电动机缺相运行电流探讨

电动机缺相运行电流探讨

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√3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

（1）定子Y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＝3×（Ue/√3）×Ie×cosφ=√3UeIecosφ

式中Ie为电机的额定相电流。

设cosφ＝常数，在保证电流不超过额定值Ie的条件下，缺相运行电机允许输入功率Pd为：

Pd＝2×（0.5UeIecosφ）＝UeIecosφ

Pd／Pe＝1／√3＝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√3倍（注意不是大√3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√3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√3倍。）

注：为保证功率不变，即Pe=Pd,假设正常运行时电流为Ie，缺相时电流为I´，则有√3UeIecosφ=2×（0.5UeI´cosφ）=UeI´cosφ，可得I´=√3Ie。

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△接法缺相运行

①定子一相电源线断线

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。

A ）第一种分析方法

支路2绕组电压不变（仍为额定线电压），支路1两相绕组中每相绕组电压下降为额定线电压的一半。设电动机的负载不变，则电动机正常运行时的额定相电流为Ip=PN/（3Ulcos φ），额定线电流Il=√3Ip 。缺相后，设支路2绕组相电流为I 'p ，则根据并联回路电压相等可知支路1绕组相电流为I 'p/2，额定功率为：

ϕϕϕcos cos 2

3cos 21cos P l P l P l N I U I U I U P '='+'= 由I 'p=2PN/(3Ulcos φ），从而得I 'p=2Ip=2Il/√3、I 'l=3I 'p/2=√3Il 。根据分析得知，在额定负载下三角形接线的电动机在缺相运行时的线电流为额定电流的√3倍，支路2绕组相电流为正常额定相电流的2倍，支路1每相绕组的相电流与正常额定相电流相等。

B ）第二种分析方法

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/√3，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√3），则此时电机允许输入电流Id1为：

Id1＝（1／√3）Ie+1／（2√3）Ie ＝（√3／2）Ie

三相正常运行输入功率Pe 为：

Pe ＝√3UeIecos φ

设cos φ＝常数，缺相运行电机允许输入功率Pd1为： ϕϕϕcos 23cos 3

2)5.0(2cos 31e e e e e e d I U I U U I P =⨯⨯+⨯= 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（相电流）为三相正常运行显示电流（线电流）的（2/√3）倍（注意不是大√3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。

②定子一相相绕组断线

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 ＝√3UeIecos φ

设cos φ＝常数，每相绕组允许流过的电流仍为额定电流Ie 的1／√3，则缺相运行电机允许输入功率Pd2为：

ϕϕϕcos 3

2cos 3cos 32e e e e e e d I U U I U I P =+⨯= Pd2／Pe ＝（2／√3）／√3＝2／3=0.667 （3） 从（3）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√3倍），如图6所示，IA=1.5Iz ，IB=IC=1.5×（Iz ／√3）=（√3／2）Iz=0.866Iz 。

③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），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／√3，则缺相运行电机允许输入功率Pd3为：

Pd ＝Ue （1／√3）Iecos φ＝（1／√3）UeIecos φ

Pd ／Pe ＝1／3=0.333 （4）

从（4）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√3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√3倍，此时，电机工作于过负载状态。 2 转子缺相运行