電機三相電流不平原因究竟是什麽?
內容簡介:對稱三相繞組內流過三相對稱電流時,三相合成磁勢波是一個正弦分布、波幅恒定的旋轉磁勢波——圓形旋轉磁勢波。若因電網因素或電機本身缺陷三相電流不對稱或不平衡了,三相合成磁勢基波仍按正弦規律分布,也是旋轉磁勢,但波幅隨時間變化,因此波幅的軌跡就不是圓的了。
在市場經濟條件下,企業之間的PK,服務占到了很大比例的份額。事實是一起典型的因線路問題導致電流不平的案例,觸發了小編對三相電機電流不平衡問題整理分析的興致。
研究、應用交流電機,三相平衡問題始終是個繞不開的話題。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。實際應用工況中,若出現三相電流不平衡問題,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.專題討論三相電流平衡問題,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。
三相電流不平衡時發生了什麽?
對稱三相繞組內流過三相對稱電流時,三相合成磁勢波是一個正弦分布、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、每相串聯匝數為W、基波繞組係數為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)
若因電網因素或電機本身缺陷三相電流不對稱或不平衡了,三相合成磁勢基波仍按正弦規律分布,也是旋轉磁勢,但波幅隨時間變化,因此波幅的軌跡就不是圓的了。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、負序分量和零序分量,其有效值分別用I+、I-、I0表示,於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-產生反向旋轉磁勢,按式(2)幅值F-=1.35·I-W/p·kW1,零序電流產生的三個脈振磁勢在時間上同相位,故合成磁勢為零。於是,不對稱的三相電流流過對稱的三相繞組時,產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。
x=F+cosωt+F-cosωt=(F++F-)cosωt……(7)
y=F+sinωt-F-sinωt=(F+-F-)sinωt……(8)
將式(7)、(8)平方後相加,可得
x2/(F++F-)2+y2/(F+-F-)2=1……(9)
式(9)是一個橢圓方程,表麵合成磁勢F旋轉一圈時,矢量端點軌跡為橢圓,故稱之為橢圓形旋轉磁勢(如圖1所示)。
為何三相電流會不平衡?
論上電網三相對稱電壓施加電機上時,三相交流電機電樞繞組內應流過三相對稱電流。但實際上遠遠沒這麽簡單:電網非單純三相負載,加上電機因本身質量、負荷情況及維護保養等造成的不確定因素,三相電流可能會不平衡而引發發熱、異常噪聲振動問題或燒毀電機的嚴重事故。
電網電壓對電機電流的影響
對於三相電機,若供電電壓不平,電機內就會有逆序電流磁場,並產生較大的逆序轉矩,導致電流不平。當電源電壓不平衡度達5%時,電機相電流可能會出現高達20%的不平度。
導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,導致輸出電壓不平。
(2)輸電線路過長、輸電線質量不佳導致線路壓降存在差異性,導致終端電壓不平。
(3)動力、照明混用,工廠、企業存在單相負載,致使各相負荷分布不均,造成電網三相電壓可能存在一定程度的不對稱。
電機過載
電動機處於過載運行狀態,如小馬拉大車,特別是電機起動時,定、轉子電流局部發熱情況加重,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,都會引起某一相或兩相電流過大。
(1)繞組中有導電異物進入,導致匝間故障。
(2)定子繞組有斷線。
(3)因繞組受潮出現漏電問題。
(4)定轉子氣隙不勻或掃膛。
(5)轉子繞組有斷線或鑄鋁轉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)電氣連接部分出現鬆動、氧化等。
(4)保護器斷開。
(5)繞組絕緣局部老化。
原因分析檢查程序實例
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)內部接線,這主要是在電機生產過程或修理電機過程中會出現的問題,運行中的電機不會存在該類故障。(2)電機繞組出現電氣故障;(3)繞組極性問題;(4)電機與電源連接可靠性;(5)繞組重繞後三相繞組匝數不對稱。
轉載請說明來自西安泰富西瑪電機(西安西瑪電機集團股份有限公司)官方網站://www.merelymotivated.com/zixun/dianjibaike164.html
研究、應用交流電機,三相平衡問題始終是個繞不開的話題。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。實際應用工況中,若出現三相電流不平衡問題,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.專題討論三相電流平衡問題,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。
三相電流不平衡時發生了什麽?
對稱三相繞組內流過三相對稱電流時,三相合成磁勢波是一個正弦分布、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、每相串聯匝數為W、基波繞組係數為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)
若因電網因素或電機本身缺陷三相電流不對稱或不平衡了,三相合成磁勢基波仍按正弦規律分布,也是旋轉磁勢,但波幅隨時間變化,因此波幅的軌跡就不是圓的了。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、負序分量和零序分量,其有效值分別用I+、I-、I0表示,於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-產生反向旋轉磁勢,按式(2)幅值F-=1.35·I-W/p·kW1,零序電流產生的三個脈振磁勢在時間上同相位,故合成磁勢為零。於是,不對稱的三相電流流過對稱的三相繞組時,產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。取兩相同向時的方向作為x軸方向,並以這一瞬間為時間起點(t=0時)。當經過任何一段時間t之後,正向旋轉磁勢F+沿反時針方向轉了ωt角度,而反向旋轉磁勢F-沿順時針方向轉了ωt角度。從圖中不難看出,當F+和F-沿相反方向旋轉時,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)平方後相加,可得
x2/(F++F-)2+y2/(F+-F-)2=1……(9)
式(9)是一個橢圓方程,表麵合成磁勢F旋轉一圈時,矢量端點軌跡為橢圓,故稱之為橢圓形旋轉磁勢(如圖1所示)。
為何三相電流會不平衡?
論上電網三相對稱電壓施加電機上時,三相交流電機電樞繞組內應流過三相對稱電流。但實際上遠遠沒這麽簡單:電網非單純三相負載,加上電機因本身質量、負荷情況及維護保養等造成的不確定因素,三相電流可能會不平衡而引發發熱、異常噪聲振動問題或燒毀電機的嚴重事故。
電網電壓對電機電流的影響
對於三相電機,若供電電壓不平,電機內就會有逆序電流磁場,並產生較大的逆序轉矩,導致電流不平。當電源電壓不平衡度達5%時,電機相電流可能會出現高達20%的不平度。
導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,導致輸出電壓不平。
(2)輸電線路過長、輸電線質量不佳導致線路壓降存在差異性,導致終端電壓不平。
(3)動力、照明混用,工廠、企業存在單相負載,致使各相負荷分布不均,造成電網三相電壓可能存在一定程度的不對稱。
電機過載
電動機處於過載運行狀態,如小馬拉大車,特別是電機起動時,定、轉子電流局部發熱情況加重,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,都會引起某一相或兩相電流過大。
(1)繞組中有導電異物進入,導致匝間故障。
(2)定子繞組有斷線。
(3)因繞組受潮出現漏電問題。
(4)定轉子氣隙不勻或掃膛。
(5)轉子繞組有斷線或鑄鋁轉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)電氣連接部分出現鬆動、氧化等。
(4)保護器斷開。
(5)繞組絕緣局部老化。
原因分析檢查程序實例
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)內部接線,這主要是在電機生產過程或修理電機過程中會出現的問題,運行中的電機不會存在該類故障。(2)電機繞組出現電氣故障;(3)繞組極性問題;(4)電機與電源連接可靠性;(5)繞組重繞後三相繞組匝數不對稱。
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