電源參數和電動機狀態變化對三相異步電動機運行的影響

[摘 要]三相異步電動機是我們機采井進行作業的動力來源，它運行的穩定否，直接影響到原油生產。本文通過分析三相異步電動機的特點和幾種不正常因素情況對三相異步電動機的影響，找出了三相異步電動機常出現幾中問題的原因，提出了幾種防止三相異步電動機異常運行的防范措施，為我們今后在工作中對三相異步電動機的維護起到很好的指導作用。

[關鍵詞]三相異步電動機 電源參數 電動機狀態

中圖分類號：TH17 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0033-01

隨著油田開發建設不斷發展，機采井的數量逐漸增加，以滿足原油生產的需要。機采井的動力來源于三相異步電動機，電動機能否安全可靠經濟運行，是我們日常管理維護工作的主要任務之一。

在正常情況下，電動機與負載匹配時按規定參數的條件下運行。但在實際運行中，有時電動機在不完全符合銘牌所規定條件下運行，例如：三相電源電壓或頻率與額定值有偏差、三相電壓不對稱、電動機定子一相斷線、鼠籠轉子斷條等現象，都會影響異步電動機的正常運行。

一、三相異步電動機正常運行的基本特點

電動機在額定電壓和頻率狀態下，它的轉速、轉動力矩、定子電流、功率因數及效率是按照正常運行特性曲線運行。根據電機學的基本電磁原理，電動機在空載時，輸出功率為零，此時轉子電流很小，轉子銅損耗也很小。隨著負載的增加，轉子電流增大，轉子銅損耗和電磁功率都相應增大，但是由于轉子銅損耗的增加，造成電機轉速下降。

（一）電動機在空載時，轉子電流約為零，定子電流幾乎全部為激磁電流。當負載增加時，電動機輸出功率增大，轉子電流增大，定子電流的負載分量也相應增大，所以說定子電流隨負載功率的增加而增大。

（二）異步電動機正常運行時，必須從電源中吸取無功功率供激磁用，因此功率因數永遠小于1。在空載狀態下，定子電流的有功分量很小，基本上是產生主磁能的激磁電流，所以功率因數很低。在負載狀態下，定子電流的有功分量增大，功率因數也相應增加。

二、三相異步電動機在不正常因素狀態下，對安全可靠經濟運行的影響

（一）在額定頻率下，電源電壓變化時對電動機運行的影響

為了充分利用鐵芯材料，電動機在額定情況下運行時，鐵芯是處于接近飽和狀態的，當電壓變化時，電機的飽和程度將發生變化，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，隨著鐵芯飽和程度的變化，電機的漏抗也會變化，所以，定子端電壓的變化對電機的運行性能影響很大。

1、當電源電壓超過電機額定電壓時；

2、當電源電壓低于電機額定電壓時。

（二）在額定電壓下，頻率變化時對電動機運行的影響

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

（三）三相電源電壓不對稱時，對電動機運行的影響

當電網存在較大的單相負載，以及電網發生故障情況下，電源電壓有可能發生不對稱現象。對于不對稱的供電系統，可以用正序、負序和零序三個對稱電壓系統代替。由于三相異步電動機沒有中性線，所以，不論定子繞組的接法是星接或角接法，在電機內不存在零序電流及由它產生的零序磁場。即電動機在不對稱電壓下運行，只存在正序對稱電壓和負序對稱電壓下的運行的疊加。

（四）定子一相斷路對電動機運行的影響

三相異步電動機在運行中，由于導線斷、保險熔斷、接頭接觸不良等原因造成電機一相斷路，此時電動機處于單相或兩相運行狀態。根據實際工作統計，三相異步電動機繞組燒毀事故，多是由于單相或兩相運行造成。

1、對于角形接法的電動機，如果某一相繞組中斷路，則為兩相運行，其它兩相繞組仍在線電壓狀態下運行。

2、對于角形接法的電動機，如果電源線路斷路和星形接法的電動機電源線路斷路或任何一相繞組斷路，則為單相運行，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，電動機的電磁力矩降低較多，轉差率和隨之變化的轉子、定子電流都將明顯增大。

三相異步電動機處于單相運行情況，實際上是三相電壓不對稱的一種極端情況，此時定子繞組中存在正序電流和負序電流，兩者大小相等、相位相反。因此，所產生的合成磁勢是一個脈動磁勢。由于正序和負序磁場在空間以相同的轉速向相反方向旋轉，當電動機正向轉動時，正序力矩為電動機工作性質，而負序力矩為電磁制動性質；當電動機反向轉動時，正序力矩為電磁制動性質，而負序力矩為電動機工作性質。兩種力矩大小相等，方向相反，電動機的合成力矩等于零。所以，如果定子上有一相斷線的三相異步電動機，接到三相電源上時，電動機不能起動，合閘后只發出“吭吭”叫聲不會轉動。如果電動機處于運行狀態時發生一相斷線，由于負序力矩的作用，電動機的有效力矩明顯降低，在負載不變的情況下，電動機轉差率增大，導致定子電流增加，功率因數和效率變差，電機溫升將超過允許值，長時間運行將燒毀電動機。另外，由于電動機內部磁場是由兩相產生的，不是均勻的旋轉磁場，將引起電機振動或發出電磁噪聲。

三、三相異步電動機異常運行的防范措施

（一）為了使電機可靠和經濟運行，在選用電機時應使電動機的容量與負載相配合。不能選得過小，以防電機過載發熱影響壽命；也不能選得過大，長期在空載和輕載下運行很不經濟。

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

（三）三相異步電動機不允許在三相電源電壓嚴重不對稱情況下運行，電動機在額定負載下運行時，相間電壓的不對稱不應超過5%。

（四）采用斷相保護器，沽少由于三相異步電動機在單相或兩相運行時，繞組電流增大，電動機溫度嚴重升高而燒毀問題。

參考文獻：

[1] 油田生產安保全技術，中國石化出版社出版；

[2] 企業供電系統及運行，中國電力出版社出版；

[3] 電力生產事故的人為分析及預防中國電力出版社出版。

作者簡介：

李震，男，1976年出生，成人大學文化，籍貫，遼寧省營口市，現為第五采油廠電力維修大隊用電辦。