三相異步電動機換相組件設計

楊勇

摘 要：本文設計了一種三相異步電動機換相組件。它采用專用固體繼電器做為換相電路的開關，取代了交流接觸器等機械觸點式開關，是無觸點開關在電機控制領域中的又一次應用。可大大提高設備的使用壽命，減少維修工作量。尤其是在易燃易爆等危險場合應用，更具有機械開關無法比擬的優點。

關鍵詞：三相異步電動機；換相組件

0 引言

三相異步電動機正反向運行控制在工礦企業，港口運輸及建筑工程領域被廣泛應用。由于換相電路的普遍工作特點是轉換頻繁，使三相電機的起動，停止及反向起動的操作頻率很高。因此在使用傳統的換相電路過程中，其機械開關的觸頭在吸合和分斷時，既要承受電機起動電流的沖擊，又要承受電弧的灼燒，造成設備故障率較高，嚴重影響了機械觸頭的使用壽命。若不及時維修和定期檢修，還有燒毀電機的危險，影響生產的正常進行，帶來不必要的經濟損失，所以設計一種無觸點開關具有重要意義。

1 換相組件工作原理

該組件采用專用固體繼電器（SSR）構成五路交流開關，電路連接圖見圖1，其中S2和S3的控制端相串聯，S4和S5的控制端相串聯。當S1和S2、S3導通時三相電動機將工作在順相運轉狀態，當S1和S4、S5導通時三相電動機將工作在逆相運轉狀態。但S2、S3與S4、S5必須互鎖，否則將使B相和C相的相間短路，造成可控硅的損壞。

2 換相組件設計

（一）可控硅額定電壓的選取：可控硅的額定電壓必須大于元件在電路中實際承受的最大電壓。考慮到電源電壓波動等原因，可控硅的額定電壓必須大于線路實際承受電壓2～3倍。

（二）可控硅額定電流的選取：由于固體繼電器是用兩支反并聯的可控硅構成的交流開關，所以合理選用可控硅的額定電流是保證裝置可靠運行的關鍵。可控硅通態平均電流（額定電流）IT（AV）可用下式估算：

IAV=≥

式中： ITn---可控硅通態電流有效值；Ie---電機額定工作電流；K---由電機起動電流的過載倍數（一般取5～7倍）和可控硅器件能允許的過載能力所決定。

（三）過電壓保護：凡是超過可控硅正常工作時所承受的最大峰值電壓（UM）的電壓，即為過電壓。產生過電壓的一種原因是由于雷擊等原因從電網侵入的偶然性的浪涌電壓；另一種過電壓是操作過電壓，是由可控硅裝置的拉閘，合閘和元件關斷等電磁過程引起的過電壓（其中電動機所產生的感應電動勢是造成可控硅過電壓損壞的主要原因之一）。

（1）阻容吸收回路：電容器可把磁場釋放出來的磁場能量，轉化為電容器電場的能量貯存起來。由于電容器兩端的電壓不能突變，所以可以有效地抑制過電壓。串聯電阻可防止電容與電感產生諧振，并在能量轉化過程中消耗一部分能量。阻容吸收電路中電阻、電容的計算方法與其在電路中的接法有關。若在交流電輸入側構成三角形接法時，電容器C通常取0.1～1uF，電阻R通常取10～幾十歐姆無感或微感電阻。

（2）非線性電阻----壓敏電阻保護：當發生雷擊或從電網侵入更高的浪涌電壓時，雖有阻容保護，過電壓仍會突破允許值。所以，在采用阻容保護的同時，還應增加壓敏電阻保護，把浪涌電壓抑制在可控硅允許的范圍以內。同時，為防止電動機所產生的感應電動勢對可控硅的沖擊，在換相組件的輸出端也應安裝壓敏電阻，防止造成可控硅的損壞。

可按下式選取壓敏電阻的額定電壓UIMA

U≥×壓敏電阻承受的額定電壓峰值

式中：ε---電網電壓升高系數，一般取ε=1.05～1.10

3 換相組件的使用方法及注意事項

（1）適用方法：該換相組件在使用時與電源、電機等連接的電路圖如圖2所示。其中R、S、T：為換相組件的三相輸入端，需經快速熔斷（F1～F3）接入三相電；U、V、W：為換相組件輸出端，接三相異步電動機；N：為供電系統的零線；+12V：為直流電源輸出端，為操作按鈕提供電源；A1，A2分別為順相，逆相控制輸入端，也可采12V電平信號直接控制，但A1，A2必須是互鎖關系，禁止同時接入高電平信號。

（2）注意事項：由于可控硅器件在關斷狀態下，仍有微小的漏電流，所以在檢修設備及電動機時應斷開電源進線開關。

4 結語

這種三相異步電動機換相組件采用專用固體繼電器做為換相電路的開關，取代了交流接觸器等機械觸點式開關，是無觸點開關在電機控制領域中的又一次應用。可大大提高設備的使用壽命，減少維修工作量。尤其是在易燃易爆等危險場合應用，更具有機械開關無法比擬的優點。

參考文獻：

[1] 大連理工大學電工學教研室.電機與自動控制[M]. 人民教育出版社. 2010.

[2] Nasar，S.A.[美]，Unnewehr，L. E.[美]，朱東起. 電機及其電子控制[M]. 科學出版社. 2012.6.endprint