研究、應用交流電機，三相平衡問題始終是個繞不開的話題。為合成圓形旋轉磁勢，三相繞組必須設計為空間上互差120°電角度分布、阻抗值相等。實際應用工況中，若出現三相電流不平衡問題，或彈指一揮瞬間可以搞定，或情形惡化導致嚴重事故，其中緣由總是一言難盡。今天小編專題討論三相電流平衡問題，旨在破解三相不平衡電流及其成因，用好、把控好三相交流電機。

三相電流不平衡時發生了什么？

對稱三相繞組內流過三相對稱電流時，三相合成磁勢波是一個正弦分布、波幅恒定的旋轉磁勢波——圓形旋轉磁勢波。設相電流有效值為I、每相串聯匝數為W、基波繞組系數為kw1、極對數為p，則相繞組的基波磁勢幅值為

FФ1=0.9·IW/p·kW1……（1）

三相合成磁勢幅值為

F1=1.35·IW/p·kW1……（2）

若因電網因素或電機本身缺陷三相電流不對稱或不平衡了，三相合成磁勢基波仍按正弦規律分布，也是旋轉磁勢，但波幅隨時間變化，因此波幅的軌跡就不是圓的了。利用對稱分量法，將一組不對稱的三相電流IA、IB、IC分解為正序分量、負序分量和零序分量，其有效值分別用I+、I-、I0表示，于是三相電流可表示為

iA=√2I+sinωt+√2I-sinωt+√2I0sinωt………………………（3）

iB=√2I+sin(ωt-2π/3)+√2I-sinωt(ωt-4π/3)+√2I0sinωt……（4）

iC=√2I+sin(ωt-4π/3)+√2I-sinωt(ωt-2π/3)+√2I0sinωt……（5）

正序電流I+產生正向旋轉磁勢，按式（2）幅值F+=1.35·I+W/p·kW1，負序電流I-產生反向旋轉磁勢，按式（2）幅值F-=1.35·I-W/p·kW1，零序電流產生的三個脈振磁勢在時間上同相位，故合成磁勢為零。于是，不對稱的三相電流流過對稱的三相繞組時，產生的基波旋轉磁勢為

f1(t,x)=1.35·I+W/p·kW1·sin(ωt-α)+1.35·I-W/p·kW1·sin(ωt+α)…（6）

式（6）表明，兩種磁勢幅值不等、方向相反，合成為一幅值變化的橢圓形旋轉磁勢，如圖1所示。

圖1

圖2中用空間矢量表示正向、反向旋轉磁勢及其合成磁勢。取兩相同向時的方向作為x軸方向，并以這一瞬間為時間起點(t=0時)。當經過任何一段時間t之后，正向旋轉磁勢F+沿反時針方向轉了ωt角度，而反向旋轉磁勢F-沿順時針方向轉了ωt角度。從圖中不難看出，當F+和F-沿相反方向旋轉時，合成磁勢F的大小和位置也隨之變化。

圖2

設F的橫軸分量為x、縱軸分量為y，則

x=F+cosωt+F-cosωt=(F++F-)cosωt……（7）

y=F+sinωt-F-sinωt=(F+-F-)sinωt……（8）

將式（7）、（8）平方后相加，可得

x2/(F++F-)2+y2/(F+-F-)2=1……（9）

式（9）是一個橢圓方程，表面合成磁勢F旋轉一圈時，矢量端點軌跡為橢圓，故稱之為橢圓形旋轉磁勢(如圖1所示)。

為何三相電流會不平衡？

理論上電網三相對稱電壓施加電機上時，三相交流電機電樞繞組內應流過三相對稱電流。但實際上遠遠沒這么簡單：電網非單純三相負載，加上電機因本身質量、負荷情況及維護保養等造成的不確定因素，三相電流可能會不平衡而引發發熱、異常噪聲振動問題或燒毀電機的嚴重事故。

●電網電壓對電機電流的影響

對于三相電機，若供電電壓不平，電機內就會有逆序電流磁場，并產生較大的逆序轉矩，導致電流不平。當電源電壓不平衡度達5%時，電機相電流可能會出現高達20%的不平度。

導致電源電壓不平的原因很多，常見的原因有：

（1）變壓器繞組故障，導致輸出電壓不平。

（2）輸電線路過長、輸電線質量不佳導致線路壓降存在差異性，導致終端電壓不平。

（3）動力、照明混用，工廠、企業存在單相負載，致使各相負荷分布不均，造成電網三相電壓可能存在一定程度的不對稱。

●電機過載

電動機處于過載運行狀態，如小馬拉大車，特別是電機起動時，定、轉子電流局部發熱情況加重，容易出現嚴重電流不平情況。

●定子、轉子繞組故障

電機繞組出現匝間、對地、相間等電氣故障，都會引起某一相或兩相電流過大。

（1）繞組中有導電異物進入，導致匝間故障。

（2）定子繞組有斷線。

（3）因繞組受潮出現漏電問題。

（4）定轉子氣隙不勻或掃膛。

（5）轉子繞組有斷線或鑄鋁轉子電機有瘦條或斷條事實。

●其他一些人為性的因素

（1）接線錯誤。

（2）電機引線或客戶電源線對地。

（3）電氣連接部分出現松動、氧化等。

（4）保護器斷開。

（5）繞組絕緣局部老化。

原因分析檢查程序實例

●檢查電源符合性。（1）試驗線路熔斷絲接觸不良或熔斷；（2）電源電壓檢查；（3）電機與電源的連接是否完好。

●檢查電機

（1）內部接線，這主要是在電機生產過程或修理電機過程中會出現的問題，運行中的電機不會存在該類故障。（2）電機繞組出現電氣故障；（3）繞組極性問題；（4）電機與電源連接可靠性；（5）繞組重繞后三相繞組匝數不對稱。