根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，電機能耗約占整個工業(yè)能耗的65％以上，是名副其實的“用電大戶”，因此電機及其驅(qū)動裝置已經(jīng)成為了工業(yè)生產(chǎn)流程中最重要且不可或缺的原動力。電機是否穩(wěn)定且高效的運行，會直接影響企業(yè)的正常生產(chǎn)運營和經(jīng)濟效益，對于一些需要連續(xù)生產(chǎn)的行業(yè)尤甚。

但是隨著工業(yè)自動化水平的不斷提高以及電網(wǎng)變得越來越復雜，電能質(zhì)量正在成為影響電機穩(wěn)定高效運行的“攔路虎”。相信不少設備人都遇到過電機發(fā)熱、振動、停機，甚至燒毀。且不少故障會時常出現(xiàn)，并不會因為維護、維修或者更換設備而消失。

一、三相不平衡

三相不平衡通俗的理解指在電力系統(tǒng)中三相電流（或電壓）幅值不一致，且幅值差超過規(guī)定范圍。但是實際上三相不平衡不僅與幅值有關，還和相位有關。按對稱分量法可將電壓或電流分解為正序分量、負序分量與零序分量。

怎么來理解呢？我們來舉例說明：電流的零序分量實際上就是中性線（零線）電流，而正序和負序分量作用于電機，分別產(chǎn)生正序和負序定、轉(zhuǎn)子電流，由此引起的負序磁場會產(chǎn)生負的機械功率。因此在同樣的轉(zhuǎn)差率下，電動機軸上的有用機械功率減少，運行效率降低。此外，負序磁場在定轉(zhuǎn)子上引起額外的鐵耗、銅耗和雜散損耗，致使電機總的損耗率增加。這樣一減一增會引起電動機繞組過熱，降低電動機的能效、可靠性和運行壽命，經(jīng)濟效益差。

一般3.5%的不平衡電壓可使電動機增加約20%的損耗，電機效率下降2-3點。所以最新的國家標準規(guī)定（GB/T 755-2019）對此作了嚴格的規(guī)定：電動機的供電電壓負序分量不應超過正序分量的 1%且零序分量不超過正序分量1%。

另外三相不平衡會導致電機轉(zhuǎn)子主軸振動加劇，電動機定子電流的負序分量產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子繞組中感應出的電流分量為二倍頻，轉(zhuǎn)子中二倍頻電流與氣隙合成磁場作用產(chǎn)生 100 Hz的交變電磁轉(zhuǎn)矩作用于轉(zhuǎn)子軸系。在電和磁的相互作用下，轉(zhuǎn)子中二倍頻電流分量又會在定子繞組中感應出3倍頻分量。如此相互作用使得定子和轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生了一定的高次諧波的電流分量(定子為奇次，轉(zhuǎn)子為偶次)，所以相應的合成電磁轉(zhuǎn)矩不可避免地出現(xiàn)k × 50 Hz( k = 2、4、6……) 交變電磁轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩會使電機轉(zhuǎn)子軸系產(chǎn)生振動。往往電機進線電壓不平衡度與電流不平衡度成正比，與機組電機振動值也成正比。

二、諧波

諧波簡單的講就是配電系統(tǒng)中存在的高于基波頻率（50Hz）的高頻信號。我們?nèi)粘７Q呼的諧波指的是頻率為基波的整數(shù)倍的電量，比如3、5、7、9、11、13次諧波等，它們的頻率分別是基波頻率的3、5、7、9、11、13倍。

電網(wǎng)諧波對連接于電網(wǎng)中的電動機的影響表現(xiàn)為電流相對增大，導致發(fā)熱或局部溫升過高，長期的發(fā)熱會使得電機的絕緣提前老化和損壞。一般來說，供電存在諧波的電動機，由于諧波引起的總損耗增加的百分比與由諧波引起的最高發(fā)熱點附加溫升的百分比大致是一致的。國內(nèi)外的經(jīng)驗表明，如果3、5、7次諧波電壓達到額定電壓的10%-20%時，可導致電機在短時間內(nèi)燒毀。由于電網(wǎng)諧波也能加劇電動機的磁飽和，這會增大相應的功率損耗和附加溫升，都將不利于電動機的經(jīng)濟與安全運行。

三、電壓暫降

電壓暫降是指電力系統(tǒng)中某點工頻電壓的均方根值突然降低至額定電壓的10%~90%，并在短暫持續(xù)10ms~1min后恢復到正常水平的現(xiàn)象。通常由于電力系統(tǒng)在運行過程中，遭遇雷擊、短路故障重合閘、企業(yè)內(nèi)外部電網(wǎng)故障和大型設備啟動等而引發(fā)。加之目前大量電機由敏感的電力電子裝置拖動（如變頻器）或外部裝置控制（接觸器等），極易使部分電動機、變頻器停止工作，造成企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的中斷，嚴重的還會發(fā)生爆炸等設備和人身安全事故。

交流接觸器是對電壓暫降較敏感的控制類設備之一，電壓暫降會導致其欠壓跳脫。而變頻器在電網(wǎng)發(fā)生電壓暫降時，變頻器輸入端的交流電壓突然降低, 直流側(cè)電壓大于交流側(cè)電壓瞬時值, 整流二極管截止, 負載消耗的能量由直流電容儲能和電機轉(zhuǎn)子的動能提供, 因此直流電壓下降, 電機轉(zhuǎn)速降低。當直流電壓低于保護閾值時, 保護電路動作變頻器跳閘進而導致下游的電機也停機。

因為許多電機及其驅(qū)動處于生產(chǎn)的關鍵位置，比如發(fā)電廠的一類輔機變頻器，一旦出現(xiàn)故障跳閘, 可能造成機組MFT (主燃料跳閘)，這會對電網(wǎng)造成進一步的沖擊，嚴重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

四、過電壓和欠電壓

電機一般在高于額定電壓下運行時，由于鐵芯飽和無功勵磁電流增大，會導致電網(wǎng)功率因數(shù)降低，損耗增大鐵芯發(fā)熱并使電機壽命縮短，故經(jīng)濟效益差。反之，電動機在低于額定電壓下運行時，轉(zhuǎn)矩等特性下降，電流增大導致電機發(fā)熱，出力減少效率下降，同樣也不經(jīng)濟。

上述這些，其實都是電能質(zhì)量的問題。

通過對工廠供配電系統(tǒng)進行電能質(zhì)量“健康”檢查，即可了解實際狀況并采取相應的有效對策，以保證電機高效、經(jīng)濟、可靠、安全的運行。

來源| 設備人

審核編輯 黃昊宇