沈女士的朋友小Z是一家汽車企業(yè)的老板。小Z講了一個對待和服務(wù)客戶的事情：一個客戶在他們單位配了一個大功率電機。因為客戶的迫切需要，企業(yè)派了專車到使用現(xiàn)場，第二天就裝上了。但是客戶打電話說電流嚴(yán)重不均勻的突如其來的信息3354讓所有參加電機廠測試的人都覺得不可思議，都在冒汗。

在與客戶溝通不成功的情況下，企業(yè)立即派人到客戶使用現(xiàn)場，現(xiàn)場調(diào)查得到的信息是客戶配電柜與電機之間的連接線嚴(yán)重接地，導(dǎo)致所謂的電機故障。

在市場經(jīng)濟條件下，企業(yè)間PK和服務(wù)占很大比重。小Z描述的事實是線路問題導(dǎo)致電流不均勻的典型案例。在稱贊該企業(yè)急客戶的同時，引發(fā)了整理分析三相電機電流不平衡問題的興趣。

三相平衡一直是交流電機研究和應(yīng)用中不可回避的課題。為了合成圓形旋轉(zhuǎn)磁勢，三相繞組必須設(shè)計成120電角度分布和等阻抗值。在實際應(yīng)用條件下，如果出現(xiàn)三相電流不平衡，或者用手指一彈就能瞬間解決，或者情況惡化，造成嚴(yán)重事故，原因總是說不清。今天女士重點講三相電流平衡，旨在解決三相電流不平衡及其原因，善用和控制三相交流電機。

三相電流不平衡時發(fā)生了什么？

當(dāng)三相對稱電流流過對稱三相繞組時，三相復(fù)合磁勢波是一個等幅正弦旋轉(zhuǎn)磁勢波——。假設(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，極數(shù)為P，相繞組基波磁勢幅值為

F1=0.9IW/pkW1……（1）

三相合成磁勢的振幅為

F1=1.35IW/pkW1……（2）

如果三相電流由于電網(wǎng)因素或電機本身的缺陷而不對稱或不平衡，則三相復(fù)合磁勢的基波仍按正弦規(guī)律分布，也是旋轉(zhuǎn)磁勢，但幅值隨時間變化，因此幅值的軌跡不是圓的。利用對稱分量法，將一組不對稱的三相電流IA、IB、IC分解為正序分量、負(fù)序分量和零序分量，它們的有效值分別用I、I-和I0表示，因此三相電流可以表示為

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）

正序電流I產(chǎn)生正旋轉(zhuǎn)磁勢。根據(jù)公式(2)，振幅F=1.35 I  W/p  KW1，負(fù)序電流I-產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)磁勢。根據(jù)公式(2)，振幅F-=1.35 I-W/p  KW1，零序電流產(chǎn)生的三個脈沖振動磁勢在時間上是同相的，所以磁勢是合成的，因此，當(dāng)不對稱三相電流流過對稱三相繞組時，基波旋轉(zhuǎn)磁勢為

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

等式(6)表明兩種磁勢具有不同的振幅。

方向相反，合成為一幅值變化的橢圓形旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)磁勢及其合成磁勢。取兩相同向時的方向作為x軸方向，并以這一瞬間為時間起點(t=0時)。當(dāng)經(jīng)過任何一段時間t之后，正向旋轉(zhuǎn)磁勢F+沿反時針方向轉(zhuǎn)了ωt角度，而反向旋轉(zhuǎn)磁勢F-沿順時針方向轉(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，合成磁勢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）是一個橢圓方程，表面合成磁勢F旋轉(zhuǎn)一圈時，矢量端點軌跡為橢圓，故稱之為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(如圖1所示)。

為何三相電流會不平衡？

理論上電網(wǎng)三相對稱電壓施加電機上時，三相交流電機電樞繞組內(nèi)應(yīng)流過三相對稱電流。但實際上遠遠沒這么簡單：電網(wǎng)非單純?nèi)嘭?fù)載，加上電機因本身質(zhì)量、負(fù)荷情況及維護保養(yǎng)等造成的不確定因素，三相電流可能會不平衡而引發(fā)發(fā)熱、異常噪聲振動問題或燒毀電機的嚴(yán)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(nèi)就會有逆序電流磁場，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5%時，電機相電流可能會出現(xiàn)高達20%的不平度。

導(dǎo)致電源電壓不平的原因很多，常見的原因有：

（1）變壓器繞組故障，導(dǎo)致輸出電壓不平。

（2）輸電線路過長、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稱。

● 電機過載

電動機處于過載運行狀態(tài)，如小馬拉大車，特別是電機起動時，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

電機繞組出現(xiàn)匝間、對地、相間等電氣故障，都會引起某一相或兩相電流過大。

（1）繞組中有導(dǎo)電異物進入，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)子電機有瘦條或斷條事實。

●其他一些人為性的因素

（1）接線錯誤。

（2）電機引線或客戶電源線對地。

（3）電氣連接部分出現(xiàn)松動、氧化等。

（4）保護器斷開。

（5）繞組絕緣局部老化。

原因分析檢查程序?qū)嵗?/strong>

● 檢查電源符合性。（1）試驗線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(nèi)部接線，這主要是在電機生產(chǎn)過程或修理電機過程中會出現(xiàn)的問題，運行中的電機不會存在該類故障。（2）電機繞組出現(xiàn)電氣故障；（3）繞組極性問題；（4）電機與電源連接可靠性；（5）繞組重繞后三相繞組匝數(shù)不對稱。

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