Completo-fundamentos Del Modelo Termico Del Motor y Aplicaciones en La Proteccion Del Motor

7/28/2019 Completo-fundamentos Del Modelo Termico Del Motor y Aplicaciones en La Proteccion Del Motor

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FUNDAMENTOS DEL MODELO TERMICO DEL MOTOR Y APLICACIONES EN LA PROTECCION DEL

MOTOR.

1. RESUMEN

Este artculo discute los fundamentos de un modelo trmico del motor y su interpretacin

matemtica y la fsica de las diferentes etapas de funcionamiento del motor. (sobrecarga, rotor

bloqueado, aceleracin demasiado frecuentes o prolongados, las aplicaciones de ciclo de trabajo).

Explica modelo trmico Constantes de tiempo y otros parmetros tcnicos que hacen que el

empuje del algoritmo de modelo trmico. Otros temas tratados en este trabajo muestran que (a)

del motor Informacin detallada hoja de datos, y (b) la coordinacin entre el ingeniero de

proteccin y el fabricante del motor, puede conducir a la seleccin adecuada de los parmetros de

proteccin trmica del motor. Este artculo presenta una mirada ms cercana a bloqueo del

motor, aceleracin y funcionando curvas lmite trmico. Tambin se explica el concepto de

capacidad trmica y profundiza en cmo se evala la capacidad trmica de los dispositivos de

proteccin del motor. Los siguientes puntos son tambin cubierto en este documento:

Discute algunos mtodos adicionales, como el voltaje y las curvas de sobrecarga del motor slip-

dependientes, empleado para evaluar la capacidad trmica en aplicaciones de motor no estndar

Presenta el concepto de juego trmica constantes de tiempo para motor cargas cclicas casos.

Adems, la respuesta de un trmica algoritmo de modelo en aplicaciones prcticas es demostrado.

Describe un ejemplo de un caso real, que muestra cmo de aplicar y con precisin el modelo

trmico en aplicacin de la carga de alta inercia.

Explora en este contexto, algunas de las claves temas que asegurarn la operacin segura de lamotor, mientras que la promocin de motor satisfactoria caractersticas de diseo

INTRODUCCION

Los motores de induccin son los caballos de batalla de cualquier planta industrial. Aplicaciones de

motores tpicos incluir bombas, ventiladores, compresores, molinos, trituradoras, extrusoras, de-

pregoneros, socios refi, gras, transportadores, enfriadores, trituradoras, y sopladores. Las

estadsticas han demostrado que a pesar de su fiabilidad y simplicidad de construccin, anual tasa

de fallo del motor se estima conservadoramente a 3-5% por ao, y en casos extremos, hasta

12%, como en la industria de pulpa y papel. El tiempo de inactividad en una fbrica puede ser muycaro y, en algunos casos, puede exceder el coste de la sustitucin del motor. La proteccin

adecuada de la mquina es se requiera para minimizar la tasa de fallo del motor, evitar daos a los

equipos asociados y para garantizar tanto la seguridad del personal y los objetivos de produccin.

El documento "Informe de Gran Encuesta de Fiabilidad del motor de Instalaciones Industriales y

Comerciales ", publicado por la IEEE Motor Fiabilidad Grupo de Trabajo [3] contiene los resultados


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de la IEEE y encuestas EPRI sobre la fiabilidad del motor y las principales causas de motor fracaso.

El resumen de estos resultados se muestra en la Tabla I.

A pesar de los distintos enfoques y criterios (grupos insuficiencia IEEE se forman de acuerdo con

"causa de la falla" y EPRI segn "Componente que ha fallado") ambos estudios indican un fallo

muy similar porcentaje asociado con mecnica y elctrica relacionada problemas de la mquina.

Analizando los datos de esta tabla se puede concluir que muchos fracasos estn directa o

indirectamente relacionados con o causedo

por, extensa calentamiento de las diferentes partes del motor que participan en funcionamiento

de la mquina. Es por ello que fi nd seguimiento preciso de estado trmico del motor y la

respuesta adecuada del motor de control de situaciones anormales a ser muy importante.

Las tendencias modernas en el diseo del motor y la construccin se estn moviendo en la

direccin de hacer los motores ms compactos y efi ciente. El uso de materiales aislantes

inorgnicos tales como fi bra de vidrio y resinas de silicona proporciona un mejor aislamiento del

motor dielctrica propiedades en comparacin con los materiales tradicionales, tales como el

algodn y barniz. Pero al mismo tiempo, algunos de los nuevos materiales son ms vulnerables a

un calentamiento excesivo. Otra importante consideracin que debe ser consdered en el

seguimiento de la trmica estado del motor, est calentando sobreestimacin, que puede tambin

provocar paro del motor no deseable y por lo tanto potencialmente costoso interrupcin de los

procesos. Las declaraciones explican claramente por encima de la importancia de una estimacin

precisa trmica de un motor en servicio.

Actualmente esta tarea (proteccin trmica del motor precisa) es fuertemente con el apoyo de la

tecnologa moderna. Los algoritmos desarrollados pueden ser implementado en dispositivos


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microprocesadores, que son capaces de proporcionar un nivel deseable de precisin y flexibilidad

fl. El algoritmo trmica opera segn la secuencia siguiente:

Los datos del motor en tiempo real se suministran al microprocesador

Estos datos se procesan de acuerdo con la fi rmware trmica programa de algoritmo y la

comparacin con los valores esperados, almacenado en la memoria.

El dispositivo de proteccin calcula el valor analgico, que esnen comparacin con el umbral

programado.

El dispositivo de proteccin activa las salidas digitales si el valor analgico en comparacin

supera este umbral.

El mtodo analgico ideal para el modelado de la imagen trmica en el Dispositivo de proteccin

del motor (MPD) sera la de integrar no inercial sensores de temperatura en el fijo (estator) y

rotacin (Rotor) partes de la estructura del motor. Sin embargo, no es factible la instalacin de

sensores de temperatura en los rotores de tcnica razones, fiabilidad y coste. Otra razn para

rechazar tales sensores de temperatura como la base principal para la proteccin trmica, es el

hecho de que el detector de temperatura de la resistencia tradicional (IDT) tiene un tiempo de

reaccin relativamente lento y no puede responder adecuadamente a la alta velocidad del proceso

de calentamiento durante la aceleracin del motor.

RTD del estator realmente ofrecen resultados realistas en el seguimiento del temperatura del

motor bajo condiciones equilibradas, pero de nuevo no son adecuados para el seguimiento de los

transitorios trmicos rpidos. Como alternativa, un modelo trmico de entrada en tiempo real

principal podra utilizar Corriente del motor 3-fase. La energa elctrica aplicada a la del motor se

transforma parcialmente en calor que se almacena en la del motor. Por lo tanto este calor es una

funcin de la corriente y el tiempo. Este hecho, adems de algunos otros factores y supuestos que

sern cubiertos ms adelante en este documento, se emplean para elaborar y aplicar el modelo

trmico actual basado. Valores de corriente 3-fase medido en tiempo real, tambin se utilizan en

algoritmos especiales aplicada para detectar diferentes etapas de funcionamiento del motor:

detenido, Inicio, Ejecutar, sobrecarga.

En alta inercia aplicaciones supervisin de la tensin de carga puede ser utilizado en el algoritmo

de modelo trmico para que coincida dinmicamente el lmite trmico a diferentes condiciones de

partida. En algunos aplicaciones de sensores de velocidad se emplean para detectar rotor lento

rotacin o bloqueo del motor.

Otra parte importante de la implementacin del modelo trmico es "valores almacenados en MPD

esperado". Este trmino implica que la informacin est disponible en el diseador de motor y el

motor fabricante, que est relacionada con la reserva trmica, permiti el rendimiento y la

termodinmica del motor en cuestin. El motor no es un cuerpo homogneo e incluso uno de los

componentes puede ser presentado como una combinacin de nodos conectados a travs de la

resistencia trmica entre s y un ambiente externo condiciones. Por ejemplo, el estator tiene


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ranura de cobre, extremo de cabeza cobre, dientes y un ncleo. Cada nodo se caracteriza por su

propia tasa de cambio de temperatura. [6] Es por ello que con el fin de hacer el anlisis completo y

detectar un lmite para el funcionamiento normal, los diseadores de motor siempre se dirigen a

la desarrollo del modelo ms detallado que incluya elctrica, mecnica, trmica, qumica y

componentes. Pero una vez un motor ha sido diseado y construido para su intencin

adecuadamente especifi caciones, un modelo menos detallado es adecuada para proporcionar

proteccin trmica mediante la evaluacin de riesgo trmico con referencia a hojas de datos del

motor y las curvas de dao trmico.

El sentido comn dicta la dependencia de un completo anlisis de motor para determinar la

correspondencia de las variables algoritmo MPD a los datos normalmente disponibles del

fabricante del motor. MPD tambin incorpora simplificacin ed algoritmos de modelado fsico

estados y procesos del motor. Este enfoque permite que alcancemos un nivel adecuado de

proteccin trmica en la moderna MPD, por cualquier aplicacin, por el manejo de la informacin

disponible del motor.

En tratando de mantener el algoritmo simple que enfrentamos otro reto. Es culto ms dificultades

para relacionar el comportamiento termodinmico del motor bajo condiciones de estado

estacionario, con el rpido estator y calentamiento del rotor que se produce durante los

transitorios trmicos de motores tales como la aceleracin, parada y cambio de carga cclica. El

algoritmo debe tambin cuenta para la transferencia de calor desde el motor est bobinado a la la

vivienda y de la carcasa para el aire libre (ambiente).

Para resolvereste tema del "tiempo antes del viaje" parmetro fue seleccionado como el criterio

comn para la evaluacin de la condicin trmica. En realidad, para la aceleracin del motor y

condiciones de calado, el tiempo de parada segura especifi cado por los diseadores del motor, es

la nica estimacin objetiva del la temperatura mxima permitida del motor, debido a la

verdadera difi cultad de medir directamente la temperatura del rotor. [6] Basado en el anlisis de

esta seccin del documento, el principal requisitos algoritmo trmicas del motor se pueden

resumir como siguiente:

Precisin. Una estimacin precisa de la imagen trmica del motor. Examen de las diferentes

aplicaciones de motores, como frecuencia variable, desequilibrio de tensin, aceleracin de largo,

cargas cclicas. La referencia a los datos especifi cado por el motor diseadores.

Simplicidad. El algoritmo es fcil de entender. Un simple forma de calcular la estimacin trmica

del motor para el secuencia de operacin de que se trate.

Confiabilidad. La capacidad de control de la trmica capacidad en cualquier momento de la

operacin del motor. La trmica estimacin se mantiene y responde adecuadamente a MPD

eventos de fallo de alimentacin.

El cumplimiento de los estndares del sector. El algoritmo deben cumplir con los requisitos, y

deben seguir el recomendaciones que figuran en la Gua de IEEE para motor de CA Proteccin (Std


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C37.96-2000) [9] y la Gua de IEEE para la Presentacin de las curvas lmite trmico de jaula de

ardilla Mquinas de induccin (Std 620-1996) [10].

Instalacin simplificada. Los parmetros necesarios para configurar la trmica modelo se

obtienen a partir del conjunto estndar de datos del motor fcilmente disponibles de los

fabricantes de motores.

Confiabilidad. El modelo est soportado por el motor alternativo mtodos de evaluacin de

temperatura, sobre la base de RTD monitoreo. Este mtodo de copia de seguridad es

extremadamente til en casos en que el signifi proceso trmico se desva significativamente de lo

que se esperaba debido a la temperatura ambiente anormal temperaturas o deterioro de

refrigeracin del motor.

Flexibilidad. La posibilidad de aplicar el modelo, incluso en muy casos inusuales. Adems del

modelo trmico precisa el estado de la arte dispositivo de proteccin del motor debe estar

equipado con el mejoras y funciones adicionales que se enumeran a continuacin.

Entradas RTD para medir la temperatura absoluta, alarmantes y disparo del motor a altas

temperaturas.

Temperatura del estator basada estimacin trmica, capaz de modelo trmico principal correcto

en el funcionamiento anormal

Condiciones

Una estimacin trmica del estator basado en la temperatura, capaz de corregir el modelo

trmico principal bajo anormal las condiciones de operacin

Amplia seleccin de curvas de sobrecarga trmica; estndar para aplicaciones tpicas, el usuario

defi nidas para aplicaciones inusuales y dependientes de voltaje para aplicaciones especiales,

cont con siempre comienza de cargas de alta inercia.

Una funcin de bloqueo del arranque del motor inhibir el inicio de la mquina en el caso de no

disponer de sufi ciente trmico reservar para completar la aceleracin. El tiempo de bloqueo es

calculado sobre la base de la capacidad trmica disponible, la valor mximo de la capacidad

trmica utilizada (TCU) aprendi durante uno de los ltimos 5 arranques correctos y la tasa de

cambio de temperatura para el motor parado.

Una amplia seleccin de curvas de sobrecarga trmica; estndar para aplicaciones tpicas, elusuario defi nidas para aplicaciones inusuales y dependiente de la tensin para aplicaciones

especiales, que ofrece siempre comienza de cargas de alta inercia.

Modelo trmico de polarizacin en respuesta al desequilibrio actual que provoca una extensa

efecto de calentamiento.


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La opcin de seleccionar las constantes de refrigeracin separados para el motor en los estados

parados y en funcionamiento.

Un elemento de desequilibrio de corriente capaz de emitir una advertencia sobre un nivel

potencialmente peligroso del desequilibrio y de disparar el motor fuera de lnea en una sola fase.

Un elemento Supervisin Start evitar una excesiva nmero de secuencias de arranque del motor.

Un detector de atasco mecnico.

Un lmite temporizador aceleracin.

Fase de cortocircuito y Funciones de proteccin de falla a tierra.

Los elementos de tensin y frecuencia que garantizan el funcionamiento del motor dentro de los

lmites de las especificaciones ed. Fase de deteccin de Inversin.

Elementos de potencia para monitorear y responder a motor anormal las condiciones de carga.

Deteccin de fallo de MPD.

Capacidad de comunicacin a computadoras para facilitar el integracin en DCS existentes y

sistemas SCADA.

Costo justificacin poder.

Se puede adaptar (retrofi TTED) a mltiples proveedores de MCC y arrancadores de motor.

Industrialmente endurecido por medio de un revestimiento conforme, a trabajar en el entorno

del molino.

predicciones altamente precisas de la mecnica y el aislamiento fallo, as como la condicin de

barra del rotor rota, sin retirar el motor del servicio y sin la necesidad de residente expertos.

La capacidad de leer / capturar corrientes de motor y tensin durante fallas en el sistema

elctrico.

La capacidad de registrar y almacenar en el dispositivo de memoria, eventos con marca de

tiempo no voltiles relacionados con situaciones motrices anormales.

Funciones de proteccin adicionales se pueden proporcionar mediante caro equipos tales comosensores de vibracin y / o instrumentos a mostrar el espectro de corriente del motor, para

predecir incipiente fracasos. Estos no se incluyen en este documento.

3. Teora de Proteccin Trmica Hay dos tipos principales de riesgos trmicos para un recalentado

motor: aislamiento del estator puede degradar y / o rotor conductores pueden disminuir su

capacidad para resistir la flexin (deformacin) fuerzas o incluso fundirse. Deterioro del estator

aislamiento presenta el proceso qumico que se rige por una ecuacin de Arrhenius [6 [[7]. NEMA


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Motor Clase de aislamiento define el aumento de la temperatura mxima permitida por encima de

la

lmite ambiente o trmica, si la temperatura supera este lmite no provoca fallos en el aislamiento

inmediato, pero disminuye la esperado de la vida de aislamiento. Una aproximacin bastante

exacta de la ecuacin de Arrhenius establece que una temperatura de funcionamiento aumentar

de 10 C, por encima del lmite trmico corta la vida de los aislamiento del estator por medio. El

por ciento de la vida frente a la temperatura caractersticas para diferentes clases de aislamiento

se muestran en Figura 1.

El riesgo trmico para un rotor de jaula de ardilla es que el rotor conductores pueden deformar o

derretir. Puesto que no hay aislamiento, los conductores del rotor pueden funcionar a un nivel

mucho ms temperatura de los conductores del estator. Es culto y dificultades prcticoproporcionar un valor numrico de temperatura defi nir el lmite trmico del rotor. Diseadores de

motor frente a la mxima temperatura del rotor permitida por parada, aceleracin o cualquier

otras condiciones transitorias rpidas indicando el tiempo de parada trmica lmites para un

motor caliente o fro. Estos valores deben corresponder a el nivel de tensin del sistema durante

el evento de prdida de sustentacin. Para la mayora de las aplicaciones, el tiempo de parada

segura defi ne la trmica del rotor lmite, pero en algunos casos la capacidad del motor especial

durante la parada y la aceleracin es dictado por el lmite trmico del estator. Una regla general

para defi nir un motor estator limitada, dice: "Cuando el tensin nominal del motor es igual o

mayor que 10 veces la potencia nominal, el motor del estator limitada ", por ejemplo.: 500 CV,

6.900 V. [8]

Operaciones en el estado estacionario como correr sobrecargas suelen ser no es un problema para

el rotor. En condiciones de funcionamiento del estator es sujeto a extensa calefaccin. Por lo tanto

una proteccin contra sobrecarga del estator elemento garantiza un nivel sufi ciente global de

proteccin trmica para un rotor que gira a velocidad sncrona cerca. El estado de equilibrio y

comportamiento trmico transitorio del estator y conductores del rotor de un motor depende de

los detalles de la circuito termal motor. El diseador del motor utiliza normalmente un lugar


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circuito termal detallada, incluyendo representaciones separadas de hierro del estator, hierro del

rotor, conductores del estator, conductores del rotor, aire interno, escudos de aire externo,

cscara del motor y. Los detalles de el circuito trmico depende de la construccin de la

ventilacin motor, como "prueba de goteo", "ventilador totalmente encerrado", y "Totalmente

cerrados sin ventilacin". Por ejemplo, el almacenamiento de calor en cada elemento de circuito,

as como por conveccin o conductor del calor transferencia entre diferentes pares de elementos

de circuito se incluye en el modelo. Un circuito termal tpica del motor utilizado por un motor

diseador puede tener del orden de 20 nodos y 20 ramas, lo que resulta en una respuesta

dinmica que se caracteriza por varias veces constantes.

Diseadores de motor son tpicamente interesado en un par estndar escenarios trmicos incluida

la carga en estado estable, fro, caliente y sucesiva de partida. El diseador comprueba el estado

estacionario computarizada temperatura del devanado del estator para asegurarse de que est

dentro de la capacidad del sistema de aislamiento seleccionado, los diseadores tambin define

los plazos de resistir sobrecargas. Tambin es muy importante determinar corriendo y se detuvo

refrigeracin del motor tasas especialmente para "totalmente cerrados sin ventilacin" motordiseos y en algunas aplicaciones con puntuaciones de uso intermitente. El diseador del motor

tambin est interesado en permisible fra y caliente veces estancado. Se llevan a cabo

normalmente clculos trmicos estancadas suponiendo condiciones adiabticas. El diseador

menudo concede el hecho de que la temperatura mxima del devanado del estator puede superar

temporalmente la capacidad de estado estacionario del aislamiento sistema, teniendo en cuenta

la aplicacin prevista de la motor y el nmero de veces que se espera que est estancado fro o

caliente en la vida, para hacer un compromiso de diseo. Despus de un diseo est completo, un

resumen del modelo trmico se convierte en disponible. La informacin bsica incluye el estado

de equilibrio trmico de caractersticas del motor, los tiempos de parada fra y caliente, y el

enfriamiento constantes de tiempo del motor. Para motores medianos y grandes diseoscompletos curvas de dao trmico de tiempo permitido frente a la corriente se proporcionan

como un estndar.

Una vez que el motor ha sido diseado, y la operativa bsica parmetros se han establecido para

la carga de estado estacionario y veces parada en fro y caliente, la responsabilidad recae en

trmica proteccin para el motor. Para la mayora de las condiciones de servicio el funcionamiento

perfi l del motor coincide con los supuestos hecho por el diseador del motor, por lo que la tarea

principal de trmica proteccin es permanecer fuera del camino y dejar que el motor funcione.

Sin embargo, si el motor es abusado por rotura mecnica o humana error luego los pasos para

asegurar la proteccin de que no hay riesgo de trmica daos.

La pregunta es, qu modelo se debe utilizar para proteger el motor cuando se est ejecutando?

Qu es un compromiso razonable entre la precisin y la complejidad? Lo que la fsica se debe

incluir? Cul debe ser usado como una estimacin del lmite de operacin? Como mencionamos

anteriormente el mtodo ideal sera tener la medicin precisa de la temperatura y utilizando el

envejecimiento factor de estimar la capacidad trmica del motor consumida. Pero sensores de


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temperatura (RTD) tienen una respuesta tarda a la trmica transitorios tales como la parada y

aceleracin y no puede servir como un criterio bsico de un modelo trmico.

Qu tan detallada debe ser el modelo? Desde luego, debemos ofrecer un modelo con la

suficiente flexibilidad fl para proteger los motores que tienen una respuesta trmica dinmica

representada por varias constantes de tiempo. Una sola constante de tiempo no siempre essuficiente [6]. Fsica muestra que hay por lo menos 4 distintas trmicas constantes de tiempo: 2

para los conductores del estator, y 2 para los conductores del rotor. Por ejemplo, cuando el calor

es generada en los conductores del estator, el efecto fi rst es elevar la temperatura de los

conductores.

El devanado del estator en el ranuras del estator estn rodeados por un ncleo magntico de

acero. Por lo tanto, como las bobinas se calientan, el calor comienza a fl ujo de los bobinados en el

ncleo de acero. La combinacin de la capacidad trmica de los el bobinado y la conductividad /

impedancia trmica entre la liquidacin y el ncleo de acero se establece un corto timeconstant. El

calor que sigue ow de la Florida desde el bobinado en el circundante ncleo se almacena en el

ncleo, causando su temperatura aumentando, pero ms gradualmente que la velocidad inicial de

aumento de la devanados, debido a la mayor capacidad trmica del ncleo.

Con el tiempo, la temperatura del ncleo (y la carcasa del motor, etc) tambin se eleva, causando

la transferencia de calor por conveccin a la el aire circundante. La combinacin de la capacidad

trmica de la ncleo y el marco y la impedancia trmica entre ellas y el aire de refrigeracin

establece una constante de tiempo que es mucho ms largo que el de la interaccin de liquidacin

ncleo.

Por lo tanto, la siguiente pregunta es, cul es la mejor manera de ir ms all de un modelo

constante de tiempo sola? La manera ms razonable para modelar el estado trmico de la motores medir la corriente del motor y para correlacionarlos en tiempo real tiempo para motor curvas

de dao trmico. El fabricante de curvas de dao trmico representan los resultados de las

simulaciones de un modelo de motor completo, incluyendo una trmica multi-nodo modelo. Las

curvas de captura de los parmetros mltiples de tiempo constantes y puntos de dao trmico

para correr, puesto ya veces condiciones de aceleracin del motor. Se muestran curvas tpicas en

la Figura 3.

Cualquier punto de la curva de dao trmico del motor representa un lmite de tiempo trmica a

un nivel especfi co de la corriente, o en otras palabras: "El lmite trmico defi ne el tiempo que un

motor puede soportar el nivel correspondiente de la corriente del estator sin exceda el lmitetrmico especifi cado por el motor fabricante "Detalles de la implementacin del modelo trmico.,

sobre la base de curvas de sobrecarga se dan en la siguiente seccin.

En esta seccin respondemos a dos importantes cuestiones tericas relativo a un modelo trmico

basado en el dao trmico del motor curvas (curvas de sobrecarga):


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1. Cul es la relacin entre las curvas de sobrecarga estndar y un modelo constante de tiempo

trmica single?

2. Tiene una curva de modelo trmico basado sobrecarga comportarse correctamente cuando se

utiliza en aplicaciones en las que la carga es no es constante?

Nos dirigimos a los anlisis matemticos de la fsica para responder tesis dos preguntas,

comenzando con un anlisis de una sola timeconstant modelo. El comportamiento termodinmico

de homognea cuerpo en reposo (motor) calentada por corriente elctrica se puede describir por

una sola ecuacin constante de tiempo trmica:

Aumento de la temperatura del motor por encima del ambiente

Es conveniente volver a escribir la ecuacin (1) en trminos de por unidad aumento de la

temperatura y la corriente por unidad:

En ese caso, la ecuacin (1) puede reescribirse como:

Por aumento de la temperatura unidad

Por unidad de corriente

Corriente nominal

Temperatura del motor en condicin de disparo lmite trmico

Corriente del motor

Capacidad de calor especfico del motor

Corriendo factor de disipacin de calor

Resistencia elctrica


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La temperatura mxima est relacionada con la corriente nominal de tal manera que

En ese caso, la ecuacin (3) puede ser reescrita .

La ecuacin (4) puede ser utilizado para analizar la respuesta trmica de un modelo nico

constante de tiempo a una sobrecarga constante. Puede ser se muestra que la solucin de la

ecuacin (4) para una sobrecarga constante, a partir de una condicin inicial en fro, est dada por:

La ecuacin (5) puede ser resuelto por la cantidad de tiempo necesario para el aumento detemperatura para alcanzar el lmite trmico del motor, es decir, T (t) = 1:

Desarrollar una comparacin entre una sola vez modelo trmico constante y curvas de sobrecarga,

nos dirigimos ahora nuestra atencin a las curvas de sobrecarga estndar, que se dan a travs de:

Para comparar las curvas de sobrecarga estndar, con el comportamiento de un solo modelo de

constante de tiempo, es til comenzar por reconocer que el numerador del lado derecho de la

ecuacin (7) se corresponde con una constante de tiempo:

Por unidad de corriente del motor (constante)

por aumento de la temperatura del motor unidad

Tiempo estimado por el modelo trmico simple para la temperatura del

motor para alcanzar el lmite trmico

Tiempo de viaje, segundo

Multiplicador de curva


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La ecuacin (6) y la ecuacin (8) se representan grficamente en la Figura 2. Con el fin de hacer

que las curvas se alinean para grandes valores de la corriente, que es necesario para satisfacer la

siguiente restriccin.

En otras palabras, a fin de que una curva de sobrecarga para que coincida con un modelo

constante de tiempo trmica solo durante una sobrecarga simple paso, la

constante de tiempo implicada por el multiplicador de la curva de sobrecarga debe ser igual a la

constante de tiempo del modelo timeconstant sola. En la Figura 2, la relacin entre el tiempo

dividido por el constante de tiempo se traza contra corriente por unidad. Se puede observar que,

aunque la ecuacin (6) no es exactamente la misma que la ecuacin (8), la aproximacin es muy

estrecha, en particular para grandes valores de la corriente. Para valores inferiores de corriente,

las curvas de sobrecarga estndar son una mejor aproximacin a las curvas tpicas de sobrecarga

del motor que un solo modelo de constante de tiempo. Eso es porque hay por lo menos dos

constantes de tiempo en la respuesta trmica de un motor.

Durante los intervalos de tiempo cortos, la respuesta trmica de un motor est dominado por

transferencia de calor desde el estator y conductores del rotor al hierro. Durante los intervalos de

tiempo ms largos, la respuesta trmica est dominado por la transferencia de calor de la plancha

al aire de refrigeracin. Un modelo de constante de tiempo sola no puede ser precisa en todo el

rango de operacin y tiende a sobreproteger un motor cuando se opera cerca de su carga

nominal. Una curva estndar de sobrecarga proporciona una proteccin que es un partido ms

cerca de lmite trmico del motor. La estrecha proximidad de las dos curvas para valores grandes

de la corriente no es una coincidencia porque ambos modelos son equivalentes a un modelo

adiabtica para grandes valores de la corriente. Esto se puede demostrar matemticamente por fi

nding el comportamiento asinttico de las dos curvas. En primer lugar, la ecuacin (8) se da

aproximadamente por:


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Una aproximacin similar puede ser muestra de mantener por la ecuacin (6) mediante la

reescritura y teniendo una expansin de Taylor en trminos de el recproco del cuadrado de lacorriente. En primer lugar, volvemos a escribir para mostrar explcitamente la dependencia de la

inversa del cuadrado de la corriente por unidad:

Entonces tomamos los dos primeros trminos de la expansin de la de Taylor con respecto ln (1 x)a x alrededor del punto x = 0:

La ecuacin (8) describe cunto tiempo va a tomar una curva de sobrecarga estndar para alcanzar

el lmite trmico de sobrecarga constante. Ahora dirigimos nuestra atencin a la forma de una

curva de sobrecarga estndar se comporta durante el ciclo de carga. Comenzamos con la ecuacin

diferencial que se utiliza para poner en prctica las curvas de sobrecarga estndar:

Para hacerse una idea de cul es la respuesta a una carga de ciclismo, vamos a considerar una

simple carga de ciclismo en el que los suplentes actuales entre vaco y un valor de sobrecarga:

0 =corriente durante el ciclo de baja

corriente durante el ciclo alto

intervalo de tiempo para el ciclo de baja

intervalo de tiempo para el ciclo alto


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Calentamiento del motor es proporcional al cuadrado de la corriente, por lo que la corriente

efectiva para la calefaccin durante el ciclo es:

La ecuacin (15) tambin se puede expresar en trminos de una relacin de ciclo de trabajo:

Si la corriente de calefaccin y se expresan en por unidad y la corriente de bajo ciclo es

aproximadamente igual a cero, la condicin lmite de estado estacionario para la desconexin del

motor se convierte en:

La ecuacin (17) defi ne la respuesta adecuada a un ciclo de trabajo. Se puede demostrar que un

solo modelo de constante de tiempo proporciona aproximadamente esta respuesta. La siguiente

pregunta es: cul es la respuesta de una curva de sobrecarga estndar a un ciclo de trabajo? El

anlisis de una curva estndar bajo condiciones de ciclos de carga mostrar que la respuesta es

correcta, y revelar la manera correcta establecer un modelo de curva de sobrecarga para que

coincida con el comportamiento especifi cado por la ecuacin (17). Debemos tener en cuenta los

valores de corriente por debajo de recogida, en el que nuestro modelo trmico del motor es defi

nida por la siguiente ecuacin diferencial:

El factor se incluye para que coincida con el calor y el fro puesto de veces especifi cado por el

fabricante del motor. Al incluir el factor en el clculo de refrigeracin, la curva de sobrecarga

valor eficaz de la corriente de carga

valor de calentamiento eficaz de la carga

Relacin de ciclo de

trabajo

constante de tiempo de enfriamiento

tiempo de parada en caliente

tiempo de parada fra


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caliente cambia de forma eficaz por la cantidad correcta con respecto a la curva de sobrecarga fro

para dar cuenta de la diferencia en "tiempo de viaje" de las condiciones de motor calientes y fras.

Para el ciclo de carga bajo consideracin, la corriente de carga durante la parte del ciclo es

aproximadamente igual a cero, por lo que la ecuacin diferencial dada por (18) se reduce a:

Tomados en conjunto, las ecuaciones (19) y (13) describen el comportamiento de nuestro modelo

durante el ciclo de carga supuesta. El aumento aproximado temperatura durante la parte de

sobrecarga del ciclo de carga estimado por la curva de sobrecarga se calcula multiplicando la

ecuacin (13) por el tiempo de sobrecarga:

El lmite de deteccin de sobrecarga se determina estableciendo el cambio de temperatura netoigual a cero. Esto implica que el total de los lados derechos de las ecuaciones (20) y (21) en su

conjunto es igual a cero:

La ecuacin (22) puede ser reorganizado para mostrar que las curvas de sobrecarga estndar

responden correctamente a las cargas de ciclismo. La ecuacin (22) tambin revela cmo

seleccionar adecuadamente los parmetros para una aplicacin ciclina carga:

La ecuacin (23) expresa la deteccin de lmites de sobrecarga real de un modelo de curva de

sobrecarga en trminos de su configuracin, el ciclo de trabajo, y la cantidad de sobrecarga.

Excepto por el factor de la ecuacin (23) es exactamente el mismo que el lmite de

deteccin de sobrecarga ideal, especificado por la ecuacin (17). La ecuacin (23) y la ecuacin

(17) ser idntica, siempre que se establece igual a uno que resulta en la siguiente

restriccin consistencia:

La ecuacin (24) representa una restriccin de consistencia en relacin el enfriamiento constante

de tiempo y el multiplicador de curva de una curva de sobrecarga estndar. Figura 9 muestra lo


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que puede suceder si no es satisfi ed. Hay tres casos que se muestran para una carga de ciclo con

un valor calorfico por unidad aproximada de uno. En el primer caso fi, el refrigeracin constante

de tiempo es demasiado largo resulta en exceso de proteccin y motor temprano tropezar. En el

segundo caso, el timeconstant refrigeracin se ajusta de acuerdo a la ecuacin (24) para que

coincida con la implcita constante de tiempo del multiplicador de curva y la proteccin sea

correcta. En el tercer caso, la constante de tiempo de enfriamiento es demasiado corto, lo que

resulta en menores de proteccin y un posible sobrecalentamiento del motor.

ALGORITMO DEL MODELO TERMICO

El algoritmo de modelo trmico fue desarrollado con el fin de crear la imagen trmica del motor y

siguen de cerca las condiciones trmicas de todos los estados de funcionamiento del motor. Los

siguientes estados de funcionamiento del motor se reconocen:

Motor parado: actual se encuentra por debajo del umbral de nivel cero y el dispositivo de

conmutacin del motor indica el estado abierto.

Motor de Arranque: Estado es declarada cuando el estado anterior era "Stopped" y la corriente

superior al 2% de los amperios a plena carga del motor se ha detectado. La corriente del motor

debe aumentar el nivel de captacin de sobrecarga (veces factor de servicio corriente a plena

carga) en 1 segundo por lo dems motor trasladar al siguiente estado: "Running"

Motor Running: Estado es declarada cuando el estado anterior era "Inicio" y las gotas de

corriente del motor por debajo del nivel de recuperacin de sobrecarga.

Sobrecarga del motor: Estado es declarada cuando el estado anterior era "Running" y la

corriente del motor aumenta por encima del nivel de arranque de sobrecarga.

FIG. curva de limite del modelo trmico


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Capacidad trmica utilizada (TCU) evala el estado trmico del motor. TCU se expresa como

porcentaje del lmite trmica utilizada durante el funcionamiento del motor. Segn IEEE Std 620-

1996 (10) el lmite trmico del motor se presenta en la forma de una curva de TimeCurrent para 3

posibles condiciones de sobrecarga de motor: rotor, la aceleracin y funcionamiento de

sobrecarga bloqueado. Cada punto de esta curva representa el tiempo mximo permitido salvar a

una corriente por encima de la carga normal del estator. TCU se actualiza de forma incremental

cada 100 milisegundos y el valor integrado de la TCU se almacena en la memoria trmica

registrarse MPD de acuerdo con la siguiente ecuacin.

El siguiente ejemplo puede ser un buen ejemplo de la acumulacin de TCU durante el arranque del

motor en fro; TCU inicial es igual a 0%. Motor patrn inicial (1) y la curva de rel de sobrecarga (2)

se muestran en la Figura 3.

Por simplicidad se supone que el intervalo de tiempo para la TCU actualizacin es de 1 segundo.

Cada punto de la corriente en esta parcela motor se corresponde con el nmero de segundos que

el motor puede soportar antes de tropezar con uno de sobrecarga. Los valores numricos que

muestran el progreso de la acumulacin de TCU durante 17 segundos de aceleracin del motor se

presentan en la tabla 2. Podemos observar que por el extremo de un xito a partir de la memoria

trmica del dispositivo de proteccin del motor (MPD) se acumula 46,7% de la TCU.

Tabla 2. Capacidad trmica utilizada (TCU) de clculo.


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Normalmente el fabricante del motor ofrece bloqueado curvas lmite trmico del rotor o rotor

bloqueado valores seguros parada de tiempo para 2 condiciones de motor: motor fro (motor @

temperatura ambiente) y el motor caliente (motor @ ambient + valorados aumento de

temperatura). Para distinguir entre las 2 condiciones de motor antes mencionados los parmetros

del motor adicional, Hot / Cold Stall Ratio Time (HCR) est incluido en el algoritmo de MPD. Estos

parmetros defi nir el aumento proporcional de la TCU del motor en funcionamiento a plena carga

a una temperatura asentado en comparacin con el motor descansando a temperatura ambiente.

Por ejemplo, supongamos que de acuerdo a las hojas de datos del motor del fro Safe tiempo de

parada es de 10 segundos y el tiempo de parada caliente seguro es de 8 segundos.

y por lo tanto el aumento de calentamiento que no se explica por el modelo trmico regular. Con

el fin de dar cuenta de este factor de calentamiento adicional, el equivalente

La idea es que la corriente de entrada en el modelo trmico est polarizado para reflejar el

calentamiento adicional causado por el componente de secuencia negativa de la corriente de

carga.

Donde:

IEQ= Corriente equivalente de calentamiento del motor.

IM= Corriente real del motor

I1= Componente de secuencia positiva de la corriente real del motor

I2= component de secuencia negative de la corriente real del motor

K=Factor de polarizacion desvalanceado.

El factor de polarizacin desvalanceado K refleja el grado de calentamiento adicional causado por

el componente de secuencia negativa de la carga actual y puede ser definida como la relacin de

secuencia positiva de la resistencia del rotor a secuencia negativa. Esto es practico y muy efectivo

al utilizar el mtodo de estimacin que define el factor K. Las ecuaciones para estimaciones tpicas

y conservadoras se representan a continuacin.


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Donde: ILCR es la corriente de motor bloqueado.

De la causa, con el fin de proporcionar un modelo trmico completo del el motor en servicio, elproceso de enfriamiento debe tenerse en cuenta.El enfriamiento se caracteriza por constantes de tiempo de enfriamiento.Estas constantes definen la velocidad de enfriamiento bajo detenido y corriendo condiciones de

funcionamiento.

Cuando el motor est funcionando a plena carga, el TCU acumulado durante el arranque del motorse atenan exponencialmente y se estabiliza en el nivel de juego del TCU en condiciones trmicascalientes del motor.

Si la carga del motor es menor, entonces, evidentemente, el punto de equilibrio trmico se reduceproporcionalmente.El motor parado tambin se somete a la disminucin exponencial de la TCU almacenado en lamemoria trmica MPD durante el funcionamiento del motor.

La ventilacion natural del motor en giro o la ventilacion forzada por medio de los ventiladoresespeciales instaladas en el eje de la mquina causan una velocidad de enfriamiento mucho msalto de la mquina en funcionamiento en comparacin con el motor parado, tpicamente la relacin

es de 2:1.

Aplicaciones de la proteccin del modelo trmico del motor.

Por lo tanto 2 Constantes de tiempo de enfriamiento separadas se utilizan en el modelo del

Algoritmo trmico. Las ecuaciones para calcular la decadencia de la TCU refrigeracin del motor

son las siguientes:

Donde:

Es el valor inicial de TC acumulada por el momento en que se inicia

el enfriamiento;

Es la duracin de enfriamiento.

Es la constante de tiempo de enfriamiento.

Es el nivel de estado estacionario de TC

La condicin de estado de equilibrio trmico para el motor en posicin todava es la temperaturaambiente, que es correspondiente a:

TCU END (%) = 0


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La condicin de estado de equilibrio trmico para el motor en marcha se calcula

como:

Donde:

I eq= es el valor equivalente de calentamiento de corriente acumulado por el

momento de enfriamiento.

SF= es el factor de servicio de el motor

FLA= es la corriente del motor a plena carga.

HCR= es el tiempo de paro seguro de frio a caliente con relacin al tiempo.

En algunas situaciones imprevistas, cuando la refrigeracin del motor est

bloqueado a temperatura ambiente se desva significativamente del valor estndar

de la industria (40 C), se hace difcil de reproducir con precisin la condicin

trmica del motor basndose nicamente en la corriente medida. Es por eso que

es prctico aplicar un algoritmo independiente, calculando TCU mediante RTD del

estator (detectores de temperatura por resistencia) y corregir el modelo trmico

hacia arriba si es necesario.

La curva del RTD-TCU es construida basada en 3 puntos clave.

Vea la figura 4 para los detalles.

1.- polarizacin minima del RTD

Se establece en 40 C o otro valor de la temperatura ambiente, si la sonda

apropiada est disponible. TCU es igual a 0%.

2. poralizacion de medio punto del RTD


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La temperatura del punto medio se establece de acuerdo a la temperatura de la

corriente del motor y se calcula como sigue:

Aumento de la temperatura + temperatura ambiente

Por ejemplo: el aumento de la temperatura de los motores NEMA Clase B con

1,15 de Factor de servicio, es de 90 C. As, el valor de la temperatura para este

punto es de 130 C. La cantidad TCU para este punto es el valor de una condicin

de funcionamiento en estado estacionario @ carga nominal del motor, y se puede

encontrar como:

TCUCENTER= (1HCR)100%

3. polarizacin mxima del RTD

Este punto se establece en el aumento de temperatura igual al lmite de

aislamiento trmico del motor.

Normalmente, para la clase de aislamiento NEMA B Class Motors es F con

aumento de temperatura superior a la ambiente de 115 C.

La TCU en el punto de temperatura mxima es igual a 100%.

La Tasa de variacin del TCU entre los puntos adyacentes se aproxima como

lineal.


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5. comportamiento del modelo trmico en diferentes condiciones de operacin.

Con el fin de ilustrar cmo TCU vara durante el funcionamiento del motor

revisemos los siguientes datos del motor y las secuencias operativas.

Supongamos que los siguientes datos del motor estn disponibles para nosotros.

Las curvas de limite trmico estn representadas en la figura 3.

los tiempos rotor bloqueado del motor en frio y caliente al 100% de la

tensin del sistema son 34 y 26 segundos respectivamente. En el 80% de la

tensin del sistema en fro y caliente bloqueada del rotor tiempos son de 50

y 38 segundos respectivamente.

La aceleracin del motor a 100% de la tensin del sistema es de 17

segundos. La correinte Mxima de rotor bloqueado es 6 veces mayor que la

de amperes de plena carga (FLA). La curva de sobrecarga MPD que

empleamos como un lmite para calcular TCU, se muestra en la Figura 3.Tenga en cuenta que la ubicacin de esta curva se encuentra entre las

curvas lmites trmicos fros y calientes suministrados por el fabricante del

motor. La relacin de tiempo-corriente en esta curva es por la ecuacin

siguiente:

Las constantes de funcionamiento y paro de enfriamiento del motor son

respectivamente 20 y 40 minutos. Factor de servicio de motor= 1,15.

Factor de desbalanceo de corriente: 6

Secuencia 1. Operacin combinada

Estado A. En un principio el motor est a temperatura ambiente. TCU = 0%. El

motor est listo para comenzar.

Seccin AB. El motor se pone en marcha con xito en el voltaje 100%. Tiempo de

aceleracin = 17,1 segundos, TCU acumul durante el arranque es 46,7% (Los

detalles estn en la Tabla 2)

Seccin BC. El motor tiene una duracin de 45 minutos a una carga constante de

80% con 10% de desequilibrio de corriente. TCU por el final del perodo, decae

exponencialmente a nivel de 19,5%. TCU se calcula por la ecuacin 25.


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CD Seccin. El motor funciona a 125% de sobrecarga equilibrado durante 15

minutos. Incrementos de TCU en el nivel de 67,7%.

Seccin DE. El motor funciona a 125% de sobrecarga con un 10% de desequilibrio

actual hasta que la capacidad trmica alcanza el 100% y el rel del motor offl ine

en 8,5 minutos. No est bien ilustrado en el grfico, pero la adicin dedesequilibrio de corriente en el estado de sobrecarga se ejecuta disminuye el

tiempo de viaje en 1,5 minutos o 15% (el tiempo de disparo por sobrecarga

equilibrada calculado para la seccin de DE es 10 minutos).

Seccin EF. El motor est en reposo y se enfra a temperatura ambiente durante

150 minutos. TCU decae aproximadamente 0 nivel. La velocidad de enfriamiento

es 2 veces ms lento que de el motor en marcha.

Secuencia 2: Parada del Motor

El motor puede daarse seriamente si se produce una parada del rotor durante el

intento de arranque. Puesto que puede ocurrir debido a una rotura mecnica o un

error humano. El motor se ha inclinado consume corriente igual a amperios delrotor bloqueado. El Tiempo de rotor bloqueado (LRT) y valores proporcionados por

el fabricante del motor especifican el lmite trmico del motor en condiciones

ambiente y nominal. Tpicamente LRT es especificado para el motor comienza

realizando en 80% y 100% de las tensiones de la red.


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Las figuras 6 y 7 muestran cmo el modelo trmico proporciona una proteccin

adecuada en las que el motor se desconecta antes de que se alcance el lmite

trmico. Esta situacin ha sido evaluada para las condiciones de motor calientes y

fras en tanto 100% y el 80% de las tensiones de la red aplicada al motor.

Secuencia 3. Ejecucin de sobrecarga.

Tres diferentes escenarios son considerados:

El motor es sobrecargado inmediatamente despus de el arranque en frio.

Una sobrecarga se aplica al motor que se inici, y, antes de la sobrecarga,

funcionar en vaco durante 2 horas.

Una sobrecarga se aplica al motor que se ha iniciado y, antes de la

sobrecarga, funcionan a plena carga durante 2 horas.

La sobrecarga que se aplic en los tres casos fue de 125% de los valores del

motor a plena carga Amperios trmicos de motores de lmite de tiempo para

permitir la aplicacin de una sobrecarga de 125% para el motor fro y caliente de

50 y 29 minutos, respectivamente (los datos se pueden encontrar en La Figura 3).

El primer caso fi se caracteriza por la generacin de calor intenso en las barras del

rotor durante el arranque. Inmediatamente despus, la puesta en marcha del

motor, la sobrecarga se calienta el bobinado del esttor que impiden la

transferencia de calor al medio ambiente. Esta situacin presenta un grave

impacto trmico y el motor se toma ine offl ms rpido en comparacin con los

otros dos casos. Tiempo de viaje en este caso es de 16,3 minutos. El segundo

escenario presenta una sobrecarga del motor a la temperatura ambiente. TCUinicial es 0%. De acuerdo con el modelo trmico clculos del algoritmo, el viaje se

llevar a cabo 31 minutos despus de aplicar la sobrecarga, lo que es ms bajo

que el lmite del motor en fro (50 min). En una aplicacin real, la temperatura del

motor en funcionamiento sin carga es tpicamente ms alta que la temperatura

ambiente, a causa de las prdidas del motor asociados. Este hecho explica por

qu es necesario el margen signifi cativa entre el tiempo de disparo por

sobrecarga en fro (31 min) y el lmite trmica fra (50 min).

El tercer escenario muestra la sobrecarga caliente (es decir, el motor se supone

que es a la temperatura nominal). La TCU inicial en este caso, el momento antesde que se aplique la sobrecarga, es 25%, por lo que el tiempo de disparo es

proporcionalmente menor, en comparacin con la sobrecarga de fro. Tiempo de

disparo en este caso es de 23 minutos, que es ms bajo que el lmite trmico

caliente (29 minutos).


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Secuencia 4. Arranque consecutivo.

Por norma NEMA MG1 (11) Se requieren los motores de induccin medianas y

grandes para soportar trmicamente:

2 salidas consecutivas, cabotaje para descansar entre arranques con el motor

inicialmente a temperatura ambiente (arranque en fro)

Un arranque con el motor inicialmente a temperatura de funcionamiento nominal

de carga (arranque en caliente)

Un ejemplo de la respuesta del modelo trmico de partida consecutiva se muestra

en la Figura 8.

Como puede ver, el modelo trmico proporciona la secuencia de arranque

requerido por NEMA.

Una mejora importante para el algoritmo trmica es la funcin de inhibicin de

marcha, que se emplea para evitar que el motor excesiva a partir de los casos en

que no hay suficiente capacidad trmica disponible para llevar a cabo un exitoso

comienzo. Inteligente moderno


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Dispositivos de proteccin son capaces de aprender y almacenar, en la memoria

no voltil, el valor de TC utilizado por el motor durante el arranque con xito y

utilizar este valor en el algoritmo de inhibicin de marcha.

5. carga cclica.

De acuerdo con las consideraciones discutidas en una seccin anterior de este

artculo, el principal criterio para la respuesta adecuada de un modelo trmico de

carga cclica es la adecuacin de la calefaccin implcita constante de tiempo de lo

explcito de funcionamiento refrigeracin constante de tiempo (vase la ecuacin

24). Revisemos una carga cclica equilibrada (es decir, el calentamiento efectivo)

(ecuacin 16), de 1. Despus de que el arranque en fro, el motor vara la carga

cada 30 segundos a entre 20% y 160% de la corriente a plena carga. Por la

ecuacin 24, la constante de enfriamiento de funcionamiento se calcula de la

siguiente

A fin de proporcionar una respuesta modelo trmico ms precisa a las condiciones

de carga cclica, el enfriamiento constante de tiempo debe ajustarse al valor

calculado. Al mismo tiempo, este cambio (de 20 a 17,5 minutos) causara ningn

impacto signifi cativo a las otras secuencias de funcionamiento del motor. La

Figura 9 demuestra la importancia de la refrigeracin valor constante en el modelo

de respuesta trmica a las condiciones de carga cclica.

Tres casos se muestran durante un ciclo de carga con una unidad de valor

calorfico eficaz por aproximada de uno. En el primer caso fi, el enfriamiento

constante de tiempo se fija a largo, lo que resulta en una proteccin excesiva y

prematura modelo trmico de disparo. En el segundo caso, la constante de tiempo

de enfriamiento se ajusta para que coincida con la implcita constante de tiempo

del multiplicador de la curva, y el modelo trmico responde adecuadamente. En el

tercer caso, la constante de tiempo de enfriamiento se fija a corto, resultando en

menores de proteccin y un posible sobrecalentamiento del motor.


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Secuencia 6: A partir de cargas de alta inercia

El algoritmo de modelo trmico tiene una mejora adicional que permite la

coordinacin de la proteccin con alta inercia comienza mucho, mientras que el

tiempo de aceleracin es mayor que el tiempo de bloqueo del motor seguro. La

curva de lmite trmico dinmico dependiente de la tensin se emplea para tener

en cuenta diferentes lmites trmicos correspondientes a los niveles actuales de

aceleracin en los diferentes voltajes terminales del motor. La figura 10 muestra

un ejemplo de un 100% de tensin de arranque alta inercia duracin 17 segundos

(curva 1), y un lmite de tiempo de rotor bloqueado de 8 segundos (curva 4). En

realidad la curva 4 implica la lnea de la misma I T. En muchas aplicaciones dearranque de motor cortos es razonable conservadora aproximada que el lmite

trmica sigue siendo el igual durante la aceleracin del motor. En las aplicaciones

de inicio cortos un error introducido por esta suposicin no impide que el motor

arranque con xito. La curva de lmite trmico es por lo tanto construido a partir de

secciones 2, 3 y 4. Si el mismo enfoque es aplicada al caso mostrado en la Figura

10, que se traducir en la TCU llegar a 100% en el medio de la aceleracin (Figura

11, curva 1).

Como hemos mencionado en apartados anteriores de este artculo, ya que el

lmite trmico es una funcin de la velocidad del motor durante la aceleracin, ellmite trmico de aceleracin (curva 5) muestra de forma diferente desde el lmite

de rotor bloqueado. Cada punto de la curva 5 se corresponde al valor de la

corriente que, a su vez, corresponde a la rotacin del motor velocidad durante el

arranque. En base a esto, podemos indirectamente fi nd la referencia entre la

velocidad del motor y el lmite trmico, y construir un motor curva de lmite trmico

actualizada que se incluir las secciones 2 y 5 se muestran en la Figura 10.


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duracin 17 segundos (curva 1), y un lmite de tiempo de rotor bloqueado de 8

segundos (curva 4). En realidad la curva 4 implica la lnea de la misma I T. En

muchas aplicaciones de arranque de motor cortos es razonable conservadora

aproximada que el lmite trmica sigue siendo el igual durante la aceleracin del

motor. En las aplicaciones de inicio cortos un error introducido por esta suposicin

no impide que el motor arranque con xito. La curva de lmite trmico es por lo

tanto construido a partir de secciones 2, 3 y 4. Si el mismo enfoque es aplicada al

caso mostrado en la Figura 10, que se traducir en la TCU llegar a 100% en el

medio de la aceleracin (Figura 11, curva 1).

Como hemos mencionado en apartados anteriores de este artculo, ya que el

lmite trmico es una funcin de la velocidad del motor durante la aceleracin, el

lmite trmico de aceleracin (curva 5) muestra de forma diferente desde el lmite

de rotor bloqueado. Cada punto de la curva 5 se corresponde al valor de la

corriente que, a su vez, corresponde a la rotacin del motor velocidad durante el

arranque. En base a esto, podemos indirectamente fi nd la referencia entre la

velocidad del motor y el lmite trmico, y construir un motor curva de lmite trmico

actualizada que se incluir las secciones 2 y 5 se muestran en la Figura 10.

La nueva curva ayuda a lograr un arranque exitoso motor (Figura 11, curva 2) a

pesar de que el tiempo seguro rotor bloqueado es ms corto de periodo de

aceleracin. El mtodo de proteccin se describe anterior es relevante para una

situacin ideal con un terminal constante tensin de 100%.

En realidad, la tensin del sistema se puede desviar de 100% debido a la cada de

tensin durante el arranque del motor. La corriente del rotor bloqueado (LRC) escasi directamente proporcional a la tensin aplicada al los terminales del motor

durante la aceleracin, este hecho hay que teneren consideracin por la etapa de

aceleracin de la trmica lmite se utiliza en el algoritmo de modelo trmico


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La Fig. 10. Dependiente de la tensin Curvas lmite trmico

Por ejemplo, para un comienzo tensin de 100% (Figura 10, curva 1) el lmite

trmico del rotor bloqueado se calcula sobre la base de una LRC de 6 veces la

corriente a plena carga (FLC) y 8 segundos de la permitido bloqueado tiempo

seguro del rotor, y I T es igual a 288. Despus de 14 segundos, el motor se

acelera a aproximadamente el 80% de la velocidad nominal y la corriente cae

hasta el nivel de 4,8 veces mayor que la de FLC. El tiempo permitido para soportar

4,8 FLA para esta etapa de la aceleracin es de 40 segundos; I T = 922. Ahora

consideremos la misma aplicacin reduce a tensin de inicio 80% (Figura 10,

curva 7). LRC a 80% es 4,8 veces de FLC. En el caso de tensin de 100%

sabemos que la condicin de rotor bloqueado se hace referencia al lmite trmico

de 288, y el tiempo permitido bloqueada segura rotor para una tensin de 80% los

rendimientos de inicio 12,5 segundos, pero de acuerdo a la curva de lmite de laaceleracin trmica (Figura 10 , seccin 5) la hora lmite trmico correspondiente a

4.8FLC es de 40 segundos, que es mucho ms alto que el valor permitido. Esto

significa que si el

motor se bloquea en las condiciones de voltaje reducido se hace underprotected y

parece estar en verdadero peligro de quemarse. Para manejar esta situacin, el

modelo trmico est equipado con un mecanismo capaz de responderdinmicamente a las variaciones de tensin durante el arranque del motor. Lnea 6

en la Figura 10, muestra la nueva posicin de la curva de aceleracin 4,

desplazado en respuesta a la reduccin de la tensin a 80%. El inicio con xito

bajo estas condiciones de operacin se muestra en la figura 11, la curva 3. Esta

tcnica proporciona una proteccin trmica adecuada en los casos de aplicacin

de la carga de alta inercia. En algunos casos en los que la diferencia entre el lmite


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trmico rotor bloqueado y condiciones de aceleracin no es claramente identifi

cado, este elemento debe ser apoyada con un sensor de velocidad cero.

Este estudio de caso examina el proyecto de solicitud de ventilador inducido (ID)

en la Unidad de Brown AB 2 Ccatalytic Reduccin Selectiva (SCR) del proyecto,

que se encuentra en Evansville, Indiana. Unidad 2 es propiedad de VectrenCorporation, y el papel de Negro & Veatch (B & V) en este proyecto fue la

construccin de una planta SCR en esta planta. El alcance del proyecto SCR de

trabajo incluy la modificacin de los fans de identificacin de los proyectos de las

prdidas de catalizador. Los motores fueron accionados de 13,8 kV de

conmutacin.

6. Descripcin de la aplicacin

Este estudio de caso examina el proyecto de solicitud de ventilador inducido (ID)

en la Unidad de Brown AB 2 Ccatalytic Reduccin Selectiva (SCR) del proyecto,

que se encuentra en Evansville, Indiana. Unidad 2 es propiedad de Vectren

Corporation, y el papel de Negro & Veatch (B & V) en este proyecto fue la

construccin de una planta SCR en esta planta. El alcance del proyecto SCR de

trabajo incluy la modificacin de los fans de identificacin de los proyectos de las

prdidas de catalizador. Los motores fueron accionados de 13,8 kV de

conmutacin.

Caractersticas del motor y datos

Tabla 3. Bsico de Datos del Motor

La Tabla 3 presenta la informacin del motor perteneciente a los motores de los

ventiladores ID.


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Motor caractersticas de arranque y trmicos El fabricante del motor siempre que

la curva de lmite trmico bajo rotor bloqueado, la aceleracin, y corriendo las

condiciones de sobrecarga, as como las curvas de tiempo-corriente durante la

aceleracin a la tensin nominal y al mnimo especifi cado tensin de arranque.

Algunas de las caractersticas del motor importantes (de la hoja y las curvas de

datos del fabricante) se resumen en la Tabla 4.

tabla 4 Arranque del motor y trmica Caractersticas Lmite

Filosofa Proteccin

Los fans de identificacin en el proyecto AB Brown se alimentan de un kV del

sistema elctrico auxiliar 13,8 y estn protegidos por un dispositivo de proteccin

del motor multifuncin (MPD). Las filosofas fundamentales utilizadas en el

establecimiento de la MPD son las siguientes:

El rel proporciona la proteccin trmica del motor durante las condiciones de

arranque o de funcionamiento anormales, la prevencin de dao trmico para el

motor (es decir, se coloca la curva de MPD por debajo de las curvas de dao

trmico del motor).

El rel permite que el motor se ha iniciado correctamente


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sin disparos inconvenientes, de acuerdo con el nmero de arranques y las

caractersticas trmicas / refrigeracin recomendadas por el fabricante

Los ajustes del rel permiten una adecuada coordinacin con el respectivos

empate y principales disyuntores en el autobs KV 13.8 a la que los motores estn

conectados.

Normalmente los B & V especifi caciones requieren el diseo del motor para

cumplir con el siguiente criterio:

"Motor tiempo de parada de seguridad en tensin inicial mnimo no podr ser

inferior a tiempo de aceleracin del motor a la tensin mnima de arranque,

adems de 2 segundos." El fabricante del motor no pudo cumplir con este requisito

para esta aplicacin de alta inercia e indic que un interruptor de velocidad se

proporciona en lugar de este requisito. La opcin de cambio de velocidad no se

utiliz debido a que el MPD proporciona una gama de opciones de configuracin

para la funcin de sobrecarga. El MPD se estableci originalmente con la funcin

de curva de sobrecarga personalizada para que coincida con las caractersticas

del motor, adems de todos los criterios de proteccin que figuran ms arriba.

Problemas durante el inicio de los fans de Identificacin

El problema al que se enfrent el equipo de puesta en marcha durante el inicio fue

que los retrasos de puesta en hora del motor sucesivas determinadas por el

modelo trmico MPD eran incompatibles con lo permitido por el fabricante del

motor. La hoja de datos del motor permite las siguientes caractersticas de

funcionamiento:

Dos arranques en fro sucesivas o un arranque en caliente.

Despus de esta secuencia de un nuevo comienzo despus de que se le

permitira

cualquiera de los siguientes:

- Un perodo de enfriamiento de 40 minutos si el motor estaba funcionando a carga

factor de servicio y luego se detuvo.

- Un perodo de enfriamiento de 10 minutos si el motor estaba en marcha sin carga

y luego se detuvo.


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- Un perodo de enfriamiento de 20 minutos si se desactiva el motor en inercia de

reposo, y se deja inactivo.

Se observ que el MPD se retrasa el reinicio por 40 a 43 minutos despus de cada

intento de arranque, sin importar si se trataba de un segundo arranque en fro o la

ECS rearranque fi. Este comportamiento era inaceptable para el cliente que quera

fro arranque confiable, as como un tiempo de reinicio en consonancia con lo

indicado por el fabricante del motor. Algunos de los parmetros de motor

registrados en el MPD durante la puesta en marcha de uno de los ventiladores son

los siguientes:

Los valores ms calientes de IDT: 70 C.

aprend Corriente de arranque: 1.085 A.

El promedio de carga del motor: 60 por ciento de la corriente nominal.

Tambin se observ que el modelo trmico MPD se estaba acumulando casi toda

la capacidad trmica disponible incluso durante la primera fi exitoso comienzo fro,

evitando as el motor de la realizacin de un comienzo sucesiva. El MPD no

permiti un reinicio durante 40 a 43 minutos, debido a la funcin de inicio de

inhibicin que impeda que ms se reinicia cuando la capacidad trmica disponibleno era suficiente para un comienzo exitoso. Este desempeo fue declarada

incompatible con las recomendaciones del fabricante del motor. B & V solicitaron a

la participacin del motor y fabricantes de rels para resolver este problema

aparente.

Solucin al problema

B & V estrecha coordinacin con todas las partes, y las siguientes medidas sepusieron en marcha en secuencia:

El fabricante del motor ofrece las siguientes recomendaciones sobre los ajustesdel modelo trmico del MPD:- Utilice la opcin curva de sobrecarga dependiente de la tensin disponible en elMPD, y lo puso en relacin con la curva de dao trmico del motor.- Para mejor modelo del motor durante los 9 minutos de perodo de costa haciaabajo, disminuir el enfriamiento dejado de constante de tiempo de 12 minutos.


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- Disminuir el margen de seguridad en la funcin de inicio de inhibicin paraacortar el tiempo de bloqueo entre arranques. (El margen de seguridad se cambi25-5 por ciento.) Actuando sobre estas recomendaciones, el fabricante del rel, B & V, y elfabricante del motor colaboracin crtica la coordinacin de proteccin del motor y

de los puntos de ajuste del rel. Se tomaron las siguientes acciones:- La curva de rel de sobrecarga se cambi a la curva de sobrecarga dependientede la tensin, con los puntos de relevo revisadas sobre la curva trmica calientepara la zona de inicio.- El enfriamiento detenido constante de tiempo se program hasta 12 minutos, quepasa de 16 minutos.- El tiempo de aceleracin fue cambiado a 35 segundos debido a que el motor seobserv para iniciar y acelerar satisfactoriamente, en aproximadamente 28segundos.- La capacidad de punto de margen usado trmica se cambi 25-5 por ciento.- El bloque de funcin se dej correr en, y el nmero mximo de arranques seprogram para ser 2, el tiempo entre el comienzo fue programado para 0.- El bloque de reinicio se activa y establece en 10 minutos (600 segundos) paracumplir con los requerimientos del motor de marcha libre para descansar (9minutos) despus de haber sido desactivado, antes de que se le permitira elnuevo comienzo.- El sesgo RTD del modelo trmico se ha desactivado porque no era apropiadopara esta aplicacin. Es importante mencionar que el B & V, como parte del diseode control, siempre programas de una alarma en el rel para alta temperaturabasado en entradas de RTD.- El ajuste del nivel de alarma de capacidad trmica se dej a 85 por ciento quereajustar ms adelante si es necesario.

Funcion?Los esfuerzos sinrgicos a la resolucin de problemas entre los B & V, elfabricante del rel, y los fabricantes de motor dio sus frutos. La aplicacin de lasobrecarga de voltaje dependientes curvas resuelto el problema de motor fiable departida, y el motor sucesivas retardo de reinicio se redujo a alrededor de 20minutos para la satisfaccin del cliente. Los aficionados se han encargado conxito y ahora se ejecuta sin problemas en el A.B. Brown planta.

Las lecciones aprendidas de esta experienciaEl estudio de caso citado pone de relieve la necesidad de flexibilidad y lacolaboracin entre todas las partes y, sobre todo, un enfoque orientado al clientepara estudios de coordinacin de rels para aplicaciones de motores complejos.Las siguientes son algunas de las lecciones ms destacadas: El ingeniero de aplicacin en el mdulo debe obtener informacin precisa sobreel motor antes de disear los ajustes del rel. A este respecto, es importante quelas curvas de aceleracin certificados del motor proporcionados por el proveedordel motor coincide con las condiciones reales. Adems, la refrigeracin adecuadaconstantes de tiempo recomendados por el fabricante del motor, debe ser


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programado en el rel de modo que el comportamiento del motor puede sersimulado con precisin.

El fabricante del motor deber ser consultado y pidi estar de acuerdo en lascurvas de seleccin del rel de sobrecarga en aplicaciones donde el motor de

arranque curvas y las curvas de dao trmico estn muy cerca uno del otro. Lasolucin que se lleg en el AB Brown estudio de caso, donde una parte de la curvade sobrecarga se encuentra en las curvas trmicas del motor, no habra sidoposible sin el acuerdo del fabricante del motor. Se deben hacer todos los esfuerzos para lograr un funcionamiento seguro delmotor y la coordinacin adecuada con otros dispositivos y, al mismo tiempo,satisfacer las expectativas de funcionamiento de la aplicacin.

7. ConclusionesEl moderno mercado industrial tiene una fuerte demanda de una simple fiable,precisa, multifuncional MPD, diseado de acuerdo con normas de la industria. Elelemento principal de un MPD es el modelo trmico, que debe crear una imagenprecisa de las condiciones trmicas del motor en cualquier fase de la operacin dela mquina protegida.Consideraciones tericas demuestran que un modelo trmico simplificado basadoen un modelo constante de tiempo nica equivalente, y las curvas de sobrecargadel motor coincidan con los estndares de los fabricantes para los lmites trmicos,pueden proporcionar una proteccin adecuada a un nivel de precisin deseablepara este tipo de aplicacin. Puede demostrarse claramente que si la constantetrmica implcita de la curva de sobrecarga corresponde la constante deenfriamiento explcita del motor en marcha, el algoritmo calcula el rel de imagentrmica correcta del motor durante un ciclo de carga.

Una explicacin detallada del algoritmo trmica en realidad proporciona lasherramientas necesarias para el clculo de la capacidad trmica para, literalmente,cualquier aplicacin. En muchos casos, es til para evaluar el comportamiento delmodelo trmico antes de encender el motor y comparar los resultados con lasrestricciones de funcionamiento dictadas por el fabricante del motor. Anlisis desecuencias motoras tpicos basados en datos de especificacin de motor realesmuestra cmo el algoritmo de modelo trmico aplicado en un MPD puede manejarcon xito excesiva deber el funcionamiento del motor y evitar elsobrecalentamiento del estator y rotor, as como la mquina de desconexinprematura debido a la sobreestimacin trmica.Miles de sistemas de proteccin de motores que emplean el algoritmo propuestotrmica se han instalado con xito en diversas aplicaciones de motor. Sinembargo, en unos pocos casos, el ajuste de la proteccin trmica del motor no estan sencillo como lo es en la mayora de los casos.El estudio de caso Brown AB presenta una situacin nica en la que la estrechacoordinacin entre las partes implicadas (el usuario final, el ingeniero deaplicacin, el fabricante del dispositivo y el fabricante del motor) permite elrefinamiento de la informacin relacionada con la aplicacin, de modo que la


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proteccin trmica adecuada y la coordinacin la puesta en marcha podra serproporcionada

Completo-fundamentos Del Modelo Termico Del Motor y Aplicaciones en La Proteccion Del Motor

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