اغتشاش ناشی از عدم تعادل بارهای تکفاز و تاثیر آن بر روی موتور القایی

تمام بارهای تکفاز به ویژه آنهایی که مشخصه غیرخطی دارند باید به صورت مناسب و منطقی بین فازهای یک سیستم سه فاز پخش شوند. اغتشاش ناشی از عدم تعادل بار بهتر است از مقادیر استانداردهای منطقه ای فراتر نرود. درصد عدم تعادل بار توسط رابطه زیر قابل محاسبه است.

در رابطه بالا Iu درصد نامتعادلی جریان است، Id حداکثر انحراف جریان از مقدار جریان متوسط است و Ia مقدار جریان متوسط بین سه فاز است. در محاسبه میزان نامتعادلی ولتاژ نیز معادله بالا با جایگزینی مقادیر ولتاژ به جای مقادیر جریان مورد استفاده قرار می گیرد. عملا در شرایط گسترده سیستم های سه فاز توزیع با مصرف کننده های متنوع، دستیابی به تعادل به نظر غیر ممکن می رسد. ضمن اینکه عدم مساوی بودن امپدانس خطوط انرژی رسان نیز خود باعث عدم تعادل ولتاژ می شود.

نامتعادلی بار و در پی آن نامتعادلی ولتاژ، به علت تغییر شکل در ولتاژ، باعث افزایش تلفات آهنی و مسی در ماشین های الکتریکی می شود. موجب افزایش تداخلات الکترومغناطیسی EMI و بالا رفتن آسیب پذیری تجهیزات حساس به این تداخلات می شود و همچنین باعث ایجاد خطا در تجهیزات اندازه گیری شده و باعث عبور جریان مولفه صفر از سیم نول و در نتیجه ولتاژ دار شدن آن می شود که ضمن افزایش تلفات مشکلات ایمنی را به همراه دارد.
به عنوان نمونه با توجه به شکل زیر عدم تعادل ۱۰ درصدی در جریان، باعث ایجاد جریان ۱۷ آمپری در سیم نول شده است و تلفات مسی کل را ۱ درصد افزایش می دهد.

 

به عنوان مثالی دیگر تاثیرات ترکیبی ناشی از ۱۰ درصد نامتعادلی جریان به همراه ۳۰ درصد اغتشاش هارمونیکی جریان می تواند جریان سیم نول را به حدود جریان فاز نیز برساند.

 

بر مبنای گزارش دپارتمان انرژی آمریکا ۷۰ درصد انرژی الکتریکی توسط موتورهای صنعتی مصرف می شوند و معمولا ۸۰ درصد این موتورها موتورهای سه فاز القایی هستند. موتورهای القایی بیش از پیش مورد مصرف قرار گرفته اند که علت آن را می توان در اقتصادی بودن این موتورها، تطبیق پذیری آنها (Versatility)، قابلیت اطمینان آنها (Dependability)، توانایی خود تحریکی و خود استارتی آنها، سادگی بهره برداری، ساختار محکم و تعمیرات آسانتر آنها دانست.

در موتورهای الکتریکی، نامتعادلی ولتاژ به علت ایجاد جریان توالی منفی، از گشتاور مثبت اعمالی به موتورها می کاهد و باعث افزایش تلفات و گرما می شود. تاثیر ولتاژ نامتعادل بر روی عملکرد موتور القایی سه فاز از این واقعیت می آید که ولتاژ نامتعادل به دو مولفه توالی مثبت و توالی منفی شکسته می شود. مولفه توالی مثبت گشتاور مورد نظر و مفید را تولید می کند، مقدار این گشتاور کمی کمتر از مقدار گشتاور خروجی موتوری با شرایط کار در ولتاژ متعادل است و تلفات در این شرایط به علت اینکه ولتاژ مولفه مثبت کمی کمتر از ولتاژ نامی است بیشتر از تلفات در سرایط کار در ولتاژ متعادل می شود. اما مولفه منفی، با تزریق جریان مولفه منفی، میدانی در خلاف جهت میدان موثر ایجاد کرده باعث تولید گشتاور منفی، که مورد نیاز نیست، می شود. برهم کنش ناشی از میدانهای مثبت و منفی، گشتاور الکترومغناطیسی نوسانی تولید کرده و باعث ایجاد اغتشاش در سرعت و شتاب، افزایش تلفات، تنش و نویز شده، باعث کاهش عمر مفید موتور می شود. (به علت کوچک بودن امپدانس مولفه منفی حتی نامتعادلی های کم ولتاژ می تواند منجر به جریان مولفه منفی زیادی شود.)