如果缺相和单相运行，电机会发生什么情况

在缺相下，我们了解由于三相系统中一根导线的电源断开而导致的电动机单相运行模式。

电动机缺相的原因可能是：断了一根电线，烧了一根保险丝；其中一相接触故障。

根据发生缺相的情况，电动机可能有不同的运行模式以及伴随这些模式的后果。在这种情况下，必须考虑以下因素：电动机绕组的连接方案（“星形”或“三角形”），缺相时电动机的运行状态（可能发生缺相发动机启动前后、负载运行时）、发动机负载程度与工作机的机械特性、缺相运行电动机的数量及其相互影响。

在这里，您应该注意正在考虑的模式的特征。在三相模式下，绕组的每一相流过的电流在时间上偏移三分之一的周期。当缺相时，两个绕组流过大约相同的电流，第三相没有电流。尽管绕组的末端连接到三相系统的两个相导体，但两个绕组中的电流在时间上是一致的。这种操作模式称为单相。

与三相电流系统产生的旋转磁场不同，单相电流产生的磁场是脉动的。它随时间变化，但不会围绕定子的圆周移动。图 1a 显示了在单相模式下电机中产生的磁通矢量。这个矢量不旋转，它只改变大小和符号。圆形区域被展平为一条直线。

图片1。 感应电动机的特性 在单相模式下：a——脉动磁场的图形表示； b——将脉动场分解为两个旋转场； c-感应电动机在三相 (1) 和单相 (2) 运行模式下的机械特性。

脉动 磁场 可以被认为是由两个等量级的场相互旋转组成的（图 1，b）。每个磁场都与转子绕组相互作用并产生扭矩。它们的联合作用会在电机轴上产生扭矩。

如果在电机连接到网络之前发生缺相，两个磁场会作用在静止的转子上，形成两个符号相反但大小相等的力矩。他们的总和将为零。因此，当您以单相模式启动电机时，即使轴上没有负载，它也不会反转。

如果在电机转子旋转时发生缺相，则会在其轴上产生扭矩。这可以解释如下。旋转的转子以各种方式与相互旋转的磁场相互作用。其中一个，其旋转与转子的旋转一致，形成正（方向一致）力矩，另一个 - 负。与静止转子的情况不同，这些力矩的大小不同。它们的差值等于电机轴的力矩。

图 1，c 显示了电机在单相和三相运行时的机械特性。零速时，扭矩为零；当它向任一方向旋转时，电机轴上都会产生扭矩。

如果电机运行时其中一相断开，当其转速接近额定值时，扭矩往往足以继续运行，转速略有下降。与三相对称模式相反，会出现特征性的嗡嗡声。其余的，没有紧急模式的外在表现。没有使用异步电动机经验的人可能不会注意到电动机运行性质的变化。

电动机向单相模式的转变伴随着相间电流和电压的重新分配。如果电机绕组按“星形”连接，缺相后，形成电路，如图2所示。两个串联的电机绕组连接到线电压Uab，则电机处于单-相操作。

让我们做一点计算，确定流过电机绕组的电流，并将它们与三相电源的电流进行比较。

图 2. 缺相后电机绕组的星形连接

由于电阻Za和Zb串联，A相和B相的电压将等于线性电压的一半：

电流的近似值可以基于以下考虑来确定。

A相缺相浪涌电流

三相模式下A相启动电流

其中 Uao——网络的相电压。

浪涌电流比：

从该比率可以看出，在缺相的情况下，启动电流是三相电源启动电流的 86%。如果我们考虑到鼠笼式感应电动机的启动电流比标称电动机高6-7倍，则流过电动机绕组的电流为Iif = 0.86 x 6 = 5.16 Azn，即标称值的五倍以上。在短时间内，这样的电流会使线圈过热。

从上面的计算可以看出，所考虑的运行方式对电机来说是非常危险的，如果发生，必须在短时间内关闭保护。

缺相也可能发生在电机启动后，此时其转子将具有与运行模式相对应的转速。考虑在转子旋转到单相模式的情况下绕组的电流和电压。

Za 的值取决于旋转速度。在启动时，当转子速度为零时，三相和单相模式都是一样的。在工作模式下，根据负载和发动机的机械特性，转速可能会有所不同。因此，需要一种不同的方法来分析电流负载。

我们将假设电机以三相和单相模式运行。同样的力量。无论电动机的连接方案如何，工作机器都需要执行工艺过程所需的相同功率。

假设两种模式的电机轴功率相同，我们将有：

三相模式

在单相模式

式中 Uа——网络相电压； Uаo——单相模式下A相电压，三相和单相模式下分别为cos φ3和cos φ1-功率系数。

感应电机的实验表明，实际上电流几乎翻了一番。有一些余量，可以考虑 I1a / I2a = 2。

要评估单相运行的危险程度，您还必须知道电机上的负载。

作为第一个近似值，我们将考虑三相模式下的电动机电流与其在轴上的负载成正比。该假设适用于额定值 50% 以上的负载。那么可以写成Azf = Ks NS Azn，其中Ks——电机的负载系数，Azn——电机的额定电流。

单相电流I1f = 2KsNS Azn，即单相电流大小取决于电机负载。在额定负载下，它等于额定电流的两倍。在负载小于 50% 时，将电机绕组连接到“星形”时的缺相不会对绕组产生危险的过电流。在大多数情况下，电机负载系数小于 1。其值约为 0.6 — 0.75，与标称值相比，电流略有增加（20 — 50%）是可以预期的。这对于保护功能至关重要，因为正是在这个过载区域，它的作用不够明显。

为了分析一些保护方法，需要知道电机各相的电压。当转子堵转时，A、B相电压为电网电压Uab的一半，C相电压为零。

否则，电压会随着转子的旋转而分布。事实上，它的旋转伴随着旋转磁场的形成，旋转磁场作用在定子绕组上，在其中产生电动势。该电动势的大小和相位使得在接近同步的转速下，绕组上恢复对称的三相电压系统，星形中性点电压（0 点）变为零。因此，当转子速度在单相运行模式下从零变为同步时，A 相和 B 相电压从等于线路一半的值变为等于网络相电压的值。例如，在电压为 380/220 V 的系统中，A 相和 B 相的电压在 190 — 220 V 之间变化。电压 Uco 从转子堵转时的零变为同步转速时的 220 V 相电压。至于 0 点的电压，它从值 Uab / 2 — 以同步速度变为零。

如果电机绕组以三角形连接，在缺相后我们将得到如图 3 所示的连接图。在这种情况下，带有电阻 Zab 的电机绕组原来连接到线电压 Uab，而带有电阻的绕组Zfc 和 Zpr. 是。— 串联并连接到相同的线路电压。

图 3. 缺相后电机绕组的三角形连接

在启动模式下，与三相版本中相同的电流将流过绕组​​ AB，而一半的电流将流过绕组​​ AC 和 BC，因为这些绕组串联连接。

线性导体中的电流 I'a = I'b 将等于并联支路中的电流之和： I'A = I'ab + I'bc = 1.5 Iab

因此，在所考虑的情况下，在缺相情况下，其中一相的启动电流将等于三相电源的启动电流，并且线路电流增加的强度较小。

要计算电机启动后缺相情况下的电流，使用与“星形”电路相同的方法。我们假设电机在三相和单相模式下产生相同的功率。

在这种操作模式下，与三相电源的电流相比，缺相的最大负载相中的电流增加了一倍。线路导体中的电流为 Ia 'A = 3Iab，三相电源 Ia = 1.73 Iab。

需要注意的是，相电流增加了 2 倍，而线电流仅增加了 1.73 倍。这是必不可少的，因为过流保护会对线路电流做出反应。关于负载系数对“星形”连接单相电流影响的计算和结论对于“三角形”电路的情况仍然有效。

AC 和 BC 相电压将取决于转子速度。转子锁定时 Uac '= Ub° C' = Uab / 2

在等于同步转速时，对称电压系统恢复，即 ac '= Ub° C' = Uab。

这样，当转速从零变为同步时，AC和BC相电压将从等于线电压的一半的值变为等于线电压的值。

单相运行中电机相位的电流和电压也取决于电机的数量。

当变电站或开关设备主电源上的其中一根保险丝熔断时，通常会发生缺相。因此，一组用户处于单相模式，彼此交互。电流和电压的分布取决于各个电机的功率及其负载。这里可能有不同的选择。如果电动机的功率相等且负载相同（例如，一组排气扇），则可以将整组电动机替换为等效的电动机。

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