродвигателя («звезда» либо «треугольник»), рабочее состояние мотора в момент утраты фазы (утрата фазы может произойти до либо после включения мотора, во время работы под нагрузкой), степень загрузки мотора и механическую характеристику рабочей машины, число электродвигателей, работающих при потере фазы, и их обоюдное воздействие.

Тут следует направить внимание на особенность рассматриваемого режима. В трехфазном режиме любая фаза обмотки обтекается током, сдвинутым во времени на одну третья часть периода. При потере фазы две обмотки обтекаются одним и этим же током, в третьей фазе ток отсутствует. Невзирая на то, что концы обмоток присоединены к 2-мя фазным проводам трехфазной системы, токи в обеих обмотках совпадают по времени. Таковой режим работы именуется однофазовым.

Магнитное поле, образованное однофазовым током, в отличие от вращающегося поля, образованного трехфазной системой токов, является пульсирующим. Оно меняется во времени, но не перемещается по окружности статора. На рисунке 1, а показан вектор магнитного потока, создаваемого в движке при однофазовом режиме. Этот вектор не крутится, а только меняется по величине и знаку. Радиальное поле сплющивается до прямой полосы.

Набросок 1. Свойства асинхронного мотора в однофазовом режиме: а — графическое изображение пульсирующего магнитного поля; б — разложение пульсирующего поля на два крутящихся; в — механические свойства асинхронного мотора в трехфазном (1) и однофазовом (2) режимах работы.

Пульсирующее магнитное поле можно рассматривать состоящим из 2-ух крутящихся навстречу друг дружке равных по величине полей (рис. 1, б). Каждое поле ведет взаимодействие с обмоткой ротора и образует крутящий момент. Их суммарное действие делает крутящий момент на валу мотора.

В этом случае, когда утрата фазы произошла до включения мотора в сеть, на недвижный ротор действуют два магнитных поля, которые образуют два обратных по знаку, но равных по величине момента. Их сумма будет равна нулю. Потому при пуске мотора в однофазовом режиме он не может развернуться даже при отсутствии нагрузки на валу.

Если потеря фазы произошла в то время, когда ротор мотора крутился, то на его валу появляется крутящий момент. Это можно разъяснить последующим образом. Крутящийся ротор по различному ведет взаимодействие с вращающимися навстречу друг дружке полями. Одно из их, вращение которого совпадает с вращением ротора, образует положительный (совпадающий по направлению) момент, другое — отрицательный. В отличие от варианта с недвижным ротором эти моменты будут различными по величине. Их разность будет равна моменту на валу мотора.

На рисунке 1, в показана механическая черта мотора в однофазовом и трехфазном режимах работы. При нулевой скорости момент равен нулю, при возникновении вращения в всякую сторону на валу мотора появляется момент.

Если отключение одной из фаз вышло во время работы мотора, когда его скорость была близка к номинальному значению, крутящий момент нередко бывает достаточным для продолжения работы с маленьким понижением скорости. В отличие от трехфазного симметричного режима возникает свойственное гудение. В остальном наружные проявления аварийного режима не наблюдаются. Человек, не имеющий опыта работы с асинхронными движками, может не увидеть конфигурации нрава работы электродвигателя.

Переход электродвигателя в однофазовый режим сопровождается перераспределением токов и напряжений меж фазами. Если обмотки мотора соединены по схеме «звезда», то после утраты фазы появляется схема, показанная на рисунке 2. Две поочередно соединенные обмотки мотора оказываются включенными на линейное напряжение Uаb, движок при всем этом оказывается в однофазовом режиме работы.

Создадим маленький расчет, определим токи, протекающие по обмоткам мотора и сравним их с токами при трехфазном питании.

Набросок 2. Соединение обмоток мотора по схеме «звезда» после потерн фазы

Потому что сопротивления Zа и Zв соединены поочередно, напряжения на фазах А и В будут равны половине линейного:

Приближенно величину тока можно найти исходя из последующих суждений.

Пусковой ток фазы А при потере фазы

Пусковой ток фазы А при трехфазном режиме

где Uao — фазовое напряжение сети.

Отношение пусковых токов:

Из соотношения следует, что при потере фазы пусковой ток составляет 86% от величины пускового тока при трехфазном питании. Если учитывать, что пусковой ток короткозамкнутого асинхронного мотора в 6 — 7 раз больше номинального, то выходит, что по обмоткам мотора протекает ток Iiф = 0,86 х 6 = 5,16 Iн, т. е. в 5 с излишним раз превосходящий номинальный. За маленький просвет времени таковой ток перегреет обмотку.

Из приведенного расчета видно, что рассматриваемый режим работы очень небезопасен для мотора и в случае его появления защита должна отключить с малозначительной выдержкой времени.

Утрата фазы может произойти и после включения мотора, когда его ротор будет иметь скорость вращения, подобающую рабочему режиму. Разглядим токи и напряжения обмоток в случае перехода в однофазовый режим при вращающемся роторе.

Величина Za находится в зависимости от скорости вращения. При пуске, когда скорость вращения ротора равна нулю, она схожа как для трехфазного, так и для однофазового режима. В рабочем режиме зависимо от нагрузки и механической свойства мотора скорость вращения может быть разной. Потому для анализа токовых нагрузок нужен другой подход.

Будем считать, что как в трехфазном, так и в однофазовом режиме движок развивает. схожую мощность. Независимо от схемы включения электродвигателя рабочая машина просит ту же самую мощность, которая нужна для выполнения технологического процесса.

Полагая мощности на валу мотора равными для обоих режимов, будем иметь:

при трехфазном режиме

при однофазовом режиме

где Ua — фазовое напряжение сети; Uao — напряжение на фазе А в однофазовом режиме, cos φ3 и cos φ1 — коэффициенты мощности при трехфазном и однофазовом режимах соответственно.

Опыты с асинхронным движком демонстрируют, что практически ток растет практически в два раза. С неким припасом можно считать I1a / I2a = 2.

Для того чтоб судить о степени угрозы однофазового режима работы, необходимо также знать загрузку мотора.

В первом приближении будем считать ток электродвигателя в трехфазном режиме пропорциональным его нагрузке на валу. Такое допущение справедливо при нагрузках более 50% от номинального значения. Тогда можно написать Iф = Kз х Iн, где Kз — коэффициент загрузки мотора, Iн — номинальный ток мотора.

Ток при однофазовом режиме I1ф = 2Kзх Iн, т. е. ток при однофазовом режиме будет зависеть от загрузки мотора. При номинальной нагрузке он равен двойному номинальному току. При нагрузке наименее 50% утрата фазы при соединении обмоток мотора в «звезду» не делает небезопасного для обмоток превышения тока. Почти всегда коэффициент загрузки мотора меньше единицы. При его значениях порядка 0,6 — 0,75 следует ждать маленького превышения тока (на 20— 50%) по сопоставлению с номинальным. Это значительно для работы защиты, потому что конкретно в этой области перегрузок она действует недостаточно верно.

Для анализа неких методов защиты следует знать напряжение на фазах мотора. При заторможенном роторе напряжение на фазах А и В будет равно половине линейного напряжения Uab, а напряжение на фазе С будет равно нулю.

По другому распределяется напряжение при вращающемся роторе. Дело в том, что его вращение сопровождается образованием вращающегося магнитного поля, которое, действуя на обмотки статора, наводит в их электродвижущую силу. Величина и фаза этой электродвижущей силы таковы, что при скорости вращения, близкой к синхронной, на обмотках восстанавливается симметричная система трехфазного напряжения, а напряжение нейтрали звезды (точка 0) становится равным нулю. Таким макаром, при изменении скорости вращения ротора от нуля до синхронной в однофазовом режиме работы напряжение на фазах А и В меняется от значения, равного половине линейного, до значения, равного фазовому напряжению сети. К примеру, в системе напряжения 380/220 В напряжение на фазах А и В меняется в границах 190 — 220 В. Напряжение Uco меняется от нуля при заторможенном роторе до фазового напряжения 220 В при синхронной скорости. Что все-таки касается напряжения в точке 0, то оно меняется от значения Uab/2 — до нуля при синхронной скорости.

Если обмотки мотора соединены по схеме «треугольник», то после утраты фазы мы будем иметь схему соединений, показанную на рисунке 3. В данном случае обмотка мотора с сопротивлением Zab оказывается включенной на линейное напряжение Uab, а обмотка с сопротивлениями Zfc и Zbc — соединенной поочередно и включенной на то же самое линейное напряжение.

В пусковом режиме по обмоткам АВ будет протекать таковой же ток, как и при трехфазном варианте, а по обмоткам АС и ВС будет протекать ток вдвое наименьший, потому что эти обмотки соединены поочередно.

Токи в линейных проводах I’a=I’b будут равны сумме токов в параллельных ветвях: I‘А = I‘ab + I‘bc = 1,5 Iab

Таким макаром, в рассматриваемом случае при потере фазы пусковой ток в одной из фаз будет равен пусковому току при трехфазном питании, а линейный ток растет наименее активно.

Для расчета токов в случае утраты фазы после включения мотора в работу применим тот же способ, что и для схемы «звезда». Будем считать, что как в трехфазном, так и в однофазовом режимах движок развивает схожую мощность.

В этом режиме работы ток в более нагруженной фазе при потере фазы возрастает в два раза по сопоставлению с током при трехфазном питании. Ток в линейном проводе будет равен I’А = 3Iab, а при трехфазном питании Ia = 1,73 Iab.

Тут принципиально отметить, что в то время как фазовый ток растет в 2 раза, линейный ток возрастает исключительно в 1,73 раза. Это значительно, потому что токовая защита реагирует на линейные токи. Расчеты и выводы относительно воздействия коэффициента загрузки на ток однофазового режима при соединении «звезда» остаются в силе и для варианта схемы «треугольник».

Напряжения на фазах АС и ВС будут зависеть от скорости вращения ротора. При заторможенном роторе Uac’ = Ubc‘ = Uab/2

При скорости вращения, равной синхронной, восстанавливается симметричная система напряжений, т. е. Uac’ = Ubc‘ = Uab.

Таким макаром, напряжения на фазах АС и ВС при конфигурациях скорости вращения от нуля до синхронной будут изменяться от значения, равного половине линейного, до значения, равного линейному напряжению.

Токи и напряжения на фазах мотора при однофазовом режиме зависят также и от числа движков.

Нередко обрыв фазы происходит из-за перегорания 1-го из предохранителей на питающем фидере подстанции либо распределительного устройства. В итоге в однофазовом режиме оказывается группа потребителей, взаимно влияющих друг на друга. Рассредотачивание токов и напряжений находится в зависимости от мощности отдельных движков и их нагрузки. Тут вероятны разные варианты. Если мощности электродвигателей равны, а их нагрузка схожа (к примеру, группа вытяжных вентиляторов), то всю группу движков можно поменять одним эквивалентным.

Аварийные режимы асинхронных электродвигателей и методы их защиты