Hiệu suất hoạt động của động cơ cảm ứng ba pha phụ thuộc rất nhiều vào sự ổn định điện áp nguồn điện. Sự thay đổi về cường độ điện áp và mất cân bằng ba pha ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất động cơ, độ tăng nhiệt độ, đặc tính mô-men xoắn và tuổi thọ sử dụng. Phân tích này xem xét những tác động này thông qua hai khía cạnh chính: dao động điện áp và mất cân bằng pha.
• Mômen điện từ: Mômen động cơ thay đổi theo bình phương điện áp (T ∝ V²). Trong khi quá điện áp 10% làm tăng mô-men xoắn khởi động lên 21%, nó có thể gây bão hòa từ, tăng tổn thất lõi từ 30-40% và giảm hiệu suất 2-3 điểm phần trăm.
• Dòng điện Stator: Dòng kích thích tăng không tương xứng, có khả năng vượt dòng định mức 15-20%. Hoạt động liên tục trong những điều kiện như vậy sẽ làm tăng tốc độ xuống cấp của lớp cách điện (tuổi thọ của lớp cách nhiệt Loại B giảm một nửa khi nhiệt độ tăng lên 10°C).
• Ngưỡng an toàn: IEC 60034-26 quy định dung sai điện áp ±5% khi vận hành liên tục. Vượt quá +10% cần phải giảm công suất hoặc thiết kế cách nhiệt đặc biệt.
• Khả năng khởi động: Điện áp giảm 10% làm giảm 19% mô-men xoắn khởi động, có khả năng gây ra lỗi khởi động khi tải có quán tính cao. Thời gian khởi động có thể kéo dài thêm 25-40%, làm tăng ứng suất nhiệt cuộn dây.
• Tác động khi vận hành: Khi đầy tải, điện áp thấp 10% làm tăng dòng điện lên 11%, làm tăng tổn thất đồng lên 23%. Nhiệt độ cuộn dây tăng 6-7°C, làm giảm 50% tuổi thọ cách điện.
• Tối thiểu cho phép: NEMA MG-1 cho phép vận hành ở điện áp xuống -10% (342V đối với hệ thống 380V) nhưng khuyến nghị duy trì ≥-5% để hoạt động liên tục.
• Sự mất cân bằng dòng điện thường đo được bằng 4-10× tỷ lệ mất cân bằng điện áp. Sự mất cân bằng điện áp 5% có thể tạo ra:
► Mất cân bằng dòng điện 20-50%
► Nhiệt độ tăng thêm 54% (theo NEMA MG-1)
► Giảm hiệu suất 2-3%
• Dòng điện thứ tự âm (lên tới 15% định mức) tạo ra từ trường quay ngược chiều, tạo ra xung mô-men xoắn ký sinh.
• Mức độ rung tăng 200-300% khi mất cân bằng 5%
• Tuổi thọ vòng bi có thể giảm 30% do tải không đều
• Tiếng ồn tăng 5-8 dB(A)
• IEEE 141:
• IEC 60034-26:
• Các ứng dụng quan trọng (ví dụ: máy CNC) thường yêu cầu
• Dao động ở trạng thái ổn định: ±5% (361-399V đối với hệ thống 380V)
• Độ lệch thoáng qua: ≤±10% (
• Điện áp THD:
• Giám sát: Lắp đặt máy phân tích chất lượng điện theo dõi:
► Hệ số mất cân bằng điện áp (VUF)
► Thành phần chuỗi âm hiện tại
► Tăng nhiệt độ (RTD hoặc giám sát nhiệt điện trở)
• Thiết bị khắc phục:
► Bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR) với độ chính xác ±1%
► Bộ bù VAR tĩnh để điều chỉnh mất cân bằng
► Bộ lọc sóng hài tích cực để giảm THD
• Đối với các ứng dụng biến đổi điện áp ±10%:
► Dây dẫn quá khổ 20%
► Chỉ định lớp cách nhiệt Loại F (155°C) thay vì Lớp B (130°C)
► Sử dụng động cơ có hệ số hoạt động 150% trong các quy trình quan trọng
• Môi trường mất cân bằng cao:
► Sử dụng máy biến áp cân bằng pha
► Chỉ định động cơ với hệ số dịch vụ 1,15
Động cơ cảm ứng ba pha thể hiện độ nhạy cao đối với sự thay đổi điện áp:
• Tác động đến hiệu suất: Độ lệch điện áp 10% làm giảm hiệu suất 2-4%
• Ứng suất nhiệt: Cứ mất cân bằng 5% sẽ làm giảm 50% tuổi thọ cách nhiệt
• Độ tin cậy cơ học: Độ rung tăng theo cấp số nhân khi mất cân bằng
Các giao thức hoạt động được đề xuất:
1. Duy trì điện áp trong khoảng ±5% giá trị danh định
2. Hạn chế mất cân bằng điện áp ở mức
3. Thực hiện giám sát chất lượng điện liên tục
4. Đối với các ứng dụng quan trọng:
• Sử dụng hệ thống UPS có điều chỉnh điện áp
• Lắp đặt rơ-le bảo vệ động cơ có chức năng phát hiện mất cân bằng
• Hãy cân nhắc động cơ nam châm vĩnh cửu cho môi trường thay đổi điện áp
Các biện pháp này đảm bảo hiệu suất tối ưu đồng thời đạt được tuổi thọ hoạt động 20.000-40.000 giờ theo thiết kế trong các điều kiện lưới điện thay đổi.
