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1、一种应用于380V交流电动机的缺相相序保护器黄军凯 周文俊 张海龙 （武汉大学电气工程学院，武汉430072）摘要：本文介绍了一种具有自动检测缺相、相序和自动换相功能的自动保护器。该自动保护器在合上三相电源后，利用双D触发器CD4013对电源进行检测，待输入电源符合要求后再控制交流接触器CJ2X1801合闸，接通电动机电源。通过对输入电源进行缺相相序检测及校正，保证交流电动机正常起动和安全运行。基于上述原理的保护器能够准确的检测出电机电源的缺相和相序情况，并正确动作。关键词：电动机 保护 缺相检测 相序检测 自动换相A Automatic Phase Absence and Phase Seq
2、uence Protector Using In 380V AC MotorHuang Junkai Zhou Wenjun Zhang Hailong （School of Electric Engineering Wuhan University, Wuhan 430072） Abstract：This paper introduces a automatic protector which can checks phase absence 、phase sequence and corrects the phase order automatically. When closing th
3、e switch, the protector checks the input power by double-D trigger CD4013, and then controls the contactor CJ2X1801 to switch on the AC motor. By checking the input powers phase sequence、absence of phase and correcting the phase order, the protector makes AC motor start and operate safely. The prote
4、ctor based on the above theory can exactly detect the phase absence and phase sequence, and operate correctly.Keywords：Motor protection checking phase absence and phase sequence exchanging the phase automatically 1 引言电动机在运行中会发生各种故障，如过载、短路、欠电压等，而断相（包括电源断相时的起动和运行中的断相）和反向转动也是电动机的故障之一。一般情况下，电动机在缺一相电源的情况
5、下仍然能够继续运行，但是由于电动机转矩减小，转速急剧下降，绕组中的电流突增，使得绕组温升增高，若不及时切断电源，将使电动机的绝缘受损，甚至烧毁，造成绕组内部短路，酿成严重后果。电动机反转时，将会对与之相连接的电气设备造成危害，造成生产上的损失，严重时危及人身安全。因此，需要对电动机进行保护，在电动机接入电源之前，对电源进行检测，首先进行缺相检测，在无缺相的情况下，再进行相序检测，待电源符合要求后再合上开关，保证电动机正常运行。2 工作原理该缺相相序保护器的工作流程如图1所示。三相交流电源输入降压电路正弦检测和缺相检测相序检测缺相显示正负序显示控制继电器合闸图1 缺相相序保护器流程图Fig.1
6、The flow chart of the phase absence and phase sequence protector三相电源输入时，由于电压高，不能直接接入控制电路中，需要经过降压后再接入电路，为了减少成本，该缺相相序保护器的控制电路的电源由三相输入电源通过降压整流后提供。流程图中的正弦检测、缺相检测和相序检测部分是本换相器的核心部分，实现了保护器的主要功能，下面将会重点介绍该部分的工作原理，控制继电器合闸部分实现了换相器在负序情况下的换相功能。下面具体介绍保护器中的各个部分。2.1 降压电路 利用三相变压器对输入的380V交流电源进行降压处理，这样可以使得输入控制电路的电压为十几
7、伏。为了保证电压波形不发生畸变，我们在降压部分采用了分压电阻网络来降低电压。 采用电阻网络降压，虽然具有简便而低廉，而且能保证波形不发生畸变的优点，但是也呈现了一个严重的电阻发热问题。该问题可以通过对电阻分压网络选择合适的电阻来解决。为了与后面的电阻网络匹配，满足控制电路静态工作点的要求，在本文中采用62k和3k电阻对380V电源进行分压，因此62k电阻的发热特别严重。通过实验，最后证明选择62k/10W和3k/2W的电阻能够解决发热问题，能保证换相器长期正常工作。另一个解决办法就是在控制电路工作一段时间后，切断换相器的输入电源和工作电源，由于实现这个功能需要单独的交流接触器，而且电路会变得更
8、加复杂，不易保证整个电路的稳定工作，故在本文中采用了第一种方法。2.2 缺相检测和相序检测电路 本部分是整个保护器的核心部分，通过该部分电路，实现了缺相检测和相序检测的功能，工作原理图如图2所示。图2 相序检测电路Fig.2 The circuit of phase sequence detecting 图2电路用于检测输入三相交流电源的相序是否正确，如果正确，则电路输出信号驱动继电器吸合，接通用电设备的三相交流电源；否则，不接通电源以保护用电设备。 该电路主要由一片CD4013双D触发器构成。三相交流电经降压、整流后变换为低压脉冲信号输入到本电路的A、B、C端，A、B两端信号经过电阻和稳压二
9、极管限幅、整形后，分别作为两个D触发器的时钟信号，C端信号经微分电路变为尖脉冲作用于两触发器的复位端R。若相位顺序正确，即以A、B、C的顺序出现正脉冲，如图3(a)所示，则A的上升沿首先使Q1输出高电平，然后Q2在B的上升沿作用下变为高电平，最后C的上升沿在R端产生的尖脉冲使两个D触发器复位，Q1、Q2回到低电平，完成一次循环。三相交流电是周期信号，Q2输出脉冲的频率与三相交流电频率相同，其电压的直流分量就是C2(22F)电容上的电压。该电压使三极管导通，继电器接通用电设备的三相电源。若相序不对，则Q2输出保持低电平不变，三极管截止，保证了用电设备的三相交流电源不被接通，各点波形如图3(b)所
10、示。(a) 正确相序波形(a)The waveform when the phase sequence is right(b) 错误相序波形(b)The waveform when the phase sequence is wrong(c) 缺c相时波形(c)The waveform when the C phase is absent图3 各种输入波形情况下电路的输出波形Fig.3 The circuits output waveforms in different cases图2电路同时也可用来检测是否出现缺相。当缺A相时，Q1和Q2将一直输出为低电平；当缺B相时，Q1输出与图3(a)中
11、Q1的波形一样，而Q2将输出为低电平；当缺C相时，Q1和Q2的波形如图3(c)所示。根据Q2在各种情况下输出的电压波形，我们可以利用电路元件来实现电源缺相显示和相序显示并控制继电器，保证电源正确合闸。2.3 继电器控制换相电路 通过前面的降压、缺相检测和相序检测后，控制电路输出了一个控制信号，利用该控制信号和继电器，我们可以实现自动换相的功能，换相电路如图4所示。在三相交流电源无缺相的情况下，当输入电源的相序正确时，继电器控制交流接触器1动作，接通电源；当输入电源的相序错误时，另一个继电器控制交流接触器2动作，实现换相。交流接触器选择CJ2X1801,额定电流为18A，允许最大电流为32A。图
12、4 换相原理图Fig.4 The principle chart of exchanging phase3 实验结果 通过实验，发现所采用的三相缺相相序检测电路虽然能够检测正确判断缺相和相序并且显示，但是在检测过程稳定之前，如果输入电源是正序，会在负序引脚上输出一个高脉冲，如图5所示，当输入电源为负序时也会出现同样的情况。这种现象会导致两个交流接触器因为同时动作而发生短路，酿成事故。 基于上述原因，本文采用了一个RC延时电路，延时后的输入继电器的电压波形如图6所示，使得继电器能在检测过程达到稳定后动作，这样保证了在任何时候只有一个交流接触器动作而不会发生短路。图5相序检测电路正负序脚上电压波形
13、Fig.5 The voltage waveforms on the positive and negative foots of the phase sequence detecting circuit图6 输入继电器的正负序电压波形Fig.6 The positive and negative waveforms occurring on the relay4 结论 基于上面所述工作原理的缺相相序保护器，能够准确的检测出输入的三相交流电源的相序和是否出现缺相的状态。根据检测输出的信号，控制继电器动作，从而实现自动换相的功能，在电动机接入电源前实现了对电动机的保护。 本文介绍的缺相相序保护器主要是针对380V交流电动机，通过对该电路的改进，在降压电路部分选用与电动机额定电压相符的降压变压器，在换相部分选择合适的交流接触器，同样可以实现更高额定电压（如6kV）的电动机的保护。参考文献1 郭金龙.电动机缺相运行分析.电子报， 2006.4.30第16版2 彭林茹.三相电动机断相故障与保护装置探讨. 工业技术，2005 No.253 连理枝.论电动机的断相运行危害和保护措施. 电气传动与控制，2004年第2期
