Влияние несимметрии питающих напряжений и токов на работу приемников электрической энергии

Искажение напряжений поставляемых электроэнергетической системой потребителю или возникающее непосредственно на нагрузке, и связанные с этим искажения симметрии токов существенно снижают качество энергии и крайне отрицательно сказываются на работе электрических приборов, машин и аппаратов. Допустимые пределы изменения напряжения на включаемых в трехфазные системы однофазных приемниках указываются в их паспортах и за пределами указанного в паспортах диапазонов эти приемники эксплуатироваться не могут. Что касается трехфазных электрических машин, любое искажение симметрии напряжений на их зажимах немедленно не только приводит к заметному снижению их эксплуатационных показателей, но создает реальную угрозу выхода машины из строя.

Появление в составе фазных токов наряду с основной (прямой) последовательностью чередования фаз составляющих с обратным и нулевым чередованием означает, что в магнитной цепи машины появляются три вида магнитных полей. Токи прямой последовательности создают магнитное поле, вращающееся (вращающее ротор) в сторону прямого чередования фаз, т.е. по часовой стрелке. В то же время токи, образующие систему обратной последовательности, создают магнитное поле, вращающееся против основного (против часовой стрелки). В то же время синхронно изменяющиеся токи нулевой последовательности создают пульсирующее магнитное поле, не участвующее в создании вращающего момента. Ясно, что прямая последовательность в составе токов и поля является доминирующей, поэтому направление вращения ротора не изменится.

Однако, магнитное поле, создаваемое токами обратной последовательности и вращающееся относительно статора машины в обратном направлении с синхронной скоростью, относительно вращающегося в прямом направлении ротора будет вращаться с двойной синхронной скоростью и с удвоенным скольжением S₂ = 2.

Это приводит к тому, что в стали ротора индуцируются токи двойной частоты, заметно увеличивающие потери и на перемагничивание, и на вихревые токи. Нагрев обмоток при этом может достигать опасных значений. Одновременно заметно снижается КПД машины.

В результате взаимодействия магнитных полей каждый из симметричных составляющих в машинах может возникать вибрация, приводящая не только к повышенному шумовому фону машины, но вызывать усталостные явления в деталях, создавая угрозу для их прочности.

В задачу энергетика – эксплуатационника входит необходимость контроля присутствия в трехфазной системе симметричных составляющих, определение степени их влияния на работу машин и образования и, при необходимости, принятия соответствующих мер.