如果缺相和單相運行，電機會發生什麼情況

在缺相下，我們了解由於三相繫統中一根導線的電源斷開而導致的電動機單相運行模式。

電動機缺相的原因可能是：斷了一根電線，燒了一根保險絲；其中一相接觸故障。

根據發生缺相的情況，電動機可能有不同的運行模式以及伴隨這些模式的後果。在這種情況下，必須考慮以下因素：電動機繞組的連接方案（“星形”或“三角形”），缺相時電動機的運行狀態（可能發生缺相發動機啟動前後、負載運行時）、發動機負載程度與工作機的機械特性、缺相運行電動機的數量及其相互影響。

在這裡，您應該注意正在考慮的模式的特徵。在三相模式下，繞組的每一相流過的電流在時間上偏移三分之一的周期。當缺相時，兩個繞組流過大約相同的電流，第三相沒有電流。儘管繞組的末端連接到三相繫統的兩個相導體，但兩個繞組中的電流在時間上是一致的。這種操作模式稱為單相。

與三相電流系統產生的旋轉磁場不同，單相電流產生的磁場是脈動的。它隨時間變化，但不會圍繞定子的圓周移動。圖 1a 顯示了在單相模式下電機中產生的磁通矢量。這個矢量不旋轉，它只改變大小和符號。圓形區域被展平為一條直線。

圖片1。 感應電動機的特性 在單相模式下：a——脈動磁場的圖形表示； b——將脈動場分解為兩個旋轉場； c-感應電機在三相 (1) 和單相 (2) 運行模式下的機械特性。

脈動 磁場 可以被認為是由兩個等量級的場相互旋轉組成的（圖 1，b）。每個磁場都與轉子繞組相互作用並產生扭矩。它們的聯合作用會在電機軸上產生扭矩。

如果在電機連接到網絡之前發生缺相，兩個磁場作用在靜止的轉子上，形成兩個符號相反但大小相等的力矩。他們的總和將為零。因此，當您以單相模式啟動電機時，即使軸上沒有負載，它也不會反轉。

如果在電機轉子旋轉時發生缺相，則會在其軸上產生扭矩。這可以解釋如下。旋轉的轉子以各種方式與相互旋轉的磁場相互作用。其中一個，其旋轉與轉子的旋轉一致，形成正（方向一致）力矩，另一個 - 負。與靜止轉子的情況不同，這些力矩的大小不同。它們的差值等於電機軸的力矩。

圖 1，c 顯示了電機在單相和三相運行時的機械特性。零速時，扭矩為零；當它向任一方向旋轉時，電機軸上都會產生扭矩。

如果電機運行時其中一相斷開，當其轉速接近額定值時，扭矩往往足以繼續運行，但轉速略有下降。與三相對稱模式相反，會出現特徵性的嗡嗡聲。其餘的，沒有緊急模式的外在表現。沒有使用異步電動機經驗的人可能不會注意到電動機運行性質的變化。

電動機向單相模式的轉變伴隨著相間電流和電壓的重新分配。如果電機繞組按“星形”方案連接，缺相後，形成電路，如圖2所示。兩個串聯的電機繞組連接到線電壓Uab，則電機處於單-相操作。

讓我們做一點計算，確定流過電機繞組的電流，並將它們與三相電源的電流進行比較。

圖 2. 缺相後電機繞組的星形連接

由於電阻Za和Zb串聯，A相和B相的電壓將等於線性電壓的一半：

電流的近似值可以基於以下考慮來確定。

A相缺相浪湧電流

三相模式下A相啟動電流

其中 Uao——網絡的相電壓。

浪湧電流比：

從該比率可以看出，在缺相的情況下，啟動電流是三相電源啟動電流的 86%。如果我們考慮到鼠籠式感應電動機的啟動電流比標稱電動機高6-7倍，則流過電動機繞組的電流為Iif = 0.86 x 6 = 5.16 Azn，即標稱值的五倍以上。在短時間內，這樣的電流會使線圈過熱。

從上面的計算可以看出，所考慮的運行方式對電機來說是非常危險的，如果發生，必須在短時間內關閉保護。

缺相也可能發生在電機啟動後，此時其轉子將具有與運行模式相對應的轉速。考慮在轉子旋轉到單相模式的情況下繞組的電流和電壓。

Za 的值取決於旋轉速度。在啟動時，當轉子速度為零時，三相和單相模式都是一樣的。在工作模式下，根據負載和發動機的機械特性，轉速可能會有所不同。因此，需要一種不同的方法來分析電流負載。

我們將假設電機以三相和單相模式運行。同樣的力量。無論電動機的連接方案如何，工作機器都需要執行工藝過程所需的相同功率。

假設兩種模式的電機軸功率相同，我們將有：

三相模式

在單相模式

式中 Uа——網絡相電壓； Uаo——單相模式下A相電壓，三相和單相模式下分別為cos φ3和cos φ1-功率係數。

感應電機的實驗表明，實際上電流幾乎翻了一番。有一些餘量，可以考慮 I1a / I2a = 2。

要評估單相運行的危險程度，您還必須知道電機上的負載。

作為第一個近似值，我們將考慮三相模式下的電動機電流與其在軸上的負載成正比。該假設適用於額定值 50% 以上的負載。那麼可以寫成Azf = Ks NS Azn，其中Ks——電機的負載係數，Azn——電機的額定電流。

單相電流I1f = 2KsNS Azn，即單相電流大小取決於電機負載。在額定負載下，它等於額定電流的兩倍。在負載小於 50% 時，將電機繞組連接到“星形”時的缺相不會對繞組產生危險的過電流。在大多數情況下，電機負載係數小於 1。其值約為 0.6 — 0.75，與標稱值相比，電流略有增加（20 — 50%）是可以預期的。這對於保護功能至關重要，因為正是在這個過載區域，它的作用不夠明顯。

為了分析一些保護方法，需要知道電機各相的電壓。當轉子堵轉時，A、B相電壓為電網電壓Uab的一半，C相電壓為零。

否則，電壓會隨著轉子的旋轉而分佈。事實上，它的旋轉伴隨著旋轉磁場的形成，旋轉磁場作用在定子繞組上，在其中產生電動勢。該電動勢的大小和相位使得在接近同步的轉速下，繞組上恢復對稱的三相電壓系統，星形中性點電壓（0 點）變為零。因此，當轉子速度在單相運行模式下從零變為同步時，A 相和 B 相電壓從等於線路一半的值變為等於網絡相電壓的值。例如，在電壓為 380/220 V 的系統中，A 相和 B 相的電壓在 190 — 220 V 之間變化。電壓 Uco 從轉子堵轉時的零變為同步轉速時的 220 V 相電壓。至於 0 點的電壓，它從值 Uab / 2 — 以同步速度變為零。

如果電機繞組以三角形連接，在缺相後我們將得到如圖 3 所示的連接圖。在這種情況下，帶有電阻 Zab 的電機繞組原來連接到線電壓 Uab，而帶有電阻的繞組Zfc 和 Zpr. 是。— 串聯並連接到相同的線路電壓。

圖 3. 缺相後電機繞組的三角形連接

在啟動模式下，與三相版本中相同的電流將流過繞組 AB，而一半的電流將流過繞組 AC 和 BC，因為這些繞組串聯連接。

線性導體中的電流 I'a = I'b 將等於並聯支路中的電流之和： I'A = I'ab + I'bc = 1.5 Iab

因此，在所考慮的情況下，在缺相情況下，其中一相的啟動電流將等於三相電源的啟動電流，並且線路電流增加的強度較小。

要計算電機啟動後缺相情況下的電流，使用與“星形”電路相同的方法。我們假設電機在三相和單相模式下產生相同的功率。

在這種操作模式下，與三相電源的電流相比，缺相的最大負載相中的電流增加了一倍。線路導體中的電流為 Ia 'A = 3Iab，三相電源 Ia = 1.73 Iab。

需要注意的是，相電流增加了 2 倍，而線電流僅增加了 1.73 倍。這是必不可少的，因為過流保護會對線路電流做出反應。關於負載係數對“星形”連接單相電流影響的計算和結論對於“三角形”電路的情況仍然有效。

AC 和 BC 相電壓將取決於轉子速度。轉子鎖定時 Uac '= Ub° C' = Uab / 2

在等於同步轉速時，對稱電壓系統恢復，即 ac '= Ub° C' = Uab。

這樣，當轉速從零變為同步時，AC和BC相電壓將從等於線電壓的一半的值變為等於線電壓的值。

單相運行中電機相位的電流和電壓也取決於電機的數量。

當變電站或開關設備主電源上的保險絲之一熔斷時，通常會發生缺相。因此，一組用戶處於單相模式，彼此交互。電流和電壓的分佈取決於各個電機的功率及其負載。這裡可能有不同的選擇。如果電動機的功率相等且負載相同（例如，一組排氣扇），則可以將整組電動機替換為等效的電動機。

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