"ГОСТ IEC 60034-26-2015. Межгосударственный стандарт. Машины электрические вращающиеся. Часть 26. Влияние несбалансированных напряжений на рабочие характеристики трехфазных асинхронных двигателей"
(введен в действие Приказом Росстандарта от 26.05.2016 N 424-ст)

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") и Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении" (ВНИИНМАШ) на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 333 "Вращающиеся электрические машины"

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 29 сентября 2015 г. N 80-П)

За принятие проголосовали:

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 26 мая 2016 г. N 424-ст межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 60034-26-2015 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 марта 2017 г.

5 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту IEC 60034-26:2006 "Машины электрические вращающиеся. Часть 26. Влияние несбалансированных напряжений на рабочие характеристики трехфазных асинхронных двигателей" ("Rotating electrical machines - Part 26: Effects of unbalanced voltages on the performance of three-phase cage induction motors", IDT).

Международный стандарт разработан техническим комитетом по стандартизации TC 2 "Вращающиеся машины" Международной электротехнической комиссии (IEC).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

В случае питания трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором несимметричным линейным напряжением ток в фазах также становится несимметричным. Небольшая разбалансировка напряжения может привести к значительному дисбалансу токов.

Подача несимметричного напряжения на статор асинхронного двигателя эквивалентна появлению обратной последовательности напряжения и соответствующей составляющей потока, вращающейся навстречу направлению вращения ротора, что и вызывает значительный рост тока по сравнению с симметричным режимом. Соответственно, перегрев двигателя при определенной нагрузке в случае несимметричного напряжения будет превышать тот, который был бы при симметричном.

Аналитические и графические методы расчета симметричных последовательностей при известных фазных напряжениях приводятся в литературе. Поэтому они не включены в основной текст настоящего стандарта, а приведены в приложении A. Более того, современные вычислительные средства позволяют осуществлять данные расчеты автоматически.

Аппроксимация для определения дисбаланса дана в справочном приложении B.

Настоящий стандарт описывает влияние несбалансированного напряжения на работу трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные документы. Для недатированных ссылок применяют последнее издание ссылочного документа (включая все его изменения).

IEC 60034-12, Rotating electrical machines - Part 12: Starting performance of single-speed three-phase cage induction motors (Машины электрические вращающиеся. Часть 12. Пусковые характеристики односкоростных трехфазных двигателей с короткозамкнутым ротором).

В следующих разделах описывается влияние несбалансированного напряжения на работу двигателя.

Составляющая обратной последовательности напряжения образует в воздушном зазоре машины поток, вращающийся навстречу движению ротора. Небольшая асимметрия напряжений питания приводит к заметному по сравнению с симметричным питанием увеличению токов. Частота тока в роторе от потока обратной последовательности почти вдвое превышает номинальную частоту. Поэтому рост потерь от таких токов в роторе значительно превышает рост аналогичных статорных потерь.

Дисбаланс токов при близких к номинальной скоростях двигателя в 6 - 10 раз превышает дисбаланс напряжений.

Дисбаланс тока короткого замыкания в роторе одного порядка с дисбалансом напряжения, однако мощность короткого замыкания в роторе растет незначительно.

Перегрев обмотки статора при асимметрии напряжения всегда превышает перегрев при нормальных условиях из-за роста потерь, обусловленных составляющими обратных последовательностей токов и напряжений.

Рост потерь в роторе многократно превышает дисбаланс токов.

Кроме того, асимметрия напряжений может сопровождаться уменьшением составляющей прямой последовательности напряжения статора, что приведет к росту составляющих прямой последовательности токов статора и ротора.

Момент короткого замыкания, седловой и критический моменты уменьшаются при асимметричном питающем напряжении. При существенном дисбалансе напряжений эти моменты не позволяют использовать машину в конкретном применении.

Дисбаланс напряжения приводит к появлению пульсаций момента с двойной частотой сети. Амплитуда пульсаций растет пропорционально произведению составляющих прямой и обратной последовательностей напряжения. Например, при коэффициенте асимметрии f_U = 0,05 (см. раздел 4) амплитуда составляет порядка 25% от номинального момента. При этом недопустимо возрастают крутильные колебания всей механической конструкции вала, а колебания скорости имеют приблизительно двойную частоту сети.

При работе двигателя от асимметричного напряжения скорость под нагрузкой незначительно уменьшается за счет дополнительных потерь в цепи ротора.

Если двигатель предназначен для работы с номинальной частотой сети, а напряжение сети имеет составляющую обратной последовательности, превышающую 1% от прямой последовательности в течение продолжительного времени (по крайней мере, соизмеримого с постоянной времени нагрева), допустимая мощность двигателя должна быть уменьшена по сравнению с номинальной во избежание его выхода из строя. На рисунке 1 представлены характерные значения коэффициента снижения мощности Y для двигателей исполнения N по IEC 60034-12 при условии, что составляющая прямой последовательности близка к номинальному напряжению. Работа двигателя с превышением 5% асимметрии не рекомендуется.

Коэффициент асимметрии на рисунке 1 определен как

где U_n - среднеквадратичное значение составляющей обратной последовательности питающего напряжения,

U_p - среднеквадратичное значение составляющей прямой последовательности питающего напряжения

Ниже перечислены этапы графического определения составляющих векторов прямой U_p и обратной U_n последовательности:

- Начертить векторную диаграмму фактических линейных напряжений U₁, U₂, U₃, сумма которых всегда равна нулю.

- Построить равносторонний треугольник на одном из напряжений (на рисунке A.1 выбран вектор U₁).

- Соединить верхние вершины построенных треугольников вектором U_i.

- На вектор U_i опустить перпендикуляр из одной из противоположных ему вершин исходного треугольника.

- Продолжением этого перпендикуляра является вектор напряжения обратной последовательности длиной , отстающий от вектора U_i на 90 градусов.

- Искомый вектор напряжения прямой последовательности U_p соединяет вершины векторов U_n и U₁.

Симметричные составляющие векторов линейных напряжений определяются следующим образом.

Вектор прямой последовательности: U_p = (U₁ + aU₂ + a²U₃)/3,

Вектор обратной последовательности: U_n = (U₁ + a²U₂ + aU₃)/3,

где , и 1 + a + a² = 0.

Если известны исходные векторы напряжений (модули и фазы), их симметричные составляющие могут быть найдены по приведенным выше уравнениям.

Если известны только среднеквадратичные значения модулей векторов напряжений, симметричные составляющие могут быть вычислены по следующим формулам:

где ,

.

На практике для оценки коэффициента снижения мощности по рисунку 1 может быть востребован приближенный расчет коэффициента асимметрии f_U, который проводится по формуле

где U_макс - среднеквадратичное значение напряжения, максимального из U₁, U₂ и U₃,

U_ср - среднеарифметическое среднеквадратичных значений U₁, U₂ и U₃.

Примечание - Между коэффициентами и f_U, вычисляемыми по приложениям A и B, отсутствует какая-либо строгая математическая связь. Коэффициент асимметрии , вычисляемый по приложению B, отражает физические процессы лишь приближенно. Коэффициент f_U, найденный по приложению A, обычно на 3%, в редких случаях на 14%, выше, чем найденный по приложению B, что приводит к ошибке в определении коэффициента снижения мощности, не превышающей 7%.

--------------------------------

<1> На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р МЭК 60034-12-2009.