電源參數(shù)和電動(dòng)機(jī)狀態(tài)變化對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的影響

[摘 要]三相異步電動(dòng)機(jī)是我們機(jī)采井進(jìn)行作業(yè)的動(dòng)力來源，它運(yùn)行的穩(wěn)定否，直接影響到原油生產(chǎn)。本文通過分析三相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)和幾種不正常因素情況對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的影響，找出了三相異步電動(dòng)機(jī)常出現(xiàn)幾中問題的原因，提出了幾種防止三相異步電動(dòng)機(jī)異常運(yùn)行的防范措施，為我們今后在工作中對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的維護(hù)起到很好的指導(dǎo)作用。

[關(guān)鍵詞]三相異步電動(dòng)機(jī) 電源參數(shù) 電動(dòng)機(jī)狀態(tài)

中圖分類號(hào)：TH17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）17-0033-01

隨著油田開發(fā)建設(shè)不斷發(fā)展，機(jī)采井的數(shù)量逐漸增加，以滿足原油生產(chǎn)的需要。機(jī)采井的動(dòng)力來源于三相異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)能否安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是我們?nèi)粘９芾砭S護(hù)工作的主要任務(wù)之一。

在正常情況下，電動(dòng)機(jī)與負(fù)載匹配時(shí)按規(guī)定參數(shù)的條件下運(yùn)行。但在實(shí)際運(yùn)行中，有時(shí)電動(dòng)機(jī)在不完全符合銘牌所規(guī)定條件下運(yùn)行，例如：三相電源電壓或頻率與額定值有偏差、三相電壓不對(duì)稱、電動(dòng)機(jī)定子一相斷線、鼠籠轉(zhuǎn)子斷條等現(xiàn)象，都會(huì)影響異步電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。

一、三相異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的基本特點(diǎn)

電動(dòng)機(jī)在額定電壓和頻率狀態(tài)下，它的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、定子電流、功率因數(shù)及效率是按照正常運(yùn)行特性曲線運(yùn)行。根據(jù)電機(jī)學(xué)的基本電磁原理，電動(dòng)機(jī)在空載時(shí)，輸出功率為零，此時(shí)轉(zhuǎn)子電流很小，轉(zhuǎn)子銅損耗也很小。隨著負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)子電流增大，轉(zhuǎn)子銅損耗和電磁功率都相應(yīng)增大，但是由于轉(zhuǎn)子銅損耗的增加，造成電機(jī)轉(zhuǎn)速下降。

（一）電動(dòng)機(jī)在空載時(shí)，轉(zhuǎn)子電流約為零，定子電流幾乎全部為激磁電流。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出功率增大，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流的負(fù)載分量也相應(yīng)增大，所以說定子電流隨負(fù)載功率的增加而增大。

（二）異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，必須從電源中吸取無功功率供激磁用，因此功率因數(shù)永遠(yuǎn)小于1。在空載狀態(tài)下，定子電流的有功分量很小，基本上是產(chǎn)生主磁能的激磁電流，所以功率因數(shù)很低。在負(fù)載狀態(tài)下，定子電流的有功分量增大，功率因數(shù)也相應(yīng)增加。

二、三相異步電動(dòng)機(jī)在不正常因素狀態(tài)下，對(duì)安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響

（一）在額定頻率下，電源電壓變化時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的影響

為了充分利用鐵芯材料，電動(dòng)機(jī)在額定情況下運(yùn)行時(shí)，鐵芯是處于接近飽和狀態(tài)的，當(dāng)電壓變化時(shí)，電機(jī)的飽和程度將發(fā)生變化，從而可能引起激磁電流的急劇變化，在鐵芯飽和的情況下，激磁電流的變化要比電壓的變化大的多。同時(shí)，隨著鐵芯飽和程度的變化，電機(jī)的漏抗也會(huì)變化，所以，定子端電壓的變化對(duì)電機(jī)的運(yùn)行性能影響很大。

1、當(dāng)電源電壓超過電機(jī)額定電壓時(shí)；

2、當(dāng)電源電壓低于電機(jī)額定電壓時(shí)。

（二）在額定電壓下，頻率變化時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的影響

在一般情況下，電網(wǎng)的頻率都是保持額定頻率，但有時(shí)由于發(fā)電容量不足，特別在電網(wǎng)發(fā)生故障的情況下，可能使頻率發(fā)生明顯偏差，如果偏差不超過額定頻率±1%，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況不會(huì)有很大的變化，如果偏差超過額定頻率較大時(shí)，對(duì)電機(jī)運(yùn)行會(huì)有很大影響，原因是：在忽略定子繞組中的電壓降時(shí)，電源電壓等于電機(jī)反電勢(shì)。在電源電壓保持不變的情況下，電機(jī)主磁通與電源頻率成反比變化。當(dāng)頻率高于額定值時(shí)，由于主磁通減小，激磁電流也將減小，電機(jī)的功率因數(shù)、效率及冷卻都將有所變差。相反，當(dāng)電源頻率低于額定值時(shí)，則主磁通將增大，由于電機(jī)磁路飽和，激磁電流將增加很多，鐵損耗明顯增加，同時(shí)，隨著頻率的降低，電機(jī)的轉(zhuǎn)速將隨之降低，電機(jī)輸出力矩下降，通風(fēng)冷卻條件變壞，最后導(dǎo)致電機(jī)過熱燒毀。

（三）三相電源電壓不對(duì)稱時(shí)，對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的影響

當(dāng)電網(wǎng)存在較大的單相負(fù)載，以及電網(wǎng)發(fā)生故障情況下，電源電壓有可能發(fā)生不對(duì)稱現(xiàn)象。對(duì)于不對(duì)稱的供電系統(tǒng)，可以用正序、負(fù)序和零序三個(gè)對(duì)稱電壓系統(tǒng)代替。由于三相異步電動(dòng)機(jī)沒有中性線，所以，不論定子繞組的接法是星接或角接法，在電機(jī)內(nèi)不存在零序電流及由它產(chǎn)生的零序磁場(chǎng)。即電動(dòng)機(jī)在不對(duì)稱電壓下運(yùn)行，只存在正序?qū)ΨQ電壓和負(fù)序?qū)ΨQ電壓下的運(yùn)行的疊加。

（四）定子一相斷路對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的影響

三相異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，由于導(dǎo)線斷、保險(xiǎn)熔斷、接頭接觸不良等原因造成電機(jī)一相斷路，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于單相或兩相運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)實(shí)際工作統(tǒng)計(jì)，三相異步電動(dòng)機(jī)繞組燒毀事故，多是由于單相或兩相運(yùn)行造成。

1、對(duì)于角形接法的電動(dòng)機(jī)，如果某一相繞組中斷路，則為兩相運(yùn)行，其它兩相繞組仍在線電壓狀態(tài)下運(yùn)行。

2、對(duì)于角形接法的電動(dòng)機(jī)，如果電源線路斷路和星形接法的電動(dòng)機(jī)電源線路斷路或任何一相繞組斷路，則為單相運(yùn)行，一相繞組完全失去作用，其它兩相繞組所承受的電壓只是線電壓的一半。因此，電動(dòng)機(jī)的電磁力矩降低較多，轉(zhuǎn)差率和隨之變化的轉(zhuǎn)子、定子電流都將明顯增大。

三相異步電動(dòng)機(jī)處于單相運(yùn)行情況，實(shí)際上是三相電壓不對(duì)稱的一種極端情況，此時(shí)定子繞組中存在正序電流和負(fù)序電流，兩者大小相等、相位相反。因此，所產(chǎn)生的合成磁勢(shì)是一個(gè)脈動(dòng)磁勢(shì)。由于正序和負(fù)序磁場(chǎng)在空間以相同的轉(zhuǎn)速向相反方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，正序力矩為電動(dòng)機(jī)工作性質(zhì)，而負(fù)序力矩為電磁制動(dòng)性質(zhì)；當(dāng)電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，正序力矩為電磁制動(dòng)性質(zhì)，而負(fù)序力矩為電動(dòng)機(jī)工作性質(zhì)。兩種力矩大小相等，方向相反，電動(dòng)機(jī)的合成力矩等于零。所以，如果定子上有一相斷線的三相異步電動(dòng)機(jī)，接到三相電源上時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)，合閘后只發(fā)出“吭吭”叫聲不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。如果電動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)發(fā)生一相斷線，由于負(fù)序力矩的作用，電動(dòng)機(jī)的有效力矩明顯降低，在負(fù)載不變的情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率增大，導(dǎo)致定子電流增加，功率因數(shù)和效率變差，電機(jī)溫升將超過允許值，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行將燒毀電動(dòng)機(jī)。另外，由于電動(dòng)機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)是由兩相產(chǎn)生的，不是均勻的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，將引起電機(jī)振動(dòng)或發(fā)出電磁噪聲。

三、三相異步電動(dòng)機(jī)異常運(yùn)行的防范措施

（一）為了使電機(jī)可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在選用電機(jī)時(shí)應(yīng)使電動(dòng)機(jī)的容量與負(fù)載相配合。不能選得過小，以防電機(jī)過載發(fā)熱影響壽命；也不能選得過大，長(zhǎng)期在空載和輕載下運(yùn)行很不經(jīng)濟(jì)。

（二）為了減小定子繞組的銅損耗，使電機(jī)定子繞組的溫度不超過允許溫度值。因此，電動(dòng)機(jī)的電源電壓不得超過額定電壓的10%。電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下，電源電壓不得低于額定電壓的5%。

（三）三相異步電動(dòng)機(jī)不允許在三相電源電壓嚴(yán)重不對(duì)稱情況下運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，相間電壓的不對(duì)稱不應(yīng)超過5%。

（四）采用斷相保護(hù)器，沽少由于三相異步電動(dòng)機(jī)在單相或兩相運(yùn)行時(shí)，繞組電流增大，電動(dòng)機(jī)溫度嚴(yán)重升高而燒毀問題。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 企業(yè)供電系統(tǒng)及運(yùn)行，中國(guó)電力出版社出版；

[3] 電力生產(chǎn)事故的人為分析及預(yù)防中國(guó)電力出版社出版。

作者簡(jiǎn)介：

李震，男，1976年出生，成人大學(xué)文化，籍貫，遼寧省營(yíng)口市，現(xiàn)為第五采油廠電力維修大隊(duì)用電辦。