电压不平衡的影响

如果你使用三相系统，你应该注意不平衡电压，这是工业厂房最常见的电力问题之一。 如果没有预防措施，植物出现失衡的几率就会很高。 在不平衡对你的设备造成严重损害之前抓住它们是最理想的。

下面将介绍什么是电压不平衡、造成电压不平衡的原因，以及如何预防和测试电压不平衡以保护电气系统。

什么是三相电压不平衡？

当三相电压和电流具有相同的振幅时，一个三相电力系统是平衡的或对称的。 不平衡系统意味着相电压不相等。

这种不平衡衡量的是三相系统中电压相位之间的差异。 这种电力问题在工业发电厂或任何运行带有大功率电机的大型机器的工厂都很常见。

遇到电压不平衡会影响到你运营的许多方面，包括电机效率、成本和损害。

是什么导致了不平衡的电压？

ANSI C84.1 规定供电系统的设计和运行应将最大电压不平衡度限制在空载条件下电表测量值的 3%以内。 这意味着用户有责任核实他们自己工厂的电压平衡状况。

当电压不平衡时，往往是由于系统负荷分布造成的。 这些不平衡可能发生在系统的任何一点，不平衡的电力系统可能由于许多原因而发生。

以下是不平衡电压的一些最常见原因。

• 输电线路缺乏对称性
• 大型单相负荷，如电弧炉或焊接机
• 错误的功率因数校正电容器组
• 开放式三角或三叶变压器
• 低扭矩输出造成机械应力
• 三相整流器和电机中的大电流
• 流动在中性导体中的电流不平衡
• 功率因数校正设备的错误操作
• 不平衡或不稳定的电力供应
• 不平衡的变压器组为三相负荷供电，而该负荷对变压器组来说太大。
• 同一电力系统中分布不均的单相负荷
• 不明单相接地故障
• 松动、腐蚀、有凹痕的连接器或接触器

甚至工厂条件也会导致或促成电压不平衡。 例如，变压器过载、功率因数校正装置故障、周期性控制和失谐电抗器都会导致不平衡。 甚至隔壁的工厂或更远的电力线上发生的事情也会影响到你的设施的电压不平衡。

电压不平衡的影响

电压不平衡会对电机造成损害。 相电压的差异导致三相电机的循环电流，导致电流不平衡是电压不平衡的6到15倍。 额外的电流有助于增加电机发热，如果不平衡足够大的话，就会很严重。 这种较高的电机温度使周围的绝缘层退化，缩短了电机的使用寿命并导致电机烧毁。

不平衡的电流和电压的其他影响包括增加脉动、机械应力、振动和损失。 此外，维护问题，如触点磨损和连接松动也很常见。 这些问题会导致电机运行噪音过大、运行温度过高以及过早出现故障。

此外，电压不平衡将抛出锁定的转子绕组电流的比例，这已经是比较高的了，满载速度将略有下降，扭矩也将减少。 如果电压不平衡足够大，减少的扭矩能力可能无法满足应用，电机将无法达到额定速度。

NEMA标准MG-1规定，当电机终端的电压不平衡度不超过1%时，多相电机应在额定负载的运行条件下成功运行。 此外，不建议在不平衡度超过 5% 的情况下运行电机，否则可能会导致电机损坏。

虽然一般来说不可取，但另一个纠正措施可能是对电机进行降压。 当电压不平衡超过1%时，必须对电机进行降额处理才能成功运行。 下图所示的降额曲线表明，在NEMA规定的5%的不平衡限制下，电机将被大幅降额，仅相当于其铭牌额定马力的75%左右。

电压不平衡会对变频驱动器（VFD）中使用的三相直流转换器造成损害。 有问题的变频器(VFD)有滋扰性跳闸，显示出电路过载的所有迹象，即使测量结果显示并非如此，可能有不平衡的相电流。 由于一个或两个相的电流过大，VFD线路电流可能变得非常不平衡。 即使三相的平均电流远低于VFD的额定电流，也会发生这种情况。

变频驱动装置的前端采用大功率二极管排列，将三相交流输入功率转换为直流母线，作为功率逆变器部分的储能器。 通过输入整流部分的电流是以脉冲形式抽取的。 理想情况下，流过每个二极管的电流都是均等的，但是，由于 VFD 输入端的电压不平衡，导致流过各个二极管的功率不均，从而导致功率二极管过早和频繁地发生故障。 电流二极管的不平衡输出将产生更多的谐波内容。 随着输出脉冲越来越不平衡，三重电流谐波也会增加。

为什么这很重要？

关心电压不平衡的最明显的原因是电机效率和性能的下降–这两者都会影响你公司的盈利能力。 任何特定电机的效率都会有所不同，取决于应用类型、负载和电源电压等因素。

在电压不平衡较大的电源上运行，会增加转子和定子的^I2R损失–即电流的平方乘以电阻，这意味着更多的供应功率将转化为热量，而更少地用于工作。 电机将运行得更热，因此，效率也更低。 请注意，转子损耗的增加将增加 “滑移”，因此电机将转得更慢一些，在一定时间内做的功更少。

阿伦尼乌斯基本方程指出，温度每升高 1 摄氏度，化学反应速率就会增加一倍。 将这一等式应用于电机的绝缘，不难看出，温度的任何升高都会大大缩短电机的使用寿命。 下表显示了由电压不平衡导致的绕组温度的影响。

由于不平衡损害了你的设备，你的工厂将经历停机时间，因为电机不能像它们应该的那样有效运行。 除了停工期间的资金损失外，您的受损电机将需要昂贵的更换或维修。

如何预防不平衡的电力系统

为了防止电压不平衡，负载需要平均分布在配电盘的各相上。 当一个相位比其他相位负载更重时，该相位的电压就会很低，导致不平衡。 负载的均匀分布有助于防止一个阶段的过载。

了解失衡的原因有助于你和你的技术人员寻找征兆并努力预防。 防止不平衡的最佳方法是测试电压不平衡，并确定造成不平衡的原因。 即使系统中的某个地方有轻微的不平衡，现在测试它可以帮助你在影响破坏性之前抓住它。 ATPOL III™通电特性分析（ESA）测试仪器和配套的ATPOL 8.0软件可以快速、准确地测量和计算提供给这些工业主力的电压不平衡，作为常规通电电机测试的一部分，时间不到1分钟。 ATPOL 8.0 软件可计算出电压不平衡百分比，并提供相应的电压降额系数。

便携式 ATPOL III™ 可使用专用连接器与预装的ALL-SAFE©连接器快速连接，也可使用可拆卸 CT 和电压探头与任何易于接近的电机控制器或隔离开关连接。 为了给日益流行的变频调速器提供更多保护，他们甚至可以测试这些昂贵控制器的输入电源，以确保不存在电压不平衡的情况，而电压不平衡会导致整流器部分的电流不平衡。

如何计算不平衡电流

要手动计算不平衡电压的百分比，首先需要确定平均电流或电压和最大偏差。 然后，你将用偏差除以平均电压，并将这个数字乘以100，得到你的百分比。

电压不平衡的百分比。

比如说。V1 = 469

V2 = 478

V3 = 461

平均电压 = 469.33 V2 的最大偏差为 8.66667

% vub = 100(8.66667/469.33) = 1.84

ATPOL是添加到预测性维护工具箱中的理想工具，用于通电的电机测试。 使用ALL-SAFE PRO©例行进行ESA电机测试，可以使工厂迅速对整个电机系统进行全面检查。

ATPOL III™使用电机的电压和电流来访问。

• 来自输入电源的条件
• 电机的电气和机械状况以及不平衡情况
• 错位
• 轴承条件
• 松散性
• 负载的摩擦
• 过程中的异常情况，如空化现象

使用便携式、夹钳式或柔性 CT，可以轻松地从任何没有全部保险的电机上进行便携式测量。

ATPOL III™ 可同时采集所有三相电压和电流数据，以创建图表、表格和显示屏，将电能质量作为必要的预测性维护工具，使您的设备跻身世界一流设施之列。 使用V型不平衡来预测过早的绕组绝缘故障，以确定由电压不平衡引起的电机寿命降低。

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