บทนำ

วิศวกรหรือช่างเทคนิคที่ทำงานด้านบำรุงรักษาอยู่ในโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆคงจะประสบปัญหาว่าแรงดันไฟฟ้าระบบ 3 เฟสภายในโรงงานของท่านมีความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสทั้ง 3 ซึ่งสาเหตุที่ทำให้เกิดเหตุการณ์ดังกล่าวขึ้นนั้น โดยจากประสบการณ์ของผู้เขียนจะพบว่ามีการใช้ไฟฟ้าเฟสใดเฟสหนึ่งมากจนเกินไป เช่นภายในสำนักงานส่วนใหญ่จะใช้โหลดเป็นแบบ 1 เฟส ซึ่งจะประกอบด้วยอุปกรณ์และเครื่องใช้สำนักงานมากมายเช่น คอมพิวเตอร์ โทรสาร เครื่องถ่ายเอกสาร โทรทัศน์ และอื่นๆ 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 และผลของการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าจาก จะทำให้เกิดความร้อนของฉนวนขึ้นและทำให้มีผลต่ออายุการใช้งานของมอเตอร์ไฟฟ้าโดยตรง และการเกิดแรงดันไม่สมดุลก็จะทำให้แรงบิดของมอเตอร์ไฟฟ้าลดลงด้วย ไม่เพียงเท่านั้นความเร็วขณะมีโหลดเต็มพิกัดก็จะมีค่าลดลงด้วย

การคำนวณหาเปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล

การคำนวณหาเปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลนั้นได้ถูกกำหนดโดย NEMA ได้กำหนดว่าค่าเปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าที่เบี่ยงเบนสูงสุดระหว่างเฟสใดแฟสหนึ่งกับค่าแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยทั้ง 3 เฟสต่อค่าเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้าทั้ง 3 เฟส ซึ่งสามารถเขียนเป็นสมการดังต่อไปนี้

เมื่อ           %VUB = เปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล

Vavg = แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยระหว่างเฟส (V)

                Vmax dev. = แรงดันไฟฟ้าเบี่ยงเบนสูงสุดระหว่างเฟสใดเฟสหนึ่งกับ

                Vab , Vbc , Vca = แรงดันระหว่างเฟส (V)

สำหรับการวัดแรงดันไฟฟ้าเพื่อจุดประสงค์ในการหาแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลนั้น ช่างเทคนิคหรือวิศวกรควรทำการวัดในตำแหน่งที่ใกล้ที่สุดกับขั้วต่อของมอเตอร์ไฟฟ้า และควรจะใช้เครื่องมือวัดแรงดันไฟฟ้าที่เป็นแบบดิจิตอลและมีความถูกต้องและแม่นยำในการวัดสูง

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของมอเตอร์ไฟฟ้าเนื่องจากสาเหตุแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล

เมื่อมอเตอร์ไฟฟ้าทำงานที่เต็มพิกัดโหลด เปอร์เซ็นต์การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิภายในมอเตอร์ (%ΔT) จะมีผลจากแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล ซึ่งสามารถประมาณค่าได้เท่ากับสองเท่าของค่าเปอร์เซ็นต์แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลยกกำลังสอง ซึ่งสามารถแสดงได้ในสมการดังต่อไปนี้

โดยเมื่อนำสมการที่ 3 มาแสดงเป็นกราฟดังรูปที่ 1

สำหรับการประมาณค่าอุณหภูมิสูงสุดที่ยอมให้เกิดขึ้นได้ของมอเตอร์ไฟฟ้าเนื่องจากสาเหตุแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลสามารถหาได้จากสมการดังต่อไปนี้

เมื่อ        Trise,unb = อุณหภูมิที่สูงขึ้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล

 Trise,rated = พิกัดอุณหภูมิสูงสุดของฉนวนที่สามารถยอมรับได้ ดังแสดงในตารางที่ 1

            %ΔT = เปอร์เซ็นต์การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในมอเตอร์ไฟฟ้า

ตารางที่ 1 ค่าอุณหภูมิสูงสุดที่ยอมให้เพิ่มขึ้นสำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำทั้ง 1 เฟส และ 3 เฟส ในหน่วยองศาเซลเซียส โดยอ้างอิงอุณหภูมิรอบข้างที