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1、三相异步电机缺相保护及报警器的设计2008级港口物流设备与制动控制：指导老师：摘要 三相异步电动机缺相运行时，电动机有不正常的振动和响声，若不及时切断电源，电动机的温升将过高或冒烟或有臭味，最终烧毁，因此电动机缺相保护十分重要。本文介绍几种在电动机缺相运行时不仅能及时切断电源、保护电动机，而且还有报警效果的电路，并对电路的原理做了较详细的分析。关键词 三相异步电动机；缺相保护；报警电路引言所谓三相异步电动机缺相运行，是指三相供电电源缺少一相或电动机三相绕组中有一相从电源断开而造成的一种电动机运行的状态，也叫断相运行、双相运行或单相运行。据统计，三相异步电动机绕组烧毁事故，大多数是由于电动机缺相
2、运行造成的。在负载功率相同的情况下，缺相运行电流比三相运行电流高一倍左右，此时电动机处于过载状态，若不及时处理，电动机绕组就会烧坏。如果电动机在起动前就有一相断路，则在接通电源后只发出嗡嗡声而不能起动，此时必须立即切断电源，否则也会烧坏电动机。现在，对电动机的缺相保护已较多采用电子电路缺相保护器、集成电路缺相保护器等，但由于电路复杂价格较贵，在小型电动机（3KW及以下）控制电路上未能普遍配套使用。，介绍三种原理简单、工作可靠、成本低、基本不需要维护、适合各种不同容量电动机的缺相保护、报警电路。三种缺相保护、报警电路不仅有指示灯显示缺相情况，并且都加装了电铃报警电路，增强了报警效果，使值班人员能
3、够及时发现缺相故障、及时维修。一、研究意义：缺相运行造成电机损坏是电力拖动系统一种常见故障，掌握电机产生缺相运行的规律，并实施有效的保护措施，对降低系统运行成本和提高系统可靠运行性能，具有十分现实的意义。二、课题的可行性研究一种三相电机缺相保护器，为一种电机安全保护装置。包括变压器(B)、整流滤波电路(D10、D11、D12、D13、C4)和继电器(J)，其变压器(B)的输入端分别与三相电源的任意两相连接，输出端与整流滤波电路(D10、D11、D12、D13、C4)连接。所述继电器(J)与整流滤波电路(D10、D11、D12、D13、C4)之间通过控制电路连接，在三相电源的输入端设计有星型平衡
4、对称电路，整流、滤波电路和电压比较电路，所述星型平衡对称电路与三相电源连接，经星型平衡对称电路取出三相交流电压的中性点，与整流、滤波电路连接后通过电压比较电路与控制电路连接。本保护器所述继电器只有一个机械触点，克服了因机械触点接触不良而导致保护系统失灵的缺陷，使得保护器运行更安全、可靠。三、主要研究内容：（1）电机缺相运行的特征及危害：三相异步电动机缺相运行时，电动机有不正常的振动和响声，若不及时切断电源，电动机的温升将过高或冒烟或有臭味，最终烧毁，因此电动机缺相保护十分重要三相电动机缺相运行时，因所带负荷不变，势必须绕组电流增大，增加发热时间一长会使电动机烧损。所谓三相异步电动机缺相运行，是
5、指三相供电电源缺少一相或电动机三相绕组中有一相从电源断开而造成的一种电动机运行的状态，也叫断相运行、双相运行或单相运行。 据统计，三相异步电动机绕组烧毁事故，大多数是由于电动机缺相运行造成的。在负载功率相同的情况下，缺相运行电流比三相运行电流高一倍左右，此时电动机处于过载状态，若不及时处理，电动机绕组就会烧坏。如果电动机在起动前就有一相断路，则在接通电源后只发出嗡嗡声而不能起动，此时必须立即切断电源，否则也会烧坏电动机。（2）电机产生缺相运行的原因：1、气候恶劣（如强风、暴雨、暴雪等），造成电网一相电源断线。2、室外的输入端电源线与电网之间的接头经长期使用而接触不良，形成一相电源断电。3、配电
6、变压器高端侧或低端侧一相断电（熔断器一相熔断），造成电动机缺相运行（在这种情况下，由该变压器供电的所有电动机都会缺相运行）。4、输入端的电源线上的控制开关、接触器等电器的触点存在烧伤、损坏、松动、接触不良等现象，使电动机缺少一相电源。5闸刀开关上的熔体没有拧紧，或拧得过紧（將熔体端头压断），熔体出现浮体现象。当通过的电流稍大时，熔体便会熔断，造成电动机缺相运行。此外，熔体选择不合适，有一相因熔体选择偏小而熔断，也会造成电动机缺相运行。6、电动机某处地接或短路，出现局部过热现象，将导线烧断，导致电动机缺相运行。7、电动机绕组内部接线头或引出线端未焊牢，引起接触电阻增大，当通过大电流时，内部导线接
7、头或引出线端逐步氧化而断路，导致电动机缺相运行。（3）实施缺相保护的途径：1利用中间继电器实施缺相保护在主电路中并联一个中间继电器，如图2所示，并利用它的动合触点作为KM的自锁触点，同样可以实施缺相保护。当按下SB2时，接触器线圈得电动作，其主触点闭合，电动机得电运行。同时KA线圈得电，KA动合触点闭合，对KM线圈回路进行自锁，从而使KM不断电继续工作。从图可以看出，当L2、L3相之一断线时，控制电路失电使KM线圈断电，于是电动机停止运行。若L1相断线，此时KA线圈回路断电，KA动合触点断开使KM线圈断电，电动机停车。 2利用中性点位移实施缺相保护对于三相绕组星形接线的中性点来讲，当三相负载平
8、衡时电位很低，基本上相当于地电位，而当三相电源缺相时，中性点电位会升高至相电压。利用这一特点来对电动机的运行情况进行监测，电路如图3所示。无论是电源线路断线还是电动机绕组内部断线，均能起到缺相保护作用。从图3可以看出，当电动机处于缺相运行状态下，OO之间出现较高电压时，稳压管DW才被击穿导电，从而使KA动作，接触器KM断电，结果电动机停止运行，得到缺相保护。在这里，为了保证中间继电器KA运行可靠，最好采用1224 V小型直流灵敏继电器。（4）拟定、设计一套比较完善的、适用的缺相保护及报警装置： 1、缺相保护报警电路1.1利用断丝电压实现的缺相保护报警电路如图1，按下启动按钮SB2，KM线圈得电
9、，KM主触头闭合，三相异步电动机得电运行。若L1相的熔断器熔断时，其两端就会存在电位差，此电位差使并联在熔断器两端的继电器KA1线圈得电，KA1常闭触头断开，从而使KM线圈失电，KM主触头断开，电动机便停止运行，从而保护电动机；KA1常开触头闭合，接通电铃电路，电铃响，实现报警功能；同时并联在熔断器两端的灯泡HL1发光，从而显示出L1相缺相。接在三相异步电动机三相线路上的熔丝（熔体）有一相熔断后，在其两端会存在一个电位差，通常将这个电位差简称为“断丝”电压。这个电压的大小与电动机的容量、带负载的多少都有关，所以选用继电器、灯泡时，应根据断丝电压与电动机型号和负载的关系。下表是实验数据，可供参考
10、。这种电路只能对熔断器熔断而造成的缺相运行起到保护作用，但是由于熔断器熔断而造成的缺相运行却占全部缺相运行故障的75%以上，所以仍有一定的实用价值。 1.2利用中间继电器实现缺相保护报警电路利用断丝电压实现缺相保护、报警电路只能对熔断器熔断造成的缺相运行起到保护作用，所以在应用方面有一定的局限性，而且由于断丝电压随电动机容量和负载大小而变化，从而给继电器、显示灯的选择带来一定的困难。而利用继电器实现缺相保护、报警电路不仅能对熔断器熔断造成的缺相运行起到保护作用，而且能对三相供电电源缺相、接触器触点烧损造成的缺相、安装维护造成的缺相都起到保护作用。在继电器实现缺相保护、报警电路中继电器和显示灯的
11、选择也很方便，图2中三个中间继电器KA1 、KA2、KA3应选用型号为JZ7-44，线圈电压为220伏的中间继电器，显示灯的额定电压选择220伏。如图2，当合上电源开关QS1， HL1、HL2、HL3三盏不亮，表示电动机未工作。按下启动按钮SB2，KM线圈得电，KM主触头闭合，使三相异步电动机得电运行；而中间继电器KA1 、KA2、KA3线圈得电吸合， KA1 、KA2、KA3常开触头闭合，对KM线圈回路进行自锁；KA1 、KA2、KA3常闭触头断开；同时HL1、HL2、HL3三盏灯亮，表示电动机未缺相。电动机开始工作后，马上合上报警电路的电源开关QS2，起动报警功能，由于KA1 、KA2、K
12、A3常闭触头断开，所以此时电铃并不会响。若L1相缺相时，KA1线圈电压不足释放，KA1常开触头断开，切断自锁回路使KM线圈失电，KM主触头打开，电动机停转，从而保护电动机；KA1常闭触头闭合，电铃响，实现报警功能。由于L1相缺相，使HL1灯灭，显示L1相缺相。图2 利用中间继电器实现缺相保护报警电路1.3利用XJ3-G缺相与相序保护继电器实现缺相保护报警电路如图3，J为加装的缺相及相序保护继电器，J（5-6）为其常开触点，与自动空气开关的欠压脱扣器的线圈串联，J（7-8）为其常闭触点。先合上自动空气开关QF，若电源正常时，继电器J处于吸合状态，J（5-6）闭合，J（7-8）打开；再合上报警电路
13、电源开关QS，由于J（7-8）打开，灯HL 不会亮，电铃不会响。当电动机缺相运行时，J立刻释放，J（5-6）断开，使自动空气开关QF的失压脱扣器的线圈电压不足，自动空气开关QF跳闸，从而保护电动机；而J（7-8）闭合，电铃响，灯泡HL亮，实现报警功能。缺相及相序保护继电器J采用新工艺和集成电路，为电压取样方式，与被保护的电动机的功率无关，无需进行任何电流等级的整定，能在电动机启动前、运行中发生的任意相缺相、错相等故障起到保护作用。缺相及相序保护继电器J的1、2、3端接三相电源，5、6端为常开触点，7、8端为常闭触点。如果按图安装以后，发现电动机不能启动，说明缺相及相序保护继电器J的相序鉴别已经
14、起作用，只需将继电器J的1、2、3端任意两条线互换，电动机就能正常启动了。 图3 利用XJ3-G缺相与相序保护继电器实现缺相保护报警电路四、结论利用断丝电压实现的缺相保护、报警电路虽然只能对熔断器熔断造成的缺相运行起到保护作用，但是由于熔断器熔断而造成的缺相运行却占全部缺相运行故障的75%以上，所以仍有一定的实用价值。但是由于断丝电压随电动机容量和负载大小而变化，从而给继电器、显示灯的选择带来一定的困难。利用继电器实现缺相保护、报警电路能对熔断器熔断造成的缺相、三相供电电源缺相、接触器触点烧损造成的缺相、安装维护造成的缺相都起到保护作用，继电器和显示灯的选择也很方便。利用XJ3-G缺相与相序保
15、护继电器实现缺相保护、报警电路，能在电动机启动前、运行中发生的任意相缺相、错相等故障起到保护作用。 致谢在毕业设计过程中，我得到了多方面的鼓励和帮助。 首先，要感谢我的毕业设计指导老师刘天旺老师，他在繁忙的工作之余给予了我大量的指导与关心。这样，我的毕业设计才得以顺利的完成。 其次，非常感谢广西北海职业学院机电工程系的所有老师和院领导，接近三年大学是他们培养了我，塑造了我，使我懂得了如何去学习，如何去学好，终于塑造了一个性格开朗而坚韧、态度随和而忠诚、意志坚定而顽强的我，使我在任何情况下都能够做好每件事，处理好每一个问题。在这次毕业设计中他们给予了我各方面的帮助和关怀，才使我顺利完成我大学生涯的最后一次大型作业。 再者还要感谢的是为我辛勤劳作一辈子的父母，就因为有了他们不思劳苦，和殷勤的教导才锻炼出一个意志坚定，勤俭节约，知恩图报的我。并在本次设计中给予我物质上的支持，还有精神上的支持。我将以实际行动来报答他们，不会辜负他们对我的期望。参考文献：1常用电动机使用与维修400问 金盾出版社2电力拖动控制线路与技能训练 中国劳动社会保障出版社3 安顺合主编.电气设备安全运行与维修手册.机械工业出版社
