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瞬态与电压不平衡

2020年21月5日 | 电能质量

最常影响工业工厂的电功率问题包括电压暂降和暂升、谐波、瞬态,以及电压和电流不平衡。

在平衡的三相系统中,各个相电压应相同或非常接近于相同。不平衡是相电压不相等程度一个度量。电压不平衡是三相系统中各相之间的电压差异指标。不平衡会影响三相电机的性能以及缩短其寿命。

瞬态对电机的影响可能会非常严重。电机绕组的绝缘可能会击穿,进而导致昂贵的电机过早发生故障以及发生计划外停工。

测试电机中的瞬态电压

瞬态电压,是指电路中短暂出现的有害电压尖峰,其根源有多种,包括工厂内部或外部。

邻近负载的切入或切出、功率因数修正电容器组乃至远处的天气因素都会在配电系统上产生瞬态电压。这些瞬态电压在幅值和频率上差异很大,会造成电机绕组绝缘性能下降或被击穿。

然而,由于发生的频度很低,并且现象发生的方式也不同,所以找到这些瞬变源非常困难。例如,瞬变可能发生在控制电缆上,它不一定直接造成设备故障,但却可能影响正常工作

识别和测量瞬态的好办法之一是使用具有瞬态功能的三相电能质量分析仪,例如Fluke 438-II电能质量和电机分析仪。该仪表上的瞬态功能可设定为高于正常电压50V以上。然后仪表的屏幕上即可显示高于50V电压潜在问题——瞬态。

如果初始测量时发现瞬态,好的处理方式是测量并记录电能质量随时间发生的变化,可以使用先进的工业电能质量记录仪,例如Fluke 1750三相电能质量记录仪。

不平衡电压的原因有哪些?

不平衡的三相系统会造成三相电机和其他三相负载发生性能下降或过早损坏,原因包括:

  • 由于扭矩输出低于正常值,在电机上产生机械应力。
  • 电机和三相整流器中的电流高于正常值。
  • 不平衡电流通过Y型三相系统的中性线。

电机端子上的电压不平衡造成较高的电流不平衡,后者可能是前者的6到10倍。不平衡电流会造成扭矩脉动和机械应力、增大损耗,以及电机过热。电压和电流不平衡还预示着维护问题,例如连接松动和触点磨损。

配电系统的任何点都可能发生不平衡。应该对配电箱每相上的负载进行平均分配。如果某相上的负载远远超过其他相,电压将低于其他相的电压。连接至配电箱的变压器和三相电机工作时可能温度较高、噪声明显增大、发生严重振动,甚至造成永久性故障。

如何计算电压不平衡

电压不平衡的计算方法很简单。其结果是百分比不平衡,可用于确定下一步的诊断措施。计算分为三个步骤:

  1. 确定电压和电流平均值
  2. 计算最大电压或电流偏差
  3. 最大偏差值除以平均电压或电流,然后乘以100 %:不平衡 = (根据平均电压或电流计算得到的最大偏差/平均电压或电流) x 100

手动计算不平衡只能确定某个时间点的电压或电流不平衡。Fluke 438-II等电机驱动分析仪会显示实时电压或电流不平衡,包括任何形式的不平衡。

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