Vlivy nesymetrického napájení na trojfázové asynchronní motory nakrátko

Přivedení nesouměrných napětí do trojfázového asynchronního motoru vyvolává zpětné napětí, které vytváří ve vzduchové mezeře tok otáčející se proti směru otáčení rotoru, což vede k vytváření vysokých proudů. Malé zpětné napětí může vytvářet ve vinutích proudy, které jsou podstatně vyšší než proudy při souměrném napětí. V důsledku toho oteplení motoru, který pracuje při určitém zatížení a určitém procentu nesouměrnosti napětí, bude větší než u motoru, který pracuje za stejných podmínek se souměrnými napětími.

Analytické a grafické metody používané pro výpočet symetrických složek z odečtených hodnot napětí tří fází jsou dobře známy a mohou být převzaty z učebnic. Kromě toho hodnocení symetrických složek může být provedeno automaticky moderními přístroji.

Vlivy nesouměrných napětí na vlastnosti

Proudy

Zpětné složky napětí vytvářejí ve vzduchové mezeře tok otáčející se proti směru otáčení rotoru. Malá zpětná složka napětí může vytvářet ve vinutích proudy, které jsou podstatně vyšší než proudy při souměrném napětí. Kmitočet proudu klece je většinou dvojnásobkem jmenovitého kmitočtu, takže v případě klecí je z důvodu skinefektu zvýšení ztrát ve vinutí rotoru podstatně větší než zvýšení ztrát ve vinutí statoru.

Proudy při normálních pracovních otáčkách budou značně nesouměrné, řádově se jedná o asi šestinásobek až desetinásobek nesouměrnosti napětí.

Záběrný proud bude nesouměrný do stejné míry, jak jsou nesouměrná napětí, ale ráz se zvýší pouze nepatrně.

Teplo

Vzhledem ke zvýšení ztrát způsobených zpětnými složkami proudů a napětí je oteplení statorového vinutí vždy vyšší než při práci se souměrnými napájecími napětími.

Zvýšení rotorových ztrát je zesíleno skinefektem. Navíc je nesymetrie napětí často spojena se snížením sousledné složky napětí, což způsobuje zvýšení sousledných složek proudu statoru a rotoru.

Momenty

Záběrný moment, nejmenší rozběhový moment a maximální moment (moment zvratu) budou při nesouměrných napětích snížené. Pokud by byla nesouměrnost napětí příliš vysoká, momenty by nemusely být pro dané použití dostatečné.

Nesouměrnost napětí je spojena s generováním oscilačního momentu, který je dvojnásobkem síťového kmitočtu. Jeho amplituda se zvyšuje lineárně se součinem zpětné a sousledné složky napětí; při činiteli nesouměrnosti fu = 0,05 je jeho vrcholová hodnota v rozsahu 25 % jmenovitého momentu. Jsou-li torzní kritické otáčky blízko dvojnásobku síťového kmitočtu, mohou být vybuzeny nepřípustné torzní vibrace celého systému hřídele.

Pracuje-li motor s nesouměrnými napětími, otáčky se při plném zatížení mírné sníží, a to z důvodu vyššího skluzu, který je spojen s dodatečnými rotorovými ztrátami.

Snížení výkonu motoru kvůli zabránění nadměrnému oteplení

Je-li střídavý motor, který je určen pro použití s napájením o jmenovitém kmitočtu, připojen k trojfázové soustavě napětí, která má zpětnou složku větší než 1 % sousledné složky napětí po dlouhou dobu (odpovídající přinejmenším tepelné časové konstantě stroje), je dovolený výkon motoru menší než jmenovitý výkon, aby se snížila možnost poškození motoru. Typický činitel snížení výkonu pro motory typu N, které spadají do rozsahu platnosti IEC 60034-12, je na obr. 2, za předpokladu, že positivní složka napájecího napětí je blízko jmenovitému napětí. Provoz motoru při větší nesouměrnosti napětí než 5 % se nedoporučuje.

Činitel nesouměrnosti f_u na obr. 2 je definován takto:

kde
U_n je efektivní hodnota zpětné složky napájecího napětí;
U_p efektivní hodnota sousledné složky napájecího napětí.

Legenda
Y = činitel snížení výkonu
X = činitel nesouměrnosti f_u