對異步電動機的電氣裝置保護的分析和探討

李樹積（甘肅省皋蘭縣西岔電灌工程水利管理局，甘肅 蘭州 730299）

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對異步電動機的電氣裝置保護的分析和探討

李樹積
（甘肅省皋蘭縣西岔電灌工程水利管理局，甘肅 蘭州 730299）

摘要：當前,異步電動機作為一種動力設備，被廣泛運用在我國工業領域中，在促進國民經濟增長中發揮著重要作用。但是因為其發生故障的頻率較高，常常會給工業生產帶來巨大的經濟損失，因此如何加強對異步電動機電氣裝置的保護已經成為了工業領域廣泛關注的重大課題。接下來，筆者就異步電動機的電氣裝置保護進行分析和探討。

關鍵詞：異步電動機；電氣裝置；保護

目前，通過對異步電動機的使用現狀來看，要實現對其的保護仍然是一個難度較大的工程，這就需要相關工作人員在使用異步電動機時，能夠充分權衡電動機的容量、型號以及控制方式等選擇與之相應的保護裝置以及起動裝置。

1　異步電動機常見故障分析

1.1啟動故障

電動機從靜止到旋轉，逐步實現穩定轉速的過程可以當作電動機起動過程。通常情況下，電動機起動之前，轉差率（S）為1，轉子為0；當電動機起動時，由于電源電壓直接跟電動機的繞組連接，起動時的定子電流達到了額定電流的4～7倍，甚至更高，因此在設計異步電動機起動保護時，常常需要定時限保護來完成。

1.2堵轉故障

Tmax作為異步電動機在運行過程中產生的最大轉矩，若負載轉矩值（Tz）大于了Tmax，會導致電動機無法承受而不得不停止轉動。一般情況下，Tt是通過其過載倍數來體現的，即：Tt=Tmax/Tn。通常情況下，堵轉電流為電動機運行電流高于額定電流的5～8倍，該現象被稱為堵轉故障。

1.3過載故障

若電動機負載過大，當其大于電動機最大負載量時，便導致轉子、定子電流都增大，當電機的實際功率大于額定電流的情況稱為電機過載，其典型特點為電流迅速增大，溫度升高，而轉速降低甚至停止，若電動機所承擔的負載發生不穩定變化，轉速變化明顯，甚至還可能伴有低鳴聲等。

1.4短路故障

異步電動機出現短路故障主要有3類，分別為：單相對地短路、絕緣失效以及相間短路。電動機短路指的是電動機在運行過程中運行電流高于8倍額定電流，而該電流則被稱為短路電流。因此針對這種故障的保護裝置，對其動作靈敏性提出了較高要求。

1.5斷相故障

若異步電動機在運行時有一相斷開，我們將其稱為斷相故障。產生該類故障的原因主要為電源其中一相接觸不良或者電動機電樞繞組斷路。這種故障會導致原來還沒起動的電動機無法正常起動，甚至還有低鳴聲。

1.6溫度故障

雖然電動機在額定負載的正常運行會伴有各種損耗，但是這些損耗最終通過熱能的形式擴散開來，如此便會引起電動機溫度升高，但此溫度低于電動機最高允許溫度。所以在設置溫度保護裝置時，需要將溫度傳感器埋入線圈中，若達到一定溫度后，傳感器兩頭膨脹接觸，進而將溫度信號轉變成了電信號[1]。

1.7漏電故障

若電動機故障不能及時解決，再加上繞組受潮、絕緣損害而碰殼，一旦槽內有帶電雜物時便會使電動機的外殼帶電，我們將該現象稱為漏電。針對這種故障時，在設計保護裝置時必須采取急速保護，及早實施保護動作。

2　異步電動機常見保護裝置分析

2.1電流檢測型保護裝置

1）熱繼電器。該類保護裝置主要是安裝在主回路中，其發揮保護的原理為：負載電流在經過被校準的電阻元件后，保證其在電動機繞組倍燒壞之前便發揮保護作用，將控制回路切斷，實現保護電動機的目的。近年來，隨著電子元件的不斷完善以及結構設計的不斷豐富，熱繼電器不僅發揮著溫度補償的作用，還發揮著斷相保護和負載不平衡的功能。

2）熱式斷路器。這類裝置主要被用于保護帶有熱磁脫扣的電動機，熱式斷路器發揮保護作用的原理大致跟熱繼電器相似，其結構也相差不大，其主要是促使雙金屬熱元件發生彎曲，然后跟觸點接通，一部分直接頂脫扣裝置，將斷路器斷開。由于電磁體的整體定值較高，因此只有線路發生短路時才動作。除此之外，熱式斷路器的結構價格便宜、結構簡單、體積較小，并且其動作完全符合當前保護相規定，因此當前已經被廣泛用于異步電動機電氣裝置保護中[2]。

3）電子式過電流繼電器。該類保護裝置的原理為：主要是通過自身各相電流互感器來檢測故障電流信號，當發現有故障時，通過電子電路進行處理。由于這類保護裝置動作功能豐富，進而可以用于保護不同類型的異步電動機。總之，該類型的保護裝置的特征為：不僅有過載、斷相保護，還具有反向保護，動作的時間可以調節，能夠顯示故障。

4）固態繼電器。這種保護裝置是有簡單的電子式裝置逐漸發展而來的，該裝置屬于為處理器裝置的一種，具有多種功能。該保護裝置的價格因為其功能不同而差異較大，其中最為復雜的繼電器只能被用在一些體積較大、價格較高的電動機或者一些重要的場合。其主要發揮著以下功能：（1）欠電壓或者過電壓；（2）堵轉保護；（3）過電流運行。為了保證電動機啟動或運轉過程中出現損壞以前，可以將上述的每種功能都可以將其加上所需的時限編程將其輸入微處理器，將電源切斷。

5）用電路斷器。這類保護裝置主要是用于保護帶有電子式脫扣的電動機。這類保護裝置發揮保護作用的原理跟上述的電子式過電流繼電器和固態繼電器存在很多相同的地方，更突出的優點為能夠顯示電路參數，故障報警、負載監控、多種保護特性、試驗、通信等功能。

2.2溫度檢測型保護裝置

1）雙金屬片溫度繼電器。針對這種類型的保護裝置，主要是該繼電器埋入電動機繞組中，一旦電動機在運動過程中因為過載導致繞組的溫度超過最高溫度時，便會引起帶有觸頭的雙金屬片受熱而彎曲，最終將觸點端來，實現切斷電路的目的。

2）熱保護器。其發揮保護作用主要是通過將其安裝在電動機本體來實現的，其跟溫度繼電器的最大區別在于具有其主要是在電機回路上串兩個觸頭形狀如碗的雙金屬片當作觸橋，當過載電流流過時便可促使其發熱，當電動機溫度升高到一個臨界值時，便會導致金屬片發生瞬間反跳動作，這一動作可以使得接觸點斷開，起到電動機電流斷開的作用。

3）平衡式溫度計。發揮保護作用的機制是利用檢測線圈測溫電動機定子，在每個相繞組中置入1個或2個檢測線圈，但通常情況下這一過程需要在自動平衡式溫度計的監測下進行。

4）熱敏電阻溫度繼電器。其通常被置入在電動機繞組中，若溫度超出限定值，會造成值迅速增大，增大倍數可達10～1000倍。所以，在對其使用過程中，還應在電子電路檢測配合下進行，然后讓繼電器動作。

3　異步電動機跟保護裝置的配合

1）電動機、過載保護裝置之間的協調配合。關于電動機跟過載裝置的協調配合應該注意以下三個方面：一是過載保護裝置的動作時間應該稍微大于電動機的起動時間。二是過載保護裝置在一瞬之間動作時所需的電流應該比異步電動機起動沖擊時的電流更高；三是過載保護裝載動作所需的總共時間不能長于導線的導熱性，因此唯有滿足上述三個條件才能發揮保護供電線路的作用。

2）過載保護裝置、短路保護裝置之間的協調配合。通常過載保護裝置不能分斷短路電流，若在使用時發生短路現象，便需在主電路中串聯短路保護裝置來切斷電路，常見的為路斷器或者熔斷器。但如果故障電流過小，屬于過載范圍，則依然需要過載保護裝置來將電路氣短，但是在協調配合時，必須注意兩者只能選擇其中一種[3]。

參考文獻：

[1]高志林.異步電動機的保護與保護裝置[J].中國科技信息，2005（18）：81-81.

[2]韓長江.異步電動機的電氣保護及檢修[J].科技論壇，2015 （17）：35-35.

[3]侯越然.異步電動機的電氣裝置保護[J].科技創新與應用，2013（4）：97-97.

中圖分類號：U246.1+3