Autor: Andy Sagl
Jak vysvětluje Andy Sagl, produktový manažer společnosti Megger, rozběhový proud motoru – velký nárazový proud odebíraný motorem při jeho rozběhu – může mít nepříznivý vliv na napájecí sítě a ochranné systémy.
Pokud je střídavý motor uveden do chodu pomocí běžného stykačového spouštěče, protéká motorem a vodiči, které ho napájejí, velký nárazový proud. Tento proud, který výrazně převyšuje jmenovitý proud uvedený na výrobním štítku motoru, je potřebný k překonání kombinované setrvačnosti nehybného hřídele motoru a zátěže, kterou motor pohání.
Jakmile je do motoru přiveden třífázový proud, jsou pod napětím vinutí statoru – stacionární vinutí v rámu motoru. Proud v těchto vinutích vytváří točivé magnetické pole, které indukuje proud v rotorovém vinutí – vinutí na rotující části motoru. Proud tekoucí rotorem rovněž vytváří magnetické pole. Pole vytvářená statorem a rotorem se vzájemně ovlivňují tak, že způsobují otáčení rotoru.
Obrázek 1: Rozběhový proud motoru při rozběhu
Obrázek 2: Síťové napětí (nahoře) a proud motoru při rozběhu motoru
Obrázek 3: Vliv zátěže na dobu trvání rozběhového proudu motoru
Obrázek 4: Vliv napájecího napětí na dobu trvání rozběhového proudu motoru
Rotor se zrychluje, dokud nedosáhne otáček blízkých synchronním otáčkám, což jsou otáčky točivého pole vytvářeného statorem. Rotor však nikdy zcela nedosáhne synchronních otáček, protože kdyby jich dosáhl, nevznikl by žádný indukovaný rotorový proud a motor by nevyvíjel žádný točivý moment. Rozdíl mezi skutečnými otáčkami rotoru a synchronními otáčkami se obvykle vyjadřuje skluzem, kde: skluz = (synchronní otáčky – skutečné otáčky) ÷ synchronní otáčky.
Když motor stojí, je skluz roven 1. Při normálním chodu závisí hodnota skluzu na zatížení, ale obvykle se pohybuje od přibližně 0,05 u malých motorů až po pouhých 0,01 u motorů velkých.
Při rozběhu je skluz = 1 a právě tato velká hodnota skluzu se nejvíce podílí na rozběhovém proudu. Jak se rotor zrychluje, skluz se snižuje a rozběhový proud klesá na úroveň běžného provozního proudu motoru, jak je znázorněno na obr. 1. Velikost rozběhového proudu závisí na typu motoru a způsobu rozběhu. Pro standardní průmyslové motory spouštěné přímo ze sítě jsou typické rozběhové proudy v rozmezí osmi až desetinásobku normálního běžného proudu. U motorů s vysokou účinností může být rozběhový proud ještě vyšší.
Obrázek 5: Kolísání rozběhového proudu motoru po dobu dvou týdnů
Obrázek 6: Přechodné proudy (dole) a poklesy napětí v důsledku změn zatížení motoru
Rozběhový proud může způsobit, pokud nebyla správně zvolena, činnost ochranných zařízení motoru (přetížení a pojistky), ale typičtěji je pokles napětí způsobený velkým průtokem proudu (viz obrázek 2), které způsobuje poruchy v jiných zařízeních připojených ke stejnému obvodu jako motor. Poklesy napětí mohou vyřadit z provozu řídicí jednotky a zátěže. Zařízení s konstantním výkonem zvýší svůj odběr proudu, aby kompenzovala nižší napětí, což může vést k vypnutí nadproudových ochran. A v závažných případech může být pokles napětí tak velký, že motor nedokáže vyvinout dostatečný točivý moment k rozběhu.
Zatížení motoru, stejně jako vlastnosti napájecí soustavy, ovlivňují rozběhový proud motoru. Silně zatížený motor bude odebírat rozběhový proud po delší dobu než lehce zatížený motor, jak je vidět na obrázku 3. Podobně, pokud je napájecí napětí nízké, prodlouží se doba rozběhu motoru spolu s dobou trvání rozběhového proudu, jak je vidět na obrázku 4. To zvyšuje pravděpodobnost, že dojde k vypnutí ochranných zařízení.
Při charakterizaci rozběhového proudu motoru je nutné zachytit průběh alespoň několik sekund, aby bylo možné sledovat proud od rozběhu až po ustálený stav. Kromě toho nemusí jediná zkouška rozběhu poskytnout dostatek informací k vyřešení problémů. Motory se během dne často několikrát spouštějí a zastavují, přičemž rozběhový proud ovlivňuje proměnlivé zatížení a měnící se napájecí napětí. Monitorování by se proto mělo provádět po delší časové období. Motor na obrázku 5 byl monitorován po dobu dvou týdnů a je snadno vidět, že se rozběhový proud během této doby výrazně měnil.
V zařízeních, kde dochází ke změnám procesu, mohou tyto změny měnit zatížení motoru, a to ovlivní odebíraný proud. V aplikacích tohoto typu je nezbytné sledovat motor v průběhu celého výrobního cyklu, protože změny v zatížení motoru mohou způsobit přechodné proudové jevy, které vypínají ochranná zařízení nebo vytvářejí poklesy napětí, které vyřadí z provozu jiná zařízení (viz obrázek 6).
Pro přesné vyhodnocení provozu motoru a jeho vlivu na ostatní zařízení je nezbytné sledovat motor alespoň po dobu jednoho celého výrobního cyklu a v ideálním případě po dobu několika cyklů. Napětí, proud, činný výkon, jalový výkon, zdánlivý výkon a účiník by měly být sledovány po jednotlivých výrobních cyklech, protože hodnoty agregované v čase jsou často zavádějící.
Kromě toho by měla být implementována spoušť proudového výkyvu, která při překročení nastavené hodnoty proudu ve sledovaném obvodu spustí snímání průběhu. Zachycení by mělo trvat alespoň 10 sekund a mělo by sledovat všechny kanály současně. Tím se zajistí, že při každém spuštění motoru budou zachycena všechna data od počátečního náběhu až po ustálený stav.
Jak jsme viděli, rozběhový proud spojený s rozběhem motoru může vést k řadě problémů v energetických systémech. S dobrým analyzátorem kvality elektrické energie je však vysledování zdroje problému obvykle jednoduchou záležitostí.
Náprava bude záviset na aplikaci, ale v některých případech může být například možné nahradit konvenční elektromechanické spouštěče motorů soft startéry nebo frekvenčními měniči. Ty zajišťují řízenou akceleraci motoru při rozběhu a výrazně snižují velikost rozběhového proudu. Snižují také mechanické opotřebení motoru a jím poháněné zátěže a v případě pohonů s proměnnými otáčkami často umožňují výrazně zvýšit energetickou účinnost.