Следствия снижения напряжения в сети

Что касается потребителя типа сопротивления, то для них снижение напряжения прямо пропорционально падению потребляемого тока (з-н Ома l = U /R). Для предохранителей слабый ток не несет никаких опасностей. Если взять сопротивление, потребляющее 300 Вт (рис.55.2) при 240 В, то при напряжении 24 В оно будет потреблять только 3 Вт.

Что касается типа двигателя, то вначале необходимо отличать их по действию большего момента сопротивления (рис.55.3). Так, можно сравнить поршневые холодильные компрессоры (больший момент сопротивления? и приводные двигатели (меньший момент сопротивления?.

Относительно центробежных вентиляторов, то они находятся между двумя данными категориями. Преимущественно их характеристики не выдерживают значительного падения напряжения питания, в связи, с чем их относят к категории устройств с большим моментом сопротивления.

Напомним, что способность двигателя приводить в движение устройство (момент на валу) зависит от квадрата напряжения питания. То есть, если он предназначен для работы от питания 220 В, а напряжение снизится до 110 В, то крутящий момент уменьшится в 4 раза (рис.55.4). Если при снижении напряжения момент сопротивления слишком велик, то двигатель остановится. При этом потребляемый двигателем ток, будет равен пусковому, который он будет потреблять во время вынужденной остановки. В этот момент спасти его от сильного перегрева может только встроенная защита (тепловое реле), которое быстро отключит питание.

При низком моменте сопротивления приводимого устройства снижение напряжения приведет к уменьшению скорости вращения, поскольку мотор обладает меньшей располагаемой мощностью. Данное свойство широко применяется в большинстве многоскоростных двигателей, которые вращают вентиляторы кондиционеров (рис.55.5). При переключении на БС (большая скорость) сопротивление замкнуто на коротко и двигатель запитывается от 220 В. Скорость его вращения номинальная.

При переключении на МС (малая скорость) сопротивление соединено последовательно с обмоткой двигателя, из-за чего напряжение на нем снижается. Соответственно уменьшается и крутящий момент на валу, таким образом, вентилятор начинает вращаться с пониженной скоростью. Потребляемый ток становится меньше. Данной свойство широко применяется при изготовлении электронных регуляторов скорости (на основе тиристоров), служащих для регулирования давления конденсации, изменяя скорость вращения вентиляторов в конденсаторах с воздушным охлаждением (рис.55.6).

Данные регуляторы, называемые преобразователями или вентилями тока, функционируют, как и остальные регуляторы-ограничители, работая по принципу «срезания» частоты амплитуды переменного тока.

В первой позиции давление конденсации высокое и регулятор скорости полностью пропускает полупериоды сети. На клеммах двигателя напряжение (заштрихованная область) соответствует питанию в сети, и он начинает вращаться с максимальной скоростью, при этом потребляя номинальный ток.

Во второй позиции давление конденсации начинает снижаться. Вступает в регулятор, срезая часть каждого полупериода, поступающего на вход двигателя. Напряжение на клеммах двигателя уменьшается, вместе со скоростью и потребляемым током.

В третьей позиции напряжение слишком слабое. Поскольку крутящий момент двигателя меньше момента сопротивления вентилятора, он останавливается и начинает нагреваться. Таким образом, регуляторы скорости в основном настраиваются на предельно допустимое значение минимальной скорости.

Кроме того, метод «срезания» может применяться в однофазных двигателях, когда те используются для приводов агрегатов с низким моментом сопротивления. Что касается трехфазных двигателей (используемых для привода машин с большим сопротивлением), то рекомендовано применение многоскоростных двигателей, двигателей постоянного тока или частотных преобразователей.

В повседневной жизни нам приходится часто сталкиваться с падением напряжения. Оно может быть вызвано кратковременным отключением или резким падением силы тока. Для того чтобы ограничить падение напряжения необходимо правильно подбирать сечение питающих проводов. Но в некоторых случаях снижение уровня напряжения не обусловлено снижением питания в подводящих проводах.

Для примера возьмем катушку электромагнита 24 В, управляющую небольшим контактором (рис.55.7). Когда электромагнит срабатывает, то потребляет ток равный 3 А, а при удержании он составляет 0,3 А (10 раз меньше). Другими словами, подключенный электромагнит потребляет ток, равный десятикратному току режима удержания. Несмотря на то, что продолжительность включения невелика (20 мс), данный фактор может иметь влияние в больших командных цепях с большим количеством контакторов и реле.

На представленной схеме (рис.55.8) установлено 20 контакторов – С1-С20. Как только ток выключается, все они находятся в ждущем режиме, а при включении одновременно срабатывают. При срабатывании каждый контактор потребляет 3 А, а это значит,что через вторичную обмотку трансформатора будет идти ток 3х20=60 А. Если сопротивление вторичной обмотки составляет 0,3 Ом, то снижение напряжения на ней при срабатывании контакторов составит 0,3х60=18 В. Поскольку напряжение контакторов достигает всего 6 В, они не смогут работать (рис.55.9).

В этом случае трансформатор вместе с проводкой будут сильно перегреваться, а сами контакторы гудеть. И так будет продолжаться до тех пор, пока не сработает автомат защиты или не перегорит предохранитель.

Если сопротивление вторичной обмотки трансформатора составит 0,2 Ома, то при включении контакторов напряжение в ней составит 0,2х60=12 В. При этом контакторы будут запитаны от 12 В, вместо 24 В, и нет никакой вероятности, что они включатся. Их работа будет аналогичной кА в предыдущем примере, поскольку напряжение в сети аномально высокое.

Трудности с сопротивлением на вторичной обмотке объясняются значительным напряжением холостого хода на выходе трансформатора, в отличие от напряжения под нагрузкой. С увеличением потребляемого тока, выходное напряжение снижается.

В качестве примера рассмотрим трансформатор 220/24 (рис.55.10) мощностью 120 ВА, подключенный к сети 220 В. Если трансформатор выдает ток 5 А, то выходное напряжение составит 24 В (24х5=120 ВА). Но при снижении потребляемого тока до 1 А, выходное напряжение становится большим, например, 27 В. Это спровоцировано воздействием сопротивления провода вторичной обмотки.

Как только ток начинает снижаться, выходное напряжение повышается. И обратная ситуация: как только потребляемый ток становится больше 5 А, выходное напряжение уменьшается до 24 В, в результате чего трансформатор перегревается.

Если трансформатор небольшой мощности, то могут возникнуть определенные трудности, поэтому не следует пренебрегать подбором мощности трансформатора.