Động cơ điện là thiết bị cần thiết biến đổi năng lượng điện thành cơ năng (dưới dạng mômen quay của trục). Năng lượng điện có thể là dòng điện xoay chiều một pha hoặc nhiều pha được cung cấp từ lưới điện hoặc dòng điện một chiều từ nguồn thay thế.
Nhưng cũng giống như mọi thiết bị có mạch điện, có khả năng xảy ra hiện tượng quá nhiệt dây dẫn, nguy cơ hỏa hoạn và điện giật đối với động cơ điện. Các kỹ sư giảm thiểu những rủi ro này bằng cách bao gồm bộ ngắt mạch trong mạch động cơ điện, điều này chỉ đơn giản là làm (hoặc đứt) mạch động cơ điện trong điều kiện bình thường (hoặc lỗi).
Tuy nhiên, để đạt được hiệu suất mong muốn của bộ ngắt mạch động cơ, các kỹ sư phải kích thước chính xác và chỉ định bộ ngắt mạch lý tưởng cho ứng dụng cụ thể. Bài viết này trình bày thông tin hữu ích về bộ ngắt mạch động cơ, bao gồm một số cân nhắc và tính toán thiết kế chính.
Làm thế nào để một bộ ngắt mạch động cơ hoạt động?
Bộ ngắt mạch được thiết kế để ngắt (hoặc ngắt mạch động cơ khỏi nguồn cung cấp chính) khi dòng điện mạch động cơ vượt quá định mức của bộ ngắt mạch, ngăn ngừa hư hỏng động cơ.
Hãy xem xét một tình huống trong đó bộ ngắt mạch 40 amp được chỉ định cho mạch động cơ điện. Có nghĩa là bộ ngắt mạch sẽ hoạt động ở 40 amp bất kể loại tải mà động cơ phải chịu.
Từ ví dụ này, sẽ hợp lý nếu sử dụng bộ ngắt mạch 100 A cho mạch động cơ 40 A, phải không? Sai! Một cầu dao quá khổ cũng tệ (hoặc thậm chí tệ hơn) so với một cầu dao nhỏ hơn: nó sẽ không bảo vệ mạch động cơ khỏi dòng điện sự cố và có thể làm cháy và hỏng động cơ.
Điều 430 của Bộ luật Điện quốc gia (NEC) quy định các quy tắc và cân nhắc để định cỡ chính xác các thiết bị bảo vệ quá tải .
Máy tính kích thước bộ ngắt mạch động cơ điện và Điều 430 của Bộ luật Điện Quốc gia (NEC)
Mã điện quốc gia (hay NFPA 70) là tiêu chuẩn được áp dụng rộng rãi để lắp đặt an toàn các bộ phận và hệ thống điện, bao gồm cả mạch động cơ điện. Nó cung cấp các hướng dẫn lắp đặt điện để ngăn ngừa hỏa hoạn và các tai nạn điện khác.
Điều 430 của NEC quy định rằng đối với động cơ làm việc liên tục được đánh dấu với hệ số dịch vụ từ 1,15 trở lên và nhiệt độ tăng lên 40 ° C, các kỹ sư nên đặt kích thước thiết bị bảo vệ quá tải không quá 125% định mức cường độ dòng điện đầy tải của động cơ. Điều 430 của NEC cũng nói rằng tất cả các động cơ khác phải có kích thước bằng 115% định mức cường độ dòng điện đầy tải của động cơ.
Hãy xem xét ví dụ về một động cơ điện có hệ số hoạt động là 1,15 và đánh giá cường độ dòng điện đầy tải là 25A. Bộ ngắt mạch cần thiết cho ứng dụng này phải có kích thước như sau:
Vì định mức dòng điện quá tải không được lớn hơn 125% FLA, nên các kỹ sư có thể chọn định mức bộ ngắt mạch thấp hơn tiếp theo, ví dụ: 31 A.
Lưu ý: Có thể dễ dàng thu được xếp hạng cường độ dòng điện đầy tải của động cơ từ bảng tên động cơ hoặc thông qua tính toán. Các kỹ sư cũng có thể có được những xếp hạng này bằng cách liên hệ với các nhà sản xuất động cơ.
Công thức tính ngắt mạch: Cường độ dòng điện đầy tải của động cơ (FLA)
Công thức đánh giá cường độ dòng điện đầy tải cho mạch một pha và ba pha được trình bày dưới đây:
FLA cho động cơ một pha khi định mức công suất (Pout) được đo bằng kilowatt
FLA cho động cơ một pha khi định mức công suất (Pout) được đo bằng mã lực
FLA cho động cơ ba pha khi định mức công suất (Pout) được đo bằng kilowatt
FLA cho động cơ ba pha khi định mức công suất (Pout) được đo bằng mã lực
Chú thích:
Pout = sản lượng điện cơ học
PF = Hệ số công suất
V = Điện áp đường dây
E = Hiệu suất của động cơ
Hãy nhớ rằng kích thước bộ ngắt mạch này chỉ xem xét tình trạng quá tải của động cơ, xảy ra khi hoạt động của động cơ (vượt quá định mức thông thường, đầy tải của nó) kéo dài trong một thời gian đủ dài để làm hỏng hoặc quá nóng động cơ. Khi chỉ định mạch động cơ, các kỹ sư cũng cần xem xét bảo vệ quá dòng.
Bảo vệ quá dòng động cơ
Quá dòng là khi dòng điện trong dây dẫn động cơ vượt quá dòng điện định mức của động cơ hoặc cường độ của dây dẫn của nó. Hãy nhớ rằng quá dòng thường là tác động của quá tải. Tuy nhiên, một số yếu tố khác cũng gây ra quá dòng động cơ, ví dụ, lỗi chạm đất và ngắn mạch.
Các yêu cầu đối với bảo vệ quá dòng động cơ cũng được liệt kê trong Điều 430 của NEC, bao gồm sự cố chạm đất và thiết bị bảo vệ ngắn mạch nhánh cho động cơ. Theo quy định, các thiết bị này phải được chỉ định sao cho chúng có thể xử lý dòng khởi động động cơ.
Điều 430 của NEC khuyến nghị xếp hạng tối đa cho các thiết bị bảo vệ ngắn mạch lỗi chạm đất và mạch nhánh động cơ. Các kỹ sư có thể tìm thêm thông tin về các loại động cơ khác nhau cũng như định mức dòng điện khuyến nghị tương ứng cho các thiết bị bảo vệ quá dòng trong Bảng 430.52 của điều 430 NEC.
Máy tính định cỡ bộ ngắt mạch động cơ: Các kỹ sư nên kiểm tra bài báo NEC 430
Trong khi bài viết này trình bày thông tin hữu ích về định cỡ bộ ngắt mạch động cơ, vẫn còn một số điều khác cần xem xét khi chỉ định động cơ cho một ứng dụng cụ thể. Ví dụ, vẫn cần chỉ định các trung tâm điều khiển động cơ, phương tiện ngắt kết nối, bộ truyền động tần số có thể điều chỉnh và nối đất.
