三项异步电机的缺项保护

1、目 录摘要I绪论1第1章 三相异步电动机的基本结构和工作原理31.1 三相异步电动机的基本结构和工作原理31.2 三相异步电动机的工作特性7第2章 三相异步电动机的保护112.1电动机的短路保护112.2电动机的相关保护11第3章 三相异步电动机缺相原因及危害143.1 缺相原因143.2 缺相的危害15第4章 各种缺相故障分析174.1 电动机起动前缺相174.2 电动机运行中缺相194.3 外部供电回路缺相214.4 电机内部绕组断开缺相244.5 影响电动机缺相运行电流大小的其它因素26第5章 三相电机缺相保护电路285.1 单台交流电动机线路285.2 多台交流电动机线路285.3 采

2、用电流检测法的三相电机缺相保护电路305.4 定子回路的缺相保护32第6章 三相异步电动机缺相保护报警电路356.1电流型三相异步电动机缺相保护器356.2 三相异步电动机电动机缺相保护报警电路376.3 几种缺相保护报警电路的比较40第7章 三相异步电动机缺相保护功能的改进417.1 功率补偿与缺相保护417.2 元件参数选择42第8章 结论44致谢45参考文献46绪论电机是随着生产的发展而发展的，反过来，电机的发展又促进了社会生产力的不断发展。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为与拖动生产机械的原动机。一个世纪以来，虽然电机的基本结构变化不大，电视电机的类型增加额许多，在运行性能、

3、经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电机的理论基础上又发展出许多种类的控制电机。19世纪末期，由于研制出了经济适用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用。但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工和冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动、制动、调速等静态特性和动态响应方面提出了新的、更高的要求。由于在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，交流电力拖动系统主要用于恒转速系统。电能在现代化工农业生产、交通运输、科学技术、信息传输、国防建设以及日常生活等各个领域获得了极为广泛的应用。而电机是生产、传输、分配及应用电能的主要设备

4、。电力拖动系统则是在现代化生产过程中，为了实现各种生产工艺过程所必不可少的传动系统，使生产过程电气化、自动化的重要前提。电机是利用电磁感应远离工作的机械，它应用广泛，种类繁多，性能各异。电动计时将电能转换为机械能，作为拖动各种生产机械得的动力，使国民经济各部门应用最多的动力系统，也是最主要的用电设备，各种电动机所消耗的电能占全国总发电量的6070左右。电动机是一种电能到机械能的能量转换设备，是动力设备中的主力军。由于三相异步电动机具有结构简单、价格低廉、机械特性较好、运行维护方便等优点，在日常生活和工农业生产等国民经济中获得了非常广泛的应用。如家电、机械加工、冶金、煤炭、石油、化工及交通运输等

5、都离不开电机。我国的电动机总装机容量约占全部用电设备总容量的75%以上，而耗电量约占总发电量的70%以上.然而电动机的故障率也居各种电气设备之首。日本电气协会四研究会对供电1000k砰以上的652个工厂中的异步电动机、特殊电动机、变压器及其它等14种电气设备故障率进行了调查分析，结果表明故障率最高者为电动机，高达38.1%。在电动机实际使用过程当中，恶劣的运行环境以及超技术条件运行，是导致电动机各类故障产生的主要原因。如电动机因过载会导致温升过高而烧毁;环境湿度过高往往会使绝缘电阻降低，泄漏电流增加，甚至发生击穿;电网电压过低也会使电动机堵转或过热而烧毁.电机故障或损坏带来的直接和间接损失是相

6、当巨大的。据不完全统计，截至2001年，全国使用的中型电机大约有200万台，每年烧毁的电机大约有16%，约320万台，按平均每台的维修费用100元计算，总费用约为32亿元。另外，由于电机的故障、损坏所造成的其它事故以及导致工厂停产所造成的间接损失则更为巨大。造成这种现象的原因是多方面的，除了管理措施不完善等因素外，关键是电动机保护技术上有不尽人意之处。由此可见，在国民经济生产系统中，电动机不但是为数众多、应用面广的动力设备，而且又是最为薄弱的环节。做好电动机保护的研究开发与推广工作，对国民经济有着重要的意义。在现代化工农业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要使用各种各样的生产机械。拖动各

7、种生产机械运转。生产机械常采用电动机驱动，三相交流异步电动机是广泛应用的一种驱动设备。三相交流异步电动机在正常运行过程中将吸收无功功率，容量越大，功率因数越低，吸收的无功功率就越多，对电网产生的影响也越大，既浪费了能源，又影响设备的正常运行，非常不经济。另外，三相异步电动机在起动时，若电动机不能运转，运行人员会立即发现；对于运转中的电动机，突然断掉一相电源后，由于机械惯性，在某种特定条件下仍能滞速旋转，但其他两相电路中的电流增大，若热继电器整定电流倍数较大，致使电动机过热可能发生烧机事故。为避免造成不必要的损失，故需引入电动机缺相自动保护，在电源缺相时，立刻动作自动切断电源。因此，在确保电动机

8、缺相保护的前提下，同时又能在正常运行时实现功率补偿，从而达到一举两得的效果。第1章 三相异步电动机的基本结构和工作原理异步电机是一种交流旋转电机,它的转速除与电网频率有关外,还随负载的大小有关。异步电机的结构简单,制造、使用和维护方便,运行可靠,成本低廉,效率较高,因此在工农业生产中应用广泛。但也有其缺点,一是感性负载的异步电机在运行时从电网中吸取无功电流来建立磁场,降低了电网的功率因数,增加电路损耗;二是传统启动和调速方法导致异步电机动态性能较差。1.1 三相异步电动机的基本结构和工作原理1.1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的结构主要由定子和转子两大部分组成。转子装在定子腔内，

9、定、转子之间有一缝隙，称为气隙。图1-1为笼形异步电动机的结构图。图1-1 笼形异步电动机的构造一、定子部分定子部分主要有定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子铁心是电机磁路的一部分，为了减少铁心损耗，一般由0.5mm厚的导磁性能较好的硅钢片叠成，安放在机座内。定子铁心叠片冲有嵌放绕组的槽，故又称为冲片。中、小型电机的定子铁心和转子铁心都采用整圆冲片，如图1-2所示。大、重型电机常采用扇形冲片拼成一个圆。为了冷却铁心，在大容量电机中，定子铁心分成很多段，每两段之间留有径向通风槽，作为冷却空气的通道。图1-2 定子机座和定子铁心冲片定子绕组是电机的电路部分，它嵌放在定子铁心的内圆槽内。定子绕组

10、分单层和双层两种。一般小型异步电动机采用单层绕组，大、中型电动机采用双层绕组。 机座的作用是固定和支撑定子铁心及端盖，因此，机座应有较好的机械强度和刚度。中小型电动机一般用铸铁机座，大型电动机则钢板焊接而成。二、转子部分转子主要有转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成。整个转子靠端盖和轴承支撑着。转子的主要作用是产生感应电流，形成电磁转矩，以实现机电能量的转换。转子铁心是电机磁路的一部分，一般也用0.5mm厚的硅钢片叠成，转子铁心叠片冲有嵌放绕组的槽，如图1-3所示。转子铁心固定在转轴或转子支架上。笼形转子：在转子铁心的每一个槽中，插入一根裸导条，在铁心两端分别用两个短路环把导线连接成一个整体，行

11、成一个自身闭合的多相短路绕组。如去掉转子铁心，整个绕组犹如一个“松鼠笼子”，由此得名笼形转子，如图1-4所示。中、小型电动机的笼形转子一般都采用铸铝的，如图1-4（b）所示。大型电动机则采用铜导条，如图1-4（a）所示。转轴用于强度和刚度较高的低碳钢制成。整个转子靠轴承和端盖支撑着，端盖一般用铸铁或钢板制成，它是电机外壳机座的一部分，中、小型一般采用带轴承的端盖。（a）（b） 图1-3转子铁心冲片 图1-4 笼形转子 三相异步电动机的基本工作原理一、基本工作原理三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场， 三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，三相电源相与相之间的

12、电压在相位上是相差120度的三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场。在异步电动机的定子铁心里，嵌放着对称的三相绕组U1-U2、V1-V2、W1-W2。转子是一个闭合的多相绕组笼形电机。图1-5为异步电动机的工作原理图，图中定、转子上的小圆圈表示定子绕组和转子导体。图1-5异步电动机的工作原理图当异步电动机定子对称的三相绕组中通入对称的三相电流时，就会产生一个以同步速为（）转向与三相绕组的排列以及三相电流的相序有关，图中U、V、W相以顺时针方向排列，当定子绕组中通人U、V、W相序的三相电流时，定子旋转磁场为顺时针转

13、向。由于转子是静止的，转子与旋转磁场之间有相对运动，转子导体因切割定子磁场而产生感应电动势，因绕组自身闭合，转子绕组内便有电流流通。转子有功电流与转子感应电动势同相位，其方向可有“右手发电机定责”确定。载有有功分量电流的转子绕组在定子旋转磁场的作用下，将产生电磁力F，其方由“左手电动机定责”确定。电磁力对转轴形成一个电磁转矩，其作用方向与旋转磁场方向一致，拖着转子顺着旋转磁场的旋转方向旋转，将输入的电能变成旋转的机械能。如果电动机轴上带有机械负荷（如水泵、切削机床等），则机械负荷随着电动机的旋转而旋转，电动机则对机械负荷做了功。综上分析可知，三相异步电动机转动的基本原理是：（1）三相对称绕组中

14、通入三相对称电流产生圆形旋转磁场；（2）转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流；（3）转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，驱使电动机转子转动。异步电动机的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的方向又取决于异步电动机的三相电流相序，因此说，三相异步电动机的转向与电流的相序一致。要改变转向，只需改变电流的相序即可，即任意对调电动机的两根电源线，便可使电动机反转。异步电动机的转速恒小于旋转磁场转速，因为只有这样，转子绕组才能产生电磁绕矩，使电动机旋转。如果两者相等，转子绕组与定子磁场之间便无相对运动，则转子绕组中无感应电动势和感应电流产生，由于电动机转速与旋转磁场转速不

15、同步，故成为异步电动机。又因为异步电动机转子电流是通过电磁感应现象产生的，所以又称为感应电动机。二、转差率同步转速与转子转速之差（-）再与同步转速的比值成为转差率，用字母表示，即 （）转率差是异步电动机的一个基本物理量，它反映异步电动机的各种运动情况。对异步电动机而言，当转子尚未转动（如起动瞬间）时，此时转差率；当转子转速接近同步转速（空载运行）时，此时转差率，由此可见，作为异步电动机，转速在0范围内变化，其转差率在01范围内变化。异步电动机负荷越大，转速就越慢，其转差率就越大；反之，负荷越小，转速就越快，其转差率就越小。故转差率直接反映了转子转速的快慢或电动机负荷的大小。异步电动机的转速可由

16、式（）推算（）在正常运行范围内，转差率的数值很小，一般在0.010.06之间。即异步电动机的转速接近同步转速。三、异步电动机的三种运行状态根据转差率的大小和正负，异步电动机有三种运行状态：电动机运行状态；发电机运行状态；电磁制动运行状态。（1）电动机运行状态如上所述，当定子绕组接至电源，转子就会在电磁转矩的驱动下旋转，电磁转矩即为驱动转矩，其转向与旋转磁场方向相同，如图1-7（b），此时电机从电网取得电功率转变成机械功率，由转轴传输给负载。电动机的转速范围为,其转差率范围为。（2）发电机运行状态异步电动机定子绕组仍接至电源，改电动机的转轴不再接机械负荷，而用一台原动机拖动异步电动机的转子以大于

17、同部速（）并顺旋转磁场方向旋转，如图1-7（c）此时电磁转矩方向与转子转向相反，起着制动作用，为制动转矩。为克服电磁转矩的制动作用而使转子继续旋转，并保持，电机必须不断从原动机输入机械功率，因此成为发电机运行状态。此时，则转差率。（3）电磁制动状态异步电机定子绕组仍接至电源，如果用外力拖着旋转方向转动。此时电磁转矩与电机旋转方向相反，起制动作用。电机定子仍从电网吸收电功率，同时转子从外力吸收机械功率，这部分功率都在电机内部以损耗的方式转化成热能消耗掉。这种运行状态称为电磁制动运行状态。这种情况下，为负值，即，则转差率。由此可知，区分这三种运行状态的依据是转差率的大小：（1）当为电动机运行状态；

18、（2）当为发电机运行状态；（3）当为电磁制动运行状态。电磁制动 电动机 发电机（a）电磁制动 （b）电动机 （c） 发电机图1-7异步电动机的三种运行状态综上所述，异步电动机可以作电动机运行，也可以作发电机运行和电磁制动运行。但一般作电动机运行；异步发电机很少使用；电磁制动是异步电动机在完成某一生产过程中出现的短时运行状态。例如，起重机下放重物时，为了安全、平稳，需限制下放速度时，就是异步电动机短时处于电磁制动状态。 1.2 三相异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性是指在额定电压和频率运行时，电动机的转速、输出转矩、定子电流、功率因数、效率与输出功率之间的关系曲线。工作特性可以通过电动机直

19、接加负荷试验得到，也可运用等效电路计算而得。图1-8为三相异步电动机的工作特性曲线。下面分别加以说明。图1-8 为三相异步电动机的工作特性曲线 转速特性当电源电压和频率一定时，电动机转速与输出功率之间的关系曲线称为转速特性曲线。由可得 （）空载时，0，转子电流很小，所以，。负载时，随着的增加，转子电流也增大，因为与的平方成正比，因此，随着负载的增大，也增大，转速则降低。额定运行时，转差率很小，一般，相应的转速，与同步转速接近，故转速特性是一条稍向下倾斜的曲线。 转矩特性输出转矩与输出功率之间的关系曲线称为转矩特性曲线。 （）空载时，,；负载时，随着输出功率的增加，转速略有下降，故由式（）可知，

20、上升速度略快于的上升速度，故为一条过零点稍向上翘的曲线。由于从空载到满载，变化很小，故可近似看成为一条直线。 定子电流特性异步电动机定子电流与输出功率之间的关系曲线称为定子电流特性曲线。有磁通势平行方程式可知，当空载时，故。负载时，随着输出功率的增加，转子电流增大，于是定子电流的负载分量也随之增大，所以随的增大而增大。 定子功率因数特性异步电动机的定子功率因数与输出功率之间的关系曲线称为定子功率因数特性。三相异步电动机运行时需要从电网吸取感性无功功率来建立磁场，所以异步电动机的功率因数总是滞后的。空载时，定子电流主要是无功励磁电流，因此功率因数很低，通常不超过0.2。负载运行时，随着负载的增加

21、，功率因数逐渐上升，在额定负载附近，功率因数最高。当超过额定负载后，由于转差率迅速增大，转子漏抗迅速增大，则增大较快，故转子功率因数下降，于是转子电流无功分量增大，相应的定子无功分量电流增大，因此定子功率因数却反而下降，如图1-7所示。 效率特性电动机的效率与输出功率之间的关系曲线称为效率特性。根据公式可知，电动机空载时，,带负载运行时，随着输出功率的增加，效率也在增加。在正常运行范围内因主磁通和转速变化很小，故铁损耗和机械损耗可认为是不变损耗。而定、转子铜损耗和、附加损耗随负荷而变，称为可变损耗，效率达最高。若负载继续增大，则与电流成正比的定、转子铜损耗增加很快，故效率反而下降，如图2所示。

22、一般在（0.71.1）范围内效率最高。异步电动机的额定效率通常在7494之间，电动机容量越大，其额定功率越高。由于额定负载附近的功率因数及效率均较高，因此电动机应运行在额定负载附近。若电动机长期欠载运行，效率及功率因数均低，很不经济。所以在选用电动机时，注意其容量与负载相匹配。第2章 三相异步电动机的保护为了保障电动机的安全运行，一般重要电动机都设有各种保护装置，如短路保护、失压保护、过载保护、缺相保护等。其中防止缺相运行的保护装置可使电动机在发生缺相故障时能及时停止运行，从而避免造成电动机烧毁的事故。电动机的保护主要包括：短路保护和电动机的相关保护。2.1电动机的短路保护短路保护：主要功能是

23、在出现短路时，分断短路电流，防止故障扩大，短路电流一般在几KA几十KA的样子，一般的接触器是肯定不行的，一般需要有灭弧能力。电动机短路时，短路电流很大，热继电器还来不及动作，电动机可能已损坏。因此，短路保护由熔断器来完成。熔断器直接受热而熔断。在发生短路故障时，熔断器在很短时间内就熔断，起到短路保护作用。一般选用熔断器保护时，其熔丝的熔断电流按电动机额定电流的1.52.5倍选择。系数（1.52.5）视负载性质和起动方式不同而选取：对轻载起动、起动不频繁、起动时间短或降压起动者，取小值。绕线型电动机也取小值。对重载主动、起动频繁、起动时间长或直接起动者，取大值。分断短路电流的设备一般有：保险丝（

24、短路后熔断），空气开关（短路后跳开），断路器（需要保护设备触发跳开）。保护有：短路速断保护，扎间短路速断保护，相间短路速断保护，接地速断保护。扎间短路主要靠横差保护，相间短路主要靠纵差保护，接地速断主要靠零序保护，短路保护靠过流速断。但是对于几到几百千瓦的电动机最多给个短路保护，象扎间短路速断保护，相间短路速断保护，接地速断保护一般是不设的，主要原因是保护太贵，对于这种电动机不合算。2.2电动机的相关保护电动机的相关保护主要包括过负荷保护，堵转保护，启动时间过长保护，缺相保护，接地保护（非短路性接地），过压保护，欠压保护，欠载保护等。过负荷保护：过负荷保护是电动机保护最复杂的保护，它主要包括：

25、整体过负荷，定子绕组过负荷，转子绕组过负荷。 整体过负荷指的是电动机长时间的过负荷，这是温升和散热可以达到平衡，而温度超过了电动机的绝缘等级的保护（毕竟温度升高10度，绝缘寿命降低一倍）。定子绕组过负荷指的是短时间过负荷，也就是主体没达到温度平衡，这是定子绕组温度升高，热量没有散发出去。转子过负荷指的是异步电动机的转子绕组过负荷，主要是在缺相的情况下，异步电动机在缺相的情况下，电动机的定子发热增加为原来的1.8倍左右，而转子增加到原来的6.6倍，而且转子的散热一般都比较差。 启动时间过长保护，堵转保护。电动机在工作状态下堵转，由于堵转电流很大，短时间就会烧毁，堵转比启动时更为危险，因

26、为堵转时电动机可能已经达到热平衡了，没有多少热容量剩余，更容易烧毁。启动不起来也容易烧毁电动机。启动电流一般为工作电流的58倍，发热则是正常工作的2564倍（因为发热和电流的平方成比例）。电动机的过流保护中包括启动和堵转保护，但是其动作速度太慢，一般情况还是要专门设置启动时间和堵转保护。在保护上启动可以允许的时间应该大于堵转时间。但是二者的保护原理非常相似，所以在软件编写时，二者是一致的，只是软件要判别电动机的运行状态，启动的情况下其时间定值为T，那么在堵转的情况下软件直接设置时间定值为T/2。 缺相保护：电动机缺相时导致严重的转子发热，从而烧毁电动机。也就是前面的转子过负荷。断相运

27、行保护（又称缺相运行保护或两相运行保护），缺相运行保护也是一种过载保护，而一般的热继电器不能可靠地保护电动机免于缺相运行（带断电保护装置的热继电器除外）。所以在条件允许时，应单独设置缺相运行保护装置。电动机断相保护的方法和装置很多，但就执行断相保护的元件来分有：利用断相信号直接推动电磁继电器动作的电磁式断电保护，利用热元件动作的断相保护。常用的保护方法有：采用带断相保护装置的热继电器作缺相保护欠电流断相保护；零序电压继电器断相保护；断丝电压继电器断相保护；利用速饱和电流互感器保护。负序电流是反映不平衡故障的特征量，正常情况下，三相供电平衡，负序电流值为0，由于测量误差，可能会有非常小的数字。当

28、三相供电不平衡时就会有较大的负序电流出现。这样保护可以做到更为精准，适用于各种状况。过压保护：一般的电压比额定电压高一些，没有多少问题的，但是严重的过电压会导致电动机铁芯的饱和，大大增大电动机的励磁电流，从而烧毁电动机。过压保护一般有两种保护方式，一种是直接测量电压，超过定值则动作；另外一种是测量电动机工作电流中的三次谐波或者五次谐波分量，超过定值则动作。欠压保护：电动机欠压时会导致电动机启动时间过长，电动机堵转，电流增大，而过负荷。所以如果有了电动机堵转保护和启动保护以及过负荷保护，一般不用设置电动机的欠压保护。欠压保护可以用电动机工作电源的电源判别。在电动机保护中，特别是低压电动机保护中，

29、典型的办法是热继电器接触器空开。用接触器是因为控制方便,空开跳闸容易合闸难。用空开是因为接触器本身不能分断短路电流，如果电动机短路了，用接触器分断，接触器根本分不断，只会烧死。空开可以分断几KA到几十KA的短路电流。热继电器保护号称可以保护过载和缺相，实际上一般不是烧电动机就是烧热继电器。因为热继电器的原理是用发热原理（倒是平方率反时限）来做的。热继电器中的发热元件的发热特性与那么大的一台电动机的发热特性和冷却特性根本不一样。所以如果灵敏度调得高了，容易误动，非常容易误跳，因为其温升时间远远小于电动机。灵敏度低了，在电动机过载时非常容易不动作，烧毁电动机。而且在缺相时，电动机额定负载下，电流增

30、大1.8倍，这时大家认为热继电器可以很好的保护电动机。实际上，缺相情况下，热继电器基本保护不了电动机。如果整定电流为额定电流，启动或者过载下非常容易误动，电动机偶尔过载一下没有问题的，而频繁停机耽误生产谁也受不了。于是热继电器电流一般调得偏大，在缺相时基本没有反映。另外电动机缺相时其发热绝对不是正常的3倍，而是68倍，主要不是定子发热而是转子发热，异步电动机的转子散热总是很差，转子热力，就会加热轴承，使得润滑变差，形成恶性循环。所以热继电器保护电动机时非常不完备的。第3章 三相异步电动机缺相原因及危害在电动机、尤其是三相异步电动机对工、农业生产所起的作用是众所周知的，所以对于使用者来说，了解电

31、动机的性能、在运行中可能发生的故障及保护是必不可少的。三相异步电动机缺相故障是最常见的故障之一。所谓缺相指电动机的三相电源中缺少一相或电动机绕组中有一相断开，其中以电源一线断开最常见。主要原因是：高压或低压熔断器或刀闸开关接触不良，交流接触器触头烧坏或调整得不好，熔丝材质不均匀或被过度氧化腐蚀或受起动电流冲击而烧断，绕组接线螺丝松脱或引线焊接不良等。三相异步电动机断相时不能起动，转子左右摆动，有强烈的“嗡嗡”声。如果运行中缺一相，只要负载转矩允许，电动机仍能转动，但转矩大大降低。电动机二相运行的电流，等于额定电流1.52倍，能引起线圈和接头过热燃烧。两相运行时，未断路的两相定子绕组串连，由于大

32、电流长时间在定子绕组中流动，会使定子绕组过热，以致烧毁。据统计，在烧坏的电动机当中，因断相而烧毁的电动机占绝大多数。为此，国际电工委员会（IEC）规定，凡是用熔断器保护的地方应设有防止缺相的保护装置，因此，对电动机的保护，除必要的过负荷保护外，对断相运行保护也是十分重要的。3.1 缺相原因引起三相异步电动机缺相运行的原因很多，常见的三相异步电动机缺相原因大致可分为以下三种情况；3.1.1 造成电源缺相的原因（1）电源线某相断电。（2）闸刀开关或起动设备（接触器）的某相触头烧伤、松动或接触不良。（3）闸刀开关、起动设备或电动机接线盒内的某相接线螺丝松动，造成接触不良。（4）一相熔丝断路而造成断相

33、，主要是由于熔断器的熔丝长期使用后老化，经不起电动机的反复起动而造成的。3.1.2 定子绕组断线的原因（1）接线头焊接不良，运行中产生局部过热，最终熔断或松脱。对于铝线电动机更容易发生这种现象。（2）电动机存在匝间短路或“半”对地短路，保护电器难以及时保护，运行时间一长，故障点局部过热而熔断导线。（3）储存、保管不善，对防护式电动机碰伤绕组，甚至被小动物啃坏。（4）并绕导线中有几根或一根导线断线，运行中其余导线过热而烧断。3.1.3 转子绕组断线的原因（1）转子铜导条在槽内松动，运行中受电动力和离心力的作用，造成疲劳断裂。（2）绕线转子并头焊接不良，电刷损坏或短路装置接触不良等。（3）笼形转子

34、铸铝质量差，产生断条，或端环与铝条焊接质量不好，运动中受电动力、热应力和机械应力的作用而脱开。3.2 缺相的危害电压相等电动机缺相运行是不允许的。首先，如果缺相是发生在电动机起动之前，则接通电源后，由于定子无法形成旋转磁场也就无法起动，时间长了会造成电动机过热而损害。其次，如果缺相发生在三相电动机正常运行过程中，这时电动机实际上是处于单相运行状态，由于这时的三相电动机已经有了一定的转速和转向，只要负载阻力矩不是太大，电动机仍能够照常运行，但无论定子绕组的接法如何，除非电动机的负载是其额定值的一半以下，否则，电动机的绕组一般都会发生过载，而且，负载越大，过载就越严重，这样，很容易使三相电动机因过

35、载严重而烧毁。当电源一相断开后，电动机变为单相运行。由于作用在正序和负序电路上的正负序旋转磁场幅值相等，电动机的起动转矩为零，因此缺相后电动机不能重新起动，电机被堵转，其线电流约为额定电流的46倍。如果电动机在带负载运行时发生断相，转速会突然下降，但电动机并不停转，这时噪声增大，线电流增大。对于工、农业生产中常用的三相异步电动机，正常运行的电流一般为额定电流的80左右，缺相后的线电流增大至额定电流的1.4倍，如果不进行保护，缺相后的电动机会因绕组过热被烧毁。对于星形接法的电动机，无论是电源一线断开或绕组一相断开，都将形成两相绕组串接在单相交流电源上的单相运行方式。对三角形接法的电动机，当电源一

36、线断开时，三个绕组通人单相交流电，成为单相运行，当绕组一相断开时，另两组成V形接在两相电源上，由两相交流供电，成为两相运行。第4章 各种缺相故障分析4.1 电动机起动前缺相4.1.1 三角形接法电动机电源一线或绕组一线断开三角形接法电动机电源一线断开示意图如图4-1所示图4-1三角形接法电动机电源一线断开此时定子绕组通入单相电流，产生脉动磁场，与星形接法一样，没有起动转矩而不能起动。起动电流为（4.1.1）此时起动电流为三相起动电流的86.6 。三角形接法电动机绕组一相断开示意图如图4-2所示图4-2三角形接法电动机绕组一相断开这时未断开的两相绕组跨接在相位差的交流电源上，两绕组在空间相差12

37、0度电角度，成两相运行，因此形成移进磁场（不是旋转磁场），在移进磁场的作用下，可产生一定的起动转矩，0。若大于负载转矩,则电动机可以起动，其起动电流（4.1.2）三角形接法电动机绕组一相断开时的起动电流为三相起动电流的57.7 。星形接法电动机电源一线或绕组一相断开星形接法电动机电源一线断开示意图如图4-3所示图4-3星形接法电动机电源一线断开1. 转矩定子绕组通入单相电流，产生脉动磁场，将它分解为正序和负序两个大小相等、方向相反的等效旋转磁场，根据对称分量法，可得出两个方向相反的电磁转矩。，（4.1.3）式中、分别为正序转矩、负序转矩；S为转差率；为临界转差率；、分别为正序最大转矩、负序最大

38、转矩，其绝对值相等。合成转矩M=-起动时，转差率S=1，=，=0，表明没有起动转矩，所以不能自行起动。但是,如果用外力使转子向某一方向（如正序方向）旋转，于是转差率S<1，>，M>0，只要M 大于负载转矩,电动机就会旋转起来，并且随着转速的提高，增大， 减小，最后达到平衡状态而稳定运行。2. 起动电流（4.1.4）正常时的起动电流为式中U、U分别为线电压、相电压；Z为绕组相阻抗。断相时，两相绕组串接在线电压U上，起动电流即星形接法电动机的断相起动电流为三相起动电流的86.6 。（4.1.5）通常三相起动电流为额定电流的57倍，故断相后的起动电流仍然达4.336.07倍，而且因

39、为电动机没有起动转矩不能起动，发出嗡嗡声，所以持续的起动电流极易把通电的两相绕组烧坏，这时应立即停止起动，进行检修。4.2 电动机运行中缺相电动机静止状态缺相时，由于电流很大，一般保护装置能实现保护功能，但是当电动机在运行中，缺相问题就复杂了。在运行中电源缺相，电源由三相变成了单相，定子磁场由三相旋转磁场变成了单位相脉动磁场，但这一单相脉动磁场可分成两个互为反向的旋转磁场。其中正向旋转磁场产生一个正向转矩使电动机转子继续旋转，但这一转矩比原来的电磁矩降低了许多，反向旋转磁场产生了反向制动转矩，它抵消了一部分正向转矩，使本来就降低的电磁转矩又降低了许多，故使电动机的出力大为降低，如果负载不降低，

40、电动机的定子电流势必增加，引起过热，所以必须停止运行，否则，可能烧毁电动机。电动机在运行中断相后，实际上处于单相或两相状态。只要电动机的最大转矩大于机轴上的负载转矩，电动机将继续运行。下面进行具体分析。4.2.1 三角形接法电源一线断开或绕组一相断开（1）三角形联接电动机电源一线断开这时互相串联的两相绕组中的电流是第三相电流的0.5。而线电流是相电流的1.5倍。断相运行时的输出功率为：（4.2.1）设负荷满载并保持不变，取，则有（4.2.2）断相时，直接接在线电压上的绕组流过的电流最大，这个电流为：（4.2.3）其它两相绕组中电流为（2）三角形联接电动机一相绕组内部断开三角形联接绕组内部断开（

41、如图4-4所示）。定子绕成为开口三角形，其输出功率为： 图4-4 三角形联接电动机一相绕组内部断开（4.2.4）如断相时保持100 负荷不变，则可求得：（4.2.6）取，则有：（4.2.7）上述情况表明电动机缺相运行时，其中一相线电流为三相运行时线电流的1.9倍，而其余两相线电流仅是三相运行时线电流的1.09倍。4.2.2 星形接法电动机电源一线或绕组一相断开示意图如图4-5所示。1. 线电流断相运行时的功率为三相运行时的功率，当输出保持不变时，可以认为且一般，则由上两式可得 ： （4.2.8）即星形接法电动机在原负载下运行断相时，流过两相绕组的电流为三相运行时的1.9倍。如断相后负载减小50

42、左右，则可保持定子电流不超过额定值。图4-5 星型接法一相断开图4-6三角形接法一相断开2 .中性点电压当一相断开后，在不对称电压作用下，中性点产生偏移电压,断相后中性点O的变化轨迹为圆，其直径可由S=0与S=1两点联线OM 所决定（如图4-6）。当S=0时，=0即O与O重合，此时偏移电压最小；当S=1时，=/2即O移到M点，这时偏移电压最大，其值为相电压的一半。由此可知，断相后电动机中性点的偏移电压随负载增加（S增大）而增大。4.3 外部供电回路缺相4.3.1 定子缺相运行烧毁电机的主要原因是定子电流过大，其原因很多，在此对其主要现象即断相运行做以下分析。异步电动机定子绕组有两种连接方式，即

43、Y接法（星形接法）和接法（三角形接法），不论那种接法，三相定子绕组都对称，正常情况下，通入三相对称电源时均能产生旋转磁场，使电机运转。Y接法的电机起动时，若断开一相电源，接至两相电源上，就不能产生旋转磁场，只有脉动磁场，旋转力矩为零，电动机只能振动而不转动，操作员会立即发现。运行中的电动机突然断开一相电源后，在机械惯性作用下，电动机仍能低速运行，此时两相绕组是串联起来接在380 V电源上，相当于单相电机，这时电动机的电磁转矩显著下降，如果负载仍是原来的数值，则由于负载的反抗转矩大于电磁转矩，电机的转速下降，转差率增大，转子电流随即增大，引起定子电流也随之增大，串联两相绕组将因电流过大而被烧毁。

44、三角形接法的电机，断开一相电源起动的现象与星形接法的现象基本类似，不同之处是其两相绕组串联后再与另一绕组相并联，接于电源的线电压上，因此并联一相绕组上的电流大于串联两绕组上通过的电流，所以先烧毁并联的一相绕组，再烧毁串联的两相绕组。若一相定子绕组断开，三相电源正常，起动时也能产生旋转磁场，电动机空载和轻载时也能起动，但电磁转矩减少。运行中的电动机，突然断一相绕组时，也能继续运转，异常现象不易发现，此时的旋转磁场不均匀，电磁转矩显著减小，转速降低，转差率增大，转子电流增大，定子电流也随之增大，各线电流值不相等，某一线电流值大于其他各线电流的倍，时间一长两定子绕组就会烧毁。运行中的电动机，突然断开

45、两相电源，不论星形连接还是三角形连接，控制电路无回路，交流接触器失电，主触点打开，电动机停转。Y形连接的三相异步电动机电源正常，两相绕组断开，或用闸刀开关控制电动机的电源，如两相电源断开时，这时只有一相绕组上有电，但无回路，也无旋转磁场，电动机停转。对电机无任何影响，但要注意有一相绕组带电，要及时切断电源。形连接的三相异步电动机电源正常，两相绕组断开时，一相绕组有回路，只能产生脉动磁场，这时电机气隙中合成磁通减小，电流升高，这一相绕组很快就会烧毁。（1）定子Y接法缺相运行如图4-7a示，正常Y接法运行的定子，无论是一相电源线断线，还是一相绕组断线，都形成另两相绕组反串联接在电源单相线电压下，如

46、图4-7a每相绕组承担的电压为三相正常运行输入功率为：（4.3.1）式中:为电机的额定电流。设为常数，缺相运行电机允许输入功率为： （4.3.2）从（4.3.2）式可看出，在保证电流不超过额定值的条件下，正常Y接法缺相运行时电机的功率只能达到三相运行时的57.7。带有某一负载的电机运行中突然缺相运行时，转速会稍微下降，轴负载功率由两相绕组承担，缺相运行电流增大到三相正常运行电流的倍（注意不是约大倍），此时，电机往往在过负载状态下工作。图4-7 异步电动机缺相运行的情况缺相运行时的电动机空载或负载电流，一般都要比正常运行时约大 倍。准确地说，三相异步电动机正常Y接法的定子缺相运行时空载或负载电流

47、，约是正常运行时的倍。事实上，在低压小型电动机中，仅4 kW以下电动机定子采用Y接法，而大量小型电动机采用的是接法。（2）定子接法缺相运行如图4-7b示，正常接法运行的定子，当相电源线断线时，电机定子形成两相相绕组顺串联 （简称支路1）和第三相相绕组（简称支路2）并联接在电源单相线电压下，如4-7b所示。由于支路2（第三相相绕组）允许流过的电流仅为额定电流的，根据并联电路工作原理，支路1允许流过的电流与其阻抗成反比，只有额定电流的，则此时电机允许输入电流为：（4.3.3）三相正常运行输入功率为：（4.3.4）设为常数，缺相运行电机允许输入功率为：（4.3.5）从（4.3.5）式可看出，在保证电

48、流不超过额定值的条件下，正常接法运行的定予，当一相电源线断线时，电机缺相运行时的功率只能达到三相运行时的一半。带有某一负载的电机运行中突然缺相运行时，转速会稍微下降，电流表显示定子运行电流为三相正常运行显示电流（线电流）的倍（注意不是约大倍），此时，电机往往工作在过负载状态。由于两个并联支路的阻抗不相等，造成两个支路电流不同相，这两个单相脉振磁势合成一个的椭圆磁势，其效果也接近单相脉振磁势。4.3.2转子缺相运行当绕线型异步电动机转子外部供电回路一相断线后，正常Y接法的转子电路就变成了单相电路。转子磁势此时为单相脉振磁势。根据双磁场旋转理论，单相脉振磁势可以分解为幅值相等、转向相反的两个旋转磁

49、势，转上面就出现两个大小相等、转向相反的旋转磁势。由于反转磁势切割定子导体，在定子上产生了附加电势，形成定子附加电流，其附加电流频率为：（4.3.6）式中： P 电机的极对数；电机的同步转速；电机的额定转差率，一般为0.03左右；电机定子电流频率。取=0.03，则=（12 ×0.03）=0.94从上式可以看出，附加电流频率 与定子电流频蓦 极为接近，这两部分电流复合成一个低频“浪涌”电流，使定子侧电流表指针摆动，电机出现低频噪声。需要指出的是，我们所说的三相异步电动机缺相运行，如果不特别说明，一般是指定子外部供电回路缺相运行。4.4 电机内部绕组断开缺相4.4.1 电机定子内部绕组断

50、开缺相（1） 定子Y接法一相相绕组断线与4.3.1定子Y接法外部供电回路缺相分析相同。（2） 定子接法一相相绕组断线如图4-7所示，正常接法运行的定子，当一相相绕组断线时，电机定子形成一相相电流为0，另两相相绕组有互差120电角度的两相电流存在，如图4-7c所示。三相正常运行输入功率为：（4.4.1）设为常数，每相绕组允许流过的电流仍为额定电流的，则缺相运行电机允许输入功率为：（4.4.2）从（4.4.2）式可看出，在保证电流不超过额定值的条件下，正常接法定子缺相运行时电机的功率只能达到三相运行时的66.7。带有某一负载的电机运行中突然缺相运行时，转速会稍微下降，轴负载功率由两相绕组承担，缺相

51、运行电流增大到三相正常运行电流 的1.5倍（注意不是约大倍），如图4-7c示，（4.4.3）（3） 定子接法两相相绕组断线至于接法定子两相相绕组断线（这种现象较少见），则只出现一个相绕组单独工作。每相绕组允许流过的电流仍为额定电流的，则缺相运行电机允许输入功率 为：（4.4.4）从（4.4.4）式可看出，在保证电流不超过额定值的条件下，正常接法定子缺两相运行时电机的功率只能达到三相运行时的33.3。带有某一负载的电机运行中突然缺相运行时，轴负载功率由一相绕组承担，缺两相运行，一相绕组电流增大到三相正常运行相电流的3倍（注意不是约大倍），电流表显示定子运行电流为三相正常运行显示电流（线电流）的倍

52、，此时，电机工作于过负载状态。4.4.2 电机转子内部绕组断开缺相在实际工作中转子缺相运行也较常见。绕线型异步电动机转子是一个三相电路，三相鼠笼型异步电动机转子是一个多相电路，每一根导体为一相。无论哪一种转子，正常运行时，三相或多相的转子绕组，都将产生一个旋转磁势。当绕线型异步电动机转子内部绕组断开缺相的情况，与4.3绕线型异步电动机转子外部供电回路一相断线分析相同。鼠笼型异步电动机转了缺相，即发生鼠笼转了导条断裂或开焊故障时，电动机定子电流的电流表指针将作周期性摆动，同时电动机转速下降，低于额定值，电机振动增大。4.5 影响电动机缺相运行电流大小的其它因素4.5.1 负载的机械特性前面的分析

53、假定电机所带负载为恒功率负载，即缺相前后，电机输出功率保持不变。而事实上，电机缺相后，电动机的转速会稍微下降。对于恒转矩负载，随着电动机的转速稍微下降，电动机的输出功率也稍微下降，电动机的转速下降对电动机的电流增大倍数的影响很小，可忽略。但对于离心风机类平方转矩负载，由于功率与转速的立力成正比，随着电动机的转速稍微下降电动机的输出功率将明显下降，如当电动机的转速下降5，电动机的输出功率将下降14.4，甲方转矩类负载电动机的转速下降对电动机的电流增火倍数的影响不能忽略。此时，电动机的电流增大倍数将低丁前面叙述的计算值，特别是在电动机分析定子接法一相相绕组断线故障要引起注意。可见，电动机的电流增大

54、倍数与负载的机械特性有关。4.5.2电网电压与负载率在实际工作中，与电网电压高低有很大关系。因为电动机定子允许在其额定电压的-5+l0范围内长期运行，而测试数据表明，当电动机输出功率为额定功率，电动机定子电压超过其额定电压的7时，Y系列电动机定子电流下降4.8；当电动机输出功率社为额定功率的70，电动机定子电压超过其额定电 的7时，Y系列电动机定子电流下降26.4。一般情况下，工业用电动机通常在5060额定功率下工作。此时，电动机定子电压高低对电动机的缺相运行电流大小有很大影响。而电网电压高低往往决定着电动机定子电压的高低。正常接法运行的定子，电动机输出功率为额定功率的70，三相正常运行电流，

55、为额定电流的75左右，当电动机定子电压超过其额定电压的7，一相相绕组断线时。（4.5.1）由于工业用电动机通常在5060额定功率下工作，电动机定子电压超过其额定电压的7时，正常接法运行的定子，当一相相绕组断线时，电流表显示的电动机定子运行电流将不会超过电动机定子的额定电流。正因为如此，电动机的热继电器过载保护对正常接法运行的定子缺相运行保护往往失效。这一点要引起特别注意。需要指出的是，正常接法运行的定子缺相运行，尽管电流表显示的电动机定子运行电流不超过电动机定子的额定电流，但只要其中一相绕组流过的电流超过其允许流过的电流（额定电流 的该电动机即为T作于过载状态。如，l台交流380 V、75KW三相鼠笼式异步电动机，额定电流为150 A。采用Y启动，电动机启动正常，运转10 min左右，电动机明显发热，且运转声沉闷。此时测得电动机三相电流分别为，=112.8 A、=64.5 A、=65.2 A，从测量结果可以看出，B、C相电流偏小，且基本相等，而A相电流是B、C相电流的倍。我们知道，对接法运行的三相电动机，正常时各相的线电流为各绕组相电流的 倍。由此推定为，为线电流,、为相电流，故障原因为电动机缺相运行所致。后经杏实，故障为主接触器一相触点接触不良。从表面上看三相电流均不超过电动机的额定电流150 A，但事实上，