欠相および単相運転の場合、モーターはどうなるか

位相損失では、三相システムの導体の 1 つの電源が切断された結果として、電気モーターの単相動作モードが理解されます。

電気モーターの欠相の理由としては、ワイヤの 1 本が切れた、ヒューズの 1 つが切れた、などが考えられます。いずれかの段階での接触不良。

欠相が発生した状況に応じて、電気モーターの異なる動作モードと、これらのモードに伴う結果が発生する可能性があります。この場合、次の要素を考慮する必要があります：電気モーターの巻線の接続方式（「スター」または「デルタ」）、欠相時のモーターの動作状態（欠相が発生する可能性があります）エンジンのスイッチを入れる前または後、負荷運転中）、エンジンの負荷の程度と作業機械の機械的特性、欠相で動作する電動機の数とそれらの相互影響。

ここでは、検討中のモードの機能に注意を払う必要があります。三相モードでは、巻線の各相には、周期の 3 分の 1 だけ時間的にシフトされた電流が流れます。相が失われると、両方の巻線にほぼ同じ電流が流れ、第 3 相には電流が流れなくなります。巻線の端が三相システムの 2 つの相導体に接続されているにもかかわらず、2 つの巻線の電流は時間的に一致します。この動作モードは単相と呼ばれます。

単相電流によって生成される磁界は、三相電流システムによって生成される回転磁界とは異なり、脈動します。時間の経過とともに変化しますが、ステーターの周囲を移動することはありません。図 1a は、単相モードでモーター内に生成される磁束ベクトルを示しています。このベクトルは回転せず、大きさと符号のみが変化します。円形フィールドが直線に平坦化されます。

写真1。 誘導電動機の特徴 単相モードの場合: a — 脈動磁場のグラフ表示。 b — 脈動場を 2 つの回転場に分解。 c-三相 (1) および単相 (2) 動作モードにおける誘導電動機の機械的特性。

脈動する 磁場 は、互いに向かって回転する等しい大きさの 2 つのフィールドから構成されると考えることができます (図 1、b)。各フィールドはローター巻線と相互作用し、トルクを生成します。それらの組み合わせ動作により、モーターシャフトにトルクが発生します。

モーターがネットワークに接続される前に位相損失が発生した場合、2 つの磁界が固定ローターに作用し、符号が反対だが大きさが等しい 2 つのモーメントを形成します。それらの合計はゼロになります。したがって、単相モードでモーターを始動すると、たとえシャフトに負荷がかかっていなくても逆転することはできません。

モータの回転子が回転中に欠相が発生すると、回転子の軸にトルクが発生します。これは次のように説明できます。回転するローターは、互いに向かって回転するフィールドとさまざまな方法で相互作用します。そのうちの1つは、その回転がローターの回転と一致し、正の（方向が一致する）モーメントを形成し、もう1つは負のモーメントを形成します。固定ローターの場合とは異なり、これらのモーメントの大きさは異なります。それらの差はモーターシャフトのモーメントに等しくなります。

図 1 の c は、単相動作と三相動作におけるモータの機械的特性を示しています。速度がゼロでは、トルクはゼロです。どちらの方向に回転しても、モーターシャフトにトルクが発生します。

モーターの動作中に相の 1 つが切断された場合、その速度が定格値に近い場合、トルクは多くの場合、速度をわずかに下げても動作を継続するのに十分です。三相対称モードとは対照的に、特有のハム音が現れます。残りの部分については、緊急モードの外部症状はありません。非同期モーターの使用経験がない人は、電気モーターの動作の性質の変化に気付かない可能性があります。

電気モーターが単相モードに移行すると、相間の電流と電圧が再分配されます。モーター巻線が「スター」方式に従って接続されている場合、位相損失の後、図 2 に示す回路が形成されます。 2 つの直列接続されたモーター巻線が線間電圧 Uab に接続されている場合、モーターは単一状態になります。位相操作。

少し計算して、モーター巻線を流れる電流を求め、三相電源の電流と比較してみましょう。

図 2. 欠相後のモーター巻線のスター結線

抵抗 Za と Zb は直列に接続されているため、A 相と B 相の電圧は線形電圧の半分に等しくなります。

電流のおおよその値は、次の考慮事項に基づいて決定できます。

欠相時A相突入電流

三相モードのA相起動電流

ここで、Uao — ネットワークの相電圧。

突入電流比:

この比率から、欠相の場合の始動電流は三相電源の始動電流の 86% であることがわかります。かご形誘導電動機の始動電流が公称電流の 6 ～ 7 倍であることを考慮すると、電動機巻線には Iif = 0.86 x 6 = 5.16 Azn の電流が流れることがわかります。公称の5倍以上。このような電流は短時間のうちにコイルを過熱させます。

上記の計算から、考慮されている動作モードはモーターにとって非常に危険であり、危険が発生した場合は短時間で保護をオフにする必要があることがわかります。

位相損失は、モーターの電源がオンになった後でも発生する可能性があります。このとき、ローターの回転速度は動作モードに対応します。ロータが回転して単相モードに移行する場合の巻線の電流と電圧を考慮してください。

Za の値は回転速度によって異なります。始動時、ローター速度がゼロのときは、三相モードでも単相モードでも同じです。運転モードでは、エンジンの負荷や機械的特性により回転速度が異なる場合があります。したがって、現在の負荷を分析するには別のアプローチが必要です。

モーターが三相モードと単相モードの両方で動作すると仮定します。同じ力。電気モーターの接続方式に関係なく、作業機械は技術プロセスを実行するのに必要な電力と同じ電力を必要とします。

モーターシャフトの出力が両方のモードで同じであると仮定すると、次のようになります。

三相モード時

単相モードの場合

ここで、Uа - ネットワークの相電圧。 Uаo — 単相モードの A 相の電圧、cos φ3 および cos φ1 - それぞれ三相および単相モードの電力係数。

誘導モーターを使った実験では、実際に電流がほぼ 2 倍になることが示されています。ある程度の余裕を持たせて、I1a / I2a = 2 と考えることも可能です。

単相運転の危険度を評価するには、モーターの負荷も知る必要があります。

最初の近似として、三相モードの電動機電流がシャフトの負荷に比例すると考えます。この仮定は、定格値の 50% を超える負荷に対して有効です。次に、Azf = Ks NS Azn と書くことができます。ここで、Ks - モーターの負荷率、Azn - モーターの定格電流です。

単相電流 I1f = 2KsNS Azn、つまり、単相モードの電流はモーター負荷に依存します。定格負荷では、定格電流の 2 倍に等しくなります。負荷が 50% 未満の場合、モーター巻線を「スター」に接続するときの位相損失により、巻線に危険な過電流が発生することはありません。ほとんどの場合、モーター負荷率は 1 未満です。 0.6 ～ 0.75 程度の値では、公称値と比較して電流がわずかに過剰 (20 ～ 50%) することが予想されます。過負荷のこの領域では保護が十分に明確に機能しないため、これは保護の機能にとって不可欠です。

一部の保護方法を解析するには、モーターの相の電圧を知る必要があります。ローターがロックされている場合、A 相と B 相の電圧はネットワーク電圧 Uab の半分に等しく、C 相の電圧はゼロになります。

それ以外の場合、ローターの回転に応じて電圧が分配されます。実際、その回転には回転磁界の形成が伴い、固定子巻線に作用して起電力が発生します。この起電力の大きさと位相は、同期に近い回転速度で、巻線に対称的な三相電圧システムが復元され、スター中性点電圧 (点 0) がゼロになるようなものです。したがって、単相動作モードでローター速度がゼロから同期に変化すると、A 相と B 相の電圧は、線路の半分に等しい値からネットワークの相電圧に等しい値に変化します。たとえば、電圧が 380/220 V のシステムでは、A 相と B 相の電圧は 190 ～ 220 V の範囲で変化します。電圧 Uco は、ローターがロックされた場合のゼロから、同期速度に応じて 220 V の相電圧まで変化します。 0 点の電圧は、同期速度で値 Uab / 2 — からゼロに変化します。

モーター巻線がデルタ接続されている場合、欠相後の接続図は図 3 になります。この場合、抵抗 Zab を持つモーター巻線は線間電圧 Uab に接続され、巻線は抵抗を持つことがわかります。 ZfcとZpr.です。— 直列に接続され、同じ線間電圧に接続されます。

図 3. 欠相後のモーター巻線のデルタ結線

始動モードでは、三相バージョンと同じ電流が巻線 AB に流れ、巻線 AC および BC には直列に接続されているため、半分の電流が流れます。

直線導体の電流 I'a =I'b は、並列分岐の電流の合計に等しくなります: I'A = I'ab + I'bc = 1.5 Iab

したがって、検討中のケースでは、相損失があるため、相の 1 つの始動電流は三相電源の始動電流と等しくなり、線電流の増加はそれほど大きくはなりません。

モーターの始動後に欠相が発生した場合の電流を計算するには、「スター」回路の場合と同じ方法が使用されます。モーターは三相モードと単相モードの両方で同じ電力を発生すると仮定します。

この動作モードでは、位相損失のある最も負荷の高い相の電流は、三相電源の電流と比較して 2 倍になります。線路導体の電流は Ia'A = 3Iab となり、三相電源では Ia = 1.73 Iab になります。

ここで、相電流は 2 倍に増加しますが、線電流は 1.73 倍にしか増加しないことに注意することが重要です。過電流保護はライン電流に反応するため、これは不可欠です。 「スター」接続での単相電流に対する負荷率の影響に関する計算と結論は、「デルタ」回路の場合にも引き続き有効です。

AC および BC 相電圧はローターの速度によって異なります。ローターロック時 Uac '= Ub℃' = Uab / 2

同期速度と等しい回転速度では、電圧の対称システムが復元されます (つまり、ac '= Ub° C' = Uab)。

したがって、回転速度がゼロから同期に変化すると、AC および BC 相電圧は、線間電圧の半分に等しい値から線間電圧に等しい値に変化します。

単相動作時のモーター各相の電流と電圧は、モーターの数にも依存します。

位相損失は、変電所または開閉装置の主電源のヒューズの 1 つが切れたときによく発生します。その結果、ユーザーのグループは単一フェーズ モードで相互に対話することになります。電流と電圧の分布は、個々のモーターの出力とその負荷によって異なります。ここではさまざまなオプションが可能です。電気モーターの出力が等しく、その負荷が同じ場合 (たとえば、排気ファンのグループ)、モーターのグループ全体を同等のモーターに置き換えることができます。

非同期電動機の緊急モードとその保護方法