一種應(yīng)用于380V交流電動(dòng)機(jī)的缺相相序保護(hù)器

1、一種應(yīng)用于380v交流電動(dòng)機(jī)的缺相相序保護(hù)器黃軍凱 周文俊 張海龍 （武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，武漢430072）摘要：本文介紹了一種具有自動(dòng)檢測缺相、相序和自動(dòng)換相功能的自動(dòng)保護(hù)器。該自動(dòng)保護(hù)器在合上三相電源后，利用雙d觸發(fā)器cd4013對(duì)電源進(jìn)行檢測，待輸入電源符合要求后再控制交流接觸器cj2x1801合閘，接通電動(dòng)機(jī)電源。通過對(duì)輸入電源進(jìn)行缺相相序檢測及校正，保證交流電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)和安全運(yùn)行。基于上述原理的保護(hù)器能夠準(zhǔn)確的檢測出電機(jī)電源的缺相和相序情況，并正確動(dòng)作。關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī) 保護(hù) 缺相檢測 相序檢測 自動(dòng)換相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 引言電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中會(huì)發(fā)生各種故障，如過載、短路、欠電壓等，而斷相（包括電源斷相時(shí)的起動(dòng)和運(yùn)行中的斷相）和反向轉(zhuǎn)動(dòng)也是電動(dòng)機(jī)的故障之一。一般情況下，電動(dòng)機(jī)在缺一相電源的情況

5、下仍然能夠繼續(xù)運(yùn)行，但是由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速急劇下降，繞組中的電流突增，使得繞組溫升增高，若不及時(shí)切斷電源，將使電動(dòng)機(jī)的絕緣受損，甚至燒毀，造成繞組內(nèi)部短路，釀成嚴(yán)重后果。電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，將會(huì)對(duì)與之相連接的電氣設(shè)備造成危害，造成生產(chǎn)上的損失，嚴(yán)重時(shí)危及人身安全。因此，需要對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)，在電動(dòng)機(jī)接入電源之前，對(duì)電源進(jìn)行檢測，首先進(jìn)行缺相檢測，在無缺相的情況下，再進(jìn)行相序檢測，待電源符合要求后再合上開關(guān)，保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。2 工作原理該缺相相序保護(hù)器的工作流程如圖1所示。三相交流電源輸入降壓電路正弦檢測和缺相檢測相序檢測缺相顯示正負(fù)序顯示控制繼電器合閘圖1 缺相相序保護(hù)器流程圖fig.1

6、the flow chart of the phase absence and phase sequence protector三相電源輸入時(shí)，由于電壓高，不能直接接入控制電路中，需要經(jīng)過降壓后再接入電路，為了減少成本，該缺相相序保護(hù)器的控制電路的電源由三相輸入電源通過降壓整流后提供。流程圖中的正弦檢測、缺相檢測和相序檢測部分是本換相器的核心部分，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)器的主要功能，下面將會(huì)重點(diǎn)介紹該部分的工作原理，控制繼電器合閘部分實(shí)現(xiàn)了換相器在負(fù)序情況下的換相功能。下面具體介紹保護(hù)器中的各個(gè)部分。2.1 降壓電路 利用三相變壓器對(duì)輸入的380v交流電源進(jìn)行降壓處理，這樣可以使得輸入控制電路的電壓為十幾

7、伏。為了保證電壓波形不發(fā)生畸變，我們?cè)诮祲翰糠植捎昧朔謮弘娮杈W(wǎng)絡(luò)來降低電壓。 采用電阻網(wǎng)絡(luò)降壓，雖然具有簡便而低廉，而且能保證波形不發(fā)生畸變的優(yōu)點(diǎn)，但是也呈現(xiàn)了一個(gè)嚴(yán)重的電阻發(fā)熱問題。該問題可以通過對(duì)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)選擇合適的電阻來解決。為了與后面的電阻網(wǎng)絡(luò)匹配，滿足控制電路靜態(tài)工作點(diǎn)的要求，在本文中采用62k和3k電阻對(duì)380v電源進(jìn)行分壓，因此62k電阻的發(fā)熱特別嚴(yán)重。通過實(shí)驗(yàn)，最后證明選擇62k/10w和3k/2w的電阻能夠解決發(fā)熱問題，能保證換相器長期正常工作。另一個(gè)解決辦法就是在控制電路工作一段時(shí)間后，切斷換相器的輸入電源和工作電源，由于實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能需要單獨(dú)的交流接觸器，而且電路會(huì)變得更

8、加復(fù)雜，不易保證整個(gè)電路的穩(wěn)定工作，故在本文中采用了第一種方法。2.2 缺相檢測和相序檢測電路 本部分是整個(gè)保護(hù)器的核心部分，通過該部分電路，實(shí)現(xiàn)了缺相檢測和相序檢測的功能，工作原理圖如圖2所示。圖2 相序檢測電路fig.2 the circuit of phase sequence detecting 圖2電路用于檢測輸入三相交流電源的相序是否正確，如果正確，則電路輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器吸合，接通用電設(shè)備的三相交流電源；否則，不接通電源以保護(hù)用電設(shè)備。 該電路主要由一片cd4013雙d觸發(fā)器構(gòu)成。三相交流電經(jīng)降壓、整流后變換為低壓脈沖信號(hào)輸入到本電路的a、b、c端，a、b兩端信號(hào)經(jīng)過電阻和穩(wěn)壓二

9、極管限幅、整形后，分別作為兩個(gè)d觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)，c端信號(hào)經(jīng)微分電路變?yōu)榧饷}沖作用于兩觸發(fā)器的復(fù)位端r。若相位順序正確，即以a、b、c的順序出現(xiàn)正脈沖，如圖3(a)所示，則a的上升沿首先使q1輸出高電平，然后q2在b的上升沿作用下變?yōu)楦唠娖?，最后c的上升沿在r端產(chǎn)生的尖脈沖使兩個(gè)d觸發(fā)器復(fù)位，q1、q2回到低電平，完成一次循環(huán)。三相交流電是周期信號(hào)，q2輸出脈沖的頻率與三相交流電頻率相同，其電壓的直流分量就是c2(22f)電容上的電壓。該電壓使三極管導(dǎo)通，繼電器接通用電設(shè)備的三相電源。若相序不對(duì)，則q2輸出保持低電平不變，三極管截止，保證了用電設(shè)備的三相交流電源不被接通，各點(diǎn)波形如圖3(b)所

10、示。(a) 正確相序波形(a)the waveform when the phase sequence is right(b) 錯(cuò)誤相序波形(b)the waveform when the phase sequence is wrong(c) 缺c相時(shí)波形(c)the waveform when the c phase is absent圖3 各種輸入波形情況下電路的輸出波形fig.3 the circuits output waveforms in different cases圖2電路同時(shí)也可用來檢測是否出現(xiàn)缺相。當(dāng)缺a相時(shí)，q1和q2將一直輸出為低電平；當(dāng)缺b相時(shí)，q1輸出與圖3(a)中

11、q1的波形一樣，而q2將輸出為低電平；當(dāng)缺c相時(shí)，q1和q2的波形如圖3(c)所示。根據(jù)q2在各種情況下輸出的電壓波形，我們可以利用電路元件來實(shí)現(xiàn)電源缺相顯示和相序顯示并控制繼電器，保證電源正確合閘。2.3 繼電器控制換相電路 通過前面的降壓、缺相檢測和相序檢測后，控制電路輸出了一個(gè)控制信號(hào)，利用該控制信號(hào)和繼電器，我們可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換相的功能，換相電路如圖4所示。在三相交流電源無缺相的情況下，當(dāng)輸入電源的相序正確時(shí)，繼電器控制交流接觸器1動(dòng)作，接通電源；當(dāng)輸入電源的相序錯(cuò)誤時(shí)，另一個(gè)繼電器控制交流接觸器2動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)換相。交流接觸器選擇cj2x1801,額定電流為18a，允許最大電流為32a。圖

12、4 換相原理圖fig.4 the principle chart of exchanging phase3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所采用的三相缺相相序檢測電路雖然能夠檢測正確判斷缺相和相序并且顯示，但是在檢測過程穩(wěn)定之前，如果輸入電源是正序，會(huì)在負(fù)序引腳上輸出一個(gè)高脈沖，如圖5所示，當(dāng)輸入電源為負(fù)序時(shí)也會(huì)出現(xiàn)同樣的情況。這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)交流接觸器因?yàn)橥瑫r(shí)動(dòng)作而發(fā)生短路，釀成事故。 基于上述原因，本文采用了一個(gè)rc延時(shí)電路，延時(shí)后的輸入繼電器的電壓波形如圖6所示，使得繼電器能在檢測過程達(dá)到穩(wěn)定后動(dòng)作，這樣保證了在任何時(shí)候只有一個(gè)交流接觸器動(dòng)作而不會(huì)發(fā)生短路。圖5相序檢測電路正負(fù)序腳上電壓波形

13、fig.5 the voltage waveforms on the positive and negative foots of the phase sequence detecting circuit圖6 輸入繼電器的正負(fù)序電壓波形fig.6 the positive and negative waveforms occurring on the relay4 結(jié)論 基于上面所述工作原理的缺相相序保護(hù)器，能夠準(zhǔn)確的檢測出輸入的三相交流電源的相序和是否出現(xiàn)缺相的狀態(tài)。根據(jù)檢測輸出的信號(hào)，控制繼電器動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換相的功能，在電動(dòng)機(jī)接入電源前實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。 本文介紹的缺相相序保護(hù)器主要是針對(duì)