浅析电动机缺相运行的问题及其预防措施

浅析电动机缺相运行的问题及其预防措施

发表时间：2018-10-01T10:52:18.263Z 来源：《电力设备》2018年第16期作者：顾冬铭

[导读] 摘要：文章根据本人自身的实际工作经验及查阅相关资料，主要分析了电动机缺相运行、造成电动机缺相的原因及预防措施。

（盐城市市区防洪工程管理处江苏盐城 224000）

摘要：文章根据本人自身的实际工作经验及查阅相关资料，主要分析了电动机缺相运行、造成电动机缺相的原因及预防措施。在现代工业生产中，电动机的应用非常广泛，但是在生产当中电动机因缺相运行过热而造成烧毁的事故在生产中占有很大的比例，怎样减少这些问题的出现，提高电动机的使用效率，是一个值得我们认真思考的问题。鉴于本人知识和经验有限，文章中所提之观点有一定的不足之处，敬请提出意见指正。

关键词：电动机；缺相运行；问题；保护措施

1、电机保护原理及缺相运行的原因分析

1.1 电机的负载特性由于电机在设备不同的运动状态下其电流的差异非常大，当电机处于重载负荷率大的时候，电流就会出现一个峰值，从而设备的有功功率也会达至顶峰；当过了这一峰值后受到平衡装置的作用，电机的有功功率逐渐变小，电流也较小，当设备受到外力的作用后造成负载，电机的转子也会受到拖动而沿着旋转磁场方向以大于同步转速的速度旋转，电机的转差率为负值，电机工作于发电机的状态并向电网输出有功功率。如果定子绕组额定相电压与频率不变，则：Ψm=U/4.44KwNf。

式中：Ψm：旋转磁场最大磁通；U：定子绕组相电压；KwN：定子绕组有效匝数；f：定子频率。

由上式可以看出，电机不管是处于轻载还是重载的状态，其旋转磁场中的主磁通基本不变，所以电网所注入的建立主磁场的无功功率也不会发生变化。不过在电机中不仅有主磁通，还包括漏磁磁通，其与相对于主磁通而言虽然相对较小，但是却不容忽略。漏磁磁通会受到电流的变化而改变，建立这部分磁场则需要由电网中吸取无功。

如果电机缺相运行，很容易造成电动机绕组电流值升高，电机的震动更加剧烈，如果电机长期处于缺相状态中运行，最终电机可能会被烧坏，因此电机保护器就针对缺相问题提供相应的保护措施。一般电机保护器有两种模式，即模拟电子保护和智能保护等。电机缺相运行时，这种电机保护器的保护运动过程如下：三相电流由电流互感器采集后，经过整流滤波电路后直接转换为直流电压信号，保护器最终根据直流电压信号与保护整定值比较结果对缺相问题做出合理判定。如果存在缺相问题，需要启动时间继电器，控制接触器经过一定的延迟就会控制电机停止运行。单片机是智能电机保护器的核心控制装置。直流电压信号由电流互感器进行采集，经过信号调理电路和AD转换电路后传送至单片机运算，依据其运算结果来保护电机缺相运行。

1.2 电机保护器误动作原因分析从无功补偿的原理可以看出，无功电流主要在电机与电容之间流动，操作柜的进线端电流为有功电流及未经补偿的无功电流。假如补偿后其功率因数与相应的数值标准相符，则电机保护器就会产生误动作问题。而且在工作中可以发现，在穿过电机保护器的电流互感器线圈后，模拟电子式保护器的三相电压才会连接三相电机。新装配的无功补偿装置连接电机保护器和三相电机，接触器会在启动后吸合，接通电源后电机和保护器开始运行。

若有功电流相对较小，会导致操作柜的进线端相电流过小而与保护器缺相保护的整定值相差巨大，此时保护器就会发出警报显示缺相运行，并且一定时间延迟后会切除电机。

2、电机缺相运行的保护对策

2.1 改进保护器的电路结构可以对保护器的电路结构进行改造，以避免电机保护器发生缺相保护的误动作。本文提出一种把电机保护器装在无功补偿装置和电机之间的方法，我们可以从电流曲线中分析，在电机的整个工作周期内，电流的值始终都比较大，且与电机保护器缺相保护设定值相比而言要远远高出其值，因此可以防止保护器出现缺相保护误动作。

2.2 电机单相运行矢量控制其实在三相电机控制中，矢量控制技术已经相对比较成熟，因此应用也比较广泛，所以在对单相运行状态下的矢量控制策略加以研究，也可以对电机缺相运行起到保护作用。三相交流电机进行变频调速的基本原理是把三相交流异步电机的模型等效为直流电机模型。可以将思维进化算法应用在电机单相运行矢量控制中，该算法与GA相比其收敛速度快、简单且操作容易。其具体过程如下：第一，对群体进行初始化，将S个个体散布在解空间，再将各个个体的得分值计算出来，其中得分最高的N个个体则为优胜者；后续的操作过程中，这些个体就会成为散布G个个体所构成优胜子群体的中心。第二，趋同，其发生在每个子群体的内部，在局部竞争中找出局部最优点。每次趋同操作的中心均为局部优胜点，然后产生新子群体。将每个个体的得分计算出来，找出新的优胜者参加全局的竞争，从而得分增长的速度越来越慢，接近停滞状态时该子群体成熟。第三，异化，异化操作是指基于全局的范围绕在子群体之间所进行的竞争，其过程是得分高的临时子群体最终取代成熟得分低的优胜子群体，且得分低的成熟临时子群体最终将被废弃。相应的异化方式将对被取代的子群体个数加以补充，其可以进行新一轮的异化与趋同。该过程周而复始反复进行，直至趋同、异化的过程满足终止条件为止。第四，公告板，公告板有两种形式，即全局与局部，其主要作用是将个体或者子群体在不断趋同、异化过程中的信息记录下来，留作后续趋同及异化所用。

3、相电动机处于单相运行状态，则其它的两相则串联，可控电流的维数就得到进一步降低，所以可以在矢量控制结构下将相电流进行重构，即可得出单相运行状态下的电流控制策略。不过需要注意的是，此处所列各式为理想状态下所做的分析，同样存在转矩脉动，因此转速也会有波动，所以此处所得的参考电流其实也是处于变化状态的，从而发生电流波形畸变或者跟踪等问题，由此可见，如果电机的惯量较小，则要设置滤波器。

4、结束语

只要我们注重安装质量，在正常运行及维护检修过程中， 严格按标准执行，同时加强运行监护，一定可以避免由于低压电动机单相运行所造成的不必要的经济损失。

参考文献：

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[2]汤蕴，史乃，沈文豹.电机理论与运行[M].北京：水利电力出版社，2003.

[3]朱红，张晓冬，张金霞.基于MSP430的电动机智能保护器设计[J].机械与电子，2008，（7）.