電動機保護型塑料外殼式斷路器(mccb)是鼠籠型異步電動機在起動、運行和運行中分斷中不可缺或的保護電器之一。用于電動機保護,額定電流在630a及以下(即保護的電動機功率為315kw及以下)的mccb用途是,不頻繁地起動和在運轉中分斷電動機,當電動機發(fā)生過載、短路、欠電壓等故障時,能予以保護(自動切斷電路)。
按使用的情況來看,斷路器用作電動機保護的有3種類型:
(1) 電動機的起動、運轉中的分斷使用交流接觸器,過載保護采用熱繼電器,而斷路器用于短路保護。由于使用了接觸器來分、合電路,因此,可比較頻繁地操作;
(2) 使用接觸器作電動機的起動和停止,電動機的過載、短路和欠電壓等故障由斷路器承擔;
(3) 電動機的起動、運轉中分斷以及過載、短路、欠電壓均由1臺斷路器來操作和保護,但它不能頻繁使用。
1 電動機的起動電流和電動機的起動沖擊電流
1.1 鼠籠型異步電動機的起動電流
鼠籠型異步電動機的定子電流:
式中i0——激磁電流
i1——定子電流
i2——轉子電流
i0很小,可忽略,因此有:
i1≈i2
f1——電源頻率,f1=50hz
r2——轉子電阻
x2——轉子電感
s——電動機的轉差率
式中n1——定子旋轉磁場轉速
n——電動機轉子轉速
s——轉差率,s在s≈0~s≈1中變化
由式(1)和式(2)可見,電動機的電流和功率因數(shù)(cosφ)都與轉差率s有關,起動時s≈1,i2很大,cosφ很小。通常起動電流可達5~7倍的電動機額定電流,而在定載起動時,cosφ為0.2。
1.2 電動機起動時的沖擊電流
起動時電動機的沖擊電流表現(xiàn)在:電動機的直接起動、y-△(星-三角)起動變換、瞬時再起動和逆轉(反向)、制動等情況,它們都會產生很大的沖擊電流,盡管沖擊電流的延續(xù)時間只有幾個周波,但將引起保護電器(例如斷路器)的動作。
產生沖擊電流的原因是:
(1) 起動電流的功率因數(shù)較低,過渡過程直流成分的疊加。
盡管交流分量的振幅穩(wěn)定,但因受直流分量的影響,就有沖擊電流流過。當起動電流的功率因數(shù)為0.3時,沖擊電流(峰值)為起動電流(有效值)的2倍左右。
(2) 殘留(余)電壓將產生瞬時再合閘時的沖擊電流
因此,在使用mccb作電動機的短路保護(瞬動脫扣)時,必須按電動機的起動方式來正確選擇其瞬動電流值。
2 按不同的電動機起動方式選擇斷路器瞬動電流整定值
假定電動機起動電流為6in,起動時的功率因數(shù)為0.3。
2.1直接起動時
因起動時功率因數(shù)為0.3,起動電流為6im(im為電動機的額定電流,選擇的斷路器額定電流in≥im,一般in=im)。
cosφ=0.3表示,其相對的電阻值較小,而電感l(wèi)較大。
起動電流的直流成分:
大,直流分量i2就大。短路電流發(fā)生在1/2周波時,當ψ-φ=-π/2,i=i1 i2為最大值,即沖擊電流ich=(1 )為沖擊系數(shù)kch,則ich為峰值系數(shù)η。查有關資料,當cosφ=0.3時,峰值系數(shù)η達1.978≈2。i為電動機的起動電流?,F(xiàn)假定電動機的起動電流:i=6in(im),沖擊電流ich=2×6in=12in,若電動機起動電流為7in,則沖擊電流為14in。mccb的瞬動電流如以有效值表示,則可達,即8.485~9.89in。
2.2 y-△(星-三角)起動
由于使用了y形接線起動,起動電流雖然降低到1/3,即6in/3=2in。但是,電動機從y連接(起動)到△連接(運轉)的一瞬間因短暫停電,電動機慣性旋轉的殘余電壓與轉換到△時的電網電壓的矢量和,就產生一個近10in的脈沖電流,轉至繞組為△接線時,等于再一次起動,而此時的電動機轉速還未完全等于正常的轉速。因此,沖擊電流為。斷路器瞬時整定值必須在19/(有效值),即14倍甚至更大。
2.3 自耦減壓起動器起動
cosφ=0.3,電路中電感量大,電阻值小,電動機的沖擊電流為2倍起動電流。采用自耦減壓起動器起動電動機時,如果進入電動機的電壓是自耦變壓器的80%抽頭,則起動電流為6×0.82=384in,電源電壓接自耦變壓器的65%抽頭;起動電流為6×(0.65)2=2.535in,接自耦變壓器的50%抽頭,起動電流為1.5in。沖擊電流分別為2×3.84≈7.7in,2×2.535≈5in和2×1.5=3in。mccb的瞬動電流整定值(有效值)分別是5.43in、3.6in和2.12in。
應該指出,自耦減壓起動器起動時從變壓器抽頭的不同值到全電壓的電動機的運轉的過渡過程,倘若是開路轉換,也會產生一個10in和脈沖電流,這種電流對電動機而言要引起“抖動”,對機床加工零件的尺寸精度有影響。如果是閉路轉換就無此問題。
2.4 瞬動再起動
當運行的電動機停止供電的短時間,電動機的機械慣性使之仍在轉動,如果在它尚未停止轉動,又突然令其再起動,因為殘留電壓的存在,此時外施電壓加上殘留電壓的作用,會使它的沖擊電流最大,達6×2×2=24in(峰值)。mccb的瞬動電流整定值達
3 結論
根據(jù)上面4種起動方式,可以認為用于電動機保護的斷路器其瞬動電流整定值在8~15in(有效值)的標準數(shù)值是有理論和實踐依據(jù)的。至于各種電動機保護的mccb究竟選多大的瞬動整定電流,是取決于鼠籠型電動機的型號(包括極數(shù))、容量和采取的起動方式。 來源:輸配電設備網
4 使用起動器起動電動機時的注意點
(1) 起動時間的整定值必須適度,否則,會導致過載而使保護電器脫扣,使電動機停轉。根據(jù)實測,100kw及以下,電動機的輕載起動時間不超過1s,帶泵起動,起動時間約在2.5s以下,只有大的離心通風機等,起動時間才大于5s。為此,若采用時間繼電器自動控制起動時間,則時間的設置應當合理、正確,否則,瞬時電流包絡發(fā)熱面積(全部起動時間與起動電流的乘積)超過一定值時,會使熱繼電器和斷路器的過載脫扣器動作。
(2) 為了避免出現(xiàn)y-△起動器在進行y向△轉換時,產生的瞬時10in的脈沖電流,用手動星-三角起動器起動時,應在電動機轉速達80%額定轉速時,轉換至△(三角)連接。