三相异步电动机的断相保护

三相异步电动机的断相保护与研究三相异步电动机的断相保护与研究 主题词主题词 921 发射场在各领域的电动机基本上都是三相异步电动机 从近 年的运行情况来分析 因管理不善或使用不当等原因往往对电机的正常工作造成 影响 本文对 921 发射场的电机主要发生的断相问题进行了全面的分析和阐述 摘摘 要 异步电动机 断相 保护 要 异步电动机 断相 保护 异步电动机在运行过程中经常发生电源断相的故障 这主要是因某一相的 熔断器熔断造成 另外外部电源断相 交流接触器的某一对主触点接触不良 接 线松动和电动机绕组内部开路 也可能引起断相故障 断相后出现负序分量 正 序对称电压和负序对称电压分别产生两个旋转方向相反的旋转磁场 二者合成后 为一圆形旋转磁场 负序电流激发的负序磁场使电机输出功率和电磁转矩下降 在空载或轻载时 电源断相后 电动机一般不会停止运行 但是剩下的两相负荷 电流增大 如果是重载时断相 断相后电动机的最大转矩 电动机将不断减速 直至堵转 对于恒转矩和恒功率负载 电流将增大至正常运行时的好几倍 如果 没有有效的保护 电动机的绕组将会很快烧毁 水泵风机类负载转矩与转速的平 方成正比 如果在重载时断相 转速下降后 负载转矩下降得很多 断相后可以 稳定电流 实践表明 电源断相是异步电动机烧毁的主要原因 在异步电动机绕 组烧毁的故障中 以上是由断相引起的 因此有必要给异步电动机设置可靠的断 相保护装置 一一 电压检测型断相保护电路 电压检测型断相保护电路 1 星形取样电路 电路如图 1 所示 三个组值相同的电阻分别接在电动机的三个进线端 它们 接成星形 继电器 KA 的常闭触点串接在控制异步电动机的交流接触器的自锁电 路中 假设三相电源电压是对称的 即各相电压互差 120 且各相电压的有效值 相同 点源没有断相时 星形电阻的中点 M 点与 N 点 三相电源的中性导线 之 间无电压 接在它们之间的光电藕合器的发光二极管不亮 电源断相时 M 点与 N 点之间将产生较大的电位差 使光电藕合器的发光二极管发光 它的光敏三极 管饱和导通 继电器 KA 的线圈得电 它的常闭触点断开 使交流接触器的线圈 失电 电机停止运行 图 1 交流电压实际上不可能是完全对称的 电源没有断相时图 1 中 M 点与 N 点 之间也可能有电压存在 如果三相电源电压的不对称性比较严重 M 点和 N 点之 间的电压可能会使保护装置误动作 为了解决这一问题 可以在光电藕合器的发 光二极管所在回路中串接一个稳压管 W 见图 1 它提供了一个门槛电压 只有 当 M 点和 N 点之间的电压大于稳压管的稳压值和光电藕合器的发光二极管的管压 降 1 8V 时 发光二极管才能导通 在选择稳压管的稳压值时 应保证在电源 断相时 M 点和 N 点之间的电压足以使稳压管和发光二极管导通 如果 W 的稳压 值选得过大 电源断相时保护装置可能不起作用 稳压值如果偏小 在电源不对 称性特别严重时 保护装置又可能误动作 图 1 中的三个取样电阻的阻值应足够 大 几十千欧 以减小它的功耗 图 2 所示电路中用可控硅驱动继电器 KA 继电器的常闭触点串接在控制 异步电动机的交流接触器的自锁电路中 电源断相时 M 点和 N 点之间的电压使 可控硅导通 继电器 KA 的线圈失电 电机停转 图 2 2 双星形取样电路 电路如图 3 所示 6 个大小相同的电阻组成两组星形电路 分别接在图 1 中 熔断器上方的 A B C 点和电动机的入口 U V W 处 电动机正常运行时 A 点与 U 点 B 点与 V 点 C 点与 W 点之间的电压分别相等 所以两个星形的中点 M 点 与 m 点 之间的电压总是为零 电源各相电压不对称时 亦是如此 仅在 A 点与 U 点 B 点与 V 点 C 点与 W 点之间的某一电路断开时 如某一相的熔断器熔断 M 点与 m 点之间才会出现电压 经二极管整流后光电藕合器的发光二极管发光 保护装置动作 这种保护电路不受电源不对称性的影响 其参数与电动机的容量 无关 其缺点是外部接线较多 如果是 A B C 点之前或 U V W 之后的故障引 起的断相 例如外部电源引起的断相 该电路起不到保护作用 图 3 3 使用继电器的断相保护电路使用继电器的断相保护电路 电路如图 4 所示 三个继电器分别接在电动机的三个进线端 U V W 和电 源中性导线 N 点之间 电动机正常运行时各继电器的线圈得电吸合 它们的常开 触点串接在交流接触器的自锁回路内 初看起来 某相的继电器线圈将会失电 使交流接触器的线圈断电 电机停转 图 4 实际上失去电源的电动机的输入端对电源中性导线 N 点 的电压并不为零 这是因为剩下的两相交流电压仍然会在电动机的气隙中产生旋转磁场 该旋转磁 场切割失去外部电源那一相的绕组 使它产生感应电势 这个感应电势一般大于 继电器的解放电压 所以失去电源那一相的继电器一般仍会吸合 起不到断相保 护的作用 二 电流检测型断相保护电路二 电流检测型断相保护电路 某一相的电源断相时 该相的电流由运行时的值突然将到零 由于异步电动 机具有较大的气 其空载电流较大 所以即使在空载时电源突然断相 电流也 有较大的变化 利用这一特点 可以设计出可靠的 与三相电压不对称性无关的 电源断相保护电路 利用互感器提供的电流信号还可以增设过载保护等功能 电路如图 5 所示 图中用电流互感器作电流传感器 并用它来隔离主回路和 控制回路 继电器 KA 的常闭触点串接在控制异步电动机的交流接触器的自锁电 路中 电机正常运行时 三相电流互感器的副边电流经取样电阻 R 转换为交流电 压 整流虑波后转换为直流电压 分别使晶体管 V1 V2 和 V3 饱和导通 或门的 三个输入端均为低电平 其输出端亦为低电平 V4 和 V5 均为载止状态 继电器 KA 的线圈无电流 保护电路不起作用 图 5 某一相电源断相时 接在该相的电流互感器副边无电流 V1 V3 中对应的 晶体管载止 或门的一输入端变为高电平 其输出也变为高电平 它使晶体管 V4 和 V5 饱和导通 继电器 KA 的线圈通电 它的常闭触点断开 使交流接触器 的线圈失电 电机停止运行 使用电流互感器的电流取样断相保护电路的工作可 靠 但是使用 的元件较多 成本较高 设计时应注意电流互感器的容量有一定的限制如果它的副边接有电流表或电 度表 再接入较大的电阻将会 影响测量精度 可以在电流互感器的副边接入较 小的取样电阻 再用运算放大器将该电阻两端的微小电压放大 也可以增设第二 级电流互感器 其原边额定电流为 5A 副边额定电流为 0 1A 它的原边接在第 一级电流互感器的副边回