三相鼠籠異步電機的缺相保護

看了貴報今年第一期18版《電動機缺相保護又一法》一文，筆者覺得有不妥之處。按此法，如在電機啟動前線路就已缺相，電機不能啟動，的確能起一定保護作用。但文章中說："按下啟動按鈕……，電動機轉(zhuǎn)動。若萬一C相熔斷體熔斷，則KQ立即釋放，KM亦斷電而脫開，起到保護作用。"實際情況是：按此方法接線，只要電機轉(zhuǎn)動起來，A、B、C三相無論那一相熔斷體熔斷，也會發(fā)生斷相事故，KQ決不會釋放。因而KM不會斷電脫開，而電機將在缺相情況下繼續(xù)運轉(zhuǎn)直致燒毀，根本無法保護電機!

以后又看了今年13期20版、28期18版、29期18版、34期18版、37期18版等各期中所刊各篇有關(guān)電機缺(斷)相保護的討論文章，這些文章中所提出的各種具體方法，最好的也僅能做到：如電機啟動前就已缺相。啟動電機時可起到保護作用。而在電機運行中斷相就根本全部不管用，照樣會燒毀電機!有的文章雖肯定了此方法的缺失，但分析并不到位，并沒有找到真正原因。下面筆者就從三相異步電機的原理和構(gòu)造上談起．淺析三相異步電機的斷相保護問題!

現(xiàn)在工、礦企業(yè)大量使用的中、小型三相電機絕大部分屬鼠籠轉(zhuǎn)子式三相異步電機。這種電機已有200多年的歷史，之所以它能長盛不衰，是因為其性能優(yōu)良，啟動力矩大，構(gòu)造簡單易于生產(chǎn)，且價格不高。

鼠籠轉(zhuǎn)子式三相異步電機，當(dāng)定子線圈中通三相交流電時，定子鐵芯將產(chǎn)生很強的旋轉(zhuǎn)磁場。這個磁場將推動轉(zhuǎn)子鐵芯旋轉(zhuǎn)。而嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯上的鼠籠條就如變壓器的次級線圈，將感應(yīng)出與定子相對應(yīng)的交變電壓。因鼠籠條兩端是閉合的就如變壓器次級線圈短路一般。將產(chǎn)生很大的短路交變電流。這個交變電流又使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個附加的交變磁場。這個磁場與定子的磁場相互作用，加強了定子與轉(zhuǎn)子的電磁作用力，使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩增大，力矩平穩(wěn)。因轉(zhuǎn)子的這個附加磁場在高速旋轉(zhuǎn)相對定子線圈來說，使定子線圈切割了轉(zhuǎn)子的這個附加磁場而使定子線圈產(chǎn)生一個附加的電動勢。這個電動勢也稱為反電動勢。正因這個反電動勢的存在，使鼠籠轉(zhuǎn)子式三相異步電機(定子線圈交流阻抗都比較小)有一個重要特性：即在直接啟動初期，轉(zhuǎn)子沒轉(zhuǎn)動時反電動勢為0，啟動電流很大，啟動力矩也很大，啟動電流可達(dá)正常工作電流的7倍左右。啟動完畢，轉(zhuǎn)子正常轉(zhuǎn)動起來后，反電動勢建立，它抵消了輸入電壓的大部分(可達(dá)到85％左右)。因此電流大幅下降(到啟動電流的1／7左右)，這才是電機額定負(fù)荷下的正常工作電流。

也正是這個反電動勢的存在，使工作中的電機在斷一相時(如C相)，A、C或B、C在電機端的線電壓并不是0，也不是380V的一半。而是350V左右。此時斷了的C相在電機端相電壓可達(dá)185V左右(此時的線電壓、相電壓視電機的大小，負(fù)荷的輕重等具體情況決定)。大家想想350V左右的電壓加在已經(jīng)吸合的380V繼電器上，它會釋放嗎?當(dāng)然不會!因此1期18版《電動機缺相保護又一法》一文中的繼電器KM絕不會釋放。而電機因缺一相電源，另兩相電流將大幅增加，大大超過額定電流．時間稍長電機就會因過流而燒毀這兩相繞組!但是，如果電機在剛啟動時電源就缺一相電，電機就不能啟動。如缺A相或B相，繼電器KM因斷電不能吸合。如缺C相，按下啟動按鈕SB2，因缺C相電繼電器KQ不能吸合，KM也就不會吸合，電機無法啟動。因此，只有在這種情況下．這種線路才能起到保護電機的作用。

同樣道理，星形接法的三相電機在運轉(zhuǎn)中斷相時，因反電動勢的存在，電機星形繞組中點電壓變動并不大，與零線間電壓很小，是無法帶動繼電器的。至于用電容或電阻星形接法人為找出中點的方法，與把電機星形繞組中心點接出來控制繼電器的原理是一樣的，是無法在電機運行中斷相時用繼電器直接保護電機的。

上世紀(jì)70年代及80年代就有企業(yè)生產(chǎn)過這種根據(jù)星形接法電機中心點電位在斷相時會有變化的原理，生產(chǎn)專門的保護器來保護電機。雖然用了電子器件放大了星形接法中點的變化量?？善鸬揭欢ǖ臄嘞啾Ｗo。但如靈敏度調(diào)低了會不起作用．調(diào)高了會因三相電壓的不平衡波動、輸電線路連接節(jié)點的變化及負(fù)載的不斷變化，一經(jīng)電子器件放大，即使不斷相也會產(chǎn)生誤動作。因此效果大打折扣，使用率并不高!

至于如13期20版圖中A相，29期18版圖中A相，34期18版圖中A相或B相，如在電機啟動前就已斷相，按下啟動按鈕就屬于斷相強行啟動。如果電機較大，將有很大的電流．在開關(guān)或繼電器不能啟動電機而分?jǐn)嚯娫磿r，會有較大電弧產(chǎn)生，極易產(chǎn)生危險損壞設(shè)備或傷人!

這幾款利用星形接法中點接繼電器來保護電機斷(缺)相的電路，在電機工作中斷相時．如前所述中點與零線間電壓增加很小．如果用高電壓繼電器接在中點與零線間來保護電機，根本不起作用。如在電機工作前就已缺相并正好符合強行啟動條件時，如強行啟動。中點電壓將會很高。用低電壓的靈敏繼電器是會燒毀的!因此在實際中使用這些線路會帶有很大的不確定性和危險性!

現(xiàn)在使用的電機保護器原理是：監(jiān)測電機三相電流的變化。只要斷一相，此相的輸入電流就會大幅降為0，保護器就能讓電機立即斷電停機。如上世紀(jì)90年代初泰華電器有限公司生產(chǎn)的JD－5B型電動機綜合保護器就很不錯。它適用電流寬，整定電流在8A至200A之間。如多次穿線，電流最小可用于4A以下。不但能顯示和保護斷(缺)相，還能顯示和起到過載保護，且價格并不高。

現(xiàn)在科技飛速發(fā)展，新出的電機保護器控制部分很多都已經(jīng)用上了單片機，把數(shù)字電路應(yīng)用到了電機保護中，效果當(dāng)然不同一般了,不過價格也不一般了。