【文章內(nèi)容簡介】 39。 0OOU ? ，這時(shí) 39。O 與 O 重合；當(dāng) 1s? 時(shí)，12ZZ? ，則..39。 2AOOO UU ? ，這時(shí)中性點(diǎn)偏移電壓的最大值為相電壓的一半?？梢姡切徒臃妱?dòng)機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組中性點(diǎn)電壓偏移，隨負(fù)荷增大（即 S增大）而增加。 也由式（ 9）可知，當(dāng) s 很小時(shí)，由于 39。2/rs很大， 1Z 呈電阻性質(zhì)，而 2Z 呈電感性質(zhì)，則 . 39。ooU 領(lǐng)先與 .AoU 。 同理，按式（ 8）關(guān)系，可知星型接法電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)缺相點(diǎn) 39。A 變化的軌跡也是圓。 我們知道，缺相運(yùn)行時(shí)的相電壓 .39。39。AoU 與三相運(yùn)行時(shí)的相電壓 .AoU 相比，旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，其值下降了，下降程度依負(fù)荷大小而變。在極端情況，即 1s? 時(shí)，電動(dòng)機(jī)的端電壓 39。39。 /2A C A B BCU U U??，則開斷點(diǎn)兩端電壓為： 39。 XUU? (11) 三相異步電動(dòng)機(jī)缺相分析及其保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 15 值得 注意的是，當(dāng)轉(zhuǎn)差率 s 較小時(shí)，電動(dòng)機(jī)各端子間電壓下降得很少，即缺相時(shí)負(fù)荷較輕的情況下，電動(dòng)機(jī)端電壓幾乎不變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明只要 ? ，則星型接法電動(dòng)機(jī)端子間感應(yīng)電壓高于額定電壓的 73％。這說明利用電壓變化實(shí)現(xiàn)斷相保護(hù)的方案，在輕負(fù)荷情況下往往是不可靠的。電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)偏移電壓的方向可能與變壓器中性點(diǎn)偏移電壓方向相反，結(jié)果電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，不是預(yù)期的偏移電壓急劇增加，而是大幅度減少，這樣保護(hù)將更不可靠。 三角形接法 電動(dòng)機(jī)的缺相分析 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后缺相，三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際上處于單相或兩相狀況下繼續(xù)運(yùn)行。只要過載轉(zhuǎn)矩倍數(shù)大于 2 的電機(jī)，甚至在滿載狀態(tài)下缺相也能繼續(xù)運(yùn)行。但由于負(fù)序轉(zhuǎn)矩的存在，合成電磁轉(zhuǎn)矩下降，因而轉(zhuǎn)差增大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩和定子電流明顯上升，各相電壓亦發(fā)生變化。下面我們分五種情況進(jìn)行討論。 因未斷開的兩相繞組接到相位差 120 的交流電源上，在空間上又不在同一位置，因此產(chǎn)生移進(jìn)磁場(chǎng)作用下，就產(chǎn)生一定的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即 0QM? ?？梢?，三角形接法電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前繞組一相斷開，有一定的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩而可能自行起動(dòng)。 此時(shí)， 3330 .5 5 73QXQ d Q Q XII I I??? ? ? (12) 由式（ 12）可見，三角形接法電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前繞組一相斷開，通過的線電流為三相運(yùn)行時(shí)起動(dòng)電流的 ％。 因定子繞組通入單相電源，故也產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)，因此，三角形接法電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前電源一線斷開，也因沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩而不能自行起動(dòng)。 此時(shí)，其中兩相繞組串聯(lián)后與第三組并聯(lián)接到單相電源上，這時(shí)線電流 3 3 33 3 3 33 0 . 8 6 62 2 2 2 2X X XQ X d Q Q X Q XUU U UI I I IZ Z Z Z ??? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? (13) 由式（ 13） 可知，三角形接法電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前電源一線斷開，通過的線電流為三相運(yùn)行時(shí)起動(dòng)電流的 ％。 三相異步電動(dòng)機(jī)缺相分析及其保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 16 其原理圖如下所示 ABCI AI BI CI ABI BCI CA 圖 3 三角形接法電動(dòng)機(jī)繞組一相斷開 缺相運(yùn)行時(shí)，線電流可用對(duì)稱分量法求得，略去繁復(fù)計(jì)算可得 CAI 、 BCI 絕對(duì)值不相等，但相差不大。 則 A B dIII???、 3CdII?? (14) 由式（ 14）可見，三角形接法電動(dòng)機(jī)與斷開繞組相聯(lián)的兩個(gè)線電流相等，都等于相電流，另一個(gè)線電流為相電流的 3 倍。 缺相運(yùn)行時(shí)的功率 60%C X N X NI I I? ? ?，若輸出保持不變，由于三相運(yùn)行時(shí)的功率 3 3 33 c osXXP U I ?? ? ，又由于一般缺相運(yùn)行時(shí)的 3cos cosd??? ，即得： 333 3 33 c o s 3 c o s 1 . 6 62 c o s 2 c o sXdXX d dUI I I IU? ? ???? ? ? (15) 同理， 333 3 6 61 63C d XA B C XI I I II I I I??? ? ? ?? ? ? (16) 由式（ 15）說明，三角形接法電動(dòng)機(jī)繞組一相斷開時(shí)，當(dāng)負(fù)載不變，通電的兩相繞組中相 電流都將達(dá)正常三相狀態(tài)時(shí)的 倍。式（ 16）說明，與斷開繞組相聯(lián)的兩個(gè)線電流小于正常三相狀態(tài)時(shí)的線電流，但另一個(gè)線電流將達(dá)正常三相狀態(tài)時(shí)的 倍。 負(fù)載率為 60％時(shí)缺相運(yùn)行，通電的兩相繞組中的相電流由式（ 15）得 6 60 %d N NI I I? ? ?? ? ? (17) 與斷開繞組不相聯(lián)的那個(gè)線電流由式（ 16）可知， 60%C X N X NI I I? ? ? (18) 三相異步電動(dòng)機(jī)缺相分析及其保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 17 綜上所述，當(dāng)三角形接法電動(dòng)機(jī)繞 組一相斷開、負(fù)載率為 60％時(shí)，僅一個(gè)線電流達(dá)正常三相狀態(tài)時(shí)的額定電流，其他兩個(gè)線電流小于正常額定電流，此時(shí)通電兩相繞組中的相電流為正常三相狀態(tài)時(shí)的額定相電流。此時(shí)，若只用一個(gè)三極結(jié)構(gòu)熱繼電器保護(hù)，通常會(huì)不動(dòng)作，所以應(yīng)該采用三個(gè)單極結(jié)構(gòu)的熱繼電器。 其原理圖如下所示 ABCI AI BI CI ABI BCI CA 圖 4三角形接法電動(dòng)機(jī)電源一線斷開 首先我們來分析線電流與相電流的變化情況。斷相運(yùn)行時(shí)線電流 ..23CA BII?，..BCII?? 。相電流可用對(duì)稱分量法求得，可得： ..13AB BII?? ， ..23BC BII? ， ..13CA BII? (19) 由（ 19） 式可見，三角形接法電動(dòng)機(jī)電源一線斷開時(shí)，受全部線電壓作用的那相（圖中是 BC 相）電流是其他兩相的 2倍，并等于線電流的 23 。 缺相運(yùn)行時(shí)由于各相電流差別較大，所以各相 繞組的發(fā)熱情況相差懸殊。對(duì)于受全部線電壓作用的那相損耗將是另外兩相的 4倍。 缺相運(yùn)行的功率為 3c o s c o s2d X X d d X B C dP U I U I??? ??。若輸出保持不變，由于三相運(yùn)行時(shí)的功率 3 3 33 cosXP U I? ?? ? ，又由于一般缺相運(yùn)行時(shí)的 3cos cosd??? ，即可得： 3 32 c o s 2 .2c o sXBCdUII????? (20) 式（ 20）說明，三角形接法電動(dòng)機(jī)電源一線斷開運(yùn)行時(shí)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載不變，線 電流和相電流將均有增加，接全部線電壓的那相繞組中相電流將達(dá)正常三相狀態(tài)時(shí)的 倍。設(shè)負(fù)載率3dNPX P???，式中： 3NP? 三相正常運(yùn)行時(shí)的額定功率。 三相異步電動(dòng)機(jī)缺相分析及其保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 18 則當(dāng) 45%X? 時(shí)缺相運(yùn)行，接全電壓的那相繞組中，相電流由式（ 20）可知 45 %B C N NI I I??? ? ? (21) 式中： 3NI?—— 三相正常運(yùn)行時(shí)的額定相電流。 當(dāng) 52%X? 時(shí)，缺相運(yùn)行時(shí)線電流由式（ 19）、（ 20）可知 3 3 33 3 3 2 . 25 2 % 2 . 2 5 2 % 5 2 %2 2 2 3X d B C N X N X NI I I I I?? ? ? ? ? ? ? ? ? (22) 式中： 3XNI —— 三相正常運(yùn)行時(shí)的額定線電流。此時(shí) 332 .2 5 2 % 1 .1 4B C N NI I I??? ? ? 由式（ 21）、（ 22）說明，三角形接法電動(dòng)機(jī)電源一線斷開運(yùn)行時(shí)，當(dāng)負(fù)載率大于45%時(shí)相電流已超過三相運(yùn)行時(shí)的額 定相電流；當(dāng)負(fù)載率小于 52％時(shí)，線電流低于三相運(yùn)行時(shí)的額定線電流。因電源供電線上裝有的熱繼電器如整定在額定電流，則可能不會(huì)動(dòng)作，而其中一相電流已為額定相電流的 倍，電動(dòng)機(jī)可能燒壞?？梢娯?fù)載率為 45％～52％的范圍是危險(xiǎn)區(qū)。考慮缺相保護(hù)時(shí)，應(yīng)予以特別注意。 公用母線一相斷開 在表 1 中，當(dāng)單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行發(fā)生缺相時(shí)，與前面兩項(xiàng)的電源一線斷開情況相同。如多臺(tái)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行時(shí)發(fā)生缺相，由于定子繞組中存在感應(yīng)電壓，使電機(jī)三根進(jìn)線中都有電流通過，其中除單獨(dú)一臺(tái)電機(jī)引起的斷相電流外還附加一電流分量，其 大小視兩臺(tái)電機(jī)感應(yīng)電壓、相位、繞組阻抗值而定。如電機(jī)容量 N1N2，附加電流分量對(duì)容量較小的電機(jī) N2 影響較大，使它在同樣負(fù)荷的情況下，較單臺(tái)運(yùn)行斷相時(shí)更易燒毀。 三相異步電動(dòng)機(jī)缺相分析及其保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 19 第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)方案 電流型和電壓型的保護(hù)方案在有著很大的差異，通過采樣電動(dòng)機(jī)缺相時(shí)的電壓信號(hào)，來設(shè)計(jì)保護(hù)方案，具有一定的局限性，因電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生單相故障，它將繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，其反電動(dòng)勢(shì)的存在使三相電壓值與缺相前的電壓值不甚明顯，因此其保護(hù)可靠性較差，但對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前的缺相保護(hù)則很可靠。相比之下，我們一般采用電流型的缺相保護(hù)方案。 電流傳感型缺相保護(hù) 通過對(duì)電流信號(hào)的采樣，這種方法一般可靠性比較高，保護(hù)范圍也比取出電壓的方法廣泛，下面分別詳細(xì)介紹 6 種關(guān)于電流傳感的保護(hù)方案。包括工作原理和電路設(shè)計(jì)兩部分。 新中興數(shù)顯智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 GDH— 30 系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器是濟(jì)南新中興電器有限公司最新研制的數(shù)顯式、智能化電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。它是為保護(hù)中、大型電動(dòng)機(jī)而設(shè)計(jì)的。它采用國際最先進(jìn)的單片計(jì)算機(jī)做中央處理器、 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器為信號(hào)采樣，因而具有顯示直觀、控制精度高、保護(hù)功能齊全、性能可靠、工作穩(wěn)定等顯著特點(diǎn)。用戶可以任 意設(shè)定各類參數(shù)，使其具有更高的靈活性。而故障預(yù)報(bào)警功能保證了用戶能及時(shí)處理故障，避免因過多停機(jī)而造成的不必要的損失。該機(jī)還具有三相電流的動(dòng)態(tài)監(jiān)視、三相電流不平衡度監(jiān)視，最大電流值、起動(dòng)時(shí)間監(jiān)視等功能。因此，在電氣系統(tǒng)中可直接替代同規(guī)格的熱繼電器，是熱繼電器理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。 表 2 保護(hù)器功能及工作范圍 保護(hù)項(xiàng)目 使用范圍 推薦設(shè)定范圍 動(dòng)作時(shí)間 推薦動(dòng)作范圍 斷 相 ≥ 1A ≤ 5s 過電流 1～ 9999A 50～ 1000A 1～ 9999s 10～ 60s 欠電流 1～ 9999A 50～ 1000A 1～ 9999s 2～ 10s 堵 轉(zhuǎn) 1～ 9999A 300～ 9999A 1～ 9999s 2～ 5s 起動(dòng)時(shí)間 1～ 9999s 10～ 60s 三相不平衡 1%～ 100% 20%～ 80% ≤ 5s 三相異步電動(dòng)機(jī)缺相分析及其保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 20 其原理圖如下： 當(dāng)不需要 3個(gè)電流表時(shí)，可以直接將 3根線短接； TA TA TA3 為電流互感器，能使其工作時(shí)只與主電路的電流有關(guān)。 MGDH30PKM控制回路KMS1 S2L1 L2 L3TA1 TA2 TA3KM工作電路新中興TATATA3電流互感器AAA3電流表GNDA1A 2A 3 圖 5 新中興智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器應(yīng)用電路 新中興 GDH— 30動(dòng)作特性： （ 1）斷相保護(hù)動(dòng)作特性。 當(dāng)任意一相電流為零 ，其他兩相電流 0 時(shí)，保護(hù)器應(yīng)在5s 以內(nèi)動(dòng)作。接好電路，將其開關(guān) S1（ S S3）斷開，接通電源，將電流設(shè)置為任意值，同時(shí)計(jì)時(shí)，應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)動(dòng)作。同時(shí)有相應(yīng)的故障提示及動(dòng)作指示。 （ 2）三相電流不平衡動(dòng)作特性。 當(dāng)三相電流不平衡度（ %） 設(shè)定值（ %）時(shí)，保護(hù)器 5S內(nèi)動(dòng)作。 不平衡度的計(jì)算按如下公式進(jìn)行： 100%??任 一 相 最 大 電 流 值 另 一 相 最 小 電 流 值三 相 不 平 衡 度 任 一 相 最 大 電 流 值 （ 3）起動(dòng)超時(shí)保護(hù)特性。 當(dāng)起動(dòng)時(shí)間大于設(shè)定時(shí)間時(shí)，保護(hù)器保護(hù)動(dòng)作。起動(dòng)時(shí)間計(jì)算方法：當(dāng)電流由零增至過電流設(shè)定值時(shí)，開始計(jì)時(shí)（由零增至過電流的時(shí)間應(yīng) 不大于 1s），由大于設(shè)定值降至設(shè)定值，停止計(jì)時(shí)。 （ 4）過電流保護(hù)器特性如下： 三相異步電動(dòng)機(jī)缺相分析及其保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 21 動(dòng)特性：當(dāng)保護(hù)器完成起動(dòng)后，若出現(xiàn)三相電流大于過電流設(shè)定電流值，應(yīng)在設(shè)定時(shí)間滿足動(dòng)作。定時(shí)限動(dòng)作特性：當(dāng)電流值大于設(shè)定值，動(dòng)作時(shí)間大于 0 時(shí)，按規(guī)定時(shí)間動(dòng)作。反時(shí)限動(dòng)作特性：當(dāng)電流值大于設(shè)定值，動(dòng)作時(shí)間設(shè)定為 0 時(shí)，按反時(shí)限特性動(dòng)作。 （ 5）欠電流保護(hù)特性。 當(dāng)保護(hù)器完成起動(dòng)后，三相電流小于欠電流設(shè)定值，保護(hù)器應(yīng)在滿足欠電流設(shè)定時(shí)間內(nèi)動(dòng)作。 （ 6）失電保護(hù)。 該項(xiàng)是為防止保護(hù)器出現(xiàn)故障，未接好電源而造成電氣回路失去保護(hù)而設(shè)置的。當(dāng)保 護(hù)器失電或出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)器觸點(diǎn)斷開，使主電路無法投入運(yùn)行。 根據(jù)熱繼電器的特有性能來保護(hù)電動(dòng)機(jī) 由于此電路構(gòu)造簡單，且容易理解，這里我們就不給出