【導(dǎo)讀】我們知道,三相異步電動機三相繞組通入三相交流電時產(chǎn)生均衡的旋轉(zhuǎn)磁場。所謂缺相,即三相供電電源中缺少一相(如三根相線中的任。何一根斷開)或三相繞組中有任何一相斷開。發(fā)生上敘任何一種情況,都不具備三相異步。電動機運行的基本條件,統(tǒng)稱為缺相運行。而燒毀的數(shù)量驚人。行,并分電動機起動前就缺相和電動機起動后發(fā)生缺相兩種情況進行分析。動機的主要控制電路,斷相故障信號提取電路等等都加以分析,選擇。力求做到最經(jīng)濟實。用,安全有效，并進一步設(shè)計出適合實際生產(chǎn)的保護電路。

　　

【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，電動機三相正 常運行時，中型點電壓 00U 一般小于 10伏。電動機負載運行中缺相時，中性點電壓 00U 的大小與負載有關(guān)，變化范圍為 10— 50伏；負載越大，電壓越高；但與電動機的容量關(guān)系不大。 表 4 三角形接法電動機人為中性點電壓與負載的關(guān)系 動機容量 三相正常運轉(zhuǎn)時 缺相運轉(zhuǎn)時中 （千瓦） 中性點電壓（伏） 性點電壓（伏） 空載 輕載 滿載 空載 輕載 滿載 17 15 24 37 22 16 26 38 40 16 27 40 55 18 28 43 三相異步電動機缺相分析及其保護電路的設(shè)計 31 DJQCA B C OQCQATAQCDJ 圖 17三阻抗中點電壓保護電路 如選用 DJ131/60 型電壓繼電器（其動作電壓整定范圍為 15— 60 伏，線圈串聯(lián)，長期允許電壓 220 伏），調(diào)整電壓可整定在 20— 25 伏；如電動機負載低于 50— 60%時，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)的電動機。該線路既可保證電動機在起動后出現(xiàn)缺相時電壓繼電器既動作，又不影響電動機正常運行。 下面我們來看用電子繼電器的缺相保護電路。其控制原理圖如下圖 11。 當 電動機正常運轉(zhuǎn)的時候，三相 Y 形接法平衡電路中，中性點 E 電壓值不高，故 D1不導(dǎo)通，復(fù)合管截止，繼電器 J 釋放；當缺相故障發(fā)生之后， E 點對零線電壓升高。經(jīng)D1 整流，使復(fù)合管發(fā)射極正向偏置導(dǎo)通， J 吸合，常閉觸點斷開，使接觸器 JC 失電，電動機停止運轉(zhuǎn)。 J1273456R1R2R3D1R4 C1R5 BG1BG2D2C2D3 D4D5D6380VJ 圖 18 電子繼電器缺相保護電路 三相異步電動機缺相分析及其保護電路的設(shè)計 32 這種用中性點電壓控制的線路僅能保護一相熔絲缺相或電源缺相故障。同時，由于地區(qū)電源變壓器輸出電壓中性點均有偏移，從表三、表四又可見，偏移值和負載的大小有關(guān)，且缺相時中性點電壓偏移 方向如同電源原來偏移方向相反則繼電器 XJ 會不動作。故這種保護方案有時并不太可靠。 可控硅的開關(guān)特性缺相保護法 工作原理：電機投入運行后，如 C 相斷電后，電機仍在運轉(zhuǎn)，因出線端存在反電勢，其數(shù)值一般低于額定電壓 85%（視負載大小而定），則變壓器 B 的初級端電壓約 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 2CW21上端點電壓調(diào)整為 伏， 2CW21 不能導(dǎo)通，可控硅 KG 無控制電壓而截止， JC 釋放，使電機停轉(zhuǎn)。因 KG 取正序?qū)?，控制極電壓為 伏，故只有三相 正常情況，電機才能保持正常運轉(zhuǎn)。這種方式保護的運行可靠性取決于穩(wěn)壓管、可控硅性能和線路元件的選配。 接線圖如下所示： A B CMRDJC380V380VB ~8VD5D6~8VJCJCQATAKGD3D2D4 D1R2R3R4R1 圖 19 可控硅缺相保護電路 負序電壓過濾器的缺相保護法 接線圖如下所示： 三相異步電動機缺相分析及其保護電路的設(shè)計 33 MCDJYJA B CCRJYJTAQAC DJRJm n 圖 20 負序電壓過濾器保護電路 原理：當電動機發(fā)生缺相時，三相不平衡將使 m、 n 兩點之間產(chǎn)生的負序電壓，過濾器中的 YJ 和 DJ 將工作，來使控制電路斷電，達到缺相保護的作用，或稱阻容缺相保護。 這種方 法適用于功率 ～ 130 千瓦、極對數(shù) 2～ 8 極、星形或三角形接法的電動機，阻容缺相保護都能可靠動作。 熔斷電壓控制的缺相保護電路 利用熔斷電壓控制的缺相保護電路基本控制原理圖如下圖 21 所示： MJ1 J2 J3FURJRJJ1 J2 J3TAQAA B CKMKMKM 圖 21 熔斷電壓保護電路 三相異步電動機缺相分析及其保護電路的設(shè)計 34 工作原理：在 3 個熔絲兩側(cè)都裝上信號繼電器 J，其繼電器常閉觸點都串聯(lián)在控制回路中，如圖 21 所示。當任一相熔絲熔斷時，熔絲兩端電壓升高，作為故障信號（電源為380 伏時，兩熔斷點間的電壓約為 30— 120 伏）。則 J 兩側(cè)電壓升高而動作， 切斷起動器KM 控制回路，該三個信號繼電器也可做成三線圈信號繼電器（也可用自制帶彈簧式輔助熔絲的熔斷器）。這種方法的缺點是不能保護電動機 內(nèi)部定子繞組缺相的 問題，僅對外部電源線缺相起保護作用。 補充說明幾種常用的缺相保護電路 在了解了上敘的各種缺相保護方案之后，我們再來看看幾種工礦企業(yè)的缺相保護電路。 邏輯控制電路的缺相保護法 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、設(shè)計線路，達到對電網(wǎng)和相序的自動監(jiān)測和判斷執(zhí)行功能。 整體設(shè)計思路如下： 圖 22邏輯控制電路動作流程圖 先利用電磁感應(yīng)原理從相線上獲得三相交變電壓 U U U3，讓交變電壓通過二極管整流，送非門電路整形。 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 A、 B、 C，依次送到圖 24 所示缺相檢測和相序檢測電路。采用 COMS 門電路邏輯和雙 D 邊沿觸發(fā)器構(gòu)成的鑒相電路，對輸入 A、 B、 C 信號逐一判斷和檢測，把結(jié)果進行邏輯關(guān)系運算，送出控制信號 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 三相異步電動機缺相分析及其保護電路的設(shè)計 35 器 F2的 D2端信號上升沿同步， 利用這一對應(yīng)關(guān)系，由 B 相充當時鐘信號送 CP2（上升沿有效）， D 觸發(fā)器 F2獲得控制信號 Q2=1，同時為防止 D 觸發(fā)器保持功能，把 A 相反相后當時鐘信號送 D 觸發(fā)器 F1的 CP1，由 B 端送 D1信號輸入，獲得控制信號 Q1=1，兩信號 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電路 當電路條件不正常的時候，則無法獲得 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 A=1時， K=1，因為 B 相為 0，使得 D2=0，下一個 D2的同步正脈沖不可能到來（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。因為 A、 C 端的邏輯關(guān)系先經(jīng)過四重邏輯門延遲才送到 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 電壓達到非門的閥值電壓時，剛好相當 2— 4 重復(fù)本門的延遲時間即可。其中 RS 觸發(fā)器由圖 29 與非門交叉耦合構(gòu)成，均可用 COMS 四 2 輸入與非門 CC4011 實現(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、工作速度高、輸入阻抗高等特點。采用與非門邏輯關(guān)系避免電路產(chǎn)生競爭冒險。該電路結(jié)合電動機的其他輔助控制單元，三相異步電動機的運轉(zhuǎn)會更加安全可靠 。 三相異步電動機缺相分析及其保護電路的設(shè)計 36 在實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)動繼電器，配以指示信號以便維修，排除故障。 農(nóng)用電機的缺相保護電路 如圖 27 是一種農(nóng)用三相電動機缺相保護自控控制電路。圖中 L L L3 為三相交流電， SA 為主開關(guān)， KM KM2 為交流接觸器， A A2 為兩接觸器的線圈，工作電壓為380V， a1b1c1 和 a2b2c2 之間分別兩接觸器的常開點，當線圈 A A2 得電時，交流接觸器吸合，這時接觸器上端的 a1 與 a2導(dǎo)通， b1 與 b2導(dǎo)通， c1與 c2導(dǎo)通。當合上開關(guān) SA時，交流接觸器 KM KM2 得電吸合，使得 KM1 上端三相電即 a1b1c1 通過 KM2 的 a2b2c2端輸出，從而控制電動機正常運轉(zhuǎn)。 當三相電源異常時，或 L3 缺相就會使 KM KM2 兩接觸器線圈斷電，使觸點斷開，從而有效地保護了電動機因缺相而燒壞。 L L L3 任意一相斷電都會使接觸器觸點斷電，如 L2 缺相會使 KM1 的 A1 點失去電壓，接觸器 KM1 觸點就因線圈失電使其觸點斷開，使三相電無法進入電機從而保護電動機。當電源恢復(fù)時，接觸器 KM KM2 自動吸合，電動機則進入正常工作狀態(tài) 。 ML1 L2 L3SAA1A1a1 b1 c1a2 b2 c3a1 b1 c1a2 b2 c2A2A2 圖 27 農(nóng)用電機缺相保護電路 挖掘機的缺相保護電路 圖 28是 WK WK10 挖掘機上錯相和缺相保護的實際電路。 電路參數(shù)如下： 三相異步電動機缺相分析及其保護電路的設(shè)計 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)動值 323V。 R K? ? ? 34 R K? ? ? A B CKAKVKVKAHLCX1R 圖 28 WK WK10挖掘機中的缺相保護電路 1AR R KA?? 的線圈內(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 1 8ABR R KC?? ? ? ?。 正相序時 A 相電阻上的電流：1 1 .5 4 1 .2A AUI m AR??? 逆相序時 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 A相電流： . 322200 .8 6 6 0 .8 6 6 2 38ABACU UIZRU mAR????? ? ? ? 三相異步電動機缺相分析及其保護電路的設(shè)計 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，正相序時 A 相電流大于電流繼電器 KA 的吸收值， KA 吸合；逆相序時， A相電流遠遠小于電流繼電器 KA 的吸收值， KA 不吸合。即正相序時， KA 吸合，逆相序時KA 不吸合，而 IAB、 IAC 均小于電流繼電器 KA 的吸動值，但已接近吸動值，并且其值大于KA 的標準釋放值 12mA，故 KA 不能作為 B、 C 相缺相時的保護。 B、 C 有一相缺相時，可以用兩相間的電壓繼電器 KV 作為缺相保護，當 B、 C 相缺相時 KV 上的壓降都小于 KV 的吸合值 323V，故用 KV 繼電器可作為線路的缺相保護電路。正相序時，且不缺相指示燈被接通，表明線路接線正確，可以接通負荷。 對于線間電壓不是交流 380V 的對稱三相電源，該線路只需重選電流繼電器的電流動作值、電壓繼電器的動作值就可使用。該電路是一種工作穩(wěn)定性很高的缺相保護電路，具有耐用、直觀、容易維修燈