การบิดเบือนของฮาร์มอนิกมีบทบาทอย่างไรในการสร้างความร้อนในมอเตอร์?

ผลกระทบของความบิดเบือนฮาร์มอนิกต่อการเกิดความร้อนในมอเตอร์

1. การเพิ่มขึ้นของความสูญเสียทองแดง

• หลักการ: ในมอเตอร์ ความต้านทานของวงจรพันทำให้เกิดความสูญเสียทองแดง (ความสูญเสียจากการต้านทาน) ที่ความถี่พื้นฐาน อย่างไรก็ตาม เมื่อมีกระแสฮาร์มอนิกไหลผ่านวงจรพัน ผล skin effect จะชัดเจนมากขึ้นเนื่องจากความถี่ฮาร์มอนิกสูง ผล skin effect ทำให้กระแสรวมอยู่ใกล้ผิวของตัวนำ ลดพื้นที่ภาคตัดขวางที่มีประสิทธิภาพและเพิ่มความต้านทาน ทำให้ความสูญเสียทองแดงเพิ่มขึ้น

• ผล: การเพิ่มขึ้นของความสูญเสียทองแดงนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในวงจรพันของมอเตอร์ ทำให้วัสดุฉนวนเสื่อมสภาพเร็วขึ้นและย่นอายุการใช้งานของมอเตอร์

2. การเพิ่มขึ้นของความสูญเสียเหล็ก

• หลักการ: ในแกนเหล็กของมอเตอร์ ความสูญเสียจากการล่าช้าแม่เหล็ก (hysteresis losses) และความสูญเสียจากกระแสน้ำวน (eddy current losses) ซึ่งรวมเรียกว่าความสูญเสียเหล็ก เกิดขึ้นที่ความถี่พื้นฐาน เมื่อมีกระแสฮาร์มอนิกผ่านมอเตอร์ ความถี่ของการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้น ทำให้ความสูญเสียจากการล่าช้าแม่เหล็กและกระแสน้ำวนเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะความถี่ฮาร์มอนิกสูงจะเพิ่มความสูญเสียจากกระแสน้ำวนอย่างมาก เพราะความสูญเสียนี้เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความถี่

• ผล: การเพิ่มขึ้นของความสูญเสียเหล็กทำให้อุณหภูมิของแกนเหล็กสูงขึ้น ทำให้มอเตอร์เกิดความร้อนโดยรวมมากขึ้น ลดความมีประสิทธิภาพและความเชื่อถือได้

3. การเพิ่มขึ้นของความสูญเสียเพิ่มเติม

• หลักการ: นอกจากความสูญเสียทองแดงและเหล็กแล้ว ฮาร์มอนิกยังสามารถทำให้เกิดความสูญเสียเพิ่มเติมในรูปแบบอื่นๆ เช่น กระแสฮาร์มอนิกสามารถสร้างแรงแม่เหล็กเพิ่มเติมระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนทางกลและความสูญเสียจากการเสียดสี นอกจากนี้ ฮาร์มอนิกยังสามารถทำให้เกิดความสูญเสียทางกลเพิ่มเติมในส่วนประกอบต่างๆ เช่น แบริ่งและพัดลม

• ผล: ความสูญเสียเพิ่มเติมนี้ทำให้มอเตอร์เกิดความร้อนเพิ่มขึ้น อาจทำให้แบริ่งร้อนเกินไป ระบบหล่อลื่นเสียหาย และอาจทำให้เกิดความเสียหายทางกล

4. การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิไม่สม่ำเสมอ

• หลักการ: ความมีอยู่ของกระแสฮาร์มอนิกสามารถทำให้การกระจายสนามแม่เหล็กภายในมอเตอร์ไม่สม่ำเสมอ ทำให้เกิดความร้อนท้องถิ่น ตัวอย่างเช่น บางส่วนของวงจรพันอาจมีความหนาแน่นของกระแสฮาร์มอนิกสูง ทำให้บริเวณนั้นมีอุณหภูมิสูงกว่าบริเวณอื่น การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิไม่สม่ำเสมอทำให้วัสดุฉนวนท้องถิ่นเสื่อมสภาพเร็วขึ้นและเพิ่มความเสี่ยงของการเสียหายของมอเตอร์

• ผล: การร้อนท้องถิ่นไม่เพียงแต่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของมอเตอร์ แต่ยังสามารถทำให้เกิดการเสียหายของฉนวน ทำให้เกิดปัญหาไฟฟ้าที่ร้ายแรง

5. ประสิทธิภาพของระบบทำความเย็นลดลง

• หลักการ: ระบบทำความเย็นของมอเตอร์ (เช่น พัดลมและฮีทซิงค์) มักถูกออกแบบมาเพื่อรับภาระความร้อนที่ความถี่พื้นฐาน เมื่อมีกระแสฮาร์มอนิกเพิ่มขึ้นทำให้มอเตอร์เกิดความร้อนเพิ่มขึ้น ความสามารถในการระบายความร้อนของระบบทำความเย็นอาจไม่เพียงพอ ทำให้อุณหภูมิของมอเตอร์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

• ผล: การลดลงของประสิทธิภาพระบบทำความเย็นทำให้ปัญหาความร้อนของมอเตอร์แย่ลง สร้างวงจรป้อนกลับที่ร้ายแรง ซึ่งอาจทำให้ระบบป้องกันความร้อนทำงานหรือทำให้มอเตอร์ไหม้

6. แฟคเตอร์พลังงานลดลง

• หลักการ: ความมีอยู่ของกระแสฮาร์มอนิกทำให้แฟคเตอร์พลังงานของมอเตอร์ลดลง เนื่องจากฮาร์มอนิกไม่ทำให้เกิดงานที่มีประโยชน์ แต่ทำให้เกิดกำลังปฏิกิริยาและกำลังฮาร์มอนิกเพิ่มขึ้น แฟคเตอร์พลังงานที่ต่ำหมายความว่ามอเตอร์ต้องดึงกระแสจากสายไฟเพิ่มขึ้นเพื่อรักษาเอาต์พุตพลังงานเดิม ทำให้ความสูญเสียในสายไฟและหม้อแปลงเพิ่มขึ้น ทำให้การเกิดความร้อนของมอเตอร์เพิ่มขึ้น

• ผล: การลดลงของแฟคเตอร์พลังงานไม่เพียงแต่ทำให้การเกิดความร้อนของมอเตอร์เพิ่มขึ้น แต่ยังลดประสิทธิภาพโดยรวมของระบบพลังงาน ทำให้ค่าไฟฟ้าสูงขึ้น

มาตรการลดผลกระทบที่ฮาร์มอนิกมีต่อการเกิดความร้อนในมอเตอร์

เพื่อลดผลกระทบของฮาร์มอนิกต่อการเกิดความร้อนในมอเตอร์ สามารถใช้มาตรการต่อไปนี้:

• ติดตั้งฟิลเตอร์ฮาร์มอนิก: ใช้ฟิลเตอร์ฮาร์มอนิกแบบพาสซีฟหรือแอคทีฟเพื่อดูดซับหรือยับยั้งกระแสฮาร์มอนิกในระบบ ทำให้คลื่นไฟฟ้าในสายไฟกลับเป็นรูปโค้งไซน์และลดผลกระทบของฮาร์มอนิกต่อมอเตอร์

• เลือกมอเตอร์ที่ทนต่อฮาร์มอนิก: มอเตอร์บางประเภทถูกออกแบบมาเพื่อทนต่อฮาร์มอนิกได้ดีขึ้น เช่น มอเตอร์ที่มีโครงสร้างวงจรพันพิเศษหรือวัสดุแกนที่ลดความสูญเสียและความร้อนที่เกิดจากฮาร์มอนิก

• ปรับปรุงการจัดการโหลด: วางแผนการผลิตเพื่อหลีกเลี่ยงการทำงานของโหลดที่ไม่เชิงเส้นพร้อมกันจำนวนมาก เพื่อลดการสร้างฮาร์มอนิก

• ใช้โหมดฮาร์มอนิกต่ำในไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFDs): หากมอเตอร์ถูกขับเคลื่อนโดย VFD ให้เลือก VFD ที่มีคุณสมบัติฮาร์มอนิกต่ำ หรือปรับพารามิเตอร์ VFD เพื่อลดการปล่อยฮาร์มอนิก

• ปรับปรุงระบบทำความเย็น: สำหรับมอเตอร์ที่ได้รับผลกระทบจากฮาร์มอนิก ปรับปรุงระบบทำความเย็น (เช่น เพิ่มกำลังพัดลมหรือปรับปรุงการออกแบบฮีทซิงค์) เพื่อเพิ่มการระบายความร้อนและป้องกันการร้อนเกิน

• บำรุงรักษาและการตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอ: ตรวจสอบสภาพการทำงานของมอเตอร์อย่างสม่ำเสมอ ติดตามพารามิเตอร์เช่น อุณหภูมิ กระแส และแฟคเตอร์พลังงาน และแก้ไขปัญหาที่อาจเกิดขึ้นทันท่วงที เพื่อให้มั่นใจว่ามอเตอร์ทำงานได้อย่างเหมาะสม

สรุป

ความบิดเบือนฮาร์มอนิกมีผลกระทบที่สำคัญต่อการเกิดความร้อนในมอเตอร์ ซึ่งแสดงออกเป็นการเพิ่มขึ้นของความสูญเสียทองแดง ความสูญเสียเหล็ก ความสูญเสียเพิ่มเติม การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิไม่สม่ำเสมอ การลดลงของประสิทธิภาพระบบทำความเย็น และการลดลงของแฟคเตอร์พลังงาน ปัจจัยเหล่านี้ทำให้อุณหภูมิของมอเตอร์สูงขึ้น เร่งการเสื่อมสภาพของวัสดุฉนวน ลดอายุการใช้งานของมอเตอร์ และอาจทำให้เกิดปัญหาไฟฟ้าและกลที่ร้ายแรง เพื่อลดผลกระทบของฮาร์มอนิกต่อการเกิดความร้อนในมอเตอร์ จำเป็นต้องดำเนินมาตรการลดฮาร์มอนิกอย่างมีประสิทธิภาพ ปรับปรุงการเลือกและบำรุงรักษามอเตอร์ และรับประกันการทำงานที่มั่นคงของระบบพลังงาน