三相异步电机缺相了会怎么样?

来源:范泛谈电机

有用电机经验的,会告诉我们,电机缺相会烧。

也会有用电机经验的,会告诉我们,电机缺相会转不起来。

缺相,有两种情况:

1.正用着的时候突然缺了一相。

2.启动的时候缺了一相。

这正好对应经验者说的两种情况,烧和转不起来。

要是再较真一点,用着的时候还得分是在加速的时候、减速的时候还是稳速运行的时候。

稳定运行的时候突然缺相了。

稳定运行预示着电机提供的转矩恰好等于负载转矩,如果大于,则会加速,如果小于,则会减速。

直觉分析,缺一相,假如另外两相不变,肯定就少了一相的出力,打破了平衡,转速势必会降低。转速降低,另外两相也会随之有变。

启动的时候缺相了,如果没有启动转矩,肯定起不来。启动转矩小于负载转矩,也起不来。

以上都是从感觉上分析。

定量分析要靠“正序、负序和零序”的对称分量分析法。

什么是正序负序零序对称分量法?

工程运用年头不算久,由加拿大电气学家Charles Legeyt Fortescue发明于1918年。但其数学原理来自于线性代数。这里不得不多说一句,线性代数太牛逼了,耳熟但不能详的Clark变换、Park变换等,都是线性代数在发挥作用,换个角度(换个坐标)看世界。

对称分量法是说,频率一样,相角差互差120的3个正弦物理量,如果他们幅值不等,可以把它三个用另外的三组加起来表示,一组是正序,正序的3个量幅值相等,互差120度;一组负序,负序的3个量也是幅值相等,互差120度;还有一组但只有一个量的零序,它也是个相量,有幅值,有相位。正序是因为三者合成形成一个正方向旋转量,负序形成负方向旋转量,零序不旋转。

能互相表示,那就得是一一对应,也就是有唯一解。这个可以从数学上严格证明。不信的话你就去研究数学,信后再用,如果你相信,那就直接用。做人何必那么累,拿来用就是了。

能用对称分量法分解,但要把分解的量共同作用在系统上保证输出结果跟分解前一样,还得有个条件,那就是系统得是线性的。举个不恰当的例子,我用一百公斤的力可以推动一辆车,不能用一百个一公斤的力分别作用后推动一辆车。

分解看似麻烦了,实际是把问题简化了。

1.缺一相怎么表示?

1.jpg

2.把电压电流用对称分量表示

缺相的电机引线的电压是不知道的,所以不能用对称分量法得出分量电压。我们追求的是转矩、电流的情况,可以不求出那里的电压及分量电压。经过一阵折腾,可以得出:

2.jpg

由正序负序电流关系可以得出正序负序等效电路应反向串联,串联后的电压为jUbc除以根号3。

3.等效电路

3.jpg

转子相对于正序、负序分量时,因为转差是不一样的,等效电路里的阻抗是不一样的,从上图也可以看出来,差别在等效电阻的分母,一个是s,一个是2-s。

4.力矩对比

缺相情况和正常情况下下的力矩表达:

4.jpg

其中

5.jpg

从公式可以看出:

如果启动时缺相,s等于1,启动力矩为零,不会启动。堵转电流很大,久了就烧。

如果稳定运行时突然缺相,简单让Rm、Xm开路,I2撇+和I2撇-大约相等,转矩会急剧下降,转速会下降,电流会增加,如果负载不随转速降低而下降,电机终究会烧坏。水泵、风扇这些负载,一般会随着转速的降低负载也降低,这种情况下,电机可能会坚持一段时间而不被烧坏。

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