Low voltage ride through capability of single-phase induction machines

Abstract

Stochastically occurring voltage sags as they may occur with low quality of the power supply may significantly affect the operational behavior of single-phase starting and running capacitor assisted induction machines. In contrast to three-phase machines which are still subjected to a rotating field, even during voltage sags, the single-phase machines are subjected to an alternating field that can be decomposed into two rotating fields, a positive and a negative sequence one. Thus, the behavior of these machines when submitted to voltage sags cannot be directly derived from the established understanding of the low voltage ride through capability of three-phase machines. The effects of such voltage sags on a single-phase machine’s transient behavior not only depend on the electric capacitive circuit and the machine’s electromagnetic design, but strongly on the moment the short circuit occurs, its duration, and the load of the machine. In this work, we analyze the robustness of such a system towards an extremely voltage sag, in particular a terminal short circuit. To this aim, experimentally validated transient FE computations are used.

Zusammenfassung

Spannungseinbrüche des Versorgungsnetzes beeinflussen das Betriebsverhalten von Einphasenasynchronmaschinen, welche mit integrierten Start- und/oder Betriebskondensatoren ausgerüstet sind. Im Gegensatz zu dreiphasigen Maschinen, in denen auch während Spannungseinbrüchen ein rotierendes elektrisches Feld vorliegt, tritt in einphasigen Maschinen ein Wechselfeld auf, das in eine positive und eine negative Komponente zerlegt werden kann. Daher ist es nicht möglich, das Verhalten der einphasigen Maschine im Falle eines Spannungseinbruchs direkt vom etablierten Wissen des Verhaltens der dreiphasigen Maschine im Kurzschlussfall abzuleiten. Ob und in welchem Ausmaß Spannungseinbrüche im Versorgungsnetz das Betriebsverhalten des einphasigen Motors beeinflussen, hängt nicht nur von der gewählten äußeren Beschaltung und der Maschinenauslegung, sondern in starkem Maß auch vom Zeitpunkt des Spannungseinbruchs, seiner Dauer, und der Belastung der Maschine ab. Um einen sicheren Betrieb des Motors zu gewährleisten, müssen die Auswirkungen dieser Spannungseinbrüche untersucht werden. Zu diesem Zweck wird hier sicher eine Extremform des Spannungseinbruches, nämlich ein Klemmenkurzschluss betrachtet. Dies wird mit Hilfe von experimentell validierter transienter 2D-Finite-Elemente-Berechnung durchgeführt.