เนื้อหาวันที่ : 2010-06-07 17:40:32 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 10728 views

ผลกระทบต่อสมรรถนะของมอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้า 3 เฟส เมื่อแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล

วิศวกรหรือช่างเทคนิคที่ทำงานด้านบำรุงรักษาอยู่ในโรงงานอุตสาหกรรมต่าง ๆ คงจะประสบปัญหาว่าแรงดันไฟฟ้าระบบ 3 เฟสภายในโรงงานของท่านมีความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสทั้ง 3 ซึ่งสาเหตุเกิดจากมีการใช้ไฟฟ้าเฟสใดเฟสหนึ่งมากจนเกินไป

ยุทธพงศ์ ทัพผดุง   

.

.

วิศวกรหรือช่างเทคนิคที่ทำงานด้านบำรุงรักษาอยู่ในโรงงานอุตสาหกรรมต่าง ๆ คงจะประสบปัญหาว่าแรงดันไฟฟ้าระบบ 3 เฟสภายในโรงงานของท่านมีความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสทั้ง 3 ซึ่งสาเหตุที่ทำให้เกิดเหตุการณ์ดังกล่าวขึ้นนั้น โดยจากประสบการณ์ของผู้เขียนจะพบว่ามีการใช้ไฟฟ้าเฟสใดเฟสหนึ่งมากจนเกินไป เช่น ภายในสำนักงานส่วนใหญ่จะใช้โหลดเป็นแบบ 1 เฟส ซึ่งจะประกอบด้วยอุปกรณ์และเครื่องใช้สำนักงานมากมายเช่น คอมพิวเตอร์ โทรสาร เครื่องถ่ายเอกสาร โทรทัศน์ และอื่น ๆ

.

ซึ่งอุปกรณ์ดังกล่าวก็จะใช้ไฟฟ้าผ่านเต้ารับซึ่งเป็นระบบไฟฟ้าแบบ 1 เฟส และก็จะมีผลทำให้เกิดการไม่สมดุลระหว่างเฟสทั้งกระแสและแรงดันภายในโรงงานในที่สุด ซึ่งการไม่สมดุลดังกล่าวก็จะส่งผลต่อระบบไฟฟ้าของท่านหลายประการ อาทิเช่น เกิดการศูนย์เสียด้านพลังงานไฟฟ้าในสายที่มีกระแสไฟฟ้าไหลเพิ่มขึ้น, สายศูนย์มีกระแสไฟฟ้าไหล,     

.

การใช้โหลดประเภทที่ใช้ไฟฟ้าเป็นระบบไฟฟ้า 3 เฟส น้อยลงเนื่องจากการเกิดความไม่สมดุลในระบบไฟฟ้าทำให้เฟสใดเฟสหนึ่งจ่ายเต็มพิกัดกว่าเฟสอื่นแล้ว และทำให้สมรรถนะและอายุการใช้งานของมอเตอร์ไฟฟ้ามีประสิทธิภาพและอายุการใช้งานสั้นลง ซึ่งบทความนี้จะเป็นการนำเสนอผลกระทบของระบบไฟฟ้า 3 เฟสที่เกิดการไม่สมดุลและมีผลกระทบอย่างไรต่อมอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้าระบบ 3 เฟส

.

กรณีเมื่อเกิดแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้มอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้าแบบ 3 เฟส ซึ่งไม่เพียงแต่จะส่งผลต่อการใช้กระแสไฟฟ้าในขดลวดโรเตอร์และสเตเตอร์ไม่เท่ากันแล้ว แต่ยังทำให้เปอร์เซ็นต์กระแสไฟฟ้าที่ไม่สมดุลที่เกิดขึ้นอาจจะมีค่าสูง 6 ถึง 10 เท่าเมื่อเทียบกับเปอร์เซ็นต์ของแรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมดุล

.

ผลของการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าจาก I2R จะทำให้เกิดความร้อนของฉนวนขึ้นและทำให้มีผลต่ออายุการใช้งานของมอเตอร์ไฟฟ้าโดยตรง และการเกิดแรงดันไม่สมดุลก็จะทำให้แรงบิดของมอเตอร์ไฟฟ้าลดลงด้วย ไม่เพียงเท่านั้นความเร็วขณะมีโหลดเต็มพิกัดก็จะมีค่าลดลงด้วย

.
การคำนวณหาเปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล

การคำนวณหาเปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลนั้นได้ถูกกำหนดโดย NEMA ได้กำหนดว่าค่าเปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าที่เบี่ยงเบนสูงสุดระหว่างเฟสใดเฟสหนึ่งกับค่าแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยทั้ง 3 เฟสต่อค่าเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้าทั้ง 3 เฟส ซึ่งสามารถเขียนเป็นสมการดังต่อไปนี้

.

.

เมื่อ %VUB = เปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล
        Vavg = แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยระหว่างเฟส (V)
Vmax dev. = แรงดันไฟฟ้าเบี่ยงเบนสูงสุดระหว่างเฟสใดเฟสหนึ่งกับ Vavg
Vab, Vbc, Vca = แรงดันระหว่างเฟส (V)

.

สำหรับการวัดแรงดันไฟฟ้าเพื่อจุดประสงค์ในการหาแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลนั้น ช่างเทคนิคหรือวิศวกรควรทำการวัดในตำแหน่งที่ใกล้ที่สุดกับขั้วต่อของมอเตอร์ไฟฟ้า และควรจะใช้เครื่องมือวัดแรงดันไฟฟ้าที่เป็นแบบดิจิตอลและมีความถูกต้องและแม่นยำในการวัดสูง

.
การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของมอเตอร์ไฟฟ้าเนื่องจากสาเหตุแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล

เมื่อมอเตอร์ไฟฟ้าทำงานที่เต็มพิกัดโหลด เปอร์เซ็นต์การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิภายในมอเตอร์ (%T) จะมีผลจากแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล ซึ่งสามารถประมาณค่าได้เท่ากับสองเท่าของค่าเปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลยกกำลังสอง ซึ่งสามารถแสดงได้ในสมการดังต่อไปนี้

.

โดยเมื่อนำสมการที่ 3 มาแสดงเป็นกราฟดังรูปที่ 1
สำหรับการประมาณค่าอุณหภูมิสูงสุดที่ยอมให้เกิดขึ้นได้ของมอเตอร์ไฟฟ้าเนื่องจากสาเหตุแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลสามารถหาได้จากสมการดังต่อไปนี้

.
.

ตารางที่ 1 ค่าอุณหภูมิสูงสุดที่ยอมให้เพิ่มขึ้นสำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำทั้ง 1 เฟส และ 3 เฟส ในหน่วยองศาเซลเซียส โดยอ้างอิงอุณหภูมิรอบข้างที่ 40 C

.

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) เปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมดุล
ข) เปอร์เซ็นต์ของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเมื่อมอเตอร์ทำงานที่พิกัด
ง) อัตราการเพิ่มขึ้นสูงสุดของอุณหภูมิ ถ้ามอเตอร์ทำงานที่พิกัดในสภาวะอุณหภูมิรอบข้างที่ 40 ๐C และแรงดันไฟฟ้าเกิดความไม่สมดุล
จ) อุณหภูมิสูงสุดที่คาดว่าจะเพิ่มขึ้นถ้ามอเตอร์ทำงานที่สภาวะแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล

.
วิธีคำนวณ
ก)
ค่าเบี่ยงเบนของแรงดันไฟฟ้าจากค่าแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยสามารถคำนวณได้ดังนี้
.
.

ค) จากตารางที่ 1 ค่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้าที่มี ระดับชั้นของฉนวนแบบ F (Class F) และมีค่า Service Factor = 1.15 มีค่าเท่ากับ 115 C

.
ง) 
.

เป็นอย่างไรบ้างครับจากตัวอย่างข้างต้นเราจะพบว่าผลของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดการไม่สมดุลเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์แต่กลับมีผลให้เปอร์เซ็นต์ของอุณหภูมิสูงขึ้นอย่างมาก และเมื่อเทียบกับค่าอุณหภูมิของพิกัดฉนวนของขดลวดก็พบว่ามีค่าอุณหภูมิที่เกิดจากผลของแรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมดุลนั้นมีค่าสูงกว่าพิกัดฉนวนของขดลวด ซึ่งผลดังกล่าวก็จะทำให้ฉนวนของขดลวดของมอเตอร์ไฟฟ้ามีอายุการใช้งานสั้นลง

.

รูปที่ 1 กราฟเปอร์เซ็นต์การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของมอเตอร์เทียบกับเปอร์เซ็นต์ของแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล

.
สมรรถนะของมอเตอร์ไฟฟ้าลดลงเมื่อแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล

เมื่อมอเตอร์ไฟฟ้ามีการใช้งานหรือจำเป็นที่จะต้องใช้งานในสภาวะแรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมดุล นั้นจะมีผลทำให้สมรรถนะของมอเตอร์ไฟฟ้าลดลง (การทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าทำงานต่ำกว่าแรงม้าพิกัด) กราฟที่แสดงการลดลงของสมรรถนะของมอเตอร์ไฟฟ้าได้แสดงที่รูปที่ 2 ซึ่งการเกิดไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์อาจจะไม่มีผลต่อสมรรถนะของมอเตอร์ไฟฟ้าและไม่ทำให้เกิดความเสียหายต่อมอเตอร์ไฟฟ้าแต่อย่างใด

.

แต่อย่างไรก็ตามการใช้งานมอเตอร์ไฟฟ้าที่สภาวะแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลเกินกว่า 5 เปอร์เซ็นต์นั้นไม่ควรกระทำ เนื่องจากจะมีผลทำให้เกิดปัญหาและความเสียหายหลายประการต่อมอเตอร์ไฟฟ้าของท่านได้

.

รูปที่ 2 กราฟสมรรถนะของมอเตอร์ลดลงเนื่องจากผลของแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล

.

ตัวอย่างที่ 2 จากมอเตอร์ไฟฟ้าจากตังอย่างที่ 1 จงหา ก) ค่าตัวประกอบของการลดลงของสมรรถระของมอเตอร์ไฟฟ้า ข) แรงม้าของมอเตอร์ไฟฟ้าที่สามารถใช้งานได้เมื่อทำงานในสภาวะแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล

.
วิธีคำนวณ

ก) ค่าเปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล (%VUB) มีค่าเท่ากับ 4.15% จากรูปที่ 2 สามารถประมาณค่าตัวประกอบที่ทำให้สมรรถนะของมอเตอร์ไฟฟ้าลดลงได้เท่ากับ 0.82
ข) จากผลของการเกิดแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลทำให้มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถรับโหลดลดลงเหลือเท่ากับ 150 x 0.82 = 123แรงม้า

.

จากตังอย่างข้างต้นแสดงให้เห็นถึงผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพและสมรรถนะของมอเตอร์ไฟฟ้าโดยตรง ซึ่งจากผลดังกล่าวทำให้มอเตอร์ไฟฟ้าที่ท่านได้ออกแบบไว้นั้นเพื่อใช้ในกระบวนการผลิตมีประสิทธิภาพต่ำลง และสุดท้ายก็จะส่งผลโดยตรงต่อกระบวกการผลิตในโรงงานของท่านและคุณภาพสินค้าของโรงงานท่านโดยตรง

.
สรุป

เมื่อมาถึงตรงนี้ท่านผู้อ่านคงทราบถึงผลกระทบของแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลต่อมอเตอร์ไฟฟ้าเหนี่ยวนำไม่ว่าในด้านอายุการใช้งานของมอเตอร์ที่ลดลงเนื่องจากความร้อนที่ทำให้คุณภาพของฉนวนไฟฟ้าของขดลวดเสื่อมสภาพลงเร็วกว่าที่ได้ออกแบบไว้ ไม่เพียงเท่านั้นยังทำให้ประสิทธิภาพและสมรรถนะของมอเตอร์ไฟฟ้าลดลง

.

จากบทความข้างต้นจะเห็นได้ว่าการที่เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมดุลเพียงเล็กน้อยก็มีผลกระทบต่อมอเตอร์เป็นอย่างมาก และผู้เขียนหวังว่าผู้อ่านที่เป็นนักอุตสาหกรรมที่ทำงานเกี่ยวข้องกับมอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้าคงจะต้องพิจารณาในเรื่องแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลมากขึ้น และสุดท้ายก็ส่งผลให้การใช้งานมอเตอร์ไฟฟ้าภายในโรงานของท่านมีอายุการใช้งานที่ยาวนานและมีประสิทธิภาพตามที่ได้ออกแบบไว้ สวัสดีครับ

.

เรียบเรียงจาก

* Charles l. Hubert, P.E., (2003). Operating, Testing, and Preventive Maintenance of electrical Power Apparatus. Prentice Hall,.

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด