【導(dǎo)讀】我們知道,三相異步電動(dòng)機(jī)三相繞組通入三相交流電時(shí)產(chǎn)生均衡的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。所謂缺相,即三相供電電源中缺少一相(如三根相線(xiàn)中的任。何一根斷開(kāi))或三相繞組中有任何一相斷開(kāi)。發(fā)生上敘任何一種情況,都不具備三相異步。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的基本條件,統(tǒng)稱(chēng)為缺相運(yùn)行。而燒毀的數(shù)量驚人。行,并分電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前就缺相和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后發(fā)生缺相兩種情況進(jìn)行分析。動(dòng)機(jī)的主要控制電路,斷相故障信號(hào)提取電路等等都加以分析,選擇。力求做到最經(jīng)濟(jì)實(shí)。用,安全有效，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)出適合實(shí)際生產(chǎn)的保護(hù)電路。

　　

【正文】 20 17 10 9 20 31 38 22 8 20 29 39 40 7 21 33 40 45 22 34 42 從表中數(shù)值可見(jiàn)，電動(dòng)機(jī)三相正 常運(yùn)行時(shí)，中型點(diǎn)電壓 00U 一般小于 10伏。電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行中缺相時(shí)，中性點(diǎn)電壓 00U 的大小與負(fù)載有關(guān)，變化范圍為 10— 50伏；負(fù)載越大，電壓越高；但與電動(dòng)機(jī)的容量關(guān)系不大。 表 4 三角形接法電動(dòng)機(jī)人為中性點(diǎn)電壓與負(fù)載的關(guān)系 動(dòng)機(jī)容量 三相正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 缺相運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)中 （千瓦） 中性點(diǎn)電壓（伏） 性點(diǎn)電壓（伏） 空載 輕載 滿(mǎn)載 空載 輕載 滿(mǎn)載 17 15 24 37 22 16 26 38 40 16 27 40 55 18 28 43 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) 31 DJQCA B C OQCQATAQCDJ 圖 17三阻抗中點(diǎn)電壓保護(hù)電路 如選用 DJ131/60 型電壓繼電器（其動(dòng)作電壓整定范圍為 15— 60 伏，線(xiàn)圈串聯(lián)，長(zhǎng)期允許電壓 220 伏），調(diào)整電壓可整定在 20— 25 伏；如電動(dòng)機(jī)負(fù)載低于 50— 60%時(shí)，整定電壓取 15— 20 伏。如為三角形接法，其人為 Y 形的阻抗元件可選用 — 微法、400 伏的電容。以上適用于 — 55 千瓦范圍內(nèi)的電動(dòng)機(jī)。該線(xiàn)路既可保證電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)后出現(xiàn)缺相時(shí)電壓繼電器既動(dòng)作，又不影響電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。 下面我們來(lái)看用電子繼電器的缺相保護(hù)電路。其控制原理圖如下圖 11。 當(dāng) 電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，三相 Y 形接法平衡電路中，中性點(diǎn) E 電壓值不高，故 D1不導(dǎo)通，復(fù)合管截止，繼電器 J 釋放；當(dāng)缺相故障發(fā)生之后， E 點(diǎn)對(duì)零線(xiàn)電壓升高。經(jīng)D1 整流，使復(fù)合管發(fā)射極正向偏置導(dǎo)通， J 吸合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使接觸器 JC 失電，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 J1273456R1R2R3D1R4 C1R5 BG1BG2D2C2D3 D4D5D6380VJ 圖 18 電子繼電器缺相保護(hù)電路 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) 32 這種用中性點(diǎn)電壓控制的線(xiàn)路僅能保護(hù)一相熔絲缺相或電源缺相故障。同時(shí)，由于地區(qū)電源變壓器輸出電壓中性點(diǎn)均有偏移，從表三、表四又可見(jiàn)，偏移值和負(fù)載的大小有關(guān)，且缺相時(shí)中性點(diǎn)電壓偏移 方向如同電源原來(lái)偏移方向相反則繼電器 XJ 會(huì)不動(dòng)作。故這種保護(hù)方案有時(shí)并不太可靠。 可控硅的開(kāi)關(guān)特性缺相保護(hù)法 工作原理：電機(jī)投入運(yùn)行后，如 C 相斷電后，電機(jī)仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，因出線(xiàn)端存在反電勢(shì)，其數(shù)值一般低于額定電壓 85%（視負(fù)載大小而定），則變壓器 B 的初級(jí)端電壓約 323伏（如選擇穩(wěn)壓管 2CW21，穩(wěn)壓范圍為 伏，穩(wěn)壓電流為 30 毫安）而此時(shí) 2CW21上端點(diǎn)電壓調(diào)整為 伏， 2CW21 不能導(dǎo)通，可控硅 KG 無(wú)控制電壓而截止， JC 釋放，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。因 KG 取正序?qū)?，控制極電壓為 伏，故只有三相 正常情況，電機(jī)才能保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這種方式保護(hù)的運(yùn)行可靠性取決于穩(wěn)壓管、可控硅性能和線(xiàn)路元件的選配。 接線(xiàn)圖如下所示： A B CMRDJC380V380VB ~8VD5D6~8VJCJCQATAKGD3D2D4 D1R2R3R4R1 圖 19 可控硅缺相保護(hù)電路 負(fù)序電壓過(guò)濾器的缺相保護(hù)法 接線(xiàn)圖如下所示： 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) 33 MCDJYJA B CCRJYJTAQAC DJRJm n 圖 20 負(fù)序電壓過(guò)濾器保護(hù)電路 原理：當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生缺相時(shí)，三相不平衡將使 m、 n 兩點(diǎn)之間產(chǎn)生的負(fù)序電壓，過(guò)濾器中的 YJ 和 DJ 將工作，來(lái)使控制電路斷電，達(dá)到缺相保護(hù)的作用，或稱(chēng)阻容缺相保護(hù)。 這種方 法適用于功率 ～ 130 千瓦、極對(duì)數(shù) 2～ 8 極、星形或三角形接法的電動(dòng)機(jī)，阻容缺相保護(hù)都能可靠動(dòng)作。 熔斷電壓控制的缺相保護(hù)電路 利用熔斷電壓控制的缺相保護(hù)電路基本控制原理圖如下圖 21 所示： MJ1 J2 J3FURJRJJ1 J2 J3TAQAA B CKMKMKM 圖 21 熔斷電壓保護(hù)電路 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) 34 工作原理：在 3 個(gè)熔絲兩側(cè)都裝上信號(hào)繼電器 J，其繼電器常閉觸點(diǎn)都串聯(lián)在控制回路中，如圖 21 所示。當(dāng)任一相熔絲熔斷時(shí)，熔絲兩端電壓升高，作為故障信號(hào)（電源為380 伏時(shí)，兩熔斷點(diǎn)間的電壓約為 30— 120 伏）。則 J 兩側(cè)電壓升高而動(dòng)作， 切斷起動(dòng)器KM 控制回路，該三個(gè)信號(hào)繼電器也可做成三線(xiàn)圈信號(hào)繼電器（也可用自制帶彈簧式輔助熔絲的熔斷器）。這種方法的缺點(diǎn)是不能保護(hù)電動(dòng)機(jī) 內(nèi)部定子繞組缺相的 問(wèn)題，僅對(duì)外部電源線(xiàn)缺相起保護(hù)作用。 補(bǔ)充說(shuō)明幾種常用的缺相保護(hù)電路 在了解了上敘的各種缺相保護(hù)方案之后，我們?cè)賮?lái)看看幾種工礦企業(yè)的缺相保護(hù)電路。 邏輯控制電路的缺相保護(hù)法 根據(jù)生產(chǎn)工業(yè)的要求，我們可以利用邏輯代數(shù)分析、化簡(jiǎn)、設(shè)計(jì)線(xiàn)路，達(dá)到對(duì)電網(wǎng)和相序的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和判斷執(zhí)行功能。 整體設(shè)計(jì)思路如下： 圖 22邏輯控制電路動(dòng)作流程圖 先利用電磁感應(yīng)原理從相線(xiàn)上獲得三相交變電壓 U U U3，讓交變電壓通過(guò)二極管整流，送非門(mén)電路整形。 U1U2U3ABC 圖 23 矩形脈沖發(fā)生電路 如圖 23，分別獲得三組矩形脈沖信號(hào) A、 B、 C，依次送到圖 24 所示缺相檢測(cè)和相序檢測(cè)電路。采用 COMS 門(mén)電路邏輯和雙 D 邊沿觸發(fā)器構(gòu)成的鑒相電路，對(duì)輸入 A、 B、 C 信號(hào)逐一判斷和檢測(cè)，把結(jié)果進(jìn)行邏輯關(guān)系運(yùn)算，送出控制信號(hào) Z。在正常情況下， D 觸發(fā)指示器 交變電壓 整形 邏輯控制模塊 光耦器件 控制繼電器 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) 35 器 F2的 D2端信號(hào)上升沿同步， 利用這一對(duì)應(yīng)關(guān)系，由 B 相充當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)送 CP2（上升沿有效）， D 觸發(fā)器 F2獲得控制信號(hào) Q2=1，同時(shí)為防止 D 觸發(fā)器保持功能，把 A 相反相后當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)送 D 觸發(fā)器 F1的 CP1，由 B 端送 D1信號(hào)輸入，獲得控制信號(hào) Q1=1，兩信號(hào) Q Q2共同決定控制輸出 Z端為高電平。 amp。DDCPCP延遲電路SRABCamp。amp。D2 F2ZK 圖 24 缺相判斷和相序檢測(cè)電路 當(dāng)電路條件不正常的時(shí)候，則無(wú)法獲得 B 相的同步脈沖， D2 保持低電平 ，則 Z 端必為低電平。若 A 缺相，則 A、 C 與非邏輯可知！ S=1，！ R=0，則 K=0， D2=0，由 B 相的 CP2時(shí)鐘可知 Q2=0， Z=0；若 B 缺相，必定使得 Q1=0， Z=0；若 C 端缺相，！ S=1，當(dāng) A=1時(shí)， K=1，因?yàn)?B 相為 0，使得 D2=0，下一個(gè) D2的同步正脈沖不可能到來(lái)（最不利情況延遲不大于 1/2T，約 10ms，控制繼電器完全不影響）， Q2=0，則 Z=0。因?yàn)?A、 C 端的邏輯關(guān)系先經(jīng)過(guò)四重邏輯門(mén)延遲才送到 D2端，若為獲得更精確效果，調(diào)節(jié)使得 B 端上升沿剛好與 D2 上升沿同步，可加上延遲校正電路如圖 28。調(diào)整 R、 C 值 ，使得充電 VC 電壓達(dá)到非門(mén)的閥值電壓時(shí)，剛好相當(dāng) 2— 4 重復(fù)本門(mén)的延遲時(shí)間即可。其中 RS 觸發(fā)器由圖 29 與非門(mén)交叉耦合構(gòu)成，均可用 COMS 四 2 輸入與非門(mén) CC4011 實(shí)現(xiàn)。 圖 25 延遲校正電路 圖 26 RS 觸發(fā)器 本控制邏輯電路利用 COMS 集成數(shù)字電路構(gòu)成，體積小，成本低。具有低功耗、抗干擾能力強(qiáng)、工作速度高、輸入阻抗高等特點(diǎn)。采用與非門(mén)邏輯關(guān)系避免電路產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)。該電路結(jié)合電動(dòng)機(jī)的其他輔助控制單元，三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)更加安全可靠 。 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) 36 在實(shí)際生活中有廣泛的應(yīng)用性，另外 Z端輸出可利用發(fā)光二極管和光耦合器件 驅(qū)動(dòng)繼電器，配以指示信號(hào)以便維修，排除故障。 農(nóng)用電機(jī)的缺相保護(hù)電路 如圖 27 是一種農(nóng)用三相電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)自控控制電路。圖中 L L L3 為三相交流電， SA 為主開(kāi)關(guān)， KM KM2 為交流接觸器， A A2 為兩接觸器的線(xiàn)圈，工作電壓為380V， a1b1c1 和 a2b2c2 之間分別兩接觸器的常開(kāi)點(diǎn)，當(dāng)線(xiàn)圈 A A2 得電時(shí)，交流接觸器吸合，這時(shí)接觸器上端的 a1 與 a2導(dǎo)通， b1 與 b2導(dǎo)通， c1與 c2導(dǎo)通。當(dāng)合上開(kāi)關(guān) SA時(shí)，交流接觸器 KM KM2 得電吸合，使得 KM1 上端三相電即 a1b1c1 通過(guò) KM2 的 a2b2c2端輸出，從而控制電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 當(dāng)三相電源異常時(shí)，或 L3 缺相就會(huì)使 KM KM2 兩接觸器線(xiàn)圈斷電，使觸點(diǎn)斷開(kāi)，從而有效地保護(hù)了電動(dòng)機(jī)因缺相而燒壞。 L L L3 任意一相斷電都會(huì)使接觸器觸點(diǎn)斷電，如 L2 缺相會(huì)使 KM1 的 A1 點(diǎn)失去電壓，接觸器 KM1 觸點(diǎn)就因線(xiàn)圈失電使其觸點(diǎn)斷開(kāi)，使三相電無(wú)法進(jìn)入電機(jī)從而保護(hù)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，接觸器 KM KM2 自動(dòng)吸合，電動(dòng)機(jī)則進(jìn)入正常工作狀態(tài) 。 ML1 L2 L3SAA1A1a1 b1 c1a2 b2 c3a1 b1 c1a2 b2 c2A2A2 圖 27 農(nóng)用電機(jī)缺相保護(hù)電路 挖掘機(jī)的缺相保護(hù)電路 圖 28是 WK WK10 挖掘機(jī)上錯(cuò)相和缺相保護(hù)的實(shí)際電路。 電路參數(shù)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) 37 KA： 522 型通用電流繼電器， DC42mA，吸合電流不大于 37mA，釋放值不大于 12mA，電阻 1000? ，匝數(shù) 7500 匝。 KV： 522 型通用電壓繼電器， AC380V，驅(qū)動(dòng)值 323V。 R K? ? ? 34 R K? ? ? A B CKAKVKVKAHLCX1R 圖 28 WK WK10挖掘機(jī)中的缺相保護(hù)電路 1AR R KA?? 的線(xiàn)圈內(nèi)阻 (7. 5 1) 8. 5kk? ? ? ? ? 234 ( 7 .5 0 .5 1 0 .5 1 ) 8 .7BR R R R K K? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 1 1 0 0 0 6 . 7 72 2 3 . 1 4 5 0 0 . 4 7CXKC fC??? ? ? ? ?? ? ? 可見(jiàn) 1 8ABR R KC?? ? ? ?。 正相序時(shí) A 相電阻上的電流：1 1 .5 4 1 .2A AUI m AR??? 逆相序時(shí) A 相電阻上的電流：2 0 .4 1 1A AUI mAR??? 同樣，可以求得 B、 C相缺相時(shí) A相電流： . 322200 .8 6 6 0 .8 6 6 2 38ABACU UIZRU mAR????? ? ? ? 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) 38 . 3 2 2 00 . 8 6 6 0 . 8 6 6 2 328ABAC U U UI m AZ R R??? ? ? ? ? ? 由此可見(jiàn)，正相序時(shí) A 相電流大于電流繼電器 KA 的吸收值， KA 吸合；逆相序時(shí)， A相電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電流繼電器 KA 的吸收值， KA 不吸合。即正相序時(shí)， KA 吸合，逆相序時(shí)KA 不吸合，而 IAB、 IAC 均小于電流繼電器 KA 的吸動(dòng)值，但已接近吸動(dòng)值，并且其值大于KA 的標(biāo)準(zhǔn)釋放值 12mA，故 KA 不能作為 B、 C 相缺相時(shí)的保護(hù)。 B、 C 有一相缺相時(shí)，可以用兩相間的電壓繼電器 KV 作為缺相保護(hù)，當(dāng) B、 C 相缺相時(shí) KV 上的壓降都小于 KV 的吸合值 323V，故用 KV 繼電器可作為線(xiàn)路的缺相保護(hù)電路。正相序時(shí)，且不缺相指示燈被接通，表明線(xiàn)路接線(xiàn)正確，可以接通負(fù)荷。 對(duì)于線(xiàn)間電壓不是交流 380V 的對(duì)稱(chēng)三相電源，該線(xiàn)路只需重選電流繼電器的電流動(dòng)作值、電壓繼電器的動(dòng)作值就可使用。該電路是一種工作穩(wěn)定性很高的缺相保護(hù)電路，具有耐用、直觀(guān)、容易維修燈