电机过流保护及三相电缺相保护完整版

电机过流保护及三相电

缺相保护

Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】

目录

电机过流保护及三相电缺相保护

一、方案论证

随着各行业现代化步伐加快，煤矿企业如今也慢慢步入电气化时代，尤其是近几年煤矿企业加大了对矿井的设备投入，这就为保障井下的各种电器设备安全正常的运行提出了更高的要求。电器设备的正常运行直接关系到煤矿的生产和井下工人的生命安全！为此，我们提出设计相关电器设备的保护电路。

而在井下常发生的电器事故中，设备的过载运行和三相电机的缺相运行是最常见的电器事故，且井下的大部分由外因素引起的火灾都是由上述两个因素造成的。特别是缺相运行的检测，因三相负载在缺相时仍能工作，且不易被发现，例如三相电动机。如果不及时发现故障电路采取相应的措施，会严重影响井下设备的正常运行，更严重着则会引发火灾，设备永久损坏！

所以，我们设计与这两个方面相关的电路保护——“过流保护”、“三相电缺相保护”。这两个保护电路在井下对电器设备的安全运行是必不可少的，具有很强的实用性！

二、方案设计

1.过流保护

过流保护首先要检测井下供电电缆的电流，而检测电流有多种方案——电阻分压、电流互感器、电流继电器。然后经采集的信号进行处理，若信号本身是直流则直接接相应的保护动作电路，若是交流则要多加一级交流有效值转换电路。而后就是实现电路的电器自锁，保证电路稳定可靠工作。流程图如下：

2.缺相保护

缺相保护首先要实现的是相位缺失的检测，这里同样有多种方案可供选择，主要的常用类型为：电容中性点检测法、电阻中性点检测法（只适用于三相四线制）、二极管整流法、互感器+二极管整流法。它们都是为了实现一个开关信号的检测去实现驱动开关元件动作。流程图如下：

三、具体内容

1.过流保护

1）电流的检测方案比较

电阻分压

原理：将精密电阻串于负载电路，把电阻上的电压作为检测信

号，然后接后级电路。

优点：电阻相比较而言便宜且工作相当稳定可靠。

缺点：温漂对电阻影响较大

电流互感器

原理：经互感器检测交流信号，然后接放大电路。

优点：检测精度高。

缺点：体积稍大、成本高。

电流继电器

原理：靠电磁耦合，驱动继电器触点动作。

优点：可靠，安全，容易实现自锁

缺点：体积大

2）方案的选择

首先，电阻分压法只适用于小功率电路保护，若用于大功率电路，则要求电阻的功率非常大，不合实际，所以排除电阻分压

法。

其次，虽然电流继电器适用电流范围比电阻分压法大，但要用于矿井下高达数十安、数百安的电流，则需要用到大功率（数

百安）电流继电器，如此则继电器体积太大，所以也被排除。

最后，电流互感器为最佳选择，它能实现电流初级与次级的变比，将大电流转化为小电流，非常适合于大电流的检测。这使

得它的成本相对于它所控制的设备来说成本几乎可以忽略。

3）信号处理

互感器检测到的信号为交流电流信号，需转化为电压控制信号，所以要加一级流压转换电路。然后，将再将其转化为直流信

号。传统方法交直转化为整流桥直接整流，这种方法精度低，动

态性差。这里选用真有效值转换电路，其原理为，电压真有效值

转换公式为：

4）基准比较电压

基准比较电压的实现可以利用德州仪器公司（TI ）生产的TL431。TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基

准源。他的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf

（）到36V范围内的任何值。TL431可等效为一只稳压二极

管。

1)驱动及自锁

自锁实现了过载发生时能及时断开电路，电路断开后能保证电路不再闭合，保证电路安全可靠工作，不会出现电路反复动

作。

2.缺相保护

1）缺相信号检测方法的比较

电容中性点检测法

原理：在三线制三相电中，从三相线路中，每相通过各引出

一根线。并接在一点，形成人为的中性点。当三相负

载正常工作时，中性点对地电压为零。当负载缺相运

行时，中性点发生偏移，中性点对地电压发生变化。

利用这个开关量来检测负载是否在正常工作。

优点：原理简单、检测电路简单、改善了电路的功率因数

缺点：后级需加整流电路

二极管整流法

原理：从三相线路中，每相通过各引出一根线。并接在一

点，形成人字形的整流电路。当三相负载正常工作

时，人字形节点电压

=⨯u为三相电的相电压有效值

U 1.17u

当三相电中任意一相断开时，人字形节点电压

=⨯u为三相电的相电压有效值

U0.374u

通过上述两个电压大小的不同可以用来判断设备是否

缺相运行。

优点：简单、可靠、减少后级整流电路

电阻中性点检测法

原理：，从三相线路中，每相通过各引出一根线。并接在一

点，形成人为的中性点。原理与电容中性点一样.

优点：简单、可靠

缺点：后级要加整流电路

互感器+二极管整流法

原理：从三相线路中，每相通过电流互感器各引出一根线。

然后每相各接接两个并联整流二极管。后级电路与二

极管整流法一样。

优点：可靠、安全

缺点：体积大、费用高

2）方案选择

通过比较各项指标，选择电容检测法。理由如下：

性能可靠

改善电路功率因数

有利于整体电路的设计，简化电路结构

价格便宜

3）信号处理

由前级传输过来的是交流信号，需要进行整流变为直流信号。由于是一个开关检测信号，两个状态量之间有很大的差别，

因此不需要像过载保护那样将信号经严格的真有效值转换，只需

有两个逻辑电平即可。所以这里直接用整流全桥进行整流。

4）控制开关电路

控制开关电路可以用比较器+驱动来实现，也可以直接利用此信号来驱动，此时要加一个稳压管来实现开关量的选择。这

里我们直接选用第二个方法。

5）自锁的实现

自锁的实现，要利用控制三相电用电设备的交流接触器，将开关控制量串与其中，使交流接触器失去其自锁能力，从而

实现电器的自锁。

四、方法步骤

1、查找文献

经查找相关的文献资料发现，现有的关于这方面的资料很多，其中以王志华发表在《机床电器》上的《电源缺相保护电路

的探讨》最为详尽。另外傅智河发表的《新颖节能的三相电动机

缺相报警保护》中提出了利用电容检测缺相的方法，相比传统的

做法，这种方法新颖，且对电网起到一定的补偿作用！我们综合

比较了所有相关电路，力求提出一个更为切合实际更为优化的电

路。