电动机缺相运行的现象与原因

电动机缺相运行的现象与原因电动机缺相运行的现象与原因 1 电动机缺相现象 振动增大 有异常声响 温度升高 转速下降 电流增大 启动时有强烈的嗡嗡声无法启 动 2 造成电动机缺相运行的原因有 保险丝选择不当或压合不好 使熔丝断一相 开关发触器的触头接触不良 导线接头松动或断一根线 有一相绕组开路 3 电动机缺相运行的电磁 转矩关系 电机缺相运行时 定子的旋转磁场严重不平衡 定子会产生负序电流 负序磁场和转子发 生电磁感应出近 100HZ 的电势 使转子电流剧增 会引起转子严重发热 缺相时电机带载 能力急剧下降 电机会吸收大量有功 导致定子电流急剧增加 发热由于磁场严重不均匀 会使电机震动严重增加 从而破坏轴承和机座 所以带额定负载的缺相运行电机会立马停 下来 若保护不及时动作 电机就会被烧毁 一般电机都有缺相保护 在运转时缺相 绕组产生的磁场也可分为两个大小相等 方向相反的旋转磁场 但与电动机转 向相反的旋转磁场与转子间的相对转速很大 在转子中产生的感应电动势和电流的频率差不 多是电源频率的几倍 转子的感抗很大 故决定转矩大小的电流有功分量很小 所以逆向转矩 远小于正向转矩 因此 电动机能继续运行 但是 应注意 在运行中 电动机气隙中产生的是三相谐波成分较高的椭圆形旋转磁场 所以 正在运行 中的电动机缺相后仍能运转 只是磁场发生畸变 有害电流成分急剧增大 最终导致绕组 烧坏 电动机一相断线明确规定不能运行 因为电动机断线后定子线圈不会产生旋转磁场 只会 产生脉动磁场 不会带动电动机旋转 但由于运行中还有惯性 所以会旋转 但由于负荷 大使电动机旋转逐渐变慢 另外由于转子旋转慢造成转子切割磁力线增多 定子电流逐渐 增大 时间长会烧毁电动机 电动机运行中一相断线不能长期运行 因为电动机断线后定子线圈产生椭圆磁场 只会产 生脉动磁势 由于转子旋转慢造成转子切割磁力线增多 定子电流逐渐增大 时间长会烧 毁电动机 另外负序磁场将烧坏转子 4 电动机缺相启动 如果停止的电动机缺一相电源合闸时 一般只会发生嗡嗡声而不能启动 这是因为电动机 通入对称的三相交流电会在定子铁心中产生圆形旋转磁场 但当缺一相电源后 定子铁心 中产生的是单相脉动磁场 它不能使电动机产生启动转矩 因此 电源缺相时电动机不能 启动 三相异步电动机在停运时 如果有一相绕组开路或电源有一相断开 或缺相 当启动电机时 绕组产生的磁场可分成两个大小相等 方向相反的旋转磁场 它们与转子作用产生的转矩也 是大小相等 方向相反 因此启动转矩为零而不能启动 5 电动机缺一相相运行后果 电动机缺相运行时 它的功率只是额定功率的一半左右 如果额定负载不变 这时的电动机 绕组间的电流必然会超过额定电流 将使电动机外壳发热 长时间运行会烧毁电动机 6 电动机缺两相断相 当在断两相时 因电动机中不能建立旋转磁场而不能起动 对电机没有什么危害 7 星接角接的区别 一相断线运行情况 缺相 1 星形联接 若三相异步电动机为星形联接 一相断线后 另两相绕组串联成单一电路接入线电压 1 若原来静止 则无起动转矩 不能起动 起动瞬间 n 0 相当于短路 时间一长电机烧坏 2 若在旋转中缺相 仍可旋转 但电机定子电流剧增 转速降低 损耗增加 很易过热 如不及 时排除 将使电机绝缘因温升过高而损坏 三相异步电动机的单相运行 2 三角形联接 缺相后 电机绕组有两相串联成单一电路与另外一相绕组并联而接入电源电压 1 当绕组参数完全对称时 两条电路的电流相位相同 但幅值不等 其合成磁势仍是单相脉 动磁势 无起动转矩 2 当三相绕组不完全对称时 将使两条支路电流的相位不同 电机中形成正 反向幅值不相 等的旋转磁场 虽然两个磁场幅值上的差异不大 但产生的起动转矩仍可使空载时的电机自 行起动 7 缺相时电机电流的变化 正常起动或运行时 三相电机为对称负载 三相电流大小相等 小于或等于额定值 出现 一相断线后 三相电流不均衡或过大 起动时缺相 电动机不能起动 其绕组电流为额定电流的 4 7 倍 发热量为正常温升的 16 49 倍 因其迅速超过允许温升而使电动机烧毁 运行中缺相 当满载时缺相 电动机处于过流状态 即电流超过额定电流 电动机会从疲转变为堵转 未 断相的线电流增加更多 引起电动机迅速烧毁 轻载运行电动机断相时 未断相的绕组电流迅速增加 使这相绕组由于温升过高而被烧毁 缺相运行对于长期工作制运行的鼠笼式电动机的危害很大 这类电动机被烧毁的事故中 60 70 是由于缺相运行引起的 故对电动机的缺相防护十分重要 三相异步电动机缺相运行电流探讨三相异步电动机缺相运行电流探讨 结合工厂实际 运用电力拖动的基本原理 对影响三相异步电动机缺相运行电流大小的因 素进行了讨论 指出缺相运行是否过电流与三相异步电动机接法 负载的机械特性 电网 电压 负载率有关 并给出了具体数据和实例 关键词 关键词 异步电动机 缺相 电流 分析 三相异步电动机缺相运行 是低压三相异步电动机最常见的故障 但遗憾的是 教科书和 电工手册中对其电流变化情况 只是笼统地定性描述 缺乏具体数据和详细地技术分析 2004 年第 10 期 电世界 杂志的第 44 页读者信箱栏目 刊登了施凉奎先生的答重庆侠 平问 三相异步电动机在缺相运行时 会导致电动机过电流否 一文 施凉奎先生认为 缺相运行时的电动机空载或负载电流 一般都要比正常运行时约大 倍 笔者认为施凉奎先 生对三相异步电动机缺相运行电流的分析欠全面 在不同的运行状态下的情况是不一样的 为了让广大读者对该问题有一个正确的认识 有必要对三相异步电动机缺相运行电流变 化规律进行较全面 科学 准确地分析 三相异步电动机缺相运行 严格地说 可分为定 子缺相和转子缺相两种 常见的是定子缺相 本文将对这两类情况的运行电流变化规律进 行讨论 1 定子缺相运行定子缺相运行 1 定子 定子 Y 接法缺相运行接法缺相运行如图 1 所示 正常 Y 接法运行的定子 无论是一相绕组断线 还 是一相电源线断线 都形成另两相绕组反串联接在电源单相线电压 Ue 下 如图 4 所示 每相绕组承担的电压为 0 5Ue 三相正常运行输入功率 Pe 为 Pe UeIecos 式中 Ie 为电 机的额定电流 设 cos 常数 缺相运行电机允许输入功率 Pd 为 Pd 2 0 5UeIecos UeIecos Pd Pe 1 0 577 1 从 1 式可看出 在保证 电流不超过额定值 Ie 的条件下 正常 Y 接法缺相运行时电机的功率只能达到三相运行时的 57 7 带有某一负载的电机运行中突然缺相运行时 转速会稍微下降 轴负载功率由两 相绕组承担 缺相运行电流增大到三相正常运行电流的 倍 注意不是大注意不是大 倍倍 此时 电机 往往工作于过负载状态 施凉奎先生认为 缺相运行时的电动机空载或负载电流 一般都 要比正常运行时约大 倍 准确地说 三相异步电动机正常 Y 接法的定子缺相运行时空载或 负载电流 约是正常运行时的 倍 事实上 在低压小型电动机中 仅 4kW 以下电动机定 子采用 Y 接法 而大量小型电动机采用的是 接法 2 定子 定子 接法缺相运行接法缺相运行 定子一相定子一相 电源线断线电源线断线如图 2 所示 正常 接法运行的定子 当一相电源线断线时 电机定子形成两 相相绕组顺串联 简称支路 1 和第三相相绕组 简称支路 2 并联接在电源单相线电压下 如图 5 所示 由于支路 2 第三相相绕组 允许流过的电流仅为额定电流 Ie 的 1 根据 并联电路工作原理 支路 1 允许流过的电流与其阻抗成反比 只有额定电流 Ie 的 1 2 则此时电机允许输入电流 Id1 为 Id1 1 Ie 1 2 Ie 2 Ie 三相正常运 行输入功率 Pe 为 Pe UeIecos 设 cos 常数 缺相运行电机允许输入功率 Pd1 为 Pd1 Ie Uecos 2 0 5Ue Ie 2 cos 2 UeIecos Pd Pe 1 2 0 5 2 从 2 式可看出 在保证电流不超过额定值的条件下 正常 接法运行的定子 当一相电源线断线时 电机缺相运行时的功率只能达到三相运行 时的一半 带有某一负载的电机运行中突然缺相运行时 转速会稍微下降 电流表显示定 子运行电流为三相正常运行显示电流 线电流 的 2 倍 注意不是大注意不是大 倍倍 此时 电机往往工作于过负载状态 由于两个并联支路的阻抗不相等 造成两个支路电流不同相 这两个单相脉振磁势合成一个极坏的椭圆磁势 其效果也接近单相脉振磁势 定子一相定子一相 相绕组断线相绕组断线如图 3 所示 正常 接法运行的定子 当一相相绕组断线时 电机定子形成一 相相电流为 0 另两相相绕组有互差 1200 电角度的两相电流存在 如图 6 所示 三相正常 运行输入功率 Pe 为 Pe UeIecos 设 cos 常数 每相绕组允许流过的电流仍为额定电 流 Ie 的 1 则缺相运行电机允许输入功率 Pd2 为 Pd2 Ie Uecos Ie Uecos 2 UeIecos Pd2 Pe 2 2 3 0 667 3 从 2 式可看出 在保 证电流不超过额定值的条件下 正常 接法定子缺相运行时电机的功率只能达到三相运行 时的 66 7 带有某一负载的电机运行中突然缺相运行时 转速会稍微下降 轴负载功率 由两相绕组承担 缺相运行电流增大到三相正常运行电流 Iz 的 1 5 倍 注意不是大注意不是大 倍倍 如图 6 所示 IA 1 5 Iz IB IC 1 5 Iz 2 Iz 0 866Iz 定子两相相绕组断线定子两相相绕组断线 至于 接法定子两相相绕组断线 这种现象较少见这种现象较少见 则只出现一个相绕组单独工作 每相 绕组允许流过的电流仍为额定电流 Ie 的 1 则缺相运行电机允许输入功率 Pd3 为 Pd Ue 1 Iecos 1 UeIecos Pd Pe 1 3 0 333 4 从 3 式可看出 在保证电流不超过额定值 Ie 的条件下 正常 接法定子缺两相运行时电机的功率只能达到 三相运行时的 33 3 带有某一负载的电机运行中突然缺相运行时 轴负载功率由一相绕 组承担 缺两相运行 一相绕组电流增大到三相正常运行相电流的 3 倍 注意不是大注意不是大 倍倍 电流表显示定子运行电流为三相正常运行显示电流 线电流 的 倍 此时 电机工作于过 负载状态 2 转子缺相运行转子缺相运行在实际工作中转子缺相运行也较常见 绕线型异步电动机转子 是一个三相电路 三相鼠笼型异步电动机转子是一个多相电路 每一根导体为一相 无论 哪一种转子 正常运行时 三相或多相的转子绕组 都将产生一个旋转磁势 当绕线型异 步电动机转子一相断线后 正常 Y 接法的转子电路就变成了单相电路 转子磁势此时为单 相脉振磁势 根据双磁场旋转理论 单相脉振磁势可以分解为幅值相等 转向相反的两个 旋转磁势 转子上面就出现两个大小相等 转向相反的旋转磁势 由于反转磁势切割定子 导体 在定子上产生了附加电势 形成定子附加电流 其附加电流频率 f2 为 f2 Pn0 1 2Se 60 1 2Se f1 式中 P 为电机的极对数 n0 为电机的同步转速 Se 为电机的额 定转差率 一般为 0 03 左右 f1 为电机定子电流频率 取 Se 0 03 则 f2 1 2 0 03 f1 0 94f1 从上式可以看出 附加电流频率 f2 与定子电流频率 f1 极为接近 这两部分电流 复合成一个低频 浪涌 电流 使定子侧电流表指针摆动 电机出现低频噪声 鼠笼型异步 电动机转子缺相 即发生鼠笼转子导条断裂或开焊故障时 电动机定子电流的电流表指针 将作周期性摆动 同时电动机转速下降 低于额定值 电机振动增大 需要指出的是 我 们所说的三相异步电动机缺相运行 如果不特别说明 一般是指定子缺相运行 3 影响电影响电 动机缺相运行电流大小的其它因素动机缺相运行电流大小的其它因素 负载的机械特性负载的机械特性前面的分析假定电机所带负载为恒 功率负载 即缺相前后 电机输出功率保持不变 而事实上 电机缺相后 电动机的转速 会稍微下降 对于恒转矩负载 随着电动机的转速稍微下降电动机的输出功率也稍微下降 电动机的转速下降对电动机的电流增大倍数的影响很小可忽略 但对于离心风机类平方转 矩负载 由于功率与转速的立方成正比 随着电动机的转速稍微下降电动机的输出功率将 明显下降 如当电动机的转速下降 5 电动机的输出功率将下降 14 4 平方转矩类负载 电动机的转速下降对电动机的电流增大倍数的影响不能忽略 此时 电动机的电流增大倍 数将低于前面叙述的计算值 特别是在电动机分析定子 接法一相相绕组断线故障中要引 起注意 可见 电动机的电流增大倍数与负载的机械特性有关 电网电压与负载率电网电压与负载率三 相异步电动机在缺相运行时 是否会导致电动机过电流 在实际工作中 与电网电压高低 有很大关系 因为电动机定子允许在其额定电压的 5 10 范围内长期运行 而测试数 据表明 当电动机输出功率为额定功率 电动机定子电压超过其额定电压的 7 时 Y 系 列电动机定子电流下降 4 8 当电动机输出功率为额定功率的 70 电动机定子电压超过 其额定电压的 7 时 Y 系列电动机定子电流下降 26 4 一般情况下 工业用电动机通常 在 50 60 额定功率下工作 此时 电动机定子电压高低对电动机的缺相运行电流大小 有很大影响 而电网电压高低往往决定着电动机定子电压的高低 正常 接法运行的定子 电动机输出功率为额定功率的 70 三相正常运行电流 Iz 为额定电流的 75 左右 当电动 机定子电压超过其额定电压的 7 一相相绕组断线时 如图 6 所示 IA 1 5 1 0 264 Iz 1 104 0 75Ie 0 828Ie IB IC 0 866Iz 0 866 0 75Ie 0 6495Ie 由于工业用电动机通常在 50 60 额定功率下工作 电动机定子电压超过其额定电压的 7 时 正常 接法运行的 定子 当一相相绕组断线时 电流表显示的电动机定子运行电流将不会超过电动机定子的 额定电流 正因为如此 电动机的热继电器过载保护对正常 接法运行的定子缺相运行保 护往往失效 这一点要引起特别注意 需要指出的是 正常 接法运行的定子缺相运行 尽管电流表显示的电动机定子运行电流不超过电动机定子的额定电流 但只要其中一相绕 组流过的电流超过其允许流过的电流 额定电流 Ie 的 1 该电动机即为工作于过载状 态 如 1 台交流 380V 75kW 三相鼠笼式异步电动机 额定电流为 150A 采用 Y 启动 电动机启动正常 运转 10