電流過載及其對電動機運行和使用壽命的影響

異步電動機故障分析表明，其故障的主要原因是過熱引起的絕緣擊穿。

電氣產品（裝置）過載——電氣產品（裝置）的功率或電流的實際值超過額定值。 （GOST 18311-80）。

電動機繞組的發熱溫度取決於電動機的熱特性和環境參數。電機產生的部分熱量用於加熱線圈，其餘部分釋放到環境中。加熱過程受熱容、散熱等物理參數的影響。

根據電動機和周圍空氣的熱狀況，它們的影響程度可能會有所不同。如果電機與環境的溫差很小，釋放的能量很大，那麼它的主要部分被繞組、定轉子鋼、電機外殼等吸收。保溫層的溫度急劇上升……隨著加熱，熱交換的作用越來越體現出來。在產生的熱量和釋放到環境的熱量之間達到平衡後，該過程就建立了。

將電流增加到允許值以上不會立即導致緊急情況……定子和轉子需要一些時間才能達到其極端溫度。因此，保護無需對每次過流都做出反應。僅當存在絕緣快速惡化的危險時，她才應關閉機器。

從絕緣加熱的角度來看，超過標稱值的電流大小和持續時間非常重要。這些參數主要取決於工藝過程的性質。

技術起源的電動機過載

被驅動機器軸上扭矩的周期性增加導致電動機過載。在這樣的機器和裝置中，電動機的功率一直在變化。很難觀察到電流大小在很長一段時間內保持不變。電機軸上會周期性出現短期的大阻力矩，從而產生電流浪湧。

這種過載通常不會導致具有相對較高熱慣性的電機繞組過熱。然而，在足夠長的持續時間和反復重复的情況下， 電動機的危險加熱......國防必須“區分”這些制度。它不應對短期負載衝擊做出反應。

其他機器可能會經歷相對較小但長期的過載。電機繞組逐漸升溫至接近最大允許值的溫度。通常，電動機具有一定的發熱儲備和小的過電流，儘管動作持續時間長，但不會造成危險情況。在這種情況下，不需要關機。這樣，電機保護在這裡也必須“區分”危險過載和非危險過載。

電動機的緊急過載

除了技術來源的過載外，可能是由於其他原因（電源線損壞、工作設備堵塞、電壓下降等）發生的緊急過載。他們創建了感應電機的特定操作模式，並提出了對安全設備的要求……考慮感應電機在典型緊急模式下的行為。

以恆定負載連續運行時的過載

通常選擇具有一定功率儲備的電動機。此外，大部分時間機器都在負載下運行。因此，電機電流通常遠低於額定值。通常，在工作機器中出現技術違規、故障、干擾和乾擾的情況下，會發生過載。

風扇、離心泵、傳送帶和螺桿等機器具有安靜、恆定或略有變化的負載。物料流的短期變化實際上對電動機的加熱沒有影響。它們可以被忽略。如果違反正常工作條件的情況長期存在，那就另當別論了。

大多數電力驅動器都有一定的動力儲備。機械過載主要導致機器零件損壞。鑑於它們發生的隨機性，不能確定在某些情況下電動機也會過載。例如，這可能發生在螺桿電機上。被輸送物質的物理和機械特性（水分、顆粒大小等）的變化會立即反映在移動它所需的功率上。如果出現過載導致繞組危險過熱的情況，該保護裝置應關閉電動機。

從長期過電流對絕緣的影響來看，應區分兩種過載：相對較小（達50%）和較大（大於50%）。

前者的效果不會立即出現，而是逐漸出現，而後者的效果則是在很短的時間後才會出現。如果超過允許值的溫升很小，絕緣老化就會慢慢發生。絕緣材料結構的微小變化逐漸累積。隨著溫度的升高，老化過程明顯加快。

我認為每 8 — 10 °C 的過熱度都會使電機繞組絕緣的使用壽命減半。因此，過熱 40°C 會使絕緣壽命減少 32 倍！儘管這很多，但經過數月的工作後才會顯示出來。

在高過載（超過 50%）時，絕緣層會在高溫的影響下迅速崩潰。

為了分析加熱過程，我們將使用簡化的發動機模型。電流的增加導致可變損耗的增加。線圈開始升溫。絕緣溫度根據圖中的圖表變化。穩態溫升的速率取決於電流的大小。

過載發生一段時間後，繞組的溫度會達到給定絕緣等級的允許值。在高 G 力下它會更短，在低 G 力下它會更長。因此，每個過載值都有自己的允許時間，可以認為可以安全隔離。

允許的過載持續時間與其大小的依賴關係稱為電動機的過載特性... 熱物理特性 各種類型的電動機 有一些區別，他們的特點也不同。這些特徵之一在圖中用實線顯示。

電機過載特性（實線）和所需的保護特性（虛線）

根據給定的特徵，我們可以製定主要要求之一 電流相關的過載保護……應該根據過載的大小來提高。這使得可以排除具有非危險電流尖峰的錯誤警報，例如在發動機啟動時發生的錯誤警報。只有當它落入不可接受的電流值區域及其流動持續時間時，保護才應該起作用。圖中虛線所示的所需特性必須始終低於電機的過載特性。

保護的操作受許多因素（設置不准確、參數分散等）的影響，因此觀察到與響應時間平均值的偏差。因此，圖中的虛線應被視為某種平均特徵。為了不因隨機因素的作用而出現交叉特性，導致發動機誤停，需要留出一定的餘量。事實上，考慮到保護反應時間的分佈，不應使用單獨的特性，而應使用保護區域。

就精確的電機保護動作而言，希望兩個特性盡可能彼此接近。這將避免在接近允許的過載時發生不必要的跳閘。但是，如果這兩個特徵的分佈很大，則無法實現。為了在計算參數隨機偏差的情況下不落入不可接受的電流值區域，有必要提供一定的餘量。

保護特性必須與電機的過載特性相距一定距離，以排除它們的相互交叉。但這會導致電機保護動作的準確性損失。

在接近標稱值的電流區域，出現不確定區域。進入該區域時，無法確定保護是否起作用。

沒有這個缺點 保護操作取決於繞組溫度... 與過電流保護不同，它的作用取決於絕緣老化的原因，即它的發熱。當達到對繞組有危險的溫度時，它會關閉電機，而不管導致發熱的原因是什麼。這是保護免受溫度影響的主要優勢之一。

然而，過電流保護的缺乏不應被誇大。事實上，電機具有一定的電流儲備。電動機的額定電流總是低於繞組溫度達到允許值時的電流。它是在經濟計算的指導下建立的。因此，在額定負載下，電機繞組的溫度低於允許值。因此，創建了發動機的熱儲備，這在一定程度上彌補了不足 熱繼電器.

絕緣熱條件所依賴的許多因素都有隨機偏差。在這方面，特性的規範並不總能給出期望的結果。

可變連續運行中的過載

一些工作機構和機構產生的負載變化範圍很廣，例如在破碎、研磨和其他類似操作中。在這裡，週期性過載伴隨著欠載到空閒。單獨採取的任何電流增加都不會導致危險的溫度升高。但是，如果數量很多並且重複次數足夠多，則溫度升高對絕緣的影響會迅速累積。

電動機在可變負載下的加熱過程不同於在恆定或輕微可變負載下的加熱過程。差異既體現在溫度變化的過程中，也體現在機器各個部件的加熱性質上。

隨著負載的變化，線圈的溫度也會發生變化。由於發動機的熱慣性，溫度波動不太普遍。在足夠高的負載頻率下，繞組的溫度可以認為幾乎沒有變化。這相當於在恆定負載下連續運行。在低頻（百分之一赫茲或更低的數量級）溫度波動變得明顯。繞組的周期性過熱會縮短絕緣體的壽命。

低頻時負載波動較大，電機始終處於瞬變過程。其線圈溫度隨負載波動而變化。由於機器的各個部件具有不同的熱物理參數，因此每個部件都以自己的方式升溫。

可變負載下的熱瞬變過程是一種複雜的現象，並不總是需要計算。因此，無法根據任何給定時間流動的電流來估算電機繞組的溫度。由於電動機的各個部件以不同的方式加熱，因此熱量在電動機中從一個部件傳遞到另一個部件。也有可能在關閉電動機後，由於轉子提供的熱量，定子繞組的溫度會升高。因此，電流的大小可能不能反映絕緣的加熱程度。還應記住，在某些模式下，轉子會比定子更強烈地升溫，而冷卻得更少。

熱傳遞過程的複雜性使得難以控制電機的發熱……在某些情況下，即使直接測量繞組的溫度也會產生誤差。事實上，在不穩定的熱過程中，機器不同部位的加熱溫度可能不同，一次測量無法給出真實情況。但是，線圈溫度測量比其他方法更準確。

定期工作 從保護作用的角度來看，可以稱為最不利的。定期參加工作意味著短期運動超載的可能性。在這種情況下，過載的大小必須受到繞組加熱條件的限制，不能超過允許值。

“監視”線圈發熱狀態的保護必須接收到相應的信號。由於電流和溫度在瞬態條件下可能彼此不對應，因此基於電流測量的保護無法正常發揮作用。