消除电压不平衡
电压不平衡会降低三相电机的性能，缩短其使用寿命。 电机终端的电压不平衡会导致电流不平衡，而电流不平衡与电压不平衡不成比例。 不平衡电流会导致转矩脉动、振动和机械应力增加、损耗增加导致效率降低以及电机过热，从而缩短绕组绝缘寿命。
美国电气制造商协会 (NEMA) 对电压不平衡百分比的定义是：线路电压与三相系统平均电压最大偏差绝对值的 100 倍除以平均电压。 例如，如果测得的线路电压分别为 462 伏、463 伏和 455 伏，则平均值为 460 伏。 电压不平衡度为
(460 – 455) /460 x 100 = 1.1%
建议电机终端的电压不平衡度不超过 1%。 根据 NEMA MG-1-2011 图 20-2，不平衡度超过 1%，则需要降低电机功率，并且大多数制造商的保修将失效。 电压不平衡的常见原因包括
– 功率因数校正设备运行故障
– 不平衡或不稳定的电力供应
– 不平衡变压器组为过大的三相负载供电
– 同一电力系统中分布不均的单相负载
– 不明单相接地故障
– 配电系统初级电路开路
下表 1 列出了一台每分钟 1,800 转 (RPM) 、100 马力 (hp) 电机的效率与电压不平衡和电机负载的函数关系。 在所有负载条件下，都能观察到电机效率随电压不平衡度增加而降低的总体趋势。
电压不平衡可能是导致电机过热和过早故障的主要电能质量问题。 如果检测到不平衡电压，应进行彻底调查以确定原因。 采取纠正措施可节约能源和成本。
建议采取的行动
- 定期监控电机终端的电压，以确保电压不平衡保持在 1% 以下。 考虑安装传感器，对不可接受的数值或数值变化率发出警报。 您可能会对 ISA100 无线传感器网络感兴趣。
- 检查电气系统单线图，确认单相负载分布均匀。
- 按要求安装接地故障指示器，并每年进行热成像检查。 另一个表明电压不平衡可能存在问题的指标是 120 赫兹（Hz）振动。 如果发现 120 赫兹的振动，应立即检查电压平衡。
电压不平衡节能示例
假设表 1 所示的 100 马力电机满载测试，每年运行 8000 小时（小时/年），不平衡电压为 2.5%。 按每千瓦时 0.08 美元的能源价格计算，采取纠正措施后每年可节约的能源和成本为
年节能 = 100 马力 x 0.746 千瓦/马力 x 8,000 小时/年 x (100/93 – 100/94.4) = 9,517 千瓦时
每年节约成本= 9,517 千瓦时 x 0.08 美元/千瓦时 = 760 美元
由于不平衡的电源电压可能会给许多电机和其他电气设备供电，因此总体节省的费用可能会更多。
进一步的考虑
电压不平衡会导致极高的电流不平衡。 电流不平衡的幅度可能是电压不平衡的 6 到 10 倍。 对于上例中的 100 马力电机，线路电流（满载时电压不平衡率为 2.5%）不平衡率为 27.7%。
在电压不平衡的电源上运行时，电机会更热。 温度的额外升高用下式估算1 ：
总温升 = 平衡温升 x (1 + 2 x (% 电压不平衡)2 /100)
例如，一台因电阻导致温升为 80°C 的电机在 2% 的电压不平衡条件下运行时，温升为 6.4°C。 工作温度每升高 10°C ，绕组绝缘寿命就会缩短一半。
资源
美国电气制造商协会 (NEMA)- 请访问 www.nema.org 了解有关电压不平衡的更多信息。
美国能源部 (DOE) – 欲了解有关电机和电机驱动系统效率的更多信息，并下载 MotorMaster+ 软件工具，请访问先进制造办公室 (AMO) 网站 manufacturing.energy.gov。
参考资料
Reliance Electric，”电力供应”，1998 年 9 月。
2 “制止代价高昂的泄漏：不平衡电压对三相电机寿命和效率的影响”。 能源问题。 美国能源部。 2005 年冬
其他参考资料
本提示信息摘自 NEMA 标准出版物 MG-1-2011《电机和发电机》，可从 www.nema.org 购买。
