Electrical Bulgaria  
Ритал
Ритал

Анализ на качеството на електроенергията

17.05.2023   |   Начало»Бизнес
Редактор
Мира Станкова
Мира Станкова
Мира Станкова Редактор
Мира Станкова

Широкото използване на електронни устройства в съвременните производствени съоръжения изисква съобразяване с индустриалните стандарти за качество на електроенергията. Те поставят строги изисквания за контрол на хармоничните съставни в електрозахранващите системи.


Качеството на електроенергията оказва влияние върху експлоатационните характеристики на електродвигатели и по-специално на коефициента им на полезно действие, вибрациите, нивата на генерирания шум и срока им на експлоатация. В отсъствието на регулиране, качеството на електроенергията оказва влияние и върху нейната цена. Като тип на електрическия товар, импулсните електронни устройства са нелинейни, което е причина за отклонения от синусоидалната форма на тока и напрежението в променливотоковите електрически системи. Тези проблеми с качеството на електроенергията могат да причинят смущения в комуникационните мрежи; прегряване, вибрации и I2R загуби в променливотокови електродвигатели; прегряване и I2R загуби в трансформатори, комутационна апаратура и силови кабели. Примери за такива устройства са регулируеми задвижвания на променливотокови двигатели, компютърни системи, високочестотни заваръчни токоизточници, непрекъсваеми токозахранващи устройства и др.

Фактор на мощността

Известно е, че активната мощност във верига за променлив ток се изчислява по зависимостта: P = U.I.cosφ, където множителят cosφ носи името коефициент или фактор на мощността, тъй като при постоянни стойности на тока и напрежението мощността зависи от стойността му. Очевидно е, че налагането на санкции за нисък фактор на мощността може да доведе до повишаване цената на електронергията. Ниският фактор на мощността понижава капацитета на електрическата система и води до по-високи температури на двигателя и допълнителни I2R загуби в проводниците. Ниският фактор на мощността може да доведе и до увеличена консумация на електрическите товари с по-големи пускови токове на двигателя.

Вибрации при електродвигателите

Върху променливотоковите двигатели действат едновременно множество сили - механични и електромагнитни, които създават вибрации. Високите нива на индуктивен дисбаланс в един новопроизведен двигател могат да бъдат отдадени на слабия качествен контрол при производството на машината. Двигатели с високи нива на индуктивен дисбаланс или двигатели, захранвани с нискокачествена електроенергия, няма да работят плавно. Работата им ще е съпроводена с появата на множество механични вибрационни сили, нискочестотни пулсации и ротор/статорни хармоници. Причина за изброените проблеми са неточности в ротора, статора, разцентроване на лагеруването и неизправности в електрическата система.

Вибрации от честотата на плъзгане

Нека допуснем, че един двигател е идеално симетричен механично. Радиалната магнитна сила, действаща между ротора и статора на всеки от магнитните полюси, има склонност да деформира периодично в резултат от въртенето на магнитното поле. Тъй като силата на привличане не зависи от полярността на полюса, резултатът е появата на вибрационна сила с честота два пъти по-висока от мрежовата. Този втори хармоник на двигателна сила е независим от броя на полюсите, но се проявява в по-голяма степен при двуполюсните електродвигатели, тъй като разстоянието между полюсите им е относително по-голямо.

В един двуполюсен двигател, на който центърът на въртене на ротора съвпада с центъра на статора, но роторът не е цилиндричен, има точка на минимална въздушна междина, която се движи със скоростта на ротора. Въртящата се точка на минимална въздушна междина може да бъде резултат и от други неизправности, причинени от деформиран вал или динамичен дисбаланс, комбиниран с податлив вал. При динамичен дисбаланс геометричният център на ротора не съвпада с оста на въртене и лежи на окръжност около тази ос. Диаметърът на тази окръжност зависи от степента на дисбаланс и съпротивлението на деформация на вала.

Електрически неизправности в ротора като дефектирала намотка на ротора също причиняват модулация. Обикновено намотките на статора и ротора се балансират една друга с изключение на възбудителните намотки. Ако се направи предположението, че електрическата верига на дадена намотка е отворена, тогава електрическият ток, протичащ в нея, и от резултантните ампернамотки ще бъде значително по-малка. Несиметричните ампернамотки на статора ще създадат плътност на магнитния поток във въздушната междина, по-голяма от нормалната в точката на дефектиралата роторна намотка.

Тази увеличена плътност на потока е причина за по-високото индуцирано напрежение и по-големия електрически ток в съседните проводници на дефектиралия. Ефектът е, че статорните и роторните намотки все още се балансират една друга, но разпределението на магнитния поток във въздушната междина е променено. Тази промяна в разпределението на потока е най-голяма в случаите, при които дефектиралият проводник е под магнитен полюс, и най-слабо изразена, когато е между полюси. Тъй като дефектиралият проводник преминава покрай магнитен полюс два пъти за всеки оборот на честотата на плъзгане, присъщата двойна мрежова честота се модулира на двойната честота на плъзгане. Въртящият момент на двигателя пулсира със същата честота.

Честота на биене

Вибрационните сили имат отношение към т.нар. биене в електрическите машини. В допълнение на характерните вибрации с два пъти редовата честота, определени механични асиметрии в машината също създават движещи сили с два пъти мрежовата честота. Нека предположим, че центърът на въртене на ротора съвпада с центъра на статора и роторът е идеално кръгъл, но статорът е с елипсовидна форма. Отклонението на статора от правилната геометрична форма би могло да е резултат от малък производствен дефект. За всеки оборот на въртене полето минава два пъти през точката на минимална въздушна междина, създавайки вибрационна сила с два пъти мрежовата честота. Ако роторът и статорът нямат отклонения в геометричната форма, но роторът не е идеално центриран спрямо статора, това резултира в същата честота на вибрация.

Съществуват различни механични двигателни сили, които могат да причинят вибрации с два пъти работната честота. Например, вал с некръгло напречно сечение, дължащо се шпонков канал, хлабава сглобка между лагер и корпуса, несъосност на съединител и елиптично деформирани лагери могат да са причина за появата на вибрации. Тази втора хармонична на двигателната сила не е от особена важност, с изключение на двуполюсните двигатели, при който хармоникът се различава от удвоената мрежова честота с два пъти честотата на хлъзгане. Тези две двигателни сили периодично се усилват и отслабват взаимно, създавайки биене.

Пространствени хармоници

Друг фактор, който трябва да бъде отчетен, когато се разглеждат причините за явлението биене, са пространствените хармоници в основния магнитен поток. Тези хармоници създават въртящи моменти и радиални сили, водещи до генериране на шум и вибрации. Изменението във времето на всички хармоници в потока на въздушната междина съвпада с изменението на основната честота, тъй като те са създадени от един и същ електрически ток. Следователно, при външно приложени синусоидални напрежения въртящите се полета на хармоничните съставни във въздушната междина, създадени от електрически намотки, се въртят по-бавно в сравнение с основния хармоник.

Дробна намотка

Дробната намотка е намотка, разположена в канали, чиито брой не се дели на произведението от броя на фазите и полюсите. Броят на каналите за полюс е дробна величина. За да се намалят хармоничните електродвижещи напрежения, намотката на котвата може да има междина, по-голяма или най-често по-малка от полюсната стъпка. В трифазна машина междината на бобината обикновено се избира така, че да се намалят електродвижещите напрежения на петия и седмия хармоник, като третият, деветият и т. н. са потиснати от трифазното свързване.

Загуба на енергия от хармоници

Хармоници, създадени от електронни устройства, се срещат и в най-модерните производствени съоръжения. Комбинирането им с всички други създаващи хармоници фактори може да доведе до усилване на въздействието им. Пулсациите на въртящия момент и вибрации в двигателя могат да се появят в същия момент, в който възникват пулсации в работното натоварване или собствената честота на трептене на елемент от задвижваната машина. Когато тези сили си взаимодействат, е възможно създаването на условия за възникване на резонанс на вибрациите в тези или други елементи на машината. Увеличаване на вибрациите, отделяне на по-голямо количество топлина и нарастване на енергийните загуби са най-характерните ефекти от възникването на резонанс. Но най-сериозните последствия са влошаване на експлоатационните характеристики, понижаване на надеждността на работа и съкращаване на експлоатационния живот на машините.

     
Източник: TLL Media; Снимка: Dreamstime

Ключови думи: качество на електроенергията   електрозахранващи системи   енергиен мениджмънт  

Област: Електроапаратура  

ВиВ Изоматик
Подобни статии
Ехнатон
ОБО

АБОНИРАЙТЕ СЕ за единствения у нас тематичен бюлетин НОВИНИТЕ ОТ ЕЛЕКТРОАПАРАТУРАТА на специализирания портал Electrical-Bulgaria.com.  БЕЗПЛАТНО, професионално, всяка седмица на вашия мейл!


Вайд Бул
Последно от Бизнес

Специализиран портал от групата IndustryInfo.bg

Действителни собственици на настоящото издание са Теодора Стоянова Иванова и Любен Георгиев Георгиев

ПОЛИТИКА ЗА ПОВЕРИТЕЛНОСТ И ЗАЩИТА НА ЛИЧНИТЕ ДАННИ
Условия за ползване
Изисквания и условия за реклама
Карта на сайта

© Copyright 2010 - 2024 ТИ ЕЛ ЕЛ МЕДИА ООД. Всички права запазени.

  ФИРМЕНА ПУБЛИКАЦИЯБизнесВидео на седмицатаПродуктови офертиСъбитиятаТехнологииПроектиПредстоящоРеализацииОбяви за работаКариериОбществени поръчки/Търгове
 

ОЩЕ ПОРТАЛИ ОТ ГРУПАТА

IndustryInfo.BG

ПРЕПОРЪЧВАМ МАТЕРИАЛ


 
 
момент...