Асимметрия фаз: Блог » Асимметрия тока / напряжения

Активные фильтры гармоник в устранении асимметрии напряжений (перекоса фаз)

Анонс: Проблема перекоса фаз в современных силовых сетях. Традиционные и современные решения проблемы перекоса фаз. Активные фильтры гармоник в устранении асимметрии напряжений (перекоса фаз).

Рост объемов нелинейных нагрузок в силовых сетях, как промышленных, так и непромышленных объектов помимо «типовых» проблем с перетоком реактивной мощности, гармоническими искажениями с их негативными, часто критическими последствиями, вывел в разряд острых вопрос асимметрии напряжений (перекоса фаз) и особенно в сетях низкого (и низкого среднего) напряжения.

Рис. Типовая диаграмма перекоса фаз.

Основные негативы перекоса фаз – появление в нулевом проводе регулирующего тока значительной амплитуды с последующим обрывом, после чего на одной из фаз напряжение может повыситься до 380 В, что вызовет выход из строя нагрузки с высокими рисками возгорания, работа оборудования при пониженном или повышенном напряжении, определяющая уменьшение срока службы, нарушения технологического процесса и т.

д.

Асимметрия напряжений теоретически возникает при неравномерном распределении нагрузки по фазам, однако:

• даже если на статичных (не развивающихся) объектах с условно небольшой инфраструктурой не удается равномерно распределить нагрузку по фазам, поскольку режим работы оборудования, систем, как правило, разный, зависит от многих факторов и практически всегда фазные напряжения будут разными;
• de facto причина асимметрии напряжений гораздо сложнее, поскольку в современных сетях превалирует нагрузка с нелинейной вольтамперной характеристикой, генерирующая гармонические искажения и это влияет, как на саму концепцию баланса мощностей (см. о неактивной мощности на нефундаментальных частотах в этом материале), так и перекос фаз.

В целом проблему перекоса фаз некорректно считать «новой» — трехфазные сети с неравномерным распределением нагрузки по фазам и особенно с большой протяженностью, большим числом ответвлений, неполнофазных участков вызывали тревогу еще со второй половины прошлого века, а для максимально возможного нивелирования несимметрии напряжений были разработаны и разрабатываются различные технические решения.

Причем речь идет не только о разветвлённых сетях крупных промышленных, инфраструктурных объектов, распределительных сельских сетях или системах электроснабжения многоквартирных домов – первые разработки «корректирующих устройств» (КУ) на базе трансформаторов со схемами соединения обмоток «встречный зигзаг» и «звезда с нулем» были научно обоснованы и получили практическое применение еще в 80-90-е года ХХ века, а в 2012 появились решения асимметрии напряжений в виде «электрических пружин» (Electric springs) для Smart Grid сетей.

Рис. Корректирующие устройства на базе трансформаторов со схемами соединения обмоток «встречный зигзаг» (слева) и «звезда с нулем» (справа).

Рис. Работа еlectric springs в индуктивном режиме для снижения и емкостном для повышения напряжения.

Типовые «традиционные» технические решения проблемы перекоса фаз – варьирование коэффициентом трансформации на ТП, повышение или понижение напряжения фазы путем создания дефицита или профицита реактивной мощности (при дефиците напряжение повышается, при профиците – снижается), снижение уровня гармоник, поскольку наличие токов высоких частот повышает уровень напряжения, нивелирование регулирующего тока в нейтрали шунтирующим сопротивлением и т. д.

Рис. Зависимость фазного напряжения от реактивной мощности (слева) и от частоты сети (справа).

На текущий момент производители предлагают впечатляющий спектр различных (по топологии, способу действия, свойствам) технических решений от «устройств симметрирования и стабилизации фазных напряжений» (УССФН) до активных кондиционеров (active power quality conditioners – APQC, active power line conditioners — APLC) и управляемых током инверторов напряжения (current-controlled voltage-source inverters — CCVSI), хотя в целом общие принципы устранения проблемы остаются прежними (шунтирование тока в нейтрали, нулевом проводе, токов гармоник, нивелирование профицита или дефицита реактивной мощности), а большинство «инновационных» разработок не более, чем версии активных фильтров гармоник (АФГ).

Активные фильтры гармоник в устранении асимметрии напряжений (перекоса фаз).

В большинстве решений АФГ по своей концепции изначально снижают риски перекоса фаз, поскольку нивелируют токи гармонических искажений, перетоки реактивной энергии, а в трехфазных четырехпроводных версиях дополнительно – устраняют регулирующий ток в нулевом проводе, что снижает риски аварий и саму необходимость модернизации с усилением пропускной способности нулевой фазы по току.

Как результат – стабилизация работа сети, прямые финансовые выгоды и от повышения коэффициента мощности (см. экономию при компенсации реактивной мощности здесь), и от нивелирования гармонических искажений (см. этот материал). В целом способствуют устранению перекоса фаз любые АФГ, но наиболее ориентированы на нивелирование рисков асимметрии напряжений фильтры с подключением к четырехпроводным сетям, которые контролируют возникновение и оперативно нивелируют регулирующие токи в нулевом проводе.

70/71: реле контроля фаз Finder.

Реле контроля фаз Finder 70.41

• Мониторинг трехфазных сетей (380…415 В с нейтралью или без нейтрали): диапазон между пониженным и повышенным напряжением, память тревог, обрыв фазы, чередование фаз, асимметрия фаз, обрыв нейтрали.
• Позитивная логика безопасности – выходной контакт размыкается в случае тревоги.
• Все функции и параметры задаются с помощью переключателей на передней панели прибора.
• Цветные светодиоды для визуального контроля состояния.
• Выходное реле 1 СО: 6 А или 10 А.
• Модульный корпус: ширина 35 мм.
• Установка на 35-мм рейку (EN 60715).
• Контакты не содержат кадмий.

---

Реле контроля Finder трехфазного напряжения 71.31.8.400.1021

• Определяет повышенное и пониженное напряжение по трем фазам
• Задержка отключения при возникновении аварии до 12 секунд
• Наличие автоматического и ручного сброса аварии
• Установка на 35-мм рейку (EN 60715)
• Светодиодная индикация
• Логика контактов: при нормальных условиях подается питание на выходное реле

Реле контроля фаз Finder 71.31.8.400.2000

• Контроль асимметрии между фазами 3-фазного напряжения
• Контроль чередования фаз
• Контроль обрыва фазы
• Установка на 35-мм рейку (EN 60715)
• Светодиодная индикация
• Логика контактов: при нормальных условиях подается питание на выходное реле

Внешний вид 71. 31.8.400.1021

Индикаторы:
DEF — мигает-идет время задержки, горит-авария
ON — питание

Настройки:
LEVEL — настройка предела пониженного напряжения в %
TIME — настройка времени задержки
MEMORY — память сбоев

Алгоритм работы:
При подаче питания на реле контакты 11-14 замыкаются. Если напряжение выходит за рамки заданного диапазона контакты 11-14 размыкаются по истечении времени задержки. Когда напряжение возвращается в допустимые пределы, при MEMORY OFF контакт снова замыкается, если MEMORY ON контакт остается разомкнут до сброса аварии путем манипулирования переключателем MEMORY.

Внешний вид 71.31.8.400.2000

Индикаторы:
ASY — асимметрия фаз
DEF — неправильное чередование фаз или обрыв фазы
ON — питание

Настройки:
LEVEL — настройка асимметрии в %

Алгоритм работы:
При подаче питания на реле, если нет аварийной ситуации, контакты 11-14 замыкаются. Если возникает асимметрия между фазами, пропадает одна из фаз, либо происходит неправильно чередование фаз, контакт 11-14 размыкаются. Когда контролируемый параметр возвращается в допустимые пределы контакт снова замыкается.

Артикул	70.11	70.41	71.31.8.400.1021	71.31.8.400.2000
Характеристики контактов
Конфигурация контактов	1 CO (SPDT)		1 перекидной контакт (SPDT)
Номинальный ток / Макс.пиковый ток, A	10 / 30	6 / 10	10 / 15
Ном.напряжение / Макс.напряжение, В AC	250 / 400
Номинальная нагрузка AC1, ВА	2,500	1,500	2,500
Номинальная нагрузка AC15 (230 B AC), ВА	750	500
Допустимая мощность однофазного двигателя (230 B AC), кВт	0,5	0,185	0. 5
Отключающая способность DC1: 30 / 110 / 220, ВА	10 / 0,3 / 0,12	6 / 0,2 / 0,12	10 / 0.3 / 0.12
Минимальная нагрузка переключения, мВт (В/мА)	300 (5 / 5)	500 (12 / 10)	300 (5 / 5)
Стандартный материал контактов	AgNi		AgCdO
Характеристики питания
Ном. напряжение (UN), В AC (50 / 60 Гц)	220…240	380…415	400
Ном. напряжение (UN), B DC	—
Номинальная нагрузка AC/DC, ВA (50 Гц)/Вт	2,6 / 0,8	11 / 0,9	4/—
Рабочий диапазон, AC	30…280 В AC (50/60 Гц)	220…510 В AC (50/60 Гц)	(0. 8…1.15) UN
Рабочий диапазон, DC	—
Технические параметры
Электрическая долговечность при номинал.нагрузке AC1, циклов	80×10³	60×10³	100 × 103
Уровень распознавания Uмин/Uмакс/Асимметрия	—	—	(0.8…0.95) UN / 1.15 UN/ —	0.8 UN / 1.11 UN /(–5…–20)% UN
Задержка отключения/время реагирования	— /0,5…60 с	— /0,5…60 с	(0.1…12) с / < 0.5 с	— / < 0.5 с
Память сбоев — можно выбрать	—	—	Да	—
Диапазон мониторинга напряжений	170…270 В	300…480 В	—	—
Диапазон мониторинга асимметрии фаз	—	4…25 %	—	—
Время блокировки включения	1 сек	1 сек	—	—
Гистерезис при включении (H на функциональной схеме)	5 (L-N) В	10 (L-L) В	—	—
Задержка при включении прибора	≈ 1 сек	≈ 1 сек	—	—
Электрическая прочность между открытыми контактами	1,000 В АС	1,000 В АС	—	—
Электроизоляция: от источника питания до измерительной цепи	4 кВ	4 кВ	Нет — цепи являются электрически общими
Диапазон температур, °C	–20…+60	–20…+60	–20…+55
Категория защиты	IP 20
Сертификация (в соответствии с типом)	—	—

Габаритные размеры реле контроля фаз Finder серии 70. 11, мм

---

Габаритные размеры реле контроля фаз Finder 70.41, мм

---

Габаритные размеры реле контроля фаз Finder серии 71.31, мм

Реле контроля фаз Finder 70.11

Схема подключения реле контроля фаз Finder серии 70.11

---

Реле контроля фаз Finder 70.41

Схема подключения реле контроля фаз Finder 70.41

---

Реле контроля Finder 71.31.8.400.1021

Схема соединения 71.31.8.400.1021

• Уровень пониженного напряжения, при котором происходит автоматическое отключение (0.8…0.95)U_N — Регулируемый
• Уровень перенапряжения, при котором происходит автоматическое отключение 1.15 U_N — Фиксированный
• Длительность задержки отключения (0.1 … 12 с) регулируемый параметр
• Память сбоев, переключатель выбора
• Подтверждение сбоя путем манипулирования переключателем между положениями ВКЛ. и ВЫКЛ. и снова в положение ВКЛ., или отключением питания

Реле контроля фаз Finder 71.

31.8.400.2000 Схема соединения 71.31.8.400.2000

• Асимметрия между фазами (–5… –20)% U_N Регулируемый параметр
• Определение напряжения источника U подаваемого на A1 (1)
  и/или A2 (5) > 1.11 U_N

Реле контроля Finder 71.31.8.400.1021

Выключение. Если контролируемое значение выходит за пределы уставок и время Т истекло.

Включение — MEMORY OFF. Немедленно, если контролируемое значение возвращается в допустимые пределы (отклонение 1 % на гистерезис).

Включение — MEMORY ON. Аналогично приведенному выше, но при выполнении операции RESET.

RESET. Путем манипулирования переключателем Память между положениями ВКЛ. и ВЫКЛ. и снова в положение ВКЛ., или отключением питания.

C = выходной контакт. Нормально разомкнутый контакт 11-14 (6-2) замкнут.

Реле контроля фаз Finder 71.

31.8.400.2000

Выключение. Асимметрия фазы. Неправильное чередование фаз. Обрыв фазы.

Светодиод ASY горит желтым светом. Асимметрия фазы.

Светодиод DEF горит красным светом. Напряжение на A1 (1) и/или
A2 (5) > 1.11 U_N.

Светодиод ON горит зеленым светом. Работает система контроля и напряжение источника питания 400 В подается на 1-5 или А1-А2.

C = выходной контакт. Нормально разомкнутый контакт 11-14 (6-2) замкнут.

Finder /71.31.8.400.
Регулируемое значение определения; регулируемые значения времени запаздывания; память отказов	1021
Регулируемый: асимметрия, обрыв фазы, чередование фаз; нет времени запаздывания; нет памяти замыканий	2000

Пример: Finder /71. 31.8.400.1021

ПРИЧИНЫ, ПОСЛЕДСТВИЯ И ЗАЩИТА – Помехи напряжения

В трехфазных системах асимметрия тока определяется как максимальное отклонение любого фазного тока от среднего, деленное на средний ток. Текущий дисбаланс может возникнуть по причинам, находящимся под контролем конечного пользователя или вне контроля конечного пользователя. Некоторые из причин небаланса тока (или дисбаланса):

• Несбалансированное напряжение источника от электросети
• Unequal impedance of three phase distribution system
• Unequal distribution of single-phase loads
• Unbalanced loads across each phase
• Mismatched transformer taps
• Faulty contactor, loose connection
• Single phase потери

В трехфазной системе асимметрия напряжения возникает, когда фазное или линейное напряжение отличается от номинального сбалансированного состояния. Нормальное сбалансированное состояние — это когда напряжения трех фаз одинаковы по величине и векторно смещены на 120 градусов. Дисбаланс напряжения может быть вызван разницей в величине напряжения или фазового угла, или того и другого . Стандарт NEMA для электродвигателей рекомендует, чтобы максимальный дисбаланс напряжения составлял 1% без снижения номинальных характеристик. При дисбалансе напряжения свыше 1 % необходимо снизить номинальную мощность двигателя (см. рис. 6). Асимметрия напряжения приводит к асимметрии тока , перегреву, повреждению или сокращению срока службы асинхронных двигателей.

Ссылка на калькулятор асимметрии напряжения

Рис. 1: График, показывающий фазный ток и асимметрию тока в процентах

Дисбаланс напряжения может создавать проблемы для цепей двигателя, особенно для двигателей, питаемых от сети. Дисбаланс напряжения в двигателях с питанием от ЧРП также приводит к дисбалансу тока, но разница в том, что фаза с наибольшим напряжением будет нести наибольший ток, поэтому нагрузка ЧРП имеет тенденцию немного смягчать дисбаланс напряжения. Дисбаланс напряжения с нагрузкой ЧРП обсуждается в статье по ссылке ниже.

Связь с асимметрией напряжения

Из компонентов последовательности мы знаем, что несимметричное напряжение будет иметь компоненты напряжения прямой и обратной последовательности, тогда как чисто симметричное напряжение будет иметь компоненты только прямой последовательности.

Ссылка на компоненты последовательности

Проблема с нагрузкой асинхронного двигателя заключается в том, что напряжение обратной последовательности индуцирует ток обратной последовательности в обмотке ротора двигателя. Асинхронный двигатель имеет более низкий импеданс к току обратной последовательности по сравнению с током прямой последовательности . Типичный диапазон соотношения между импедансом прямой и обратной последовательности в асинхронном двигателе составляет от 3 до 10.

Поскольку полное сопротивление обратной последовательности асинхронного двигателя низкое, небольшой дисбаланс напряжения приведет к большому току обратной последовательности в обмотках ротора. Векторы обратной последовательности вращаются в направлении, противоположном вектору напряжения прямой последовательности, что означает, что ток, индуцируемый в обмотке ротора, в два раза превышает частоту питания (пример: 120 Гц для системы 60 Гц) и будет создавать крутящий момент при вращении, противоположном желаемому направлению вращения. Ток двойной частоты в роторе приводит к повышению температуры и может привести к повреждению обмотки. Повышение температуры двигателя 10 ^o C выше его номинала сократит ожидаемый срок службы двигателя на 50%.

Может ли реле перегрузки по току [TOC] защитить двигатель от асимметрии тока?

Увеличение среднеквадратичного значения чистого тока статора из-за асимметрии напряжения не очень значительно, и для отключения элемента перегрузки по току (TOC) может потребоваться много времени. Помните, что ток ротора с двойной частотой индуцирует , что в конечном итоге приводит к повреждению двигателя. Ток двойной частоты приводит к более высоким потерям на вихревые потоки и в сердечнике, которые не могут быть учтены элементами TOC. По этой причине для асинхронного двигателя рекомендуется использовать реле защиты от небалансного тока.

Усовершенствованные реле защиты двигателя имеют тепловые модели, которые могут рассчитывать эффекты нагрева токов обратной последовательности, возникающие в результате асимметрии. Тепловая модель рассчитывает энергию, рассеиваемую внутри двигателя из-за блокировки ротора, перегрузки, нормального тока двигателя, неуравновешенного тока, и обозначается как % тепловой мощности. Когда тепловая мощность превышает настройку пользователя, реле инициирует отключение двигателя. В приложениях с усовершенствованными реле защиты двигателя с расширенным расчетом тепловой мощности, как описано, защита от несимметрии токов может использоваться в качестве резервной защиты.

Расчет дисбаланса тока двигателя

Реле вычисляют % дисбаланса, используя несколько разные методы в зависимости от величины среднего тока.

Поскольку малонагруженные двигатели могут выдерживать гораздо более высокие уровни асимметрии токов, современные реле защиты двигателей автоматически отключают функцию защиты от асимметрии, когда средняя величина фазного тока ниже 25% или 30% [зависит от производителя].

Подобно расчету асимметрии напряжения, асимметрию тока также можно рассчитать двумя способами: Метод среднего отклонения (перечислен выше) или как отношение тока обратной последовательности к компоненту прямой последовательности , обычно выражаемое в процентах [IEEE Std 1159-2009]. Некоторые современные измерители мощности предоставляют данные в обоих форматах. Расчеты с использованием обоих методов могут давать несколько разные значения, поскольку метод компонента последовательности использует амплитуду и фазовый угол, тогда как метод среднего отклонения использует только текущую величину. Для несбалансированного расчета защиты двигателя обычно достаточно использовать метод среднего отклонения. Рисунок 2 иллюстрирует расчет текущего дисбаланса для той же системы с использованием двух методов.

Рис. 2: Измерение дисбаланса тока двумя методами

Рекомендации по настройке отключения по дисбалансу тока

При получении уставки отключения по дисбалансу тока для реле двигателей следует учитывать следующее.

1. Однофазное

Однофазное состояние приводит к наихудшему состоянию дисбаланса тока в асинхронных двигателях. Без надлежащей защиты от этой возможности двигатели могут быть повреждены в течение нескольких минут. Когда двигатель, нагруженный до предела своей мощности, находится в однофазном состоянии (потеря одного из трех соединений напряжения), двигатель будет продолжать развивать номинальную выходную мощность. При этом на исправные фазы будет приходиться 173 % тока нагрузки до отказа.

Рисунок 3: Состояние однофазного двигателя

Если двигатель надлежащим образом защищен в соответствии с его номинальной полной нагрузкой, а предаварийная нагрузка близка к полной нагрузке, то защитное устройство (автоматические выключатели или предохранители) быстро сработает в этом состоянии перегрузки по току на 173%.

Возможный сценарий, при котором обычная защита двигателя от перегрузки может не определить однофазное состояние, — это когда двигатель слабо нагружен . Скажем, например, двигатель загружен только на 50%. Тогда ток двигателя на единицу будет 1 * 0,5 = 0,5 о.е. Здоровые фазы будут видеть только 0,5 * 1,73 = 0,865 о.е. тока. Автомат защиты от перегрузки по току или предохранитель, рассчитанный на номинальное значение 1pu FLA, не сработает. Тем не менее, правильно настроенное реле несимметричного тока двигателя может легко обнаружить и устранить это состояние. В этом примере двигатель, нагруженный до 50 % с потерей одной фазы, приведет к дисбалансу тока 58 %. Типичные реле двигателей настроены на срабатывание в диапазоне 15-20% и легко обнаруживают это состояние.

График ниже показывает дисбаланс тока в процентах для различных однофазных условий.

Рис. 4: Асимметрия тока при однофазном соединении для различных нагрузок двигателя

Согласно рис. 4, когда двигатель, нагруженный до 60 %, находится в однофазном состоянии, асимметрия тока теоретически составит 69 %. Если двигатель может работать при низких нагрузках, то важно НЕ устанавливать слишком высокое значение срабатывания по току небаланса .

2. Асимметрия сетевого напряжения

При программировании настроек асимметрии тока на реле защиты следует помнить, что 1% асимметрия напряжения вызывает приблизительно 6% асимметрию тока в асинхронных двигателях . Несимметричное напряжение до 0,2-0,5% характерно для электросети. В некоторых редких случаях они могут быть выше на 1-2%.

Рисунок 5: Асимметрия напряжения, измеренная на линии 12,47 кВ

Если в каком-либо месте существует асимметрия напряжения 2 %, то установите защиту от несимметрии тока не менее чем на 12 % в дополнение к снижению номинальных характеристик двигателя в соответствии с коэффициентом снижения номинальных характеристик NEMA (см. рис. 6).

Рис. 6: Снижение номинальных характеристик двигателя по стандарту NEMA

3. Сбои в сети

Сбои в сети, удары молнии, повторное включение и т. д. приводят к кратковременному дисбалансу напряжения, что может привести к кратковременному дисбалансу тока двигателя. Сбои в работе сети и повторное включение обычно длятся от 50 мс до 5 с. Программирование соответствующей выдержки времени в реле тока небаланса важно, чтобы избежать ложных срабатываний в таких ситуациях .

Принимая во внимание сценарии, упомянутые в случае «1», «2», «3», отключение по току дисбаланса обычно выбирается в пределах 15-25% с задержкой 10-20 с . Можно также рассмотреть настройку аварийного сигнала 10 % с задержкой 10 с. Это типичные значения, и пользователям рекомендуется просматривать каждое приложение в каждом конкретном случае.

Ссылка на калькулятор тока двигателя

4.6.5 Несбалансированность фаз и трение

Несбалансированность фаз, сломанные срезные штифты и эксцентриковое трение: – как тесно связаны механическое и электрическое поведение ваших машин

 

Еще один пример того, как системы MBVI могут дать вам новое представление о поведении вашего оборудования, указывая на некоторые скрытые нагрузки в ваших машинах.

 

Асимметрия фаз может показаться неинтересным, занудным измерением качества электропитания, мало интересующим всех, кроме инженеров-электриков, следящих за движением поездов. Но на самом деле небаланс фаз важен, потому что:

• может вызвать значительные дополнительные механические нагрузки на валы и передачи в результате создаваемых крутильных колебаний;
• может сократить срок службы ваших двигателей из-за повышенного тепловыделения внутри двигателя из-за неуравновешенного тока;
• , и это само по себе может быть вызвано определенным механическим поведением машины, которое создает колебания крутящего момента на определенных частотах.

Так что же это такое, почему это проблема и что с этим делать?

Что такое асимметрия фаз?

• Асимметрия фаз (или асимметрия фаз — эти два термина взаимозаменяемы) возникает, когда три фазы трехфазного источника питания не имеют одинаковой величины — как показано здесь в примере, где одна фаза (красная) больше чем два других:
• Асимметрия фаз может возникать либо в сигналах напряжения (асимметрия напряжения или Vbal), либо в сигналах тока (асимметрия тока или Ibal) или, что наиболее вероятно, в обоих случаях.

Как узнать, страдаю ли я от перекоса фаз?

• Если у вас есть система, которая может отображать формы сигналов, как на приведенной выше диаграмме (например, система Faraday Predictive S200), вы сможете обнаружить дисбаланс визуально, взглянув на график, подобный этому.
• В других случаях это может быть сначала обнаружено, если у вас подключен онлайн-анализатор качества электроэнергии, что даст вам количественный вывод, который может выглядеть примерно так, как этот вывод из системы Faraday Predictive S200:

В этом примере асимметрия напряжения составляет всего 0,16%, что является низким показателем, и это хорошо; но асимметрия тока составляет почти 8%, что является высоким показателем, слишком высоким, чтобы быть вызванным асимметрией напряжения, и его следует исследовать, чтобы избежать других проблем, которые он может вызвать (которые описаны ниже).

Эта таблица является частью экрана S200, на котором также показаны трехфазные сигналы — в данном случае от источника с инверторным приводом, что объясняет высокий уровень искажения напряжения (V THD) — зубчатая форма сигнала результат разделения электропитания для создания синтезированного приближения к синусоидальной форме волны. Для получения дополнительной информации о влиянии искажения напряжения и тока см. отдельную страницу здесь:

В этом случае ток красной фазы меньше, чем ток двух других фаз

Что вызывает дисбаланс фаз?

• Дисбаланс напряжения обычно возникает из-за питания машины, а не из-за самой машины. Но асимметрия напряжения источника питания может быть результатом работы всех нагрузок, подключенных к сети. Например, если имеется ряд тяжелых нагрузок, подключенных только к одной фазе (например, отключение всех бытовых электросетей от одной фазы), эти нагрузки могут значительно снизить напряжение на этой фазе.
• Асимметрия тока может быть вызвана либо асимметрией напряжения, либо проблемой с проводкой к двигателю, либо неисправностью в двигателе, либо поведением приводимой машины.
• Как правило, асимметрия напряжения в 1 % приводит к асимметрии тока в 5 % в полностью нагруженном двигателе или выше в менее нагруженном двигателе, обычно до 10 % в очень слабо нагруженном двигателе. Это может вызвать проблемы, так как 5-процентное увеличение асимметрии тока приводит к примерно 10 ^o C Повышение температуры обмоток статора, что, в свою очередь, может вдвое сократить срок службы изоляции обмоток статора (см. также следующий раздел)
• Неравное сопротивление в соединительном кабеле двигателя может привести к снижению тока в одной фазе. Обычно проблема возникает в ненадежных или ослабленных разъемах. Тепловизионные камеры часто помогают быстро выявить такого рода проблемы.
• Ранняя стадия проблемы поворот-поворот ошибки в изоляции обмотки статора двигателя может вызвать дисбаланс тока, когда короткое замыкание на одной фазе приводит к более низкому сопротивлению этой фазы по сравнению с другими. Это редко является причиной серьезного дисбаланса тока, поскольку любая серьезная проблема с изоляцией может быстро стать серьезной неисправностью; и когда изоляция на одной фазе достигла точки своего срока службы, когда начинают происходить отказы, обмотки других фаз также, вероятно, испытывают аналогичные проблемы, поэтому фазы могут оставаться более или менее сбалансированными, каждая с одинаковым уровнем повреждения.
• Механическое поведение , при котором на машину оказывается более высокая скручивающая нагрузка в одном и том же месте при каждом обороте вала – , например, трение деформированного тормозного диска или эллиптического тормозного барабана , или другое трение изогнутого или эксцентрикового вала. Поскольку более высокая нагрузка приводит к более высокому току, это трение в одной и той же точке вращения при каждом обороте будет вызывать более высокий ток в соответствующей точке обмотки статора. Это следствие того факта, что дисбаланс тока приводит к эллиптическому графику крутящего момента (см. следующий раздел).

 

На что влияет дисбаланс фаз?

• Дисбаланс токов приводит к нагреву обмоток статора , так как для обеспечения того же общего уровня крутящего момента требуется более высокий ток.
• Как описано в эмпирическом правиле в предыдущем разделе, асимметрия напряжения на 1 % приводит к асимметрии тока на 5 %, что приводит к повышению температуры на 10 ^o C, что сокращает вдвое срок службы обмоток двигателя .
• Небаланс тока приводит к колебательному крутящему моменту на выходе двигателя , что создает дополнительные нагрузки на валы и муфты, а также на срезные штифты.

Чтобы понять, как это происходит, на приведенной ниже диаграмме представлена ​​полярная диаграмма напряженности магнитного поля (которое управляет выходным крутящим моментом двигателя), создаваемого трехфазной двухполюсной системой. Когда все три фазы равны по величине и равномерно разнесены на 120 градусов друг от друга, а частота питания постоянна, результатом является магнитное поле постоянной силы, вращающееся с постоянной скоростью. Это представлено на первой из трех диаграмм.

Если ток, протекающий в одной из фаз, меньше, чем в двух других, например, из-за высокого сопротивления в цепи питания этой фазы, магнитное поле, создаваемое этой фазой, будет меньше, чем в двух других, и чистая результатом является эллиптический график крутящего момента. Это означает, что крутящий момент увеличивается и уменьшается дважды за цикл (один раз для северного полюса и один раз для южного полюса), т. е. с удвоенной частотой сети. Это создает нагрузку крутящего момента на вал, муфту и трансмиссию, а также на ведомую машину, что может привести к усталостным отказам таких компонентов, как срезные штифты. Это представлено на средней диаграмме ниже.

Процесс также может работать по-другому – как описано выше в разделе о причинах дисбаланса, нагрузка, создающая колебательный момент один раз за оборот, приведет к большему току, потребляемому фазой, связанной с местом повышенной нагрузки. . Это представлено на правой диаграмме выше.

Итак, текущий дисбаланс, может быть диагностическим инструментом для обнаружения нагрузки один раз на оборот (т.е. крутящего момента). Причиной этого могут быть эксцентриковые или эллиптические тормозные барабаны или трение эксцентриковых или изогнутых валов.

 

Что можно сделать, чтобы уменьшить влияние асимметрии фаз на надежность машины?

• Ключ к уменьшению дисбаланса. Для этого вам необходимо определить причину, например, вызвано ли это:
  • Асимметрия напряжения – если да, проверьте сеть электроснабжения на наличие несимметричных нагрузок по фазам
  • Электрическое сопротивление на одной фазе например, ненадежный или высокоомный разъем – если это так, проверьте соединения на наличие ослабления или признаков нагрева – что может проявляться в виде потемнения изоляции или может быть выявлено с помощью тепловизора
  • Механическое трение , такое как деформированный, эллиптический или эксцентриковый тормоз – визуально проверьте машину, чтобы определить и устранить проблему.

 

Если вы испытываете сильную асимметрию фаз на вашем оборудовании и хотели бы узнать больше, свяжитесь с нами по обычным реквизитам:

[email protected]

+44 333 772 0748

5

2 Подписаться Введите адрес электронной почты ниже, чтобы подписаться на нашу рассылку.