Advertisement
ลกระทบต่อศักยภาพของมอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้า 3 เฟส เมื่อแรงดันไฟฟ้าไม่เทียบเท่า
เขียนโดย ด็อกเตอร์ยุทธพงศ์ ทัพผดุง
บทนำ
วิศวกรหรือช่างเทคนิคที่ปฏิบัติหน้าที่ด้านบำรุงรักษาอยู่ในโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆคงจะประสบปัญหาว่าแรงดันไฟฟ้าระบบ 3 เฟสภายในโรงงานของท่านมีความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสทั้ง 3 ซึ่งสาเหตุที่ทำให้เกิดเหตุการณ์ดังกล่าวขึ้นนั้น โดยจากประสบการณ์ของผู้เขียนจะพบว่ามีการใช้ไฟฟ้าเฟสใดเฟสหนึ่งมากจนเกินไป เช่นภายในสำนักงานจำนวนมากจะใช้โหลดเป็นแบบ 1 เฟส ซึ่งจะประกอบด้วยวัสดุอุปกรณ์และเครื่องใช้สำนักงานมากมายเช่น คอมพิวเตอร์ โทรสาร เครื่องถ่ายเอกสาร โทรทัศน์ และอื่นๆ ซึ่งอุปกรณ์ดังกล่าวก็จะใช้ไฟฟ้าผ่านเต้ารับซึ่งเป็นระบบไฟฟ้าแบบ 1 เฟส และก็จะมีผลทำให้เกิดการไม่สมดุลระหว่างเฟสทั้งกระแสและแรงดันภายในโรงงานในที่สุด ซึ่งการไม่สมดุลดังกล่าวก็จะมีผลต่อระบบไฟฟ้าของท่านหลายประการ ดังเช่น เกิดการศูนย์เสียด้านพลังงานไฟฟ้าในสายที่มีกระแสไฟฟ้าไหลเพิ่มขึ้น, สายศูนย์มีกระแสไฟฟ้าไหล, การใช้โหลดประเภทที่ใช้ไฟฟ้าเป็นระบบไฟฟ้า 3 เฟส จางเนื่องจากการเกิดความไม่สมดุลในระบบไฟฟ้าทำให้เฟสใดเฟสหนึ่งจ่ายเต็มพิกัดกว่าเฟสอื่นแล้ว และทำให้สมรรถภาพและอายุการใช้งานของมอเตอร์ไฟฟ้ามีประสิทธิภาพและอายุการใช้งานสั้นลง ซึ่งบทความนี้จะเป็นการนำเสนอผลกระทบของระบบไฟฟ้า 3 เฟสที่เกิดการไม่สมดุลและมีผลกระทบอย่างไรต่อมอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้าระบบ 3 เฟส
คดีเมื่อเกิดแรงดั
การคำนวณหาเปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลนั้นได้ถูกกำหนดโดย NEMA ได้กำหนดว่าค่าร้อยละแรงดันไฟฟ้าที่เบี่ยงเบนสูงสุดระหว่างเฟสใดแฟสหนึ่งกับค่าแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยทั้ง 3 เฟสต่อค่าเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้าทั้ง 3 เฟส ซึ่งสามารถเขียนเป็นสมการดังต่อไปนี้
3pm01
เมื่อ %VUB = เปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล
Vavg = แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยระหว่างเฟส (V)
Vmax dev. = แรงดันไฟฟ้าเบี่ยงเบนสูงสุดระหว่างเฟสใดเฟสหนึ่งกับ
Vab , Vbc , Vca = แรงดันระหว่างเฟส (V)
เพราะด้วยการวัดแรงดันไฟฟ้าเพื่อจุดประสงค์ในการหาแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลนั้น ช่างเทคนิคหรือวิศวกรควรทำการวัดในขั้นที่ใกล้ที่สุดกับขั้วต่อของมอเตอร์ไฟฟ้า และควรจะใช้เครื่องไม้เครื่องมือวัดแรงดันไฟฟ้าที่เป็นแบบดิจิตอลและมีความชอบและแม่นยำในการวัดสูง
การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของมอเตอร์ไฟฟ้าเนื่องจากสาเหตุแรงดันไฟฟ้าไม่ทัดเทียม
เมื่อมอเตอร์ไฟฟ้าทำงานที่เต็มพิกัดโหลด เปอร์เซ็นต์การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิภายในมอเตอร์ (%ΔT) จะมีผลจากแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล ซึ่งสามารถประมาณค่าได้เท่ากันสองเท่าของค่าอัตราร้อยละแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลยกกำลังสอง ซึ่งสามารถแสดงได้ในสมการดังต่อไปนี้
3pm02
โดยเมื่อนำสมการที่ 3 มาแสดงเป็นกราฟดังรูปที่ 1
เนื่องด้วยการประมาณค่าอุณหภูมิสูงสุดที่ยอมให้เกิดขึ้นได้ของมอเตอร์ไฟฟ้าเนื่องจากสาเหตุแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลสามารถหาได้จากสมการดังตั้งแต่นี้ไป
3pm03
เมื่อ Trise,unb = อุณหภูมิที่สูงขึ้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล
Trise,rated = พิกัดอุณหภูมิสูงสุดของฉนวนที่สามารถยอมรับได้ ดังแสดงในตารางที่ 1
%ΔT = เปอร์เซ็นต์การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในมอเตอร์ไฟฟ้า
ตารางที่ 1 ค่าอุณหภูมิสูงสุดที่ยอมให้เพิ่มขึ้นสำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำทั้ง 1 เฟส และ 3 เฟส ในหน่วยองศาเซลเซียส โดยอ้างอิงอุณหภูมิรอบข้างที
สภาพชั้นของฉนวน(Class of insulation system)
ตัวอย่างที่ 1 มอเตอร์เหนี่ยวนำที่มีการปิดสนิท ขนาด 50 แรงม้า, 4 ขั้ว ขนาดพิกัดแรงดันไฟฟ้า 460 V 60 Hz และระดับชั้นของฉนวนคือ F และ Service factor เท่ากับ 1.15 และทำงานที่พิกัด ขณะเกิดความไม่สมดุลของระบบไฟฟ้า 3 เฟส โดยแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสมีค่า 460 V, 425 V, 440 V ตามลำดับ จงหา
ก) เปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าที่ไม่เทียบเท่า
ข) เปอร์เซ็นต์ของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเมื่อมอเตอร์ทำงานที่พิกัด
ง) อัตราการเพิ่มขึ้นมากมายของอุณหภูมิ ถ้ามอเตอร์ทำงานที่พิกัดในสถานการณ์อุณหภูมิรอบข้างที่ และแรงดันไฟฟ้าเกิดความไม่สมดุล
จ) อุณหภูมิสูงสุดที่คาดว่าจะเพิ่มขึ้นถ้ามอเตอร์เข้าทำงานที่สภาวะแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล
วิธีคำนวณ
ก) 3pm04
ค่าเบี่ยงเบนของแรงดันไฟฟ้าจากค่าแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยสามารถบวกลบคูณหารได้ดังนี้
3pm05
ข) 3pm06
หมายเหตุ: %ΔT นั้นอาจจะประมาณค่าได้จากรูปร่างที่ 1
ค) จากตารางที่ 1 ค่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้าที่มี ขั้นชั้นของฉนวนแบบ F (Class F) และมีค่า Service factor = 1.15 มีค่าเท่ากับ 115°C
ง) 3pm07
เป็นอย่างไรบ้างครับจากตัวอย่างข้างต้นเราจะพบว่าผลของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดการไม่สมดุลเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์แต่กลับมีผลให้เปอร์เซ็นต์ของอุณหภูมิสูงขึ้นเป็นการใหญ่ และเมื่อเทียบกับค่าอุณหภูมิของพิกัดฉนวนของขดลวดก็พบว่ามีค่าอุณหภูมิที่เกิดจากผลของแรงดันไฟฟ้าที่ไม่เทียบเท่านั้นมีค่าสูงกว่าพิกัดฉนวนของขดลวด ซึ่งผลดังที่กล่าวมาแล้วก็จะทำให้ฉนวนของขดลวดของมอเตอร์ไฟฟ้ามีอายุใช้งานสั้นลง
3pm08
รูปถ่ายที่ 1 แผนภูมิเปอร์เซ็นต์การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของมอเตอร์เทียบกับเปอร์เซ็นต์ของแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล
ขีดความสามารถของมอเตอร์ไฟฟ้าลดลงเมื่อแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล
เมื่อมอเตอร์ไฟฟ้ามีการใช้งานหรือจำเป็นที่จะต้องใช้งานในสภาวะแรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมดุล นั้นจะมีผลทำให้ขีดความสามารถของมอเตอร์ไฟฟ้าลดลง(การทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าทำงานต่ำกว่าแรงม้าพิกัด) กราฟที่แสดงการลดลงของสมรรถนะของมอเตอร์ไฟฟ้าได้แสดงที่ตนที่ 2 ซึ่งการเกิดไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์อาจจะไม่มีผลต่อสมรรถนะของมอแตอร์ไฟฟ้าและไม่ทำให้เกิดความเสื่อมต่อมอเตอร์ไฟฟ้าแต่อย่างใด แต่อย่างไรก็ตามการใช้งานมอเตอร์ไฟฟ้าที่สภาวะแรงดันไฟฟ้าไม่เทียบเท่าเกินกว่า 5 เปอร์เซ็นต์นั้นไม่ควรกระทำ เนื่องจากจะมีผลทำให้เกิดปัญหาและความพังพินาศหลายประการต่อมอเตอร์ไฟฟ้าของท่านได้รับ
3pm09
ตัวที่ 2 กราฟสมรรถนะของมอเตอร์ลดลงเนื่องจากผลของแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล
อุทาหรณ์ที่ 2 จากมอเตอร์ไฟฟ้าจากตังอย่างที่ 1 จงหา ก) ค่าตัวประกอบของการลดลงของสมรรถระของมอเตอร์ไฟฟ้า ข) แรงม้าของมอเตอร์ไฟฟ้าที่สามารถใช้งานได้เมื่อทำงานในสภาวะแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล
วิธีคำนวณ
ก) ค่าเปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล (%VUB) มีค่าเท่ากับ 4.15% จากตัวที่ 2 สามารถประมาณค่าตัวประกอบที่ทำให้สมรรถนะของมอเตอร์ไฟฟ้าลดลงได้เท่ากับ 0.82
ข) จากผลของการเกิดแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลทำให้มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถรับโหลดลดลงเหลือเท่ากับ 150 x 0.82 = 123 แรงม้า
จากตังอย่างข้างต้นแสดงให้เห็นถึงผลกระทบต่อหน้าต่อประสิทธิภาพและสมรรถนะของมอเตอร์ไฟฟ้าโดยตรง ซึ่งจากผลดังกล่าวทำให้มอเตอร์ไฟฟ้าที่
ท่านได้ออกแบบไว้นั้นเพื่อใช้ในกระบวนการผลิตมีพลังต่ำลง และสุดท้ายก็จะส่งผลโดยตรงต่อกระบวกการผลิตในโรงงานของท่านและคุณลักษณะสินค้าของโรงงานท่านต่อหน้า
ย่อความ
เมื่อมาถึงตรงนี้ท่านผู้อ่านคงทราบถึงผลกระทบของแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลต่อมอเตอร์ไฟฟ้าเหนี่ยวนำไม่ว่าในด้านอายุการใช้งานของมอเตอร์ที่ลดลงเนื่องจากความร้อนที่ทำให้คุณภาพของฉนวนไฟฟ้าของขดลวดเสื่อมคุณภาพลงเร็วกว่าที่ได้ออกแบบไว้ ไม่เพียงเท่านั้นยังทำให้ประสิทธิภาพและสมรรถนะของมอเตอร์ไฟฟ้าลดลง จากเรียงความข้างต้นจะเห็นได้ว่าการที่เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมดุลเพียงเล็กน้อยก็มีผลกระทบต่อมอเตอร์เป็นเหลือเกิน และผู้ประพันธ์หวังว่าคนอ่านที่เป็นนักอุตสาหกรรมที่ทำงานเกี่ยวข้องกับมอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้าคงจะต้องตรวจในเรื่องแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลมากขึ้น และสุดท้ายก็ส่งผลให้การใช้งานมอเตอร์ไฟฟ้าภายในโรงานของท่านมีอายุการใช้งานที่นานและมีประสิทธิภาพตามที่ได้ออกแบบไว้ สวัสดีครับ
เรียบเรียงจาก หุ้นส่วน
คำค้นหาที่เกี่ยวข้อง :
จำหน่ายอุปกรณ์ไฟฟ้าTags : Boxco Weidmuller Rose, Nut ,Ferraz
