4.2. Вплив відхилень напруги
Відхилення напруги роблять значний вплив на роботу асинхронних двигунів (АД), що є найбільш поширеними приймачами електроенергії в промисловості.
Рис.4.1 Механічна характеристика двигуна при номінальному (М1) і зниженому (М2) напружених.
При зміні напруги змінюється механічна характеристика АД - залежність його крутного моменту М від ковзання s або частоти обертання (рис.4.1). З достатньою точністю можна вважати, що обертає момент двигуна пропорційний квадрату напруги на його висновках. При зниженні напруги зменшується крутний момент і частота обертання ротора двигуна, так як збільшується його ковзання. Зниження частоти обертання залежить також від закону зміни моменту опору Mc (на рис 4.1 Mc прийнятий постійним) і від завантаження двигуна. Залежність частоти обертання ротора двигуна від напруги можна виразити:
де nc - синхронна частота обертання;
k3 - коефіцієнт завантаження двигуна;
Uном. Sном - номінальні значення напруги і ковзання відповідно.
З формули (4.1) видно, що при малих завантаженнях двигуна частота обертання ротора буде більше номінальної частоти обертання (при номінальному завантаженні двигуна). У таких випадках зниження напруги не призводять до зменшення продуктивності технологічного устаткування, так як зниження частоти обертання двигунів нижче номінальної не відбувається.
Для двигунів, що працюють з повним навантаженням, зниження напруги призводить до зменшення частоти обертання. Якщо продуктивність механізмів залежить від частоти обертання двигуна, то на висновках таких двигунів рекомендується підтримувати напругу не нижче номінальної. При значному зниженні напруги на висновках двигунів, що працюють з повним навантаженням, момент опору механізму може перевищити крутний момент, що приводить до «перекидання» двигуна, тобто до його зупинки. Щоб уникнути пошкоджень двигун необхідно відключити від мережі.
Зниження напруги погіршує і умови пуску двигуна, так як при цьому зменшується його пусковий момент.
Практичний інтерес представляє залежність споживаної двигуном активної і реактивної потужності від напруги на його висновках.
У разі зниження напруги на затискачах двигуна реактивна потужність намагнічування зменшується (на 2 - 3% при зниженні напруги на 1%), при тій же споживаної потужності збільшується струм двигуна, що викликає перегрів ізоляції.
Якщо двигун довго працює при зниженій напрузі, то через прискорений зносу ізоляції термін служби двигуна зменшується. Наближено термін служби ізоляції Т можна визначити за формулою:
де Tном - термін служби ізоляції двигуна при номінальній напрузі і номінальному навантаженні;
R - коефіцієнт, що залежить від значення і знака відхилення напруги, а також від коефіцієнта завантаження двигуна і рівний.
Тому з точки зору нагріву двигуна більш небезпечні в розглянутих межах негативні відхилення напруги.
Зниження напруги призводить також до помітного зростання реактивної потужності, що втрачається в реактивних опорах розсіювання ліній, трансформаторів і АТ.
Підвищення напруги на висновках двигуна призводить до збільшення споживаної ними реактивної потужності. При цьому питоме споживання реактивної потужності зростає зі зменшенням коефіцієнта завантаження двигуна. В середньому на кожен відсоток підвищення напруги споживана реактивна потужність збільшується на 3% і більше (в основному за рахунок збільшення струму холостого ходу двигуна), що в свою чергу призводить до збільшення втрат активної потужності в елементах електричної мережі.
Лампи розжарювання характеризуються номінальними параметрами: споживаної потужністю Pном. світловим потоком Fном. світловою віддачею # 951; ном (рівній відношенню випромінюваного лампою світлового потоку до її потужності) і середнім номінальним терміном служби Tном. Ці показники значною мірою залежать від напруги на висновках ламп розжарювання. При відхиленнях напруги на 10% ці характеристики наближено можна описати наступними емпіричними формулами:
Мал. 4.2 Залежності характеристик ламп розжарювання від напруги:
1 - споживана потужність, 2 - світловий потік, 3 - світлова віддача, 4 - термін служби.
З кривих на рис.4.2 видно, що зі зниженням напруги найбільш помітно падає світловий потік. При підвищенні напруги понад номінальний збільшується світловий потік F. потужність лампи P і світлова віддача h. але різко знижується термін служби ламп Т і в результаті вони швидко перегорають. При цьому має місце і перевитрата електроенергії.
Зміни напруги призводять до відповідних змін світлового потоку і освітленості, що, в кінцевому підсумку, впливає на продуктивність праці і стомлюваність людини.
Люмінесцентні лампи менш чутливі до відхилень напруги. При підвищенні напруги споживана потужність і світловий потік збільшуються, а при зниженні - зменшуються, але не в такій мірі як у ламп розжарювання. При зниженій напрузі умови запалювання люмінесцентних ламп погіршуються, тому термін їх служби, який визначається розпиленням оксидного покриття електродів, скорочується як при негативних, так і при позитивних відхиленнях напруги.
При відхиленнях напруги на 10% термін служби люмінесцентних ламп в середньому знижується на 20 - 25%. Істотним недоліком люмінесцентних ламп є споживання ними реактивної потужності, яка зростає із збільшенням підводиться до них напруги.
Вентильніперетворювачі зазвичай мають систему автоматичного регулювання постійного струму шляхом фазового управління. При підвищенні напруги в мережі кут регулювання автоматично збільшується, а при зниженні напруги зменшується. Підвищення напруги на 1% призводить до збільшення споживання реактивної потужності перетворювачем приблизно на 1-1,4%, що призводить до погіршення коефіцієнта потужності. У той же час інші показники вентильних перетворювачів з підвищенням напруги поліпшуються, і тому вигідно підвищувати напругу на їх висновках в межах допустимих значень.
Електричні печі чутливі до відхилень напруги. Зниження напруги електродугових печей, наприклад, на 7% призводить до подовження процесу плавки стали в 1,5 рази. Підвищення напруги вище 5% призводить до перевитрати електроенергії.
Відхилення напруги негативно впливають на роботу електрозварювальних машин. наприклад, для машин точкового зварювання при зміні напруги на 15% виходить 100% - ний брак продукції.