研究、應(yīng)用交流電機(jī)，三相平衡問(wèn)題始終是個(gè)繞不開(kāi)的話題。為合成圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，三相繞組必須設(shè)計(jì)為空間上互差120°電角度分布、阻抗值相等。實(shí)際應(yīng)用工況中，若出現(xiàn)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(dǎo)致嚴(yán)重事故，其中緣由總是一言難盡。今天小編專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(jī)。

三相電流不平衡時(shí)發(fā)生了什么？

對(duì)稱三相繞組內(nèi)流過(guò)三相對(duì)稱電流時(shí)，三相合成磁勢(shì)波是一個(gè)正弦分布、波幅恒定的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)波——圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)波。設(shè)相電流有效值為I、每相串聯(lián)匝數(shù)為W、基波繞組系數(shù)為kw1、極對(duì)數(shù)為p，則相繞組的基波磁勢(shì)幅值為

FФ1=0.9·IW/p·kW1……（1）

三相合成磁勢(shì)幅值為

F1=1.35·IW/p·kW1……（2）

若因電網(wǎng)因素或電機(jī)本身缺陷三相電流不對(duì)稱或不平衡了，三相合成磁勢(shì)基波仍按正弦規(guī)律分布，也是旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，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(duì)稱分量法，將一組不對(duì)稱的三相電流IA、IB、IC分解為正序分量、負(fù)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=√2I+sinωt+√2I-sinωt+√2I0sinωt………………………（3）

iB=√2I+sin(ωt-2π/3)+√2I-sinωt(ωt-4π/3)+√2I0sinωt……（4）

iC=√2I+sin(ωt-4π/3)+√2I-sinωt(ωt-2π/3)+√2I0sinωt……（5）

正序電流I+產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，按式（2）幅值F+=1.35·I+W/p·kW1，負(fù)序電流I-產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，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(shì)在時(shí)間上同相位，故合成磁勢(shì)為零。于是，不對(duì)稱的三相電流流過(guò)對(duì)稱的三相繞組時(shí)，產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)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(shì)幅值不等、方向相反，合成為一幅值變化的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，如圖1所示。

圖1

圖2中用空間矢量表示正向、反向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)及其合成磁勢(shì)。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(dāng)經(jīng)過(guò)任何一段時(shí)間t之后，正向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)F+沿反時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)了ωt角度，而反向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)F-沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)了ωt角度。從圖中不難看出，當(dāng)F+和F-沿相反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，合成磁勢(shì)F的大小和位置也隨之變化。

圖2

設(shè)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(shì)F旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，矢量端點(diǎn)軌跡為橢圓，故稱之為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)(如圖1所示)。

為何三相電流會(huì)不平衡？

理論上電網(wǎng)三相對(duì)稱電壓施加電機(jī)上時(shí)，三相交流電機(jī)電樞繞組內(nèi)應(yīng)流過(guò)三相對(duì)稱電流。但實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)這么簡(jiǎn)單：電網(wǎng)非單純?nèi)嘭?fù)載，加上電機(jī)因本身質(zhì)量、負(fù)荷情況及維護(hù)保養(yǎng)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(jī)的嚴(yán)重事故。

●電網(wǎng)電壓對(duì)電機(jī)電流的影響

對(duì)于三相電機(jī)，若供電電壓不平，電機(jī)內(nèi)就會(huì)有逆序電流磁場(chǎng)，并產(chǎn)生較大的逆序轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致電流不平。當(dāng)電源電壓不平衡度達(dá)5%時(shí)，電機(jī)相電流可能會(huì)出現(xiàn)高達(dá)20%的不平度。

導(dǎo)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(dǎo)致輸出電壓不平。

（2）輸電線路過(guò)長(zhǎng)、輸電線質(zhì)量不佳導(dǎo)致線路壓降存在差異性，導(dǎo)致終端電壓不平。

（3）動(dòng)力、照明混用，工廠、企業(yè)存在單相負(fù)載，致使各相負(fù)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(duì)稱。

●電機(jī)過(guò)載

電動(dòng)機(jī)處于過(guò)載運(yùn)行狀態(tài)，如小馬拉大車，特別是電機(jī)起動(dòng)時(shí)，定、轉(zhuǎn)子電流局部發(fā)熱情況加重，容易出現(xiàn)嚴(yán)重電流不平情況。

●定子、轉(zhuǎn)子繞組故障

電機(jī)繞組出現(xiàn)匝間、對(duì)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(dǎo)電異物進(jìn)入，導(dǎo)致匝間故障。

（2）定子繞組有斷線。

（3）因繞組受潮出現(xiàn)漏電問(wèn)題。

（4）定轉(zhuǎn)子氣隙不勻或掃膛。

（5）轉(zhuǎn)子繞組有斷線或鑄鋁轉(zhuǎn)子電機(jī)有瘦條或斷條事實(shí)。

●其他一些人為性的因素

（1）接線錯(cuò)誤。

（2）電機(jī)引線或客戶電源線對(duì)地。

（3）電氣連接部分出現(xiàn)松動(dòng)、氧化等。

（4）保護(hù)器斷開(kāi)。

（5）繞組絕緣局部老化。

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