Důsledky poklesu napětí v síti
Pokud mluvíme o poklesu napětí v síti, pak je nalezení problému obtížnějším úkolem, protože závisí na typu použitého spotřebiče elektřiny. Lze rozlišit dva hlavní typy spotřebičů: odporové a motorové.
U spotřebiče odporového typu je úbytek napětí přímo úměrný poklesu odběru proudu (Ohmova hodnota l = U /R). Pro pojistky nepředstavuje slabý proud žádné nebezpečí. Pokud vezmeme odpor, který při 300 V spotřebuje 55.2 W (obr. 240), pak při napětí 24 V spotřebuje pouze 3 W.
Pokud jde o typ motoru, je nutné je rozlišovat podle působení většího momentu odporu (obr. 55.3). Lze tedy porovnat pístové chladicí kompresory (větší moment odporu?) a hnací motory (menší moment odporu?).
Pokud jde o odstředivé ventilátory, ty se nacházejí mezi těmito dvěma kategoriemi. Většinou neodolávají výraznému poklesu napájecího napětí, a proto jsou klasifikovány jako zařízení s velkým momentem odporu.
Připomeňme si, že schopnost motoru uvést zařízení do pohybu (točivý moment na hřídeli) závisí na druhé mocnině napájecího napětí. To znamená, že pokud je motor navržen pro provoz ze sítě 220 V a napětí klesne na 110 V, točivý moment se sníží 4krát (obr. 55.4). Pokud je moment odporu při poklesu napětí příliš velký, motor se zastaví. V tomto případě bude proud spotřebovaný motorem roven rozběhovému proudu, který bude spotřebovávat během nuceného zastavení. V tomto okamžiku jej může před silným přehřátím, které rychle vypne napájení, ochránit pouze vestavěná ochrana (tepelné relé).
Při nízkém momentu odporu poháněného zařízení povede snížení napětí ke snížení otáček, protože motor má k dispozici menší výkon. Tato vlastnost je široce využívána u většiny vícerychlostních motorů, které otáčejí ventilátory klimatizace (obr. 55.5). Při přepnutí na BS (vysoká rychlost) se odpor zkratuje a motor je napájen z 220 V. Jeho otáček je nominální.
Při přepnutí na MC (nízké otáčky) se odpor zapojí sériově s vinutím motoru, což způsobí pokles napětí na něm. V souladu s tím se sníží i točivý moment na hřídeli, takže ventilátor se začne otáčet sníženou rychlostí. Spotřebovaný proud se zmenší. Tato vlastnost se široce využívá při výrobě elektronických regulátorů otáček (na bázi tyristorů), které se používají k regulaci kondenzačního tlaku a mění otáčky ventilátorů ve vzduchem chlazených kondenzátorech (obr. 55.6).
Tyto regulátory, nazývané proudové měniče nebo ventily, fungují stejně jako jiné omezovací regulátory a pracují na principu „řezání“ frekvence amplitudy střídavého proudu.
V první poloze je kondenzační tlak vysoký a regulátor otáček zcela přeskakuje poloperiody sítě. Napětí na svorkách motoru (zastíněná oblast) odpovídá napájení v síti a motor se začne otáčet maximálními otáčkami a spotřebovává jmenovitý proud.
Ve druhé poloze začíná kondenzační tlak klesat. Vstupuje do regulátoru a odřízne část každé půlperiody vstupující na vstup motoru. Napětí na svorkách motoru klesá spolu s otáčkami a spotřebou proudu.
Ve třetí poloze je napětí příliš slabé. Protože točivý moment motoru je menší než moment odporu ventilátoru, zastaví se a začne se zahřívat. Proto jsou regulátory otáček nastaveny převážně na maximální povolenou minimální hodnotu otáček.
Kromě toho lze metodu „vypnutí“ použít u jednofázových motorů, pokud se používají k pohonu jednotek s nízkým odporovým momentem. U třífázových motorů (používaných k pohonu strojů s vysokým odporem) se doporučuje používat vícerychlostní motory, stejnosměrné motory nebo frekvenční měniče.
V každodenním životě se často potýkáme s poklesy napětí. Může to být způsobeno krátkodobým vypnutím nebo prudkým poklesem proudu. Aby se omezil pokles napětí, je nutné správně zvolit průřez napájecích vodičů. V některých případech však pokles napětí není způsoben poklesem výkonu v napájecích vodičích.
Jako příklad si uveďte cívku elektromagnetu 24 V ovládající malý stykač (obr. 55.7). Když je elektromagnet sepnut, spotřebovává proud 3 A a když je sepnut, spotřebovává 0,3 A (10krát méně). Jinými slovy, připojený elektromagnet spotřebovává proud rovnající se desetinásobku proudu sepnutého proudu. Přestože je doba sepnutí krátká (20 ms), může mít tento faktor vliv ve velkých ovládacích obvodech s velkým počtem stykačů a relé.
V prezentovaném schématu (obr. 55.8) je instalováno 20 stykačů – C1-C20. Jakmile je proud vypnut, všechny jsou v pohotovostním režimu a po zapnutí pracují současně. Při spuštění každý stykač spotřebovává 3 A, což znamená, že sekundárním vinutím transformátoru poteče proud 3×20 = 60 A. Pokud je odpor sekundárního vinutí 0,3 Ohmu, pak úbytek napětí na něm při sepnutí stykačů bude 0,3×60 = 18 V. Protože napětí stykačů dosahuje pouze 6 V, nebudou moci pracovat (obr. 55.9).
V tomto případě se transformátor spolu s kabeláží silně přehřeje a samotné stykače budou hučet. A to bude pokračovat, dokud se nevypne jistič nebo se nepřepálí pojistka.
Pokud je odpor sekundárního vinutí transformátoru 0,2 Ohm, pak při zapnutí stykačů bude napětí v něm 0,2×60=12 V. V tomto případě budou stykače napájeny z 12 V místo 24 V a není možné, aby se zapnuly. Jejich práce bude podobná jako v předchozím příkladu kA, protože napětí v síti je abnormálně vysoké.
Problémy s odporem na sekundárním vinutí se vysvětlují významným napětím naprázdno na výstupu transformátoru, na rozdíl od napětí pod zátěží. S rostoucí spotřebou proudu se výstupní napětí snižuje.
Jako příklad si uveďme transformátor 220/24 (obr. 55.10) o výkonu 120 VA, připojený k síti 220 V. Pokud transformátor produkuje proud 5 A, výstupní napětí bude 24 V (24 x 5 = 120 VA). Když však odebíraný proud klesne na 1 A, výstupní napětí se zvýší, například na 27 V. To je způsobeno vlivem odporu vodiče sekundárního vinutí.
Jakmile proud začne klesat, výstupní napětí se zvýší. A opačná situace: jakmile odebíraný proud překročí 5 A, výstupní napětí klesne na 24 V, v důsledku čehož se transformátor přehřeje.