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电机三相电流不均匀的原因是什么?

发布日期:2021-09-02 08:49

沈女士的朋友小Z是一家汽车企业的老板。小Z讲了一个对待和服务客户的事情:一个客户在他们单位配了一个大功率电机。因为客户的迫切需要,企业派了专车到使用现场,第二天就装上了。但是客户打电话说电流严重不均匀的突如其来的信息3354让所有参加电机厂测试的人都觉得不可思议,都在冒汗。

在与客户沟通不成功的情况下,企业立即派人到客户使用现场,现场调查得到的信息是客户配电柜与电机之间的连接线严重接地,导致所谓的电机故障。

在市场经济条件下,企业间PK和服务占很大比重。小Z描述的事实是线路问题导致电流不均匀的典型案例。在称赞该企业急客户的同时,引发了整理分析三相电机电流不平衡问题的兴趣。

三相平衡一直是交流电机研究和应用中不可回避的课题。为了合成圆形旋转磁势,三相绕组必须设计成120电角度分布和等阻抗值。在实际应用条件下,如果出现三相电流不平衡,或者用手指一弹就能瞬间解决,或者情况恶化,造成严重事故,原因总是说不清。今天女士重点讲三相电流平衡,旨在解决三相电流不平衡及其原因,善用和控制三相交流电机。

三相电流不平衡时发生了什么?

当三相对称电流流过对称三相绕组时,三相复合磁势波是一个等幅正弦旋转磁势波——。假设相电流有效值为I,每相串联匝数为W,基波绕组系数为kw1,极数为P,相绕组基波磁势幅值为

F1=0.9IW/pkW1……(1)

三相合成磁势的振幅为

F1=1.35IW/pkW1……(2)

如果三相电流由于电网因素或电机本身的缺陷而不对称或不平衡,则三相复合磁势的基波仍按正弦规律分布,也是旋转磁势,但幅值随时间变化,因此幅值的轨迹不是圆的。利用对称分量法,将一组不对称的三相电流IA、IB、IC分解为正序分量、负序分量和零序分量,它们的有效值分别用I、I-和I0表示,因此三相电流可以表示为

iA=2 I+sint+2 I-sint+2 I0sint ………………………(3)

iB=2 I+sin(t-2/3)+2 I-sint(t-4/3)+2 I0sint……(4)

iC=2 I+sin(t-4/3)+2 I-sint(t-2/3)+2 I0sint……(5)

正序电流I产生正旋转磁势。根据公式(2),振幅F=1.35 I W/p KW1,负序电流I-产生反向旋转磁势。根据公式(2),振幅F-=1.35 I-W/p KW1,零序电流产生的三个脉冲振动磁势在时间上是同相的,所以磁势是合成的,因此,当不对称三相电流流过对称三相绕组时,基波旋转磁势为

f1(t,x)=1.35I+W/pkW1sin(t-)+ 1.35I-W/pkW1sin(t+) …(6)

等式(6)表明两种磁势具有不同的振幅。

方向相反,合成为一幅值变化的椭圆形旋转磁势,如图1所示。

图1

图2中用空间矢量表示正向、反向旋转磁势及其合成磁势。取两相同向时的方向作为x轴方向,并以这一瞬间为时间起点(t=0时)。当经过任何一段时间t之后,正向旋转磁势F+沿反时针方向转了ωt角度,而反向旋转磁势F-沿顺时针方向转了ωt角度。从图中不难看出,当F+和F-沿相反方向旋转时,合成磁势F的大小和位置也随之变化。

图2

设F的横轴分量为x、纵轴分量为y,则

x=F+cosωt+F-cosωt=(F++F-)cosωt……(7)

y=F+sinωt-F-sinωt=(F+-F-)sinωt……(8)

将式(7)、(8)平方后相加,可得

x2/(F++F-)2+y2/(F+-F-)2=1……(9)

式(9)是一个椭圆方程,表面合成磁势F旋转一圈时,矢量端点轨迹为椭圆,故称之为椭圆形旋转磁势(如图1所示)。

为何三相电流会不平衡?

理论上电网三相对称电压施加电机上时,三相交流电机电枢绕组内应流过三相对称电流。但实际上远远没这么简单:电网非单纯三相负载,加上电机因本身质量、负荷情况及维护保养等造成的不确定因素,三相电流可能会不平衡而引发发热、异常噪声振动问题或烧毁电机的严重事故。

● 电网电压对电机电流的影响

对于三相电机,若供电电压不平,电机内就会有逆序电流磁场,并产生较大的逆序转矩,导致电流不平。当电源电压不平衡度达5%时,电机相电流可能会出现高达20%的不平度。

导致电源电压不平的原因很多,常见的原因有:

(1)变压器绕组故障,导致输出电压不平。

(2)输电线路过长、输电线质量不佳导致线路压降存在差异性,导致终端电压不平。

(3)动力、照明混用,工厂、企业存在单相负载,致使各相负荷分布不均,造成电网三相电压可能存在一定程度的不对称。

● 电机过载

电动机处于过载运行状态,如小马拉大车,特别是电机起动时,定、转子电流局部发热情况加重,容易出现严重电流不平情况。

●定子、转子绕组故障

电机绕组出现匝间、对地、相间等电气故障,都会引起某一相或两相电流过大。

(1)绕组中有导电异物进入,导致匝间故障。

(2)定子绕组有断线。

(3)因绕组受潮出现漏电问题。

(4)定转子气隙不匀或扫膛。

(5)转子绕组有断线或铸铝转子电机有瘦条或断条事实。

●其他一些人为性的因素

(1)接线错误。

(2)电机引线或客户电源线对地。

(3)电气连接部分出现松动、氧化等。

(4)保护器断开。

(5)绕组绝缘局部老化。

原因分析检查程序实例

● 检查电源符合性。(1)试验线路熔断丝接触不良或熔断;(2)电源电压检查;(3)电机与电源的连接是否完好。

● 检查电机

(1)内部接线,这主要是在电机生产过程或修理电机过程中会出现的问题,运行中的电机不会存在该类故障。(2)电机绕组出现电气故障;(3)绕组极性问题;(4)电机与电源连接可靠性;(5)绕组重绕后三相绕组匝数不对称。

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