三項異步電機的缺項保護

1、目 錄摘要I緒論1第1章 三相異步電動機的基本結構和工作原理31.1 三相異步電動機的基本結構和工作原理31.2 三相異步電動機的工作特性7第2章 三相異步電動機的保護112.1電動機的短路保護112.2電動機的相關保護11第3章 三相異步電動機缺相原因及危害143.1 缺相原因143.2 缺相的危害15第4章 各種缺相故障分析174.1 電動機起動前缺相174.2 電動機運行中缺相194.3 外部供電回路缺相214.4 電機內部繞組斷開缺相244.5 影響電動機缺相運行電流大小的其它因素26第5章 三相電機缺相保護電路285.1 單臺交流電動機線路285.2 多臺交流電動機線路285.3 采

2、用電流檢測法的三相電機缺相保護電路305.4 定子回路的缺相保護32第6章 三相異步電動機缺相保護報警電路356.1電流型三相異步電動機缺相保護器356.2 三相異步電動機電動機缺相保護報警電路376.3 幾種缺相保護報警電路的比較40第7章 三相異步電動機缺相保護功能的改進417.1 功率補償與缺相保護417.2 元件參數選擇42第8章 結論44致謝45參考文獻46緒論電機是隨著生產的發(fā)展而發(fā)展的，反過來，電機的發(fā)展又促進了社會生產力的不斷發(fā)展。從19世紀末期起，電動機就逐漸代替蒸汽機作為與拖動生產機械的原動機。一個世紀以來，雖然電機的基本結構變化不大，電視電機的類型增加額許多，在運行性能、

3、經濟指標等方面也都有了很大的改進和提高，而且隨著自動控制系統(tǒng)和計算機技術的發(fā)展，在一般旋轉電機的理論基礎上又發(fā)展出許多種類的控制電機。19世紀末期，由于研制出了經濟適用的交流電動機，致使交流電力拖動在工業(yè)中得到了廣泛的應用。但隨著生產技術的發(fā)展，特別是精密機械加工和冶金工業(yè)生產過程的進步，對電力拖動在起動、制動、調速等靜態(tài)特性和動態(tài)響應方面提出了新的、更高的要求。由于在技術上難以實現(xiàn)這些要求，所以20世紀以來，交流電力拖動系統(tǒng)主要用于恒轉速系統(tǒng)。電能在現(xiàn)代化工農業(yè)生產、交通運輸、科學技術、信息傳輸、國防建設以及日常生活等各個領域獲得了極為廣泛的應用。而電機是生產、傳輸、分配及應用電能的主要設備

4、。電力拖動系統(tǒng)則是在現(xiàn)代化生產過程中，為了實現(xiàn)各種生產工藝過程所必不可少的傳動系統(tǒng)，使生產過程電氣化、自動化的重要前提。電機是利用電磁感應遠離工作的機械，它應用廣泛，種類繁多，性能各異。電動計時將電能轉換為機械能，作為拖動各種生產機械得的動力，使國民經濟各部門應用最多的動力系統(tǒng)，也是最主要的用電設備，各種電動機所消耗的電能占全國總發(fā)電量的6070左右。電動機是一種電能到機械能的能量轉換設備，是動力設備中的主力軍。由于三相異步電動機具有結構簡單、價格低廉、機械特性較好、運行維護方便等優(yōu)點，在日常生活和工農業(yè)生產等國民經濟中獲得了非常廣泛的應用。如家電、機械加工、冶金、煤炭、石油、化工及交通運輸等

5、都離不開電機。我國的電動機總裝機容量約占全部用電設備總容量的75%以上，而耗電量約占總發(fā)電量的70%以上.然而電動機的故障率也居各種電氣設備之首。日本電氣協(xié)會四研究會對供電1000k砰以上的652個工廠中的異步電動機、特殊電動機、變壓器及其它等14種電氣設備故障率進行了調查分析，結果表明故障率最高者為電動機，高達38.1%。在電動機實際使用過程當中，惡劣的運行環(huán)境以及超技術條件運行，是導致電動機各類故障產生的主要原因。如電動機因過載會導致溫升過高而燒毀;環(huán)境濕度過高往往會使絕緣電阻降低，泄漏電流增加，甚至發(fā)生擊穿;電網電壓過低也會使電動機堵轉或過熱而燒毀.電機故障或損壞帶來的直接和間接損失是相

6、當巨大的。據不完全統(tǒng)計，截至2001年，全國使用的中型電機大約有200萬臺，每年燒毀的電機大約有16%，約320萬臺，按平均每臺的維修費用100元計算，總費用約為32億元。另外，由于電機的故障、損壞所造成的其它事故以及導致工廠停產所造成的間接損失則更為巨大。造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，除了管理措施不完善等因素外，關鍵是電動機保護技術上有不盡人意之處。由此可見，在國民經濟生產系統(tǒng)中，電動機不但是為數眾多、應用面廣的動力設備，而且又是最為薄弱的環(huán)節(jié)。做好電動機保護的研究開發(fā)與推廣工作，對國民經濟有著重要的意義。在現(xiàn)代化工農業(yè)生產過程中，為了實現(xiàn)各種生產工藝過程，需要使用各種各樣的生產機械。拖動各

7、種生產機械運轉。生產機械常采用電動機驅動，三相交流異步電動機是廣泛應用的一種驅動設備。三相交流異步電動機在正常運行過程中將吸收無功功率，容量越大，功率因數越低，吸收的無功功率就越多，對電網產生的影響也越大，既浪費了能源，又影響設備的正常運行，非常不經濟。另外，三相異步電動機在起動時，若電動機不能運轉，運行人員會立即發(fā)現(xiàn)；對于運轉中的電動機，突然斷掉一相電源后，由于機械慣性，在某種特定條件下仍能滯速旋轉，但其他兩相電路中的電流增大，若熱繼電器整定電流倍數較大，致使電動機過熱可能發(fā)生燒機事故。為避免造成不必要的損失，故需引入電動機缺相自動保護，在電源缺相時，立刻動作自動切斷電源。因此，在確保電動機

8、缺相保護的前提下，同時又能在正常運行時實現(xiàn)功率補償，從而達到一舉兩得的效果。第1章 三相異步電動機的基本結構和工作原理異步電機是一種交流旋轉電機,它的轉速除與電網頻率有關外,還隨負載的大小有關。異步電機的結構簡單,制造、使用和維護方便,運行可靠,成本低廉,效率較高,因此在工農業(yè)生產中應用廣泛。但也有其缺點,一是感性負載的異步電機在運行時從電網中吸取無功電流來建立磁場,降低了電網的功率因數,增加電路損耗;二是傳統(tǒng)啟動和調速方法導致異步電機動態(tài)性能較差。1.1 三相異步電動機的基本結構和工作原理1.1.1 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的結構主要由定子和轉子兩大部分組成。轉子裝在定子腔內，

9、定、轉子之間有一縫隙，稱為氣隙。圖1-1為籠形異步電動機的結構圖。圖1-1 籠形異步電動機的構造一、定子部分定子部分主要有定子鐵心、定子繞組和機座三部分組成。定子鐵心是電機磁路的一部分，為了減少鐵心損耗，一般由0.5mm厚的導磁性能較好的硅鋼片疊成，安放在機座內。定子鐵心疊片沖有嵌放繞組的槽，故又稱為沖片。中、小型電機的定子鐵心和轉子鐵心都采用整圓沖片，如圖1-2所示。大、重型電機常采用扇形沖片拼成一個圓。為了冷卻鐵心，在大容量電機中，定子鐵心分成很多段，每兩段之間留有徑向通風槽，作為冷卻空氣的通道。圖1-2 定子機座和定子鐵心沖片定子繞組是電機的電路部分，它嵌放在定子鐵心的內圓槽內。定子繞組

10、分單層和雙層兩種。一般小型異步電動機采用單層繞組，大、中型電動機采用雙層繞組。 機座的作用是固定和支撐定子鐵心及端蓋，因此，機座應有較好的機械強度和剛度。中小型電動機一般用鑄鐵機座，大型電動機則鋼板焊接而成。二、轉子部分轉子主要有轉子鐵心、轉子繞組和轉軸三部分組成。整個轉子靠端蓋和軸承支撐著。轉子的主要作用是產生感應電流，形成電磁轉矩，以實現(xiàn)機電能量的轉換。轉子鐵心是電機磁路的一部分，一般也用0.5mm厚的硅鋼片疊成，轉子鐵心疊片沖有嵌放繞組的槽，如圖1-3所示。轉子鐵心固定在轉軸或轉子支架上?；\形轉子：在轉子鐵心的每一個槽中，插入一根裸導條，在鐵心兩端分別用兩個短路環(huán)把導線連接成一個整體，行

11、成一個自身閉合的多相短路繞組。如去掉轉子鐵心，整個繞組猶如一個“松鼠籠子”，由此得名籠形轉子，如圖1-4所示。中、小型電動機的籠形轉子一般都采用鑄鋁的，如圖1-4（b）所示。大型電動機則采用銅導條，如圖1-4（a）所示。轉軸用于強度和剛度較高的低碳鋼制成。整個轉子靠軸承和端蓋支撐著，端蓋一般用鑄鐵或鋼板制成，它是電機外殼機座的一部分，中、小型一般采用帶軸承的端蓋。（a）（b） 圖1-3轉子鐵心沖片 圖1-4 籠形轉子 三相異步電動機的基本工作原理一、基本工作原理三相異步電動機要旋轉起來的先決條件是具有一個旋轉磁場， 三相異步電動機的定子繞組就是用來產生旋轉磁場的。我們知道，三相電源相與相之間的

12、電壓在相位上是相差120度的三相異步電動機定子中的三個繞組在空間方位上也互差120度，這樣，當在定子繞組中通三相電源時，定子繞組就會產生一個旋轉磁場。在異步電動機的定子鐵心里，嵌放著對稱的三相繞組U1-U2、V1-V2、W1-W2。轉子是一個閉合的多相繞組籠形電機。圖1-5為異步電動機的工作原理圖，圖中定、轉子上的小圓圈表示定子繞組和轉子導體。圖1-5異步電動機的工作原理圖當異步電動機定子對稱的三相繞組中通入對稱的三相電流時，就會產生一個以同步速為（）轉向與三相繞組的排列以及三相電流的相序有關，圖中U、V、W相以順時針方向排列，當定子繞組中通人U、V、W相序的三相電流時，定子旋轉磁場為順時針轉

13、向。由于轉子是靜止的，轉子與旋轉磁場之間有相對運動，轉子導體因切割定子磁場而產生感應電動勢，因繞組自身閉合，轉子繞組內便有電流流通。轉子有功電流與轉子感應電動勢同相位，其方向可有“右手發(fā)電機定責”確定。載有有功分量電流的轉子繞組在定子旋轉磁場的作用下，將產生電磁力F，其方由“左手電動機定責”確定。電磁力對轉軸形成一個電磁轉矩，其作用方向與旋轉磁場方向一致，拖著轉子順著旋轉磁場的旋轉方向旋轉，將輸入的電能變成旋轉的機械能。如果電動機軸上帶有機械負荷（如水泵、切削機床等），則機械負荷隨著電動機的旋轉而旋轉，電動機則對機械負荷做了功。綜上分析可知，三相異步電動機轉動的基本原理是：（1）三相對稱繞組中

14、通入三相對稱電流產生圓形旋轉磁場；（2）轉子導體切割旋轉磁場感應電動勢和電流；（3）轉子載流導體在磁場中受到電磁力的作用，從而形成電磁轉矩，驅使電動機轉子轉動。異步電動機的旋轉方向始終與旋轉磁場的旋轉方向一致，而旋轉磁場的方向又取決于異步電動機的三相電流相序，因此說，三相異步電動機的轉向與電流的相序一致。要改變轉向，只需改變電流的相序即可，即任意對調電動機的兩根電源線，便可使電動機反轉。異步電動機的轉速恒小于旋轉磁場轉速，因為只有這樣，轉子繞組才能產生電磁繞矩，使電動機旋轉。如果兩者相等，轉子繞組與定子磁場之間便無相對運動，則轉子繞組中無感應電動勢和感應電流產生，由于電動機轉速與旋轉磁場轉速不

15、同步，故成為異步電動機。又因為異步電動機轉子電流是通過電磁感應現(xiàn)象產生的，所以又稱為感應電動機。二、轉差率同步轉速與轉子轉速之差（-）再與同步轉速的比值成為轉差率，用字母表示，即 （）轉率差是異步電動機的一個基本物理量，它反映異步電動機的各種運動情況。對異步電動機而言，當轉子尚未轉動（如起動瞬間）時，此時轉差率；當轉子轉速接近同步轉速（空載運行）時，此時轉差率，由此可見，作為異步電動機，轉速在0范圍內變化，其轉差率在01范圍內變化。異步電動機負荷越大，轉速就越慢，其轉差率就越大；反之，負荷越小，轉速就越快，其轉差率就越小。故轉差率直接反映了轉子轉速的快慢或電動機負荷的大小。異步電動機的轉速可由

16、式（）推算（）在正常運行范圍內，轉差率的數值很小，一般在0.010.06之間。即異步電動機的轉速接近同步轉速。三、異步電動機的三種運行狀態(tài)根據轉差率的大小和正負，異步電動機有三種運行狀態(tài)：電動機運行狀態(tài)；發(fā)電機運行狀態(tài)；電磁制動運行狀態(tài)。（1）電動機運行狀態(tài)如上所述，當定子繞組接至電源，轉子就會在電磁轉矩的驅動下旋轉，電磁轉矩即為驅動轉矩，其轉向與旋轉磁場方向相同，如圖1-7（b），此時電機從電網取得電功率轉變成機械功率，由轉軸傳輸給負載。電動機的轉速范圍為,其轉差率范圍為。（2）發(fā)電機運行狀態(tài)異步電動機定子繞組仍接至電源，改電動機的轉軸不再接機械負荷，而用一臺原動機拖動異步電動機的轉子以大于

17、同部速（）并順旋轉磁場方向旋轉，如圖1-7（c）此時電磁轉矩方向與轉子轉向相反，起著制動作用，為制動轉矩。為克服電磁轉矩的制動作用而使轉子繼續(xù)旋轉，并保持，電機必須不斷從原動機輸入機械功率，因此成為發(fā)電機運行狀態(tài)。此時，則轉差率。（3）電磁制動狀態(tài)異步電機定子繞組仍接至電源，如果用外力拖著旋轉方向轉動。此時電磁轉矩與電機旋轉方向相反，起制動作用。電機定子仍從電網吸收電功率，同時轉子從外力吸收機械功率，這部分功率都在電機內部以損耗的方式轉化成熱能消耗掉。這種運行狀態(tài)稱為電磁制動運行狀態(tài)。這種情況下，為負值，即，則轉差率。由此可知，區(qū)分這三種運行狀態(tài)的依據是轉差率的大小：（1）當為電動機運行狀態(tài)；

18、（2）當為發(fā)電機運行狀態(tài)；（3）當為電磁制動運行狀態(tài)。電磁制動 電動機 發(fā)電機（a）電磁制動 （b）電動機 （c） 發(fā)電機圖1-7異步電動機的三種運行狀態(tài)綜上所述，異步電動機可以作電動機運行，也可以作發(fā)電機運行和電磁制動運行。但一般作電動機運行；異步發(fā)電機很少使用；電磁制動是異步電動機在完成某一生產過程中出現(xiàn)的短時運行狀態(tài)。例如，起重機下放重物時，為了安全、平穩(wěn)，需限制下放速度時，就是異步電動機短時處于電磁制動狀態(tài)。 1.2 三相異步電動機的工作特性異步電動機的工作特性是指在額定電壓和頻率運行時，電動機的轉速、輸出轉矩、定子電流、功率因數、效率與輸出功率之間的關系曲線。工作特性可以通過電動機直

19、接加負荷試驗得到，也可運用等效電路計算而得。圖1-8為三相異步電動機的工作特性曲線。下面分別加以說明。圖1-8 為三相異步電動機的工作特性曲線 轉速特性當電源電壓和頻率一定時，電動機轉速與輸出功率之間的關系曲線稱為轉速特性曲線。由可得 （）空載時，0，轉子電流很小，所以，。負載時，隨著的增加，轉子電流也增大，因為與的平方成正比，因此，隨著負載的增大，也增大，轉速則降低。額定運行時，轉差率很小，一般，相應的轉速，與同步轉速接近，故轉速特性是一條稍向下傾斜的曲線。 轉矩特性輸出轉矩與輸出功率之間的關系曲線稱為轉矩特性曲線。 （）空載時，,；負載時，隨著輸出功率的增加，轉速略有下降，故由式（）可知，

20、上升速度略快于的上升速度，故為一條過零點稍向上翹的曲線。由于從空載到滿載，變化很小，故可近似看成為一條直線。 定子電流特性異步電動機定子電流與輸出功率之間的關系曲線稱為定子電流特性曲線。有磁通勢平行方程式可知，當空載時，故。負載時，隨著輸出功率的增加，轉子電流增大，于是定子電流的負載分量也隨之增大，所以隨的增大而增大。 定子功率因數特性異步電動機的定子功率因數與輸出功率之間的關系曲線稱為定子功率因數特性。三相異步電動機運行時需要從電網吸取感性無功功率來建立磁場，所以異步電動機的功率因數總是滯后的?？蛰d時，定子電流主要是無功勵磁電流，因此功率因數很低，通常不超過0.2。負載運行時，隨著負載的增加

21、，功率因數逐漸上升，在額定負載附近，功率因數最高。當超過額定負載后，由于轉差率迅速增大，轉子漏抗迅速增大，則增大較快，故轉子功率因數下降，于是轉子電流無功分量增大，相應的定子無功分量電流增大，因此定子功率因數卻反而下降，如圖1-7所示。 效率特性電動機的效率與輸出功率之間的關系曲線稱為效率特性。根據公式可知，電動機空載時，,帶負載運行時，隨著輸出功率的增加，效率也在增加。在正常運行范圍內因主磁通和轉速變化很小，故鐵損耗和機械損耗可認為是不變損耗。而定、轉子銅損耗和、附加損耗隨負荷而變，稱為可變損耗，效率達最高。若負載繼續(xù)增大，則與電流成正比的定、轉子銅損耗增加很快，故效率反而下降，如圖2所示。

22、一般在（0.71.1）范圍內效率最高。異步電動機的額定效率通常在7494之間，電動機容量越大，其額定功率越高。由于額定負載附近的功率因數及效率均較高，因此電動機應運行在額定負載附近。若電動機長期欠載運行，效率及功率因數均低，很不經濟。所以在選用電動機時，注意其容量與負載相匹配。第2章 三相異步電動機的保護為了保障電動機的安全運行，一般重要電動機都設有各種保護裝置，如短路保護、失壓保護、過載保護、缺相保護等。其中防止缺相運行的保護裝置可使電動機在發(fā)生缺相故障時能及時停止運行，從而避免造成電動機燒毀的事故。電動機的保護主要包括：短路保護和電動機的相關保護。2.1電動機的短路保護短路保護：主要功能是

23、在出現(xiàn)短路時，分斷短路電流，防止故障擴大，短路電流一般在幾KA幾十KA的樣子，一般的接觸器是肯定不行的，一般需要有滅弧能力。電動機短路時，短路電流很大，熱繼電器還來不及動作，電動機可能已損壞。因此，短路保護由熔斷器來完成。熔斷器直接受熱而熔斷。在發(fā)生短路故障時，熔斷器在很短時間內就熔斷，起到短路保護作用。一般選用熔斷器保護時，其熔絲的熔斷電流按電動機額定電流的1.52.5倍選擇。系數（1.52.5）視負載性質和起動方式不同而選?。簩p載起動、起動不頻繁、起動時間短或降壓起動者，取小值。繞線型電動機也取小值。對重載主動、起動頻繁、起動時間長或直接起動者，取大值。分斷短路電流的設備一般有：保險絲（

24、短路后熔斷），空氣開關（短路后跳開），斷路器（需要保護設備觸發(fā)跳開）。保護有：短路速斷保護，扎間短路速斷保護，相間短路速斷保護，接地速斷保護。扎間短路主要靠橫差保護，相間短路主要靠縱差保護，接地速斷主要靠零序保護，短路保護靠過流速斷。但是對于幾到幾百千瓦的電動機最多給個短路保護，象扎間短路速斷保護，相間短路速斷保護，接地速斷保護一般是不設的，主要原因是保護太貴，對于這種電動機不合算。2.2電動機的相關保護電動機的相關保護主要包括過負荷保護，堵轉保護，啟動時間過長保護，缺相保護，接地保護（非短路性接地），過壓保護，欠壓保護，欠載保護等。過負荷保護：過負荷保護是電動機保護最復雜的保護，它主要包括：

25、整體過負荷，定子繞組過負荷，轉子繞組過負荷。 整體過負荷指的是電動機長時間的過負荷，這是溫升和散熱可以達到平衡，而溫度超過了電動機的絕緣等級的保護（畢竟溫度升高10度，絕緣壽命降低一倍）。定子繞組過負荷指的是短時間過負荷，也就是主體沒達到溫度平衡，這是定子繞組溫度升高，熱量沒有散發(fā)出去。轉子過負荷指的是異步電動機的轉子繞組過負荷，主要是在缺相的情況下，異步電動機在缺相的情況下，電動機的定子發(fā)熱增加為原來的1.8倍左右，而轉子增加到原來的6.6倍，而且轉子的散熱一般都比較差。 啟動時間過長保護，堵轉保護。電動機在工作狀態(tài)下堵轉，由于堵轉電流很大，短時間就會燒毀，堵轉比啟動時更為危險，因

26、為堵轉時電動機可能已經達到熱平衡了，沒有多少熱容量剩余，更容易燒毀。啟動不起來也容易燒毀電動機。啟動電流一般為工作電流的58倍，發(fā)熱則是正常工作的2564倍（因為發(fā)熱和電流的平方成比例）。電動機的過流保護中包括啟動和堵轉保護，但是其動作速度太慢，一般情況還是要專門設置啟動時間和堵轉保護。在保護上啟動可以允許的時間應該大于堵轉時間。但是二者的保護原理非常相似，所以在軟件編寫時，二者是一致的，只是軟件要判別電動機的運行狀態(tài)，啟動的情況下其時間定值為T，那么在堵轉的情況下軟件直接設置時間定值為T/2。 缺相保護：電動機缺相時導致嚴重的轉子發(fā)熱，從而燒毀電動機。也就是前面的轉子過負荷。斷相運

27、行保護（又稱缺相運行保護或兩相運行保護），缺相運行保護也是一種過載保護，而一般的熱繼電器不能可靠地保護電動機免于缺相運行（帶斷電保護裝置的熱繼電器除外）。所以在條件允許時，應單獨設置缺相運行保護裝置。電動機斷相保護的方法和裝置很多，但就執(zhí)行斷相保護的元件來分有：利用斷相信號直接推動電磁繼電器動作的電磁式斷電保護，利用熱元件動作的斷相保護。常用的保護方法有：采用帶斷相保護裝置的熱繼電器作缺相保護欠電流斷相保護；零序電壓繼電器斷相保護；斷絲電壓繼電器斷相保護；利用速飽和電流互感器保護。負序電流是反映不平衡故障的特征量，正常情況下，三相供電平衡，負序電流值為0，由于測量誤差，可能會有非常小的數字。當

28、三相供電不平衡時就會有較大的負序電流出現(xiàn)。這樣保護可以做到更為精準，適用于各種狀況。過壓保護：一般的電壓比額定電壓高一些，沒有多少問題的，但是嚴重的過電壓會導致電動機鐵芯的飽和，大大增大電動機的勵磁電流，從而燒毀電動機。過壓保護一般有兩種保護方式，一種是直接測量電壓，超過定值則動作；另外一種是測量電動機工作電流中的三次諧波或者五次諧波分量，超過定值則動作。欠壓保護：電動機欠壓時會導致電動機啟動時間過長，電動機堵轉，電流增大，而過負荷。所以如果有了電動機堵轉保護和啟動保護以及過負荷保護，一般不用設置電動機的欠壓保護。欠壓保護可以用電動機工作電源的電源判別。在電動機保護中，特別是低壓電動機保護中，

29、典型的辦法是熱繼電器接觸器空開。用接觸器是因為控制方便,空開跳閘容易合閘難。用空開是因為接觸器本身不能分斷短路電流，如果電動機短路了，用接觸器分斷，接觸器根本分不斷，只會燒死?？臻_可以分斷幾KA到幾十KA的短路電流。熱繼電器保護號稱可以保護過載和缺相，實際上一般不是燒電動機就是燒熱繼電器。因為熱繼電器的原理是用發(fā)熱原理（倒是平方率反時限）來做的。熱繼電器中的發(fā)熱元件的發(fā)熱特性與那么大的一臺電動機的發(fā)熱特性和冷卻特性根本不一樣。所以如果靈敏度調得高了，容易誤動，非常容易誤跳，因為其溫升時間遠遠小于電動機。靈敏度低了，在電動機過載時非常容易不動作，燒毀電動機。而且在缺相時，電動機額定負載下，電流增

30、大1.8倍，這時大家認為熱繼電器可以很好的保護電動機。實際上，缺相情況下，熱繼電器基本保護不了電動機。如果整定電流為額定電流，啟動或者過載下非常容易誤動，電動機偶爾過載一下沒有問題的，而頻繁停機耽誤生產誰也受不了。于是熱繼電器電流一般調得偏大，在缺相時基本沒有反映。另外電動機缺相時其發(fā)熱絕對不是正常的3倍，而是68倍，主要不是定子發(fā)熱而是轉子發(fā)熱，異步電動機的轉子散熱總是很差，轉子熱力，就會加熱軸承，使得潤滑變差，形成惡性循環(huán)。所以熱繼電器保護電動機時非常不完備的。第3章 三相異步電動機缺相原因及危害在電動機、尤其是三相異步電動機對工、農業(yè)生產所起的作用是眾所周知的，所以對于使用者來說，了解電

31、動機的性能、在運行中可能發(fā)生的故障及保護是必不可少的。三相異步電動機缺相故障是最常見的故障之一。所謂缺相指電動機的三相電源中缺少一相或電動機繞組中有一相斷開，其中以電源一線斷開最常見。主要原因是：高壓或低壓熔斷器或刀閘開關接觸不良，交流接觸器觸頭燒壞或調整得不好，熔絲材質不均勻或被過度氧化腐蝕或受起動電流沖擊而燒斷，繞組接線螺絲松脫或引線焊接不良等。三相異步電動機斷相時不能起動，轉子左右擺動，有強烈的“嗡嗡”聲。如果運行中缺一相，只要負載轉矩允許，電動機仍能轉動，但轉矩大大降低。電動機二相運行的電流，等于額定電流1.52倍，能引起線圈和接頭過熱燃燒。兩相運行時，未斷路的兩相定子繞組串連，由于大

32、電流長時間在定子繞組中流動，會使定子繞組過熱，以致燒毀。據統(tǒng)計，在燒壞的電動機當中，因斷相而燒毀的電動機占絕大多數。為此，國際電工委員會（IEC）規(guī)定，凡是用熔斷器保護的地方應設有防止缺相的保護裝置，因此，對電動機的保護，除必要的過負荷保護外，對斷相運行保護也是十分重要的。3.1 缺相原因引起三相異步電動機缺相運行的原因很多，常見的三相異步電動機缺相原因大致可分為以下三種情況；3.1.1 造成電源缺相的原因（1）電源線某相斷電。（2）閘刀開關或起動設備（接觸器）的某相觸頭燒傷、松動或接觸不良。（3）閘刀開關、起動設備或電動機接線盒內的某相接線螺絲松動，造成接觸不良。（4）一相熔絲斷路而造成斷相

33、，主要是由于熔斷器的熔絲長期使用后老化，經不起電動機的反復起動而造成的。3.1.2 定子繞組斷線的原因（1）接線頭焊接不良，運行中產生局部過熱，最終熔斷或松脫。對于鋁線電動機更容易發(fā)生這種現(xiàn)象。（2）電動機存在匝間短路或“半”對地短路，保護電器難以及時保護，運行時間一長，故障點局部過熱而熔斷導線。（3）儲存、保管不善，對防護式電動機碰傷繞組，甚至被小動物啃壞。（4）并繞導線中有幾根或一根導線斷線，運行中其余導線過熱而燒斷。3.1.3 轉子繞組斷線的原因（1）轉子銅導條在槽內松動，運行中受電動力和離心力的作用，造成疲勞斷裂。（2）繞線轉子并頭焊接不良，電刷損壞或短路裝置接觸不良等。（3）籠形轉子

34、鑄鋁質量差，產生斷條，或端環(huán)與鋁條焊接質量不好，運動中受電動力、熱應力和機械應力的作用而脫開。3.2 缺相的危害電壓相等電動機缺相運行是不允許的。首先，如果缺相是發(fā)生在電動機起動之前，則接通電源后，由于定子無法形成旋轉磁場也就無法起動，時間長了會造成電動機過熱而損害。其次，如果缺相發(fā)生在三相電動機正常運行過程中，這時電動機實際上是處于單相運行狀態(tài)，由于這時的三相電動機已經有了一定的轉速和轉向，只要負載阻力矩不是太大，電動機仍能夠照常運行，但無論定子繞組的接法如何，除非電動機的負載是其額定值的一半以下，否則，電動機的繞組一般都會發(fā)生過載，而且，負載越大，過載就越嚴重，這樣，很容易使三相電動機因過

35、載嚴重而燒毀。當電源一相斷開后，電動機變?yōu)閱蜗噙\行。由于作用在正序和負序電路上的正負序旋轉磁場幅值相等，電動機的起動轉矩為零，因此缺相后電動機不能重新起動，電機被堵轉，其線電流約為額定電流的46倍。如果電動機在帶負載運行時發(fā)生斷相，轉速會突然下降，但電動機并不停轉，這時噪聲增大，線電流增大。對于工、農業(yè)生產中常用的三相異步電動機，正常運行的電流一般為額定電流的80左右，缺相后的線電流增大至額定電流的1.4倍，如果不進行保護，缺相后的電動機會因繞組過熱被燒毀。對于星形接法的電動機，無論是電源一線斷開或繞組一相斷開，都將形成兩相繞組串接在單相交流電源上的單相運行方式。對三角形接法的電動機，當電源一

36、線斷開時，三個繞組通人單相交流電，成為單相運行，當繞組一相斷開時，另兩組成V形接在兩相電源上，由兩相交流供電，成為兩相運行。第4章 各種缺相故障分析4.1 電動機起動前缺相4.1.1 三角形接法電動機電源一線或繞組一線斷開三角形接法電動機電源一線斷開示意圖如圖4-1所示圖4-1三角形接法電動機電源一線斷開此時定子繞組通入單相電流，產生脈動磁場，與星形接法一樣，沒有起動轉矩而不能起動。起動電流為（4.1.1）此時起動電流為三相起動電流的86.6 。三角形接法電動機繞組一相斷開示意圖如圖4-2所示圖4-2三角形接法電動機繞組一相斷開這時未斷開的兩相繞組跨接在相位差的交流電源上，兩繞組在空間相差12

37、0度電角度，成兩相運行，因此形成移進磁場（不是旋轉磁場），在移進磁場的作用下，可產生一定的起動轉矩，0。若大于負載轉矩,則電動機可以起動，其起動電流（4.1.2）三角形接法電動機繞組一相斷開時的起動電流為三相起動電流的57.7 。星形接法電動機電源一線或繞組一相斷開星形接法電動機電源一線斷開示意圖如圖4-3所示圖4-3星形接法電動機電源一線斷開1. 轉矩定子繞組通入單相電流，產生脈動磁場，將它分解為正序和負序兩個大小相等、方向相反的等效旋轉磁場，根據對稱分量法，可得出兩個方向相反的電磁轉矩。，（4.1.3）式中、分別為正序轉矩、負序轉矩；S為轉差率；為臨界轉差率；、分別為正序最大轉矩、負序最大

38、轉矩，其絕對值相等。合成轉矩M=-起動時，轉差率S=1，=，=0，表明沒有起動轉矩，所以不能自行起動。但是,如果用外力使轉子向某一方向（如正序方向）旋轉，于是轉差率S<1，>，M>0，只要M 大于負載轉矩,電動機就會旋轉起來，并且隨著轉速的提高，增大， 減小，最后達到平衡狀態(tài)而穩(wěn)定運行。2. 起動電流（4.1.4）正常時的起動電流為式中U、U分別為線電壓、相電壓；Z為繞組相阻抗。斷相時，兩相繞組串接在線電壓U上，起動電流即星形接法電動機的斷相起動電流為三相起動電流的86.6 。（4.1.5）通常三相起動電流為額定電流的57倍，故斷相后的起動電流仍然達4.336.07倍，而且因

39、為電動機沒有起動轉矩不能起動，發(fā)出嗡嗡聲，所以持續(xù)的起動電流極易把通電的兩相繞組燒壞，這時應立即停止起動，進行檢修。4.2 電動機運行中缺相電動機靜止狀態(tài)缺相時，由于電流很大，一般保護裝置能實現(xiàn)保護功能，但是當電動機在運行中，缺相問題就復雜了。在運行中電源缺相，電源由三相變成了單相，定子磁場由三相旋轉磁場變成了單位相脈動磁場，但這一單相脈動磁場可分成兩個互為反向的旋轉磁場。其中正向旋轉磁場產生一個正向轉矩使電動機轉子繼續(xù)旋轉，但這一轉矩比原來的電磁矩降低了許多，反向旋轉磁場產生了反向制動轉矩，它抵消了一部分正向轉矩，使本來就降低的電磁轉矩又降低了許多，故使電動機的出力大為降低，如果負載不降低，

40、電動機的定子電流勢必增加，引起過熱，所以必須停止運行，否則，可能燒毀電動機。電動機在運行中斷相后，實際上處于單相或兩相狀態(tài)。只要電動機的最大轉矩大于機軸上的負載轉矩，電動機將繼續(xù)運行。下面進行具體分析。4.2.1 三角形接法電源一線斷開或繞組一相斷開（1）三角形聯(lián)接電動機電源一線斷開這時互相串聯(lián)的兩相繞組中的電流是第三相電流的0.5。而線電流是相電流的1.5倍。斷相運行時的輸出功率為：（4.2.1）設負荷滿載并保持不變，取，則有（4.2.2）斷相時，直接接在線電壓上的繞組流過的電流最大，這個電流為：（4.2.3）其它兩相繞組中電流為（2）三角形聯(lián)接電動機一相繞組內部斷開三角形聯(lián)接繞組內部斷開（

41、如圖4-4所示）。定子繞成為開口三角形，其輸出功率為： 圖4-4 三角形聯(lián)接電動機一相繞組內部斷開（4.2.4）如斷相時保持100 負荷不變，則可求得：（4.2.6）取，則有：（4.2.7）上述情況表明電動機缺相運行時，其中一相線電流為三相運行時線電流的1.9倍，而其余兩相線電流僅是三相運行時線電流的1.09倍。4.2.2 星形接法電動機電源一線或繞組一相斷開示意圖如圖4-5所示。1. 線電流斷相運行時的功率為三相運行時的功率，當輸出保持不變時，可以認為且一般，則由上兩式可得 ： （4.2.8）即星形接法電動機在原負載下運行斷相時，流過兩相繞組的電流為三相運行時的1.9倍。如斷相后負載減小50

42、左右，則可保持定子電流不超過額定值。圖4-5 星型接法一相斷開圖4-6三角形接法一相斷開2 .中性點電壓當一相斷開后，在不對稱電壓作用下，中性點產生偏移電壓,斷相后中性點O的變化軌跡為圓，其直徑可由S=0與S=1兩點聯(lián)線OM 所決定（如圖4-6）。當S=0時，=0即O與O重合，此時偏移電壓最??；當S=1時，=/2即O移到M點，這時偏移電壓最大，其值為相電壓的一半。由此可知，斷相后電動機中性點的偏移電壓隨負載增加（S增大）而增大。4.3 外部供電回路缺相4.3.1 定子缺相運行燒毀電機的主要原因是定子電流過大，其原因很多，在此對其主要現(xiàn)象即斷相運行做以下分析。異步電動機定子繞組有兩種連接方式，即

43、Y接法（星形接法）和接法（三角形接法），不論那種接法，三相定子繞組都對稱，正常情況下，通入三相對稱電源時均能產生旋轉磁場，使電機運轉。Y接法的電機起動時，若斷開一相電源，接至兩相電源上，就不能產生旋轉磁場，只有脈動磁場，旋轉力矩為零，電動機只能振動而不轉動，操作員會立即發(fā)現(xiàn)。運行中的電動機突然斷開一相電源后，在機械慣性作用下，電動機仍能低速運行，此時兩相繞組是串聯(lián)起來接在380 V電源上，相當于單相電機，這時電動機的電磁轉矩顯著下降，如果負載仍是原來的數值，則由于負載的反抗轉矩大于電磁轉矩，電機的轉速下降，轉差率增大，轉子電流隨即增大，引起定子電流也隨之增大，串聯(lián)兩相繞組將因電流過大而被燒毀。

44、三角形接法的電機，斷開一相電源起動的現(xiàn)象與星形接法的現(xiàn)象基本類似，不同之處是其兩相繞組串聯(lián)后再與另一繞組相并聯(lián)，接于電源的線電壓上，因此并聯(lián)一相繞組上的電流大于串聯(lián)兩繞組上通過的電流，所以先燒毀并聯(lián)的一相繞組，再燒毀串聯(lián)的兩相繞組。若一相定子繞組斷開，三相電源正常，起動時也能產生旋轉磁場，電動機空載和輕載時也能起動，但電磁轉矩減少。運行中的電動機，突然斷一相繞組時，也能繼續(xù)運轉，異?，F(xiàn)象不易發(fā)現(xiàn)，此時的旋轉磁場不均勻，電磁轉矩顯著減小，轉速降低，轉差率增大，轉子電流增大，定子電流也隨之增大，各線電流值不相等，某一線電流值大于其他各線電流的倍，時間一長兩定子繞組就會燒毀。運行中的電動機，突然斷開

45、兩相電源，不論星形連接還是三角形連接，控制電路無回路，交流接觸器失電，主觸點打開，電動機停轉。Y形連接的三相異步電動機電源正常，兩相繞組斷開，或用閘刀開關控制電動機的電源，如兩相電源斷開時，這時只有一相繞組上有電，但無回路，也無旋轉磁場，電動機停轉。對電機無任何影響，但要注意有一相繞組帶電，要及時切斷電源。形連接的三相異步電動機電源正常，兩相繞組斷開時，一相繞組有回路，只能產生脈動磁場，這時電機氣隙中合成磁通減小，電流升高，這一相繞組很快就會燒毀。（1）定子Y接法缺相運行如圖4-7a示，正常Y接法運行的定子，無論是一相電源線斷線，還是一相繞組斷線，都形成另兩相繞組反串聯(lián)接在電源單相線電壓下，如

46、圖4-7a每相繞組承擔的電壓為三相正常運行輸入功率為：（4.3.1）式中:為電機的額定電流。設為常數，缺相運行電機允許輸入功率為： （4.3.2）從（4.3.2）式可看出，在保證電流不超過額定值的條件下，正常Y接法缺相運行時電機的功率只能達到三相運行時的57.7。帶有某一負載的電機運行中突然缺相運行時，轉速會稍微下降，軸負載功率由兩相繞組承擔，缺相運行電流增大到三相正常運行電流的倍（注意不是約大倍），此時，電機往往在過負載狀態(tài)下工作。圖4-7 異步電動機缺相運行的情況缺相運行時的電動機空載或負載電流，一般都要比正常運行時約大 倍。準確地說，三相異步電動機正常Y接法的定子缺相運行時空載或負載電流

47、，約是正常運行時的倍。事實上，在低壓小型電動機中，僅4 kW以下電動機定子采用Y接法，而大量小型電動機采用的是接法。（2）定子接法缺相運行如圖4-7b示，正常接法運行的定子，當相電源線斷線時，電機定子形成兩相相繞組順串聯(lián) （簡稱支路1）和第三相相繞組（簡稱支路2）并聯(lián)接在電源單相線電壓下，如4-7b所示。由于支路2（第三相相繞組）允許流過的電流僅為額定電流的，根據并聯(lián)電路工作原理，支路1允許流過的電流與其阻抗成反比，只有額定電流的，則此時電機允許輸入電流為：（4.3.3）三相正常運行輸入功率為：（4.3.4）設為常數，缺相運行電機允許輸入功率為：（4.3.5）從（4.3.5）式可看出，在保證電

48、流不超過額定值的條件下，正常接法運行的定予，當一相電源線斷線時，電機缺相運行時的功率只能達到三相運行時的一半。帶有某一負載的電機運行中突然缺相運行時，轉速會稍微下降，電流表顯示定子運行電流為三相正常運行顯示電流（線電流）的倍（注意不是約大倍），此時，電機往往工作在過負載狀態(tài)。由于兩個并聯(lián)支路的阻抗不相等，造成兩個支路電流不同相，這兩個單相脈振磁勢合成一個的橢圓磁勢，其效果也接近單相脈振磁勢。4.3.2轉子缺相運行當繞線型異步電動機轉子外部供電回路一相斷線后，正常Y接法的轉子電路就變成了單相電路。轉子磁勢此時為單相脈振磁勢。根據雙磁場旋轉理論，單相脈振磁勢可以分解為幅值相等、轉向相反的兩個旋轉磁

49、勢，轉上面就出現(xiàn)兩個大小相等、轉向相反的旋轉磁勢。由于反轉磁勢切割定子導體，在定子上產生了附加電勢，形成定子附加電流，其附加電流頻率為：（4.3.6）式中： P 電機的極對數；電機的同步轉速；電機的額定轉差率，一般為0.03左右；電機定子電流頻率。取=0.03，則=（12 ×0.03）=0.94從上式可以看出，附加電流頻率 與定子電流頻驀 極為接近，這兩部分電流復合成一個低頻“浪涌”電流，使定子側電流表指針擺動，電機出現(xiàn)低頻噪聲。需要指出的是，我們所說的三相異步電動機缺相運行，如果不特別說明，一般是指定子外部供電回路缺相運行。4.4 電機內部繞組斷開缺相4.4.1 電機定子內部繞組斷

50、開缺相（1） 定子Y接法一相相繞組斷線與4.3.1定子Y接法外部供電回路缺相分析相同。（2） 定子接法一相相繞組斷線如圖4-7所示，正常接法運行的定子，當一相相繞組斷線時，電機定子形成一相相電流為0，另兩相相繞組有互差120電角度的兩相電流存在，如圖4-7c所示。三相正常運行輸入功率為：（4.4.1）設為常數，每相繞組允許流過的電流仍為額定電流的，則缺相運行電機允許輸入功率為：（4.4.2）從（4.4.2）式可看出，在保證電流不超過額定值的條件下，正常接法定子缺相運行時電機的功率只能達到三相運行時的66.7。帶有某一負載的電機運行中突然缺相運行時，轉速會稍微下降，軸負載功率由兩相繞組承擔，缺相

51、運行電流增大到三相正常運行電流 的1.5倍（注意不是約大倍），如圖4-7c示，（4.4.3）（3） 定子接法兩相相繞組斷線至于接法定子兩相相繞組斷線（這種現(xiàn)象較少見），則只出現(xiàn)一個相繞組單獨工作。每相繞組允許流過的電流仍為額定電流的，則缺相運行電機允許輸入功率 為：（4.4.4）從（4.4.4）式可看出，在保證電流不超過額定值的條件下，正常接法定子缺兩相運行時電機的功率只能達到三相運行時的33.3。帶有某一負載的電機運行中突然缺相運行時，軸負載功率由一相繞組承擔，缺兩相運行，一相繞組電流增大到三相正常運行相電流的3倍（注意不是約大倍），電流表顯示定子運行電流為三相正常運行顯示電流（線電流）的倍

52、，此時，電機工作于過負載狀態(tài)。4.4.2 電機轉子內部繞組斷開缺相在實際工作中轉子缺相運行也較常見。繞線型異步電動機轉子是一個三相電路，三相鼠籠型異步電動機轉子是一個多相電路，每一根導體為一相。無論哪一種轉子，正常運行時，三相或多相的轉子繞組，都將產生一個旋轉磁勢。當繞線型異步電動機轉子內部繞組斷開缺相的情況，與4.3繞線型異步電動機轉子外部供電回路一相斷線分析相同。鼠籠型異步電動機轉了缺相，即發(fā)生鼠籠轉了導條斷裂或開焊故障時，電動機定子電流的電流表指針將作周期性擺動，同時電動機轉速下降，低于額定值，電機振動增大。4.5 影響電動機缺相運行電流大小的其它因素4.5.1 負載的機械特性前面的分析

53、假定電機所帶負載為恒功率負載，即缺相前后，電機輸出功率保持不變。而事實上，電機缺相后，電動機的轉速會稍微下降。對于恒轉矩負載，隨著電動機的轉速稍微下降，電動機的輸出功率也稍微下降，電動機的轉速下降對電動機的電流增大倍數的影響很小，可忽略。但對于離心風機類平方轉矩負載，由于功率與轉速的立力成正比，隨著電動機的轉速稍微下降電動機的輸出功率將明顯下降，如當電動機的轉速下降5，電動機的輸出功率將下降14.4，甲方轉矩類負載電動機的轉速下降對電動機的電流增火倍數的影響不能忽略。此時，電動機的電流增大倍數將低丁前面敘述的計算值，特別是在電動機分析定子接法一相相繞組斷線故障要引起注意?？梢?，電動機的電流增大

54、倍數與負載的機械特性有關。4.5.2電網電壓與負載率在實際工作中，與電網電壓高低有很大關系。因為電動機定子允許在其額定電壓的-5+l0范圍內長期運行，而測試數據表明，當電動機輸出功率為額定功率，電動機定子電壓超過其額定電壓的7時，Y系列電動機定子電流下降4.8；當電動機輸出功率社為額定功率的70，電動機定子電壓超過其額定電 的7時，Y系列電動機定子電流下降26.4。一般情況下，工業(yè)用電動機通常在5060額定功率下工作。此時，電動機定子電壓高低對電動機的缺相運行電流大小有很大影響。而電網電壓高低往往決定著電動機定子電壓的高低。正常接法運行的定子，電動機輸出功率為額定功率的70，三相正常運行電流，

55、為額定電流的75左右，當電動機定子電壓超過其額定電壓的7，一相相繞組斷線時。（4.5.1）由于工業(yè)用電動機通常在5060額定功率下工作，電動機定子電壓超過其額定電壓的7時，正常接法運行的定子，當一相相繞組斷線時，電流表顯示的電動機定子運行電流將不會超過電動機定子的額定電流。正因為如此，電動機的熱繼電器過載保護對正常接法運行的定子缺相運行保護往往失效。這一點要引起特別注意。需要指出的是，正常接法運行的定子缺相運行，盡管電流表顯示的電動機定子運行電流不超過電動機定子的額定電流，但只要其中一相繞組流過的電流超過其允許流過的電流（額定電流 的該電動機即為T作于過載狀態(tài)。如，l臺交流380 V、75KW三相鼠籠式異步電動機，額定電流為150 A。采用Y啟動，電動機啟動正常，運轉10 min左右，電動機明顯發(fā)熱，且運轉聲沉悶。此時測得電動機三相電流分別為，=112.8 A、=64.5 A、=65.2 A，從測量結果可以看出，B、C相電流偏小，且基本相等，而A相電流是B、C相電流的倍。我們知道，對接法運行的三相電動機，正常時各相的線電流為各繞組相電流的 倍。由此推定為，為線電流,、為相電流，故障原因為電動機缺相運行所致。后經杏實，故障為主接觸器一相觸點接觸不良。從表面上看三相電流均不超過電動機的額定電流150 A，但事實上，