Tegn en stjernekobling med bare 2 faser så ser du hva som skjer med spenningen.

Hvis motoren er lastet med noe særlig mye mer enn 1/3 av maks last vill motoren eventuelt stoppe.

Motoren vil uansett miste fart, som fører til større sakking og deretter større strøm.Har du ikke motorvern brenner motoren opp.

Hei Jens.

Tusen takk for spørsmålet, og din interesse for faget.

1. Fra normal drift (3-fase) til unormal drift (ett fasebrudd --> 2-fase)

Video som viser et scenario hvor 3-fasemotor driftes (kun kort tid) i et 2-fase scenario:https://www.youtube.com/watch?v=MjaIiVcOhuU

Særlig ved motordrift egner trefase-systemet seg mye bedre enn enfase-systemet. Trefase-motoren har en enklere konstruksjon enn enfase-motoren. Trefase-motorer er enklere å lage, den er robust og driftssikker. Viklingene kan dimensjoneres med mindre tverrsnitt enn det som er tilfellet for en enfase-motor med samme effekt (P).

For stjernekobling er fasespenningen (den som ligger over viklingen) kvadratroten av 3 mindre enn linjespenningen (fase-fase). Strømmen gjennom viklingen er lik linjestrømmen (I).

Jeg tenker meg en 3-fasemotor som under normal drift trekker 10 ampere. Den er koblet i stjerne-oppsett. Motoren er startet, og det vil da gå en strøm på 10 A i hver av de tre fasene U, V og W. (Jeg tenker meg at fase-fase-spenningen er 400 volt, og da vil spenningen som ligger over hver av statorviklingene være 230 volt (400 volt dividert med kvadratroten av 3)).

Av en ukjent årsak blir det brudd i for eksempel fasen W. Motoren driftes nå som en 2-fasemotor. Strømmen øker med faktoren kvadratroten av 3 (tilsvarer ca 1,73), og strømmen gjennom fasene U-V blir nå 17,3 A.

Motorinstallasjonen er utstyrt med kabelvern; et kabelvern som blant annet har en termisk utløserkarakteristikk. I mitt scenario er det valgt et kabelvern med 16 A. Når det strømmer ca 1,73 ganger motorstrøm, vil dette tilsvare cirka 1,1 ganger kabelvernets merkestrøm.

Vi ser fra vernkarakteristikken (rød stiplet strek) at pilen ikke treffer I2, og kabelvernet vil ikke løse ut.

Under normal drift har vi et roterende magnetfelt satt opp av U, V, og W. Motoren vil fremdeles gå selv om vi mister dette roterende feltet. Det opprettholdes en slags alternerende magnetfelt når strømmen i det ene tilfellet går U-->V og deretter V-->U.

2. Årsaker til at man går fra 3-fase til 2-fase

Det kan være ulike årsaker til at man under normal drift av motorinstallasjonen går fra 3-fase til 2-fase.

3. Effekter når 3-fasemotoren driftes i 2-fase

Når man har mistet det roterende magnetfeltet (U, V, og W) er det ikke mulig å starte denne stjerne-oppkoblede motoren. Dette selv om det er minimal dreiemomentbelastning på motorakslingen.

Utfordringen er at dersom fasebruddet skjer med motoren er i drift, vil den fortsette å gå. Lasten, for eksempel en pumpe eller vifte, vil kreve et dreiemoment fra den elektriske motoren. Motorens gjenværende to statorviklinger (U og V) vil dermed prøve å produsere dette dreiemomentet. Dersom dreiemomentbehovet er stort, kan dette være større enn det motoren klarer å produsere, og motoren stopper.

De to gjenværende statorviklingene (U og V) vil prøve å generere det dreiemomentet som W tidligere produsere, og strømmen gjennom U og V øker.

I og med at de to gjenværende statorviklingene må gjøre en større jobb en tidligere, er det potensielt fare for at motortemperaturen øker. Varmeeffekten påvirker av motorstrømmen i kvadrat. Så her vil det være snakk om en 3-dobling av generert varme sammenlignet ved normal drift. Temperaturen inne i motorhuset kan bli så høy at dette blir en trussel mot isolasjonsmaterialet rundt viklingstråden, og vi kan ende opp med kortslutning av statorviklingen, eller kortslutning til jord.

Fotografi av motorvikling som er overbelastet (de svarte områdene som den røde pilen peker mot):

Dersom mannskapet tar på en slik motor er det fare for strømgjennomgang gjennom hjerteregionen for personen; en strømgjennomgang som kan være livstruende.

Turtallet på en 3-fasemotor, som driftes 1-fase, vil reduseres, og turtallet vil heller ikke være stabilt lavere.

Motorstøyen og vibrasjonene fra motoren vil øke. Dette skyldes at dreiemomentet, som de to gjenværende statorviklingene produserer, heller ikke er stabilt.

Video av 3-fasemotor som driftes i et 2-faseoppsett:

https://www.youtube.com/watch?v=Ow8Unmr9ziI

4. Fasebrudd og redusert last

Dersom motorbelastningen er lavere enn 60 prosent av nominell driftsbelastning, vil motoren fortsette å gå selv etter et fasebrudd. Strømmen går i dette tilfellet noe opp, og rotorhastigheten (turtallet) litt ned. Viklingstemperaturen øker, men sannsynligvis ikke mer enn at isolasjonsmaterialet fremdeles gjør jobben sin (viklingstemperaturen er innenfor akseptable grenser).

5. Motorvern

Et motorvern vil kunne detektere et fasebrudd, og dermed beskytte motoren mot skadelig varmegang.

Dersom motoren håndterer store dreiemomenter når vi plutselige går fra 3- til 2-fase, er det sannsynlig at motoren ikke klarer å dreie rundt. Og, dette skjer ved full linje-spenning. Vi får da en tilsvarende "låst rotor"-situasjon. Dette oppfattes som en kortslutning, og strømmen ruser inn til statorviklingene, som et startforløp. Strømmen er nå typisk 7-8 ganger nominell motorstrøm.

I klassifiserte eksplosjonsfarlige områder (Ex-områder) må man være ekstra påpasselig på dette med overflatetemperaturer. Det er viktig at overflatetemperaturer på motor ikke blir så høy at en potensiell eksplosjonsfarlig gass selvantenner.

Derfor bruker man sjelden trekant-viklede motorer i slike Ex-områder. Det vil være mulig å starte en trefase trekant-viklet motor (med lav dreiemomentbelastning) selv ved fasebrudd. Et slikt fasebrudd kan dermed bli uoppdaget over lengre tid.

Hvis man likevel velger å bruke trekant-viklet motor, skal denne ha faseubalansevern (differanse-vern), som oppdager faseubalanser før uønsket varmeutvikling oppstår i motoren.

Rune Øverland, er du sikker på at det du skriver om at strømmen øker med en faktor på roten av 3 når en mister en fase?

Fordi det som skjer er at du får, si to like store motstander i serie. Du har fortsatt 400V på terminalene, dvs. at det blir som en spenningsdeler der halvparten av spenningen blir liggende over hver vikling: 200V.

Strømmer MINKER da med en faktor på 2/sqrt(3), tilnærmet 1.15. Teoretisk sett stemmer dette med laster som varmtvannsberedere osv. mens for en motor vil ikke dette være helt sant da strømmer avhenger også av sakkingen. På grunn av ubalanse i spenningen vil man også få et negativt moment som virker mot "hovedmomentet". Noe eksakt tall for hvor mye strømmen øker er naturligvis ikke mulig å få fram da det avhenger av hvor mye last en har, men vil tro det fort er 2-3 ganger økning.

Hei VS,

Tusen takk for tilbakemelding.

Jeg er enig med deg det er vanskelig (umulig) å vite noe eksakt hva strømmen blir ved et fasebrudd.

Mitt utgangspunkt var at hvis motoren skal avlevere samme effekt på rotorakslingen, kan jeg sette opp følgende forenklede regnestykke:

Gitt et slikt scenario vil strømmen (I1) hvor det er et fasebrudd være kvadratroten av 3 ganger høyere enn hvis alle tre statorviklingene fordelte dette (I3).

Selskapet Cooper Industries har laget et flott dokument som beskriver "Single phasing chases".

http://www.cooperindustries.com/content/dam/public/bussmann/Electrical/Resources/solution-center/motor_circuit_protection/BUS_Ele_Protection_Against_Single-Phasing.pdf

På side 6 i pdf-filen, diskuterer de scenarioet for en trefase-motor driftes i et "single-phasing"-scenario.

Og, teoretisk, øker strømmen i de to gjenværende faseene med kvadratroten av 3.

Cooper Industries diskuterer dersom fasebruddet ikke skjer ved den stjernekoblede motoren, men for eksempel i transformatoren.

Da kan det vises at strømmen (ref figur 5b nedre del) kan bli 230 % (2,3 ganger merkestrømmen til motoren) i én av fasene til motoren, mens strømmen i de to andre fasene blir 1,15 ganger merkestrømmen.