Úbytek napětí v motorových obvodech

Motorové obvody vyžadují zvláštní pozornost při výpočtu úbytku napětí kvůli vysokým rozběhovým proudům a trvalému provozu. Asynchronní motory, které tvoří většinu průmyslových pohonů, jsou obzvláště citlivé na napětí — krouticí moment je úměrný čtverci napětí. Pokles napětí o 10 % způsobí snížení krouticího momentu přibližně o 19 %.

Kritické faktory

Rozběhový proud motoru je typicky 5–8násobkem jmenovitého proudu. Tento krátkodobý proud způsobuje dočasný úbytek napětí, který může ovlivnit ostatní spotřebiče na stejném vedení. Norma ČSN 33 2000-5-52 povoluje přechodný úbytek napětí při rozběhu až 8 %.

Výpočet pro provozní režim

Při dimenzování vedení motorového obvodu je nutné provést dva výpočty: pro trvalý provozní proud a pro rozběhový proud. Provozní proud se určí z výkonu motoru, účinnosti a účiníku:

Výpočet provozního proudu

I = P / (√3 × U × cos φ × η)

P = výkon motoru (W)
U = sdružené napětí (V)
cos φ = účiník (typicky 0,8–0,9)
η = účinnost (typicky 0,85–0,95)

Rozběhový proud a jeho dopady

Rozběhový proud asynchronního motoru závisí na metodě spouštění:

Přímý rozběh (DOL)

Rozběhový proud 6–8× In. Způsobuje největší úbytek napětí. Vhodný pro malé motory a silné sítě.

Hvězda-trojúhelník (Y/D)

Rozběhový proud je 1/3 přímého rozběhu. Rozběhový moment je také 1/3. Vhodný pro bezezátěžový rozběh.

Softstartér

Omezuje rozběhový proud na 2–4× In. Nastavitelná rampa. Vhodný pro většinu aplikací.

Frekvenční měnič (VFD)

Rozběhový proud ≈ jmenovitý proud. Nejlepší řízení rozběhu. Generuje harmonické proudy.

Příklad kompletního návrhu

Motor 30 kW, přímý rozběh

Motor 400 V, cos φ = 0,86, η = 0,93, Irozběh/In = 7. Vedení 40 m, Cu.

In = 30 000 / (1,732 × 400 × 0,86 × 0,93) = 53,3 A

Irozběh = 7 × 53,3 = 373 A

Provozní úbytek (kabel 16 mm²):

ΔU = (1,732 × 53,3 × 40 × 0,0175) / 16 = 4,04 V = 1,01 %

Rozběhový úbytek (kabel 16 mm²):

ΔU = (1,732 × 373 × 40 × 0,0175) / 16 = 28,3 V = 7,07 %

Oba úbytky vyhovují normě ČSN (5 % provozní, 8 % rozběh).

Frekvenční měniče a harmonické

Při použití frekvenčních měničů je úbytek napětí při rozběhu minimální, ale je nutné zvážit dopad harmonických proudů na síť. Frekvenční měniče generují harmonické proudy (5., 7., 11., 13.), které zvyšují efektivní hodnotu proudu ve vodičích a mohou zvýšit úbytek napětí o 5–15 % oproti čisté sinusovce. Pro napájecí vedení frekvenčních měničů se doporučuje počítat s THDi (celkovým harmonickým zkreslením proudu).

Úbytek napětí v motorových obvodech