三相電動機缺相保護的應(yīng)用案例

電源缺相易造成電動機燒損，不僅嚴(yán)重危害電動機的運行，而且造成維護困難。在不添加缺相保護器前提下，同時不改變原有設(shè)備性能，對電動機控制電路做適當(dāng)調(diào)整，實現(xiàn)缺相保護功能，有效保護電動機。該法簡單易行，成本低。

0 引言

所謂缺相就是正常的三相電源其中某一相斷路。原有的三相設(shè)備會降低輸出功率使其不能正常工作或造成事故。因此對于一些重要的設(shè)備需要加缺相保護裝置。

線路電源缺相時，會產(chǎn)生負(fù)序電流分量，三相電流不均衡或過大，引起電動機迅速燒毀。為了保障電動機的安全運行，使其在發(fā)生缺相運行時能及時停止電動機的運行，避免造成電動機燒毀事故，一般的電動機都裝有缺相保護裝置。

三相交流電如果用電線路有一相沒電，就為缺相。如果三相用電設(shè)備缺相，會導(dǎo)致燒毀設(shè)備，所以要有缺相保護，缺相發(fā)生，保護動作，分閘。

三相電動機作為一種不可或缺的設(shè)備，在天車、消防泵、水泵、風(fēng)泵、油泵、空氣壓縮機、大型車床等有著廣泛的應(yīng)用。三相電動機為大多數(shù)設(shè)備提供著動力，一個現(xiàn)代化的工廠甚至需要幾百到上萬臺電動機，因此三相電動機的事故率嚴(yán)重影響著工業(yè)生產(chǎn)的效率、安全和維護成本。然而在各種設(shè)備在出廠設(shè)計和制造過程中，三相電動機啟動和運行控制電路，大部分采用降壓啟動(即星三角形啟動、自耦變壓器降壓啟動等)，決大多數(shù)在控制方面僅僅考慮電壓不足時的保護，沒有考慮當(dāng)三相交流電出現(xiàn)缺相時如何對電動機進(jìn)行控制保護。然而，電源缺相，對三相電動機的啟動和運行危害很大，易造成電動機燒損，常常給生產(chǎn)帶來不便，造成企業(yè)損失。

在長期實際維護中，對三相電機故障原因進(jìn)行了統(tǒng)計分析。

其中，三相電機缺相故障占比達(dá)到71%，三相電機缺相是造成電動機損毀的主要原因，其造成的安全隱患和經(jīng)濟損失不可輕視。如何進(jìn)行三相電機的缺相保護是工業(yè)維護的重中之重。

現(xiàn)在，對三相電動機的缺相保護已較多采用電子電路缺相保護、集成電路缺相保護等，但這些保護方法，電路復(fù)雜價格較貴，不利于降低企業(yè)成本。本文選擇一種三相電機不缺相啟動和運行的控制線路應(yīng)用在三相電機中，在不添加缺相保護器的前提下，同時不改變原有設(shè)備性能，對三相電動機控制電路稍調(diào)整，就達(dá)到缺相保護功能的方式，有效保護三相電動機。

1 缺相保護原理

在三相電念頭的運行中，因為種種原因，如三相電源的熔斷器一相熔斷，或者接觸器觸點燒損等造成一相接觸不佳，或由安裝維護等原因造成一相斷線，都會造成三相電念頭缺相運行。若發(fā)現(xiàn)不及時，時間稍長便會燒毀電念頭，造成設(shè)備損壞，影響出產(chǎn)的連續(xù)性，給工農(nóng)業(yè)出產(chǎn)造成重大損失。

為了保障電念頭的安全運行，使其在發(fā)生缺相運行時能及時休止電念頭的運行，幸免造成電念頭燒毀事故，一般重要電念頭都裝有各種保護裝置，尤其是缺相保護。

根據(jù)三相交流異步電機啟動和運行控制原理要求，在原有三相電機控制線路基礎(chǔ)上稍作調(diào)整，使其線路具有缺保相護作用。

SB1啟動常開按鈕,SB2停機常閉按鈕，KA繼電器，KM接觸器，F(xiàn)U熔斷器，F(xiàn)R熱繼電器。

當(dāng)前的電念頭缺相保護電路大部門采用微機保護或電子式保護裝置，元件較多，線路復(fù)雜，工作可靠性不高，泛起題目時往往失去保護作用，或者工作變態(tài)，造成電念頭保護拒動或不能合閘，對出產(chǎn)造成不利影響。本文先容的保護裝置具有原理簡樸，元件少，工作可靠，基本不需維護等特點。并且通過適當(dāng)?shù)呐渲迷善鸬綗o功補償?shù)淖饔谩?/p>

該保護裝置的原理為：三相星形接線的中性點，三相負(fù)載平衡時電位很低，基本相稱于地電位。而當(dāng)三相電源缺相時，中性點電位會升高至相電壓。利用這一特點，對電源的供電情況進(jìn)行監(jiān)測，從而起到缺相保護作用。

1)啟動原理

先將按鈕(SB1)觸頭閉合，A相電源流經(jīng)繼電器(KA)線圈B相電源得電，使得串聯(lián)在繼電器(KA)觸頭閉合，同時A相電源經(jīng)過接觸器(KM)線圈與繼電器(KA)閉合觸頭取C相電源得電，接觸器(KM)工作，電機就啟動運轉(zhuǎn)。

2)停止原理

按下按鈕(SB2)觸頭斷開，A相電源就斷開。繼電器(KA)與接觸器(KM)的線圈無法取A相電源而失電，則接觸器無法工作，電機無法啟動運轉(zhuǎn)。

3)缺相停機原理

若A、B、C缺A相，KA、KM的線圈電源取A、C相，接觸器繼電器失電，電機就無法啟動運轉(zhuǎn)。若A、B、C缺B相，KA的線圈電源取A、B相，KA失電無法工作，常開觸頭不動作，KM線圈就無法通過KA常開觸頭取C相電源，電機就無法啟動運轉(zhuǎn)。若A、B、C缺C相，接觸器KM線圈電源是取C、A相電源，接觸器失電電機就無法啟動運轉(zhuǎn)。

總之，三相交流電源缺任何一相，電機都無法啟動運轉(zhuǎn)。當(dāng)電源缺相時達(dá)到有效控制電動機，使電動機停止運行，起到缺相保護器作用。

2 三相電機保護電路改進(jìn)及應(yīng)用

三相異步電動機缺相時，電動機將無法啟動。轉(zhuǎn)子左右擺動，有強烈的尖叫聲。對電動機造成磨損。當(dāng)電動機在運行中電源缺相時，如不降低負(fù)載，電動機的定子電流勢必增加，引起過熱，長時運行致使三相電機燒毀。在分析三相電機缺相保護原理基礎(chǔ)上，對某機務(wù)段約120臺各型三相電動機(其中37kW以上的三相交流異步電動機有35臺，25kW的三相異步電動機85臺)，運用三相電機不缺相啟動和運行的控制線路技術(shù)進(jìn)行改造，歷時一年多竣工;經(jīng)性能鑒定，完全符合各類大功率三相電機的控制要求，已正式投入使用。在很大程度上克服了三相電機缺相時對電動機本身的傷害，消除了缺相損壞三相電動機對機車檢修，日常維護的影響。線路簡單，改造方便，材料便宜，該技術(shù)實用性較強，完全可以滿足大規(guī)模三相電動機改造的要求。

以其空氣壓縮機為例，改造僅僅加裝一只繼電器，不改變原有設(shè)備性能，對三相電動機控制電路稍調(diào)整，就達(dá)到缺相保護功能的方式，有效保護電動機。如圖2(b)所示，虛紅框內(nèi)為改裝部分。

3 應(yīng)用效果

經(jīng)改造的線路簡單，僅增加很少電子元件;占用空間小，不改變原有電器整體布局;有效保護電機，使用效果良好。

3.1經(jīng)濟效果

直接經(jīng)濟效益：

該段現(xiàn)有37kW以上的大功率三相交流異步電動機有35臺，25kW的三相異步電動機85臺。如果從市場重新購買缺相保護器需要成本7.45萬元以上，每臺缺相保護器單價為(600~700)元。通過技術(shù)改造，只需調(diào)整電機控制線路，加裝一只繼電器，每只繼電器單價為95元，共計1.1萬元，從而節(jié)約設(shè)備配件購置成本約6萬元。

設(shè)備改進(jìn)前該機務(wù)段全年總計發(fā)生大小三相電機故障71起，其中三相電機缺相造成的設(shè)備故障總計51起占到了電機故障的71%，該段設(shè)備車間在維修該類電機的技術(shù)力量薄弱，一般外委修理，一臺37kW三相電機修理費用為2000元以上(每千瓦的維修費用為60元)每年直接造成的經(jīng)濟損失就約8萬元，其中部分三相電機用于機車上需檢修的重要設(shè)備，如天車、空氣壓縮機等。在技術(shù)改造前，此類電機共發(fā)生故障12起，造成的誤工停時費用為2000元/d臺。修復(fù)一臺故障三相電機需要3d，產(chǎn)生的誤工停時費6000元，間接因電機故障產(chǎn)生的誤工停時費每年約7萬元。

可見，改造后效益顯著。

安全效益：技術(shù)改造以前，由于各類設(shè)備上的三相電機，在電源缺相情況下，發(fā)生各類電機故障甚至發(fā)生三相電機燒毀，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全運行。而技術(shù)改造后，設(shè)備正常運行得到了有效的保證，從根本上杜絕了因為電源缺相而引起的各類三相電機事故。技術(shù)改造產(chǎn)生了良好的安全效果。

3.2改進(jìn)前后三相電機故障對比

三相電機控制線路改造前，各類設(shè)備因電源缺相，頻繁發(fā)生電機燒損的現(xiàn)象，在三相電機中各類故障中占約71.4%。通過認(rèn)真執(zhí)行三相電動機缺相保護改進(jìn)工作，初步改造后電動機缺相故障降到了全年26件，三相電機缺相故障占比降至約54%。之后，經(jīng)過了改造三相電動機的質(zhì)量有了顯著提高，效果十分明顯，試行階段統(tǒng)計，全年三相電機缺相故障共發(fā)生3件(占比約12%)，其中臨修2件，超范圍修1件(燒損1件，技術(shù)故障2件)，故障件數(shù)大幅度下降，設(shè)備改進(jìn)完畢并通過，性能鑒定后(約120臺)，正式投入使用，全年未發(fā)生一次因缺相造成的三相電機損毀，三相電機缺相故障率降至0%，總計減少開支15萬元，改造前后，各種原因下的三相電動機故障次數(shù)分布。

4 安科瑞ARD系列智能電動機保護器介紹與綜合選型

4.1產(chǎn)品簡介

ARD該系列低壓電動機保護器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護功能?？膳c接觸器、電動機起動器等電器元件構(gòu)成電動機控制保護單元，具有遠(yuǎn)程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。應(yīng)用范圍：可廣泛應(yīng)用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領(lǐng)域。

5 結(jié)語

理論與實際相結(jié)合，在分析三相電機缺相保護原理基礎(chǔ)上，采取低成本思路，在原有三相電機控制線路基礎(chǔ)上稍作調(diào)整，使其控制線路具有缺相保護作用。通過這次技術(shù)改造，該段三相電機使用情況良好，未再發(fā)生因缺相造成的故障現(xiàn)象，改造后電機運行穩(wěn)定可靠。既實現(xiàn)全電機的缺相保護，又節(jié)約經(jīng)濟成本21萬余元，故這種三相電機缺相保護電路簡便、可靠、成本低，具有市場推廣價值。

這種保護裝置接線簡樸，易于實現(xiàn)，合用于各類三相感應(yīng)式電念頭及其他需要缺相保護的場所。安裝時可直接和控制回路一起安裝，基本不占用空間，但要保證安全間隔。

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