Что такое однофазность двигателя? Причины, последствия и методы защиты- Cixi Waylead Electric Motor Manufacturing Co.,Ltd

Трехфазный двигатель теряет одну фазу питания при работе с полной нагрузкой. Он продолжает вращаться, но ток в двух оставшихся фазах возрастает примерно вдвое по сравнению с номинальным, обмотки перегреваются, и двигатель может сгореть за считанные минуты. Это состояние называется однофазным: рабочее состояние трехфазного двигателя, при котором одна из трех фаз питания прерывается, а двигатель продолжает работать на оставшихся двух фазах.

Что такое однофазность?

Обрыв фазы – это неисправность источника питания, а не неисправность двигателя. Это происходит, когда один фазный провод между источником питания и двигателем размыкается, а два других остаются под напряжением. Двигатель по-прежнему подключен к трехфазной сети, но получает питание только по двум линиям, что создает серьезный дисбаланс фаз, который изменяет магнитное поле двигателя.

Чтобы понять режим отказа, полезно вспомнить как работает трехфазный асинхронный двигатель . Три обмотки статора расположены вокруг статора так, что сбалансированные трехфазные токи создают вращающееся магнитное поле. Когда одна обмотка обесточена, ротор больше не видит чистого вращающегося поля. Вместо этого возникает пульсирующее поле с сильной обратной составляющей, которое снижает крутящий момент, увеличивает скольжение и порождает дополнительные потери в роторе.

Однофазный режим в состоянии покоя

Если двигатель находится в состоянии покоя при потере фазы, он не может запуститься. Две обмотки под напряжением потребляют ток запертого ротора, в несколько раз превышающий номинальный, и двигатель громко гудит, не создавая достаточного крутящего момента для вращения. В этом состоянии температура обмотки может достичь опасного уровня за считанные секунды.

Одна фаза во время работы

Если двигатель уже работает, инерция поддерживает вращение ротора, и двигатель продолжает работать в двух фазах. Остальные две обмотки должны передавать всю механическую мощность, поэтому фазный ток увеличивается в 1,7–2,0 раза по сравнению с номинальным значением, указанным на паспортной табличке. Двигатель издает вибрацию частотой 100 или 120 Гц и слышимое изменение шума в зависимости от частоты местной сети. Температура как статора, так и ротора быстро возрастает.

Что вызывает однофазность?

Однофазное напряжение возникает перед двигателем, обычно в сети питания, распределительном устройстве, предохранителе или проводке. Наиболее распространенными причинами являются:

Перегоревший предохранитель на одной фазе, часто из-за короткого замыкания, неисправного предохранителя или предохранителя слишком большого номинала, который маскирует первоначальную неисправность.
Ослабленные или корродированные соединения в клеммных колодках, контакторных наконечниках или разъединителях.
Неисправный полюс магнитного контактора, вызванный износом, точечной коррозией или контактором неправильного размера.
Обрыв проводника, повреждение изоляции кабеля или плохое соединение в цепи электродвигателя.
Событие в однофазной сети, например обрыв линии, срабатывание предохранителя трансформатора или отказ устройства повторного включения.
Разъединитель, у которого одна фаза застряла в разомкнутом состоянии или один комплект лопастей не закрывается полностью

В реальных установках в большинстве случаев причиной являются ослабленные клеммы и перегорание предохранителей. Термоциклирование и вибрация со временем ослабляют соединения, а одна перегретая клемма может без предупреждения отключить фазу.

Почему однофазное питание разрушает обмотки двигателя

Разрушительный механизм лучше всего выражается в ваттах тепла. Потери меди в обмотке равны I²R, поэтому, когда ток удваивается, количество тепла, выделяемого в этой обмотке, увеличивается в четыре раза. При полной номинальной нагрузке однофазный двигатель пропускает через две здоровые фазы ток, в 1,7–2,0 раза превышающий номинальный. Нагрев обмотки возрастает в три или четыре раза по сравнению с нормальным уровнем, а температура изоляции значительно превышает расчетный предел.

Изоляция двигателя классифицируется по максимальной температуре горячей точки: класс B рассчитан на 130 °C, а класс F — на 155 °C. При токе, превышающем номинальный, эти пределы достигаются за считанные минуты. Изоляция ухудшается, ослабевает и в конечном итоге выходит из строя из-за межвиткового короткого замыкания или замыкания на землю. В этом случае двигатель обычно не подлежит ремонту.

Механическая сторона тоже страдает. Пульсирующий крутящий момент, вызванный несбалансированным полем, создает циклические нагрузки на муфты, шкивы и ведомое оборудование. Даже если двигатель выдерживает кратковременное однофазное событие, в подключенном оборудовании может возникнуть усталостное повреждение.

Как обнаружить однофазность

Самый быстрый способ подтвердить однофазность — измерить ток во всех трех проводниках линии. В однофазном двигателе ток течет только по двум линиям, а значение третьей почти равно нулю. Проверка напряжения на клеммах двигателя показывает, что одна фаза равна нулю или близка к нулю.

Накладной амперметр: считайте значения трех линейных токов; исправный двигатель потребляет сбалансированные токи, однофазный двигатель потребляет ток только по двум линиям
Вольтметр: проверьте L1-L2, L2-L3 и L1-L3 на клеммах двигателя; одно показание будет около нуля
Тепловизионное изображение: корпус двигателя будет заметно горячее вблизи обмоток, по которым проходит избыточный ток.
Звук и вибрация: выраженный двухполосный гул (100 Гц или 120 Гц) с сильной вибрацией является классическим симптомом.
Проверка вышестоящих устройств: один перегоревший предохранитель или сгоревший полюс контактора выявляют источник

Добавление регистрации тока и инфракрасного сканирования в график планового технического обслуживания помогает обнаружить одну фазу до того, как она приведет к отказу двигателя.

Как защитить двигатели от однофазности

Защита двигателя от однофазности означает обнаружение потери фазы и отключение двигателя до того, как обмотка достигнет своего температурного предела. Надежная схема защиты сочетает в себе несколько элементов:

Реле контроля обрыва фазы: непрерывно проверяет все три фазных напряжения и отключает контактор в течение 0,5–2 секунд при потере одной фазы.
Трехполюсное реле перегрузки: измеряет ток во всех трех фазах; выберите модель с чувствительностью к потере фазы, чтобы быстрее сработать при дисбалансе фаз.
Правильно подобранные предохранители и контакторы: убедитесь, что замыкание фазы сбрасывает защиту, а не продолжает питать перегруженный двигатель.
Периодическое техническое обслуживание: подтягивайте клеммы, заменяйте изношенные контакты контактора и регулярно проверяйте держатели предохранителей.

Конструкция двигателя также способствует выживанию. Двигатель с большим тепловым запасом, высококачественной изоляцией и эффективными обмотками может выдерживать кратковременные события в сети, которые могли бы вывести из строя двигатель, построенный с минимальными допусками. Многие OEM-производители теперь стандартизируют машины премиум-класса, такие как полностью закрытый трехфазный высокоэффективный двигатель по этой причине от Waylead Electric.

OEM Three-Phase Totally Enclosed High-Efficiency Motor Suppliers, Company - Cixi

Поставщики трехфазных полностью закрытых высокоэффективных двигателей OEM, Компания - Cixi Компания Waylead Electric Motor Manufacturing Co., Ltd - это китайские поставщики и компания OEM трехфазных полностью закрытых высокоэффективных двигателей, подробно ... Посмотреть продукт →

Нормальный режим работы и однофазный режим: параллельное сравнение

В таблице ниже сравнивается поведение трехфазного двигателя при сбалансированном питании и при однофазном питании при полной номинальной нагрузке.

Основные рабочие параметры трехфазного двигателя при сбалансированном питании и при однофазном питании
Параметр	Нормальная работа	Однофазный
Линии питания под напряжением	3	2
Линейный ток	Номинальное значение	От 1,7 до 2,0 раз выше рейтинга и более
Температура обмотки	Стабильный в пределах класса изоляции	Быстро поднимается выше номинального предела
Крутящий момент	Постоянно и плавно	Пульсирует с удвоенной частотой сети
Вибрация и шум	Низкий, устойчивый гул	Сильная вибрация и ненормальный гул
Риск выгорания	Низкий при правильной защите	Высокий, если не сработала защита

Часто задаваемые вопросы

Может ли однофазный двигатель страдать от однофазности?

Нет. Однофазность — это термин, который применяется конкретно к трехфазным двигателям. Однофазный двигатель может столкнуться с аналогичной проблемой перегрева, если его пусковая обмотка выходит из строя или рабочий конденсатор размыкается, но причина и подход к защите различны.

Как долго двигатель может работать в однофазном режиме?

При полной нагрузке двигатель может достичь температурного предела обмотки всего за две-пять минут. При небольшой нагрузке он может продолжать работать в течение нескольких часов без отключения, но длительное нагревание медленно повреждает изоляцию и сокращает срок службы двигателя. Любое длительное однофазное состояние следует рассматривать как серьезное.

Будет ли стандартное реле перегрузки защищать от однофазности?

Не всегда. Двухполюсное реле перегрузки не может обнаружить потерю фазы на незащищенной линии, поэтому оно может не сработать. Трехполюсное реле более эффективно, особенно с точки зрения чувствительности к потере фазы, но оно все равно может медленно реагировать при частичной нагрузке. Специальное реле обрыва фазы обеспечивает самую быструю и надежную защиту.

Выбор двигателя, который соответствует реальным условиям питания

Однофазность — это неисправность на стороне питания, но за нее платит двигатель. Наиболее экономически эффективной стратегией является предотвращение неисправности с помощью реле обрыва фазы, трехполюсной защиты от перегрузки и регулярной проверки соединений и предохранителей перед двигателем.

Для новых установок двигатель с прочной тепловой конструкцией обеспечивает дополнительный запас прочности при плохих условиях электроснабжения. Waylead Electric производит трехфазные двигатели для непрерывной работы в насосах, компрессорах, вентиляторах и станках. трехфазный двигатель премиум-класса с дробной мощностью охватывает меньший диапазон мощности в полностью закрытом корпусе, в то время как Двигатель премиум-класса IEC IE3 предлагает самый высокий класс эффективности для оборудования стандарта IEC. Вы можете изучить полная линейка трехфазных двигателей на сайте компании.