【正文】 ? aU 滯后 aI 60176。 負(fù)序電流過(guò)濾器保護(hù)法 其原理圖如下所示： C1MA B CKQATARDmnCARaRc負(fù)序電流過(guò)濾器C2KRKTHA THC 圖 8 負(fù)序電流過(guò)濾器保護(hù)電路 工作原理： 上圖中， THA、 THC 為電流互感器。注明： K 為常閉開(kāi)關(guān)。如果既保證靈敏動(dòng)作，又能經(jīng)受負(fù)載起動(dòng)電流的繼電器，這一方案不失為經(jīng)濟(jì)使用的好方法。原邊串在主回路中，副邊首尾相連，接成開(kāi)口三角形，在三相對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的三倍頻電壓經(jīng)整流濾波使靈敏繼電器 K 動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行；而當(dāng)任一相斷相時(shí)，其余二相的線電流相位相反，則其合成電流等于零，使 J 釋放，斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)主回路。 正確地選配熱繼電器作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中過(guò)載或斷相保護(hù)裝置，在目前不失為一種有效而切實(shí)達(dá)到解決電動(dòng)機(jī)斷相保護(hù)的措施之一。因此，普通型熱繼電器不能可靠地對(duì)所有運(yùn)行情況下三角形連接的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行斷相保護(hù)。 對(duì)繞組為三角形連接的三相異步電動(dòng)機(jī)系列，則應(yīng)裝設(shè)三相熱繼電器。 根據(jù)熱繼電器的特有性能來(lái)保護(hù)電動(dòng)機(jī) 由于此電路構(gòu)造簡(jiǎn)單，且容易理解，這里我們就不給出相關(guān)電路圖。 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。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。 （ 4）過(guò)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(guò)電流設(shè)定電流值，應(yīng)在設(shè)定時(shí)間滿足動(dòng)作。 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。 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。同時(shí)有相應(yīng)的故障提示及動(dòng)作指示。 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。 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(guò)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)。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。用戶可以任 意設(shè)定各類參數(shù)，使其具有更高的靈活性。它是為保護(hù)中、大型電動(dòng)機(jī)而設(shè)計(jì)的。包括工作原理和電路設(shè)計(jì)兩部分。相比之下，我們一般采用電流型的缺相保護(hù)方案。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。 公用母線一相斷開(kāi) 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(kāi)情況相同?？梢?jiàn)負(fù)載率為 45％～52％的范圍是危險(xiǎn)區(qū)。此時(shí) 332 .2 5 2 % 1 .1 4B C N NI I I??? ? ? 由式（ 21）、（ 22）說(shuō)明，三角形接法電動(dòng)機(jī)電源一線斷開(kāi)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)負(fù)載率大于45%時(shí)相電流已超過(guò)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。 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。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(shuō)明，三角形接法電動(dòng)機(jī)電源一線斷開(kāi)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。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。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(jiàn)，三角形接法電動(dòng)機(jī)電源一線斷開(kāi)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 。 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(kāi) 首先我們來(lái)分析線電流與相電流的變化情況。 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(kāi)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(kāi)、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。 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(shuō)明，三角形接法電動(dòng)機(jī)繞組一相斷開(kāi)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。 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(kāi) 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。 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(kāi)，也因沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩而不能自行起動(dòng)?？梢?jiàn)，三角形接法電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前繞組一相斷開(kāi)，有一定的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩而可能自行起動(dòng)。下面我們分五種情況進(jìn)行討論。只要過(guò)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。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。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％。 /2A C A B BCU U U??，則開(kāi)斷點(diǎn)兩端電壓為： 39。在極端情況，即 1s? 時(shí)，電動(dòng)機(jī)的端電壓 39。39。A 變化的軌跡也是圓。ooU 領(lǐng)先與 .AoU 。 也由式（ 9）可知，當(dāng) s 很小時(shí)，由于 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。 0OOU ? ，這時(shí) 39。這個(gè)圓可由轉(zhuǎn)差率 0s? 與 1s? 決定的直徑畫(huà)出來(lái)。 式（ 10）是圓的方程式，表示星型接法電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組中性點(diǎn) 39。將式（ 9）代入（ 7），得 ..39。當(dāng) 1s? ，即轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)， 12ZZ? 。2X —— 頻率為 (2 )sf? 時(shí)，轉(zhuǎn)子折算到定子的負(fù)序電阻與電抗。2X —— 頻率為 sf 時(shí)，轉(zhuǎn)子折算到定子的正序電阻與電抗； 39。 22 1 1 2() 2 rZ r j X X s? ? ? ? ? (9) 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) 14 1r 、 1X —— 定子繞組的電阻與電抗，正序與負(fù)序電流其值相同； mr 、 mX —— 勵(lì)磁電路的電阻與電抗，正序與負(fù)序電流其值相同； 39。 21 1 1 2() rZ r j X X s? ? ? ? 39。OOU 的變化規(guī)律的理論推導(dǎo)較復(fù)雜，通過(guò)教材可知電動(dòng)機(jī)的等值電路，當(dāng)忽略勵(lì)磁阻抗 mr 、 mX 后，則有： 39。MS = 1 圖 2正常運(yùn)行與缺相運(yùn)行的各點(diǎn)電壓比較 關(guān)于缺相運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)缺相點(diǎn)間電壓 . 39。 BACA 39。AB、 BC 、 39。O 點(diǎn)分別向 39。ABC 就構(gòu)成缺相運(yùn)行時(shí)端電壓位形圖。AA OO? ，從而決定缺相后的新頂點(diǎn) 39。OOU 的射線，并截取線段 39。 為了畫(huà)出缺相運(yùn)行時(shí)的矢量圖，可先由計(jì)算方法求得中性點(diǎn)電壓 . 39。 三相異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí) 由相電壓和線電壓構(gòu)成的矢量圖是對(duì)稱的；缺相運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組中性點(diǎn)間出現(xiàn)偏移電壓 . 39。AAU 是中性點(diǎn)偏移電壓. 39。 39。 39。 39。39。2B O CO B O CO O OU U U U U? ? ? ? 用對(duì)稱分量法，經(jīng)計(jì)算可得中性點(diǎn)偏移電壓與相電壓和正序、負(fù)序阻抗的關(guān) 系為： ..239。 39。39。39。COU 表示，顯然 A 相斷開(kāi)時(shí)， . 0AI ? ， ..BCII? 。AOU 、 . 39。若偏移電壓用 . 39。 一般缺相運(yùn)行時(shí)的 3cos cosd??? ， 即可得 XII? (6) 式（ 6）說(shuō)明，星型接法電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載不變，通電的兩相繞組中流過(guò)的電流將增加為正常三相狀態(tài)時(shí)的 倍。 星型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后某電源線或繞組相斷開(kāi) 其原理圖如下所示 ABCO’OI AI BI CU COU AO U BO U OO’A’ 缺相運(yùn)行時(shí)的功率 1 cosY X Xd dP U I ?? 。 則有： 3 . 0 .8 6 622X UUIIZZ ???? ? ? ? (5) 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) 12 圖 1星型接法電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后缺相 由式（ 5）可知，星型接法電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前缺相，所通過(guò)的起動(dòng)電流為正常時(shí)的%。正常運(yùn)行時(shí)的起動(dòng)電流3X UUI ZZ ?????，而缺相運(yùn)行時(shí)通過(guò)的起動(dòng)電流2XUI Z???。可見(jiàn)星型接法電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前就缺相時(shí)，因沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩而不能自行起動(dòng)。 11 2 KKKMM S SSS? ? 12 2 22KKKMM S SSS? ??? (4) 式中： 1M 、 2M —— 分別是正序轉(zhuǎn)矩、負(fù)序轉(zhuǎn)矩； 1KM 、 2KM —— 分別是最大正序轉(zhuǎn)矩、最大負(fù)序轉(zhuǎn)矩； KS 、 S — — 分別是最大轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)差率。 星型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前某電源線或繞組相斷開(kāi) 定子繞組是星型聯(lián)接，當(dāng)電源一線斷開(kāi)時(shí)，定子繞組通入單相電源，產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)。 23 1322ja e j?? ? ? ? 反之，若以對(duì)稱分量表示一個(gè)不對(duì)稱三相系統(tǒng)時(shí)，其關(guān)系為： . . . .120. . . .2120. . . .2120ABcU U U UU U a U a UU U a U a U? ? ?? ? ?? ? ???????? (2) 對(duì)稱分量電壓與對(duì)稱分量電流的關(guān)系是： 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) 11 ..00 0U I Z? 、 ..11 1U I Z? 、 ..22 2U I Z? (3) 式中： .0I 、 .1I 、 .2I —— 分別是零序、正序和負(fù)序電流； .0Z 、 .1Z 、 .2Z —— 分別是零序、正序和負(fù)序阻抗。 對(duì)稱分量法：任何一個(gè)不對(duì)稱的三相系統(tǒng)都可以分解成三個(gè)對(duì)稱的，即正序，負(fù)序和零序?qū)ΨQ分量的三相系統(tǒng)。分析