电动机将电能转化为机械旋转力，这是工业世界的肌肉。保持它们的运转意味着保持它们的健康和正常工作。定期测量电压和电流不平衡以及功率因数可以帮助预测故障和避免停机。它们还可以帮助确定是否需要额外的检查，如振动测试、轴对中分析或绝缘测试。
电压不平衡
电压不平衡是测量三相系统中相位差的一种方法。为了获得最佳的电机性能，相电压应该相等或接近相等。电压不平衡除了导致电机性能差之外，还会缩短电机的使用寿命。
电压不平衡是100倍于平均电压的最大电压变化除以三相的平均电压。这种计算产生的不平衡是一个百分比。美国能源部(DOE)举例如下:如果测量的线路电压为462伏特(V)、463伏特(V)和455伏特(V)，则平均值为460伏特。因此，电压不平衡如式1所示。
总体而言，电压不平衡应小于1%，不超过5%。标准EN50160要求在公共耦合点电压不平衡小于2%。国家电气制造商协会(NEMA)规范要求电机负载低于5%，但建议电机终端电压不平衡不超过1%，并且电机降额为更高的百分比。应定期在电机终端使用电能质量分析仪测量电压不平衡，以验证电压不平衡低于5%。此外，定期的热检查可能会发现开关柜、断开或电机连接箱中的高电阻连接，这可能导致电压不平衡。电压不平衡的其他可能来源包括故障的功率因数校正装置，不平衡或不一致的供电电压，不平衡的变压器组，不均匀分布的单相负载，单相对地故障或配电系统主路的开路。
修正应由经验丰富的电工或电力专家完成。首先检查来自可调速驱动器的电源电压(如果系统中使用了一个)。此外，检查工厂的公用事业输入和系统的变压器输出。如果在这些“源”处发现了平衡相位，那么最好的方法是从电机开始，系统地返回到最初的源:公用事业公司的电力供应。
潜在的节省和投资回报率
计算总节省额的最佳方法是使用软件工具。
以下是在已知以下情况下的基本计算方式(括号中显示的示例值):
- 电机负载(100%)
- 马力(100马力)
- 运行时间(8000小时/年)
- 额定不平衡负载效率(94.4%)
- 实际不平衡和负载效率(93%)
- 1马力换算成0.746千瓦
使用所提供的样本值，纠正措施后的年度节能如公式2所示。
如果电力成本为每千瓦时0.05美元，则每年节省的美元如公式3所示。
在工业环境中，许多电机可能由同一个不平衡电源供电。因此，潜在的节省将比单一电机，与实际节省取决于负载，运行时间，马力等。请记住，当电机的电源不平衡时，其运行温度会更高——大约是电压不平衡的两倍:2 x %电压不平衡。例如，在2%电压不平衡时，电机将经历8摄氏度(46华氏度)的温升。每增加10摄氏度(50华氏度)，电机绕组绝缘的寿命就会减半。
电流不平衡
电流不平衡是测量电动机在三相系统中各支路所产生的电流差值。纠正电流不平衡有助于防止过热和电机绕组绝缘的恶化。每条腿上的画应该相等或接近相等。电流不平衡的一个原因是电压不平衡，电压不平衡造成的电流不平衡与电压不平衡本身不成比例。当电流不平衡发生在没有电压不平衡的情况下，寻找电流不平衡的其他原因，如绝缘故障或相短路到地。
电流不平衡的计算方法与电压不平衡的计算方法相同。它是100倍的最大电流变化平均，除以三个阶段的平均电流。所以，如果测量的电流是30安培，35安培和30安培，平均值是31.7安培。电流不平衡如式4所示。
三相电机电流不平衡不应超过10%。测量电流不平衡应由经验丰富的电工或电力专家负责。与电压不平衡一样，应使用电能质量分析仪定期在电机终端进行测试。不平衡电压和不平衡电流的测量可以用同一台电能质量分析仪同时进行和保存。
纠正当前的不平衡可能包括以下任何一种或全部策略:
- 如果不平衡是供电的结果，功率因数校正装置可以解决这个问题。
- 如果是电机本身的问题，例如，绝缘故障或短路到地，仔细权衡选项。决定修理(倒带)电机与更换一个新的是困难的。根据美国能源部的说法，复卷几乎总是会降低电机的效率和可靠性。考虑诸如倒带成本、预期倒带损失、新电机购买价格(标准和节能型号)、电机尺寸和原始效率、负载系数、年运行小时、电价、公用事业返利的可用性和简单的回报标准等变量。
- 在大多数情况下，如果故障电机低于40马力，超过15年，购买一个新的电机，特别是如果它之前已经倒卷，电机是一个低于15马力的非专业电机或倒卷成本超过新电机成本的50%。
在后一种情况下，提高效率和可靠性将提供快速的ROI。
潜在的节省和投资回报率
ROI有两种形式:能源节约和长期生产节约(防止电机故障和停机)。可能的公用事业回扣也可以发挥作用。节能很难确定，特别是当选择复卷的解决方案时。最后的倒卷损失是未知的，直到倒卷之后。
如果决定购买新电机，使用软件工具计算每年的能源节省(预计从更换)。需要提供以下信息:
- 电机额定HP
- 负载系数(L =满载百分比÷ 100)
- 年营业时数(小时)
- 平均能源成本(C = $/kWh)
- 现有电机效率(Estd，百分比)
- 新电机效率等级(Eee，百分比)
- 从马力到千瓦的换算系数(0.746)
该信息如公式5所示。
一般来说，高级效率电机比标准效率电机的效率高1%左右，节能通常会导致不到18个月的回收期。与现有的复卷单元相比，新的优质效率电机的效率将大大提高1%以上。
功率因数
不良功率因数是由某些类型的设备运行产生的，并导致电力公司的罚款。评估所有主要电路和负载的功率因数，包括电机。功率因数越接近100%或“1”越好(电力公司通常对功率因数低于95%收取罚金)。增加功率因数将:
- 减少电费
- 增加电气系统容量
- 降低电压降
功率因数是由感性负载(带线圈的负载)如电机和变压器引起的。它以百分比或数字表示，100%或1是理想的。功率因数是实际(工作)功率(kW)与视(总)功率(千伏安[kVA])的比值。视在功率是实功率和无功功率(kVAR)的组合。
无功功率的增加导致视功率增加，因此，功率因数降低。因此，降低无功功率将增加功率因数，这通常是一件好事。测量功率因数最好使用功率质量分析仪。开始之前，先了解一下:
- 低功率因数或变化率的公用事业如何收费
- 公用事业单位说每月平均功率因数是多少
- 什么是要求费用
- 公用事业如何测量功率因数或var峰值间隔或平均值
目标是确定导致滞后无功功率的负载，并制定提高功率因数的策略。从服务入口开始，实用程序在这里监视其数据，并检查各个负载。电能质量分析仪将允许用户在特定的记录周期内找到平均功率因数。
使用以下策略修正功率因数:
- 限制或减少空转或轻负荷电机的使用
- 避免在额定电压以上操作电机
- 将失效的标准电机更换为节能型号
- 在受影响的电路中安装电容器以降低无功功率
潜在的节省和投资回报率
利用来自公用事业和调查的信息来计算节省的费用。假设电力公司每增加1%的需求费用，功率因数低于0.97%。如果功率因数每月平均为86%，则操作比97%阈值低11%(97%减去86%)。如果需求费用为每月7000美元，则通过功率因数校正可避免的年成本如式6所示。
下一个步骤
当立即完成电机效率调查时，评估长期的维护实践，并开始在那里做出改变。在常规检查中包括这些相同的电压和电流不平衡检查。此外，考虑定期检查连接和接地，超出设计电压和绝缘电阻，以获得额外的长期性能改进。