在我2014年7月专栏，我证明了三相电压变化可以显著影响几个交流(AC)电机的特性。如果这种变化很大，也会降低运动寿命。电压不平衡可能是一个更大的问题，是电机过早故障的主要原因之一。仅2%的相对较小的不平衡就会使预期绝缘寿命减少一半。
计算电压不平衡
与电压变化不同，当三相不在同一电压时，电压不平衡就会发生。完美平衡相位电压的一个例子是L1/L2 = 460 V, L2/L3 = 460 V和L3/L1 = 460 V。平均电压为460伏。
相电压不平衡的一个例子是L1/L2 = 462 V, L2/L3 = 468 V和L3/L1 = 450 V。同样，平均电压为460伏，但不平衡率为2.2%。电压不平衡计算公式如下:
百分比不平衡= 100 x(最大电压偏离平均电压/平均电压)
在上面的例子中，与平均电压的最大电压偏差为10v(460 - 450)。美国国家电气制造商协会(NEMA)成员公司生产的电机设计承受不超过1%的电压不平衡。
为什么电压不平衡会缩短电机寿命?1%的电压不平衡会导致6%到10%的电流不平衡。具有最低电压的相表现出最高电流，这增加了由该相服务的绕组的工作温度。还会提高电机的整体工作温度。图1显示了工作温度随电压不平衡的增加情况。如图所示，仅3%的不平衡就能使工作温度提高近20%。在5%的不平衡时，操作温度将增加50%。
图1。电压不平衡导致过热温度等级和绝缘等级
电机工作温度是电机周围的环境温度和电机负载引起的温升的总和。温升的测量通常采用电阻法。每种绝缘等级都有特定的额定温度。例如，F级的额定温度为155℃(311华氏度)，其额定温度是满足平均绝缘寿命20000小时所允许的最高工作温度。
在这一等级中，10摄氏度是预留给热点津贴的。电阻法测量定子绕组的平均温升，但在某些地方，如定子槽，温度可能高于平均测量值。热点津贴是用来保护这些地区的。这使得实际工作温度(环境温度加上测量的平均温度)降低到145℃，每超过145℃10度，绝缘寿命就会减少一半。145摄氏度以下每低10度，绝缘寿命就会翻倍。
假设具有F级绝缘的电机在环境温度为40℃时运行，满载时测得温升为90℃，因此，工作温度为130℃。预期绝缘寿命约为50,000小时，约为145℃时寿命的2.5倍。但在3%相电压不平衡时，工作温度增加19%(155℃)，绝缘寿命减少50%。
图1显示了由于高电压不平衡而失效的电机绕组。当电机失去一个相(单相)时，其他两个相必须承载整个负载。结果，两组相位绕组被破坏，而失去功率的一组毫发无损。
图片1。由于高压不平衡而失效的电机绕组。(图片由EASA提供)电机失相和故障
在不平衡的情况下，电流最大的绕组失效，通常其他两个绕组仍能正常工作。在图1所示的电机中，一个阶段已经失效，一个是正常的，第三个开始显示出较高温度的影响。测量电压不平衡和修复原因比在电机车间诊断要便宜得多。请参阅2008年7月号的“泵Ed 101”BETVICTOR体育官网泵和系统有关诊断电压不平衡原因的说明。
虽然纠正电压不平衡总是最好的，但一些规则可以允许在不平衡应用中运行。例如，如果电流最大的支腿在铭牌满载安培(FLA)之下，它将安全运行。如果高于铭牌FLA，但仍在使用系数(SF)内，则仍可安全运行。一般来说，如果大电流腿比平均电流高不到10%，它可能会安全运行。
一个不太理想的选择是降低发动机的铭牌马力。NEMA建议在不平衡5%时将马力降至铭牌的75%。如果失衡率为4%，则会降至82%。如果税率为3%，则降至88%，如果税率为2%，则降至95%。
除了降低绝缘寿命外，不平衡电压还会通过降低电机效率来增加电气成本。在1%的不平衡时，效率保持在铭牌上的标称效率。然而，在3%的不平衡时，实际电机效率可以降低2个百分点。