根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，電機(jī)能耗約占整個工業(yè)能耗的65％以上，是名副其實(shí)的“用電大戶”，因此電機(jī)及其驅(qū)動裝置已經(jīng)成為了工業(yè)生產(chǎn)流程中最重要且不可或缺的原動力。電機(jī)是否穩(wěn)定且高效的運(yùn)行，會直接影響企業(yè)的正常生產(chǎn)運(yùn)營和經(jīng)濟(jì)效益，對于一些需要連續(xù)生產(chǎn)的行業(yè)尤甚。

但是隨著工業(yè)自動化水平的不斷提高以及電網(wǎng)變得越來越復(fù)雜，電能質(zhì)量正在成為影響電機(jī)穩(wěn)定高效運(yùn)行的“攔路虎”。相信不少設(shè)備人都遇到過電機(jī)發(fā)熱、振動、停機(jī)，甚至燒毀。且不少故障會時常出現(xiàn)，并不會因?yàn)榫S護(hù)、維修或者更換設(shè)備而消失。

一、三相不平衡

三相不平衡通俗的理解指在電力系統(tǒng)中三相電流（或電壓）幅值不一致，且幅值差超過規(guī)定范圍。但是實(shí)際上三相不平衡不僅與幅值有關(guān)，還和相位有關(guān)。按對稱分量法可將電壓或電流分解為正序分量、負(fù)序分量與零序分量。

怎么來理解呢？我們來舉例說明：電流的零序分量實(shí)際上就是中性線（零線）電流，而正序和負(fù)序分量作用于電機(jī)，分別產(chǎn)生正序和負(fù)序定、轉(zhuǎn)子電流，由此引起的負(fù)序磁場會產(chǎn)生負(fù)的機(jī)械功率。因此在同樣的轉(zhuǎn)差率下，電動機(jī)軸上的有用機(jī)械功率減少，運(yùn)行效率降低。此外，負(fù)序磁場在定轉(zhuǎn)子上引起額外的鐵耗、銅耗和雜散損耗，致使電機(jī)總的損耗率增加。這樣一減一增會引起電動機(jī)繞組過熱，降低電動機(jī)的能效、可靠性和運(yùn)行壽命，經(jīng)濟(jì)效益差。

一般3.5%的不平衡電壓可使電動機(jī)增加約20%的損耗，電機(jī)效率下降2-3點(diǎn)。所以最新的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（GB/T 755-2019）對此作了嚴(yán)格的規(guī)定：電動機(jī)的供電電壓負(fù)序分量不應(yīng)超過正序分量的 1%且零序分量不超過正序分量1%。

另外三相不平衡會導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸振動加劇，電動機(jī)定子電流的負(fù)序分量產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出的電流分量為二倍頻，轉(zhuǎn)子中二倍頻電流與氣隙合成磁場作用產(chǎn)生 100 Hz的交變電磁轉(zhuǎn)矩作用于轉(zhuǎn)子軸系。在電和磁的相互作用下，轉(zhuǎn)子中二倍頻電流分量又會在定子繞組中感應(yīng)出3倍頻分量。如此相互作用使得定子和轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生了一定的高次諧波的電流分量(定子為奇次，轉(zhuǎn)子為偶次)，所以相應(yīng)的合成電磁轉(zhuǎn)矩不可避免地出現(xiàn)k × 50 Hz( k = 2、4、6……) 交變電磁轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩會使電機(jī)轉(zhuǎn)子軸系產(chǎn)生振動。往往電機(jī)進(jìn)線電壓不平衡度與電流不平衡度成正比，與機(jī)組電機(jī)振動值也成正比。

二、諧波

諧波簡單的講就是配電系統(tǒng)中存在的高于基波頻率（50Hz）的高頻信號。我們?nèi)粘７Q呼的諧波指的是頻率為基波的整數(shù)倍的電量，比如3、5、7、9、11、13次諧波等，它們的頻率分別是基波頻率的3、5、7、9、11、13倍。

電網(wǎng)諧波對連接于電網(wǎng)中的電動機(jī)的影響表現(xiàn)為電流相對增大，導(dǎo)致發(fā)熱或局部溫升過高，長期的發(fā)熱會使得電機(jī)的絕緣提前老化和損壞。一般來說，供電存在諧波的電動機(jī)，由于諧波引起的總損耗增加的百分比與由諧波引起的最高發(fā)熱點(diǎn)附加溫升的百分比大致是一致的。國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)表明，如果3、5、7次諧波電壓達(dá)到額定電壓的10%-20%時，可導(dǎo)致電機(jī)在短時間內(nèi)燒毀。由于電網(wǎng)諧波也能加劇電動機(jī)的磁飽和，這會增大相應(yīng)的功率損耗和附加溫升，都將不利于電動機(jī)的經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行。

三、電壓暫降

電壓暫降是指電力系統(tǒng)中某點(diǎn)工頻電壓的均方根值突然降低至額定電壓的10%~90%，并在短暫持續(xù)10ms~1min后恢復(fù)到正常水平的現(xiàn)象。通常由于電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，遭遇雷擊、短路故障重合閘、企業(yè)內(nèi)外部電網(wǎng)故障和大型設(shè)備啟動等而引發(fā)。加之目前大量電機(jī)由敏感的電力電子裝置拖動（如變頻器）或外部裝置控制（接觸器等），極易使部分電動機(jī)、變頻器停止工作，造成企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的中斷，嚴(yán)重的還會發(fā)生爆炸等設(shè)備和人身安全事故。

交流接觸器是對電壓暫降較敏感的控制類設(shè)備之一，電壓暫降會導(dǎo)致其欠壓跳脫。而變頻器在電網(wǎng)發(fā)生電壓暫降時，變頻器輸入端的交流電壓突然降低, 直流側(cè)電壓大于交流側(cè)電壓瞬時值, 整流二極管截止, 負(fù)載消耗的能量由直流電容儲能和電機(jī)轉(zhuǎn)子的動能提供, 因此直流電壓下降, 電機(jī)轉(zhuǎn)速降低。當(dāng)直流電壓低于保護(hù)閾值時, 保護(hù)電路動作變頻器跳閘進(jìn)而導(dǎo)致下游的電機(jī)也停機(jī)。

因?yàn)樵S多電機(jī)及其驅(qū)動處于生產(chǎn)的關(guān)鍵位置，比如發(fā)電廠的一類輔機(jī)變頻器，一旦出現(xiàn)故障跳閘, 可能造成機(jī)組MFT (主燃料跳閘)，這會對電網(wǎng)造成進(jìn)一步的沖擊，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

四、過電壓和欠電壓

電機(jī)一般在高于額定電壓下運(yùn)行時，由于鐵芯飽和無功勵磁電流增大，會導(dǎo)致電網(wǎng)功率因數(shù)降低，損耗增大鐵芯發(fā)熱并使電機(jī)壽命縮短，故經(jīng)濟(jì)效益差。反之，電動機(jī)在低于額定電壓下運(yùn)行時，轉(zhuǎn)矩等特性下降，電流增大導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱，出力減少效率下降，同樣也不經(jīng)濟(jì)。

上述這些，其實(shí)都是電能質(zhì)量的問題。

通過對工廠供配電系統(tǒng)進(jìn)行電能質(zhì)量“健康”檢查，即可了解實(shí)際狀況并采取相應(yīng)的有效對策，以保證電機(jī)高效、經(jīng)濟(jì)、可靠、安全的運(yùn)行。

來源| 設(shè)備人

審核編輯 黃昊宇