相故障保护

三相异步电动机是一种应用很广泛的电气拖动设备。

电机在运行过程中，会因各种原因造成损坏，在这些故障中，缺相故障造成电机损坏占很大比例，由此而烧毁的电动机数量是巨大的，造成的经济损失也是极为严重的。

根据电机学原理。

电机在缺相时．定子绕组流通的不再是三相交流电流。

而是单相电流。

气隙中的磁场由圆形旋转磁场变为单相脉振的磁场，一方面，电机缺相启动时，其启动转矩为零．电机实际上是处于两相短路状态。

电动机绕组严重发热。

破坏电机绝缘，以致于烧毁电机，影响生产，甚至造成事故。

另外，电机在缺相运行时。

过载能力已明显减低．转差率变大。

定转子电流加大，势必使绕组发热，电机运行极为不利。

防止三相异步电动机缺相运行，是有很大的经济价值。

于是。

我们从电机的缺相机理人手，设计出几例保护电路，确保电动机的正常运转。

1电机缺相故障原因
对于三相异步电动机，正常运行的情况应该是三相对称的交流电流通入三相对称的定子绕组中产生圆形的旋转磁场，当三相电流缺掉一相后．电机将会出现不正常的运行现象，电动机造成缺相故障的原因主要有以下几种情况。

1．1电源缺相
三相电源接入交流电动机之前。

该电源已少一相或两相(电源已经出现问题，三相熔断器中的一相熔体被烧断)，它可造成电机无法启动或启动运转异常。

1．2控制回路造成缺相
控制回路中的接触器、继电器长期使用，触点可能存在一定程度的氧化。

引起接触不良，或元件动作机构长期磨损。

这些电气元器件，当受到电动机启动电流(一般为额定电流的5—7倍)的冲击，或受到机电设备的震动或运动机构卡住失灵等而误动作，定子绕组由此而缺相。

1．3电动机接线盒中接线柱松脱
电机定子三相绕组中一相绕组断开。

从而造成电机运行缺相。

1．4连结头虚接或分断
供电线路中的连结头出现虚接或可能受到外力而分断，也会使得电动机缺相。

1．5绝缘老化
电动机在运行相当一段时间后，定子绕组的绝缘可能出现老化(电动机运行的环境温度长期过高。

供电电压偏高或者是负载过大时)，造成电动机定子绕组相间或匝间短路，电动机定子绕组也会出现一相或多相断开。

2缺相保护电路
电动机处于缺相时无启动转矩，电机不能转动，容易被发现．而当电动机在运行中发生缺相时。

常常不易被发现，以致产生过流．将电机烧坏，因而研制一种高可靠的电动机运行缺相保护装置非常必要。

一台三相异步电动机，其定子绕组是Y或△连接。

不论是电动机启动前还是启动后产生单相运行故障，三相定子绕组中流过的电流均比正常三相运转时大(一般均超过电动机额定电流)。

利用这一特点，将增大的电流信号检测出来，经执行元件。

把电动机从电源上切除或报警。

2．1热继电器兼作过载和单相运行保护(图1)
热继电器就是利用电流热效应原理，将电动机单相运行时绕组电流增大信号检测出来并作用于执行元件，切断电动机电源。

其方法是把热继电器的加热元件串联到被保护电动机的主回路上。

当单相运行发生时，电动机绕组电流增大，加热元件温度上升，使热继电器中双金属片受热弯曲而推动导板，使推动导板上动、静触电动作，切断电动机控制回路中接触器线圈电源，从而使电动机主回路电源切断。

目前．我国生产的热继电器动作有延时特性。

即当通过加热元件上的电流等于整定电流厶(电动机的额定电流)时，不动作；当通过加热元件的电流I=1．21；v时，20min动作；当电流I=1．5厶时，2rain动作；l=6I；v时，5s动作。

动作的延时特性既能满足电动机启动
电流达5—7倍额定电流的启动过程不动作．保证电动机能正常启动；又能当电动机发生单相运行时电流达1．9—2．2倍额定电流时在2min内能切除电动机电源，保护电动机。

因此热继电器不失为一种较可靠灵敏的过载和单相运行保护电器。

但选择和整定热继电器整定值仍是很重要的。

我们一般将三个发热元件串联在每相中，热继电器的热元件额定值按所接电动机线电流1／3乘以1．1倍来确定。

2．2欠电流或过电流继电器保护(图2)
欠电流方法就是断线一路的线电流趋于0，相应的欠电流继电器动作，切断主回路接触器以达到保护目的。

过电流方法。

就是利用断相一路的相电流大于额定值，相应的过电流继电器动作切断主回路接触器，达到保护目的。

一般也是用三线圈的电流继电器以增加保护的可靠性。

2．3利用三相电流不平衡产生的零序电流进行单相保护(图3)
三只电流互感器LH或一只穿心式电流互感器，其一次侧接入主回路，二次侧接一只电流继电器。

三相运行时。

三只电流互感器合成电势为O。

二次回路中电流也为0，电流继电器不动作；单相运行时，三相电流不平衡，三只电流互感器的合成电势不为0，二次回路电流也不为0，电流继电器动作。

切断主回路接触器。

达到保护的目的。

2．4电动机启动运行缺相双重保护电路(图4)
保护电路动作的原理：
按下启动按钮SBl。

中间继电器KAl通电，其常开触点接通中间继电器KA2的线圈，KA2常开触点接通接触器KM线圈。

其主触点闭合，电机正常运行，同时KM辅助常开接通中间继电器KA3的线圈，KA3常开作为KM的自锁。

使得启动按钮SBl在松开时，接触器KM能够自保。

当按下SB2时．KM线圈掉电。

辅助常开断开KA3线圈，使得SB2恢复后。

KM也不会得电，电机停止运转。

当电机启动时发生缺相故障时，假设A或C缺相，显然KAl不会得电，KA2和KM均不能通电，电机不会运行。

如果缺B相KAl得电，但KA2不会通电，电机也不会运行。

从而实现了电机的缺相保护。

电机在运行过程中。

如果A或B缺相。

KM线圈的电压不够其额定电压，将断开其触点，电机停止运转，如果C缺相，KA3失电，电机也会停止运行，有效地保护了电动机．使得电机不致在缺相故障状态下运行而烧毁绕组。

3结束语
以上介绍的几种方法，设计思路均是把三相电源引入控制回路中．最后一种方法可以实现启动运行缺相双重保护，应当指出的是，为了保证电动机和所带负荷的安全。

防止三相异步电动机缺相运行，平日应认真检查负荷开关、动力线路和动静触点的可靠性，要有责任心和维修保养工作，确保电机正常运转。