電機三相電流不平原因究竟是什么？

      在市場(chǎng)經(jīng)濟條件下，企業(yè)之間的PK，服務(wù)占到了很大比例的份額。事實(shí)是一起典型的因線(xiàn)路問(wèn)題導致電流不平的案例，觸發(fā)了小編對三相電機電流不平衡問(wèn)題整理分析的興致。
      研究、應用交流電機，三相平衡問(wèn)題始終是個(gè)繞不開(kāi)的話(huà)題。為合成圓形旋轉磁勢，三相繞組必須設計為空間上互差120°電角度分布、阻抗值相等。實(shí)際應用工況中，若出現三相電流不平衡問(wèn)題，或彈指一揮瞬間可以搞定，或情形惡化導致嚴重事故，其中緣由總是一言難盡。今天Ms.專(zhuān)題討論三相電流平衡問(wèn)題，旨在破解三相不平衡電流及其成因，用好、把控好三相交流電機。

三相電流不平衡時(shí)發(fā)生了什么？
      對稱(chēng)三相繞組內流過(guò)三相對稱(chēng)電流時(shí)，三相合成磁勢波是一個(gè)正弦分布、波幅恒定的旋轉磁勢波——圓形旋轉磁勢波。設相電流有效值為I、每相串聯(lián)匝數為W、基波繞組系數為kw1、極對數為p，則相繞組的基波磁勢幅值為
      FФ1=0.9·IW/p·kW1……（1）

三相合成磁勢幅值為
      F1=1.35·IW/p·kW1……（2）

      若因電網(wǎng)因素或電機本身缺陷三相電流不對稱(chēng)或不平衡了，三相合成磁勢基波仍按正弦規律分布，也是旋轉磁勢，但波幅隨時(shí)間變化，因此波幅的軌跡就不是圓的了。利用對稱(chēng)分量法，將一組不對稱(chēng)的三相電流IA、IB、IC分解為正序分量、負序分量和零序分量，其有效值分別用I+、I-、I0表示，于是三相電流可表示為
      iA=√2 I+sinωt+√2 I-sinωt+√2 I0sinωt   ………………………（3）
      iB=√2 I+sin(ωt-2π/3)+√2 I-sinωt(ωt-4π/3)+√2 I0sinωt……（4）
      iC=√2 I+sin(ωt-4π/3)+√2 I-sinωt(ωt-2π/3)+√2 I0sinωt……（5）
      正序電流I+產(chǎn)生正向旋轉磁勢，按式（2）幅值F+=1.35·I+W/p·kW1，負序電流I-產(chǎn)生反向旋轉磁勢，按式（2）幅值F-=1.35·I-W/p·kW1，零序電流產(chǎn)生的三個(gè)脈振磁勢在時(shí)間上同相位，故合成磁勢為零。于是，不對稱(chēng)的三相電流流過(guò)對稱(chēng)的三相繞組時(shí)，產(chǎn)生的基波旋轉磁勢為
      f1(t,x)=1.35·I+W/p·kW1·sin(ωt-α)+ 1.35·I-W/p·kW1·sin(ωt+α) …（6）
      式（6）表明，兩種磁勢幅值不等、方向相反，合成為一幅值變化的橢圓形旋轉磁勢，如圖1所示。

圖1

      圖2中用空間矢量表示正向、反向旋轉磁勢及其合成磁勢。取兩相同向時(shí)的方向作為x軸方向，并以這一瞬間為時(shí)間起點(diǎn)(t=0時(shí))。當經(jīng)過(guò)任何一段時(shí)間t之后，正向旋轉磁勢F+沿反時(shí)針?lè )较蜣D了ωt角度，而反向旋轉磁勢F-沿順時(shí)針?lè )较蜣D了ωt角度。從圖中不難看出，當F+和F-沿相反方向旋轉時(shí)，合成磁勢F的大小和位置也隨之變化。

圖2

      設F的橫軸分量為x、縱軸分量為y，則
      x=F+cosωt+F-cosωt=(F++F-)cosωt……（7）
      y=F+sinωt-F-sinωt=(F+-F-)sinωt……（8）
      將式（7）、（8）平方后相加，可得
      x2/(F++F-)2+y2/(F+-F-)2=1……（9）
      式（9）是一個(gè)橢圓方程，表面合成磁勢F旋轉一圈時(shí)，矢量端點(diǎn)軌跡為橢圓，故稱(chēng)之為橢圓形旋轉磁勢(如圖1所示)。

為何三相電流會(huì )不平衡？
      論上電網(wǎng)三相對稱(chēng)電壓施加電機上時(shí)，三相交流電機電樞繞組內應流過(guò)三相對稱(chēng)電流。但實(shí)際上遠遠沒(méi)這么簡(jiǎn)單：電網(wǎng)非單純三相負載，加上電機因本身質(zhì)量、負荷情況及維護保養等造成的不確定因素，三相電流可能會(huì )不平衡而引發(fā)發(fā)熱、異常噪聲振動(dòng)問(wèn)題或燒毀電機的嚴重事故。

電網(wǎng)電壓對電機電流的影響
      對于三相電機，若供電電壓不平，電機內就會(huì )有逆序電流磁場(chǎng)，并產(chǎn)生較大的逆序轉矩，導致電流不平。當電源電壓不平衡度達5%時(shí)，電機相電流可能會(huì )出現高達20%的不平度。

導致電源電壓不平的原因很多，常見(jiàn)的原因有：
      （1）變壓器繞組故障，導致輸出電壓不平。
      （2）輸電線(xiàn)路過(guò)長(cháng)、輸電線(xiàn)質(zhì)量不佳導致線(xiàn)路壓降存在差異性，導致終端電壓不平。
      （3）動(dòng)力、照明混用，工廠(chǎng)、企業(yè)存在單相負載，致使各相負荷分布不均，造成電網(wǎng)三相電壓可能存在一定程度的不對稱(chēng)。

電機過(guò)載
      電動(dòng)機處于過(guò)載運行狀態(tài)，如小馬拉大車(chē)，特別是電機起動(dòng)時(shí)，定、轉子電流局部發(fā)熱情況加重，容易出現嚴重電流不平情況。

定子、轉子繞組故障
      電機繞組出現匝間、對地、相間等電氣故障，都會(huì )引起某一相或兩相電流過(guò)大。
      （1）繞組中有導電異物進(jìn)入，導致匝間故障。
      （2）定子繞組有斷線(xiàn)。
      （3）因繞組受潮出現漏電問(wèn)題。
      （4）定轉子氣隙不勻或掃膛。
      （5）轉子繞組有斷線(xiàn)或鑄鋁轉子電機有瘦條或斷條事實(shí)。

其他一些人為性的因素
      （1）接線(xiàn)錯誤。
      （2）電機引線(xiàn)或客戶(hù)電源線(xiàn)對地。
      （3）電氣連接部分出現松動(dòng)、氧化等。
      （4）保護器斷開(kāi)。
      （5）繞組絕緣局部老化。

原因分析檢查程序實(shí)例
      檢查電源符合性。（1）試驗線(xiàn)路熔斷絲接觸不良或熔斷；（2）電源電壓檢查；（3）電機與電源的連接是否完好。

檢查電機

      （1）內部接線(xiàn)，這主要是在電機生產(chǎn)過(guò)程或修理電機過(guò)程中會(huì )出現的問(wèn)題，運行中的電機不會(huì )存在該類(lèi)故障。（2）電機繞組出現電氣故障；（3）繞組極性問(wèn)題；（4）電機與電源連接可靠性；（5）繞組重繞后三相繞組匝數不對稱(chēng)。

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