淺談三相交流異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)

河南技師學(xué)院 李永際

引言

三相交流異步電動(dòng)機(jī)是工廠生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)是保障它安全運(yùn)行必要措施。在家庭和臨時(shí)場(chǎng)合，用低壓斷路器QF就可以作為三相異步電動(dòng)機(jī)的電源開關(guān)，兼做短路、過載保護(hù)，帶漏電保護(hù)器的還可以進(jìn)行漏電保護(hù)；在工廠生產(chǎn)中，用熔斷器作為三相交流異步電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)；用交流接觸器作為三相交流異步電動(dòng)機(jī)的失壓、欠壓保護(hù)；用熱繼電器作為三相交流異步電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。在生產(chǎn)中用交流接觸器或中間繼電器作為三相交流異步電動(dòng)機(jī)的缺相保護(hù)；在機(jī)床電氣檢修中，要對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的主電路進(jìn)行缺相故障的人為設(shè)置，在學(xué)生試車時(shí)為了不燒毀電動(dòng)機(jī)，用雙聯(lián)雙擲開關(guān)作為三相異步電動(dòng)機(jī)的缺相保護(hù)；用電動(dòng)機(jī)外殼接地線作為電動(dòng)機(jī)的漏電保護(hù)，也叫接地保護(hù)。

如果三相交流異步電動(dòng)機(jī)短路，巨大的電流會(huì)使導(dǎo)線產(chǎn)生異常高溫或強(qiáng)烈電弧，會(huì)引起火災(zāi)，燒毀機(jī)器設(shè)備、房屋，燒傷、燒死工作人員，造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，因此對(duì)電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)十分必要。電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)，一般用熔斷器進(jìn)行短路保護(hù)，現(xiàn)在的低壓斷路器也有短路保護(hù)的功能，同時(shí)還有過載保護(hù)的功能。熔斷器屬于保護(hù)電器，使用時(shí)串聯(lián)在被保護(hù)的電路中，其熔體在過流時(shí)迅速融化切斷電路，起到保護(hù)用電設(shè)備和電路安全運(yùn)行的作用。熔斷器在一般低壓照明電路或電熱設(shè)備作過載和短路保護(hù)，在電動(dòng)機(jī)控制電路中主要作短路保護(hù)[1]。如圖1所示。

圖1 三相電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)

圖1左為用熔斷器做短路保護(hù)的電動(dòng)機(jī)控制電路，其中L1、L2、L3為三相電源，QS為負(fù)荷開關(guān)，F(xiàn)U為熔斷器，U、V、W為三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)線，M為電動(dòng)機(jī)，PE為電動(dòng)機(jī)外殼保護(hù)接地線。熔斷器FU作短路保護(hù)；圖1右為用低壓斷路器做短路保護(hù)的電動(dòng)機(jī)控制電路，其中L1、L2、L3為三相電源，QF為低壓斷路器，U、V、W為三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)線，M為電動(dòng)機(jī)，PE為電動(dòng)機(jī)外殼保護(hù)接地線。低壓斷路器QF作短路保護(hù)、過載保護(hù)。

1 三相交流異步電動(dòng)機(jī)的失壓、欠壓保護(hù)

圖2中L1、L2、L3為三相電源，QF為低壓斷路器、FU1為熔斷器，作主電路短路保護(hù)，U、V、W為三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)線，M為電動(dòng)機(jī)，PE為電動(dòng)機(jī)外殼接地保護(hù)線，防止電動(dòng)機(jī)漏電對(duì)人身造成觸電傷害。熔斷器FU2作控制電路短路保護(hù)，SB1為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，SB2為電動(dòng)機(jī)停止按鈕，KM為交流接觸器，作為電動(dòng)機(jī)控制開關(guān)和電動(dòng)機(jī)的失壓、欠壓保護(hù)。

圖2 三相電動(dòng)機(jī)的短路及失壓、欠壓保護(hù)

交流接觸器對(duì)電動(dòng)機(jī)的失壓、欠壓保護(hù)原理如下：當(dāng)電源突然斷電時(shí)，正在運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)停機(jī)，當(dāng)再來電時(shí)，電動(dòng)機(jī)不會(huì)自行啟動(dòng)，保證了生產(chǎn)人員和產(chǎn)品的安全，只有工作人員重新按下啟動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)才能重新啟動(dòng)；當(dāng)電源電壓過低時(shí)，一般低于電動(dòng)機(jī)額定電壓85%時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SB1啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，交流接觸器因電壓過低將不能吸合，使得電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)，防止電動(dòng)機(jī)在欠壓情況下運(yùn)行因電流過大而燒壞電動(dòng)機(jī)，同時(shí)也防止電動(dòng)機(jī)因動(dòng)力輸出不足而引起生產(chǎn)安全事故。

2 三相交流異步電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)

三相交流異步電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)，在家庭和臨時(shí)場(chǎng)合用低壓斷路器QF就可以，如圖3a）所示；在工廠生產(chǎn)中，大多用熱繼電器作為過載保護(hù)。熱繼電器是利用流過繼電器的電流所產(chǎn)生的熱效應(yīng)而反時(shí)限的自動(dòng)保護(hù)電氣。所謂反時(shí)限動(dòng)作，是指電氣的延時(shí)動(dòng)作時(shí)間隨通過電路電流的增加而縮短。熱繼電器主要與交流接觸器配合使用，用作電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)、斷相保護(hù)、電流不平衡運(yùn)行的保護(hù)及其他電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)的控制[2]。其控制電路圖如圖3b）所示。

圖3 三相電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)控制電路

圖3b）中，QS為組合開關(guān)，作為電源開關(guān)；SB1為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕；SB2為電動(dòng)機(jī)停止按鈕；FU1、FU2為熔斷器，分別作主電路和控制電路的短路保護(hù)；KH為熱繼電器，作為三相異步電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)；M為三相異步電動(dòng)機(jī)，KM為交流接觸器，作為電動(dòng)機(jī)控制開關(guān)和電動(dòng)機(jī)的失壓、欠壓保護(hù)。

3 三相交流異步電動(dòng)機(jī)的缺相保護(hù)

3.1 在生產(chǎn)中三相交流異步電動(dòng)機(jī)的缺相保護(hù)

三相交流異步電動(dòng)機(jī)的缺相運(yùn)行是電動(dòng)機(jī)燒毀的主要原因，因此對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的缺相保護(hù)就顯得十分必要。帶斷相保護(hù)的熱繼電器串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)的進(jìn)線電路中，就可以在電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行中斷開電動(dòng)機(jī)的控制電路，從而使得電動(dòng)機(jī)主電路斷電，保護(hù)電動(dòng)機(jī)不被燒毀，如圖4b）所示。但是這種方法需要一定的時(shí)間，熱繼電器的熱元件上的熱量經(jīng)過一定時(shí)間才能積累到使熱繼電器常閉觸頭斷開的程度，也可能這時(shí)候電動(dòng)機(jī)已經(jīng)燒毀了。圖4的三相電動(dòng)機(jī)的缺相保護(hù)設(shè)計(jì)電路，能在電動(dòng)機(jī)缺相時(shí)的第一時(shí)間斷開電動(dòng)機(jī)的供電電路，確保電動(dòng)機(jī)不被燒毀。

圖4 三相電動(dòng)機(jī)的缺相保護(hù)控制電路

在圖4a）中，QF為低壓斷路器，作為電源開關(guān)用，同時(shí)也作為三相電動(dòng)機(jī)的短路、過載保護(hù)用；交流接觸器KM1、KM2作為電動(dòng)機(jī)的缺相保護(hù)用，當(dāng)三相電U11、V11、W11中任何一相缺相時(shí)，交流接觸器KM1、KM2的一個(gè)線圈就不能得電，KM1、KM2交流接觸器的一個(gè)主觸頭就不能吸合，三相電動(dòng)機(jī)就不能得電，保護(hù)了電動(dòng)機(jī)不會(huì)因?yàn)槿毕噙\(yùn)行而燒毀。

在圖4b）中，QS為組合開關(guān)，作電源開關(guān)用，SB1為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕；SB2為電動(dòng)機(jī)停止按鈕；FU1、FU2為熔斷器，分別作主電路、控制電路的短路保護(hù)；KH為熱繼電器，作為三相異步電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)；KM為交流接觸器，作為電動(dòng)機(jī)的控制開關(guān)和電動(dòng)機(jī)的失壓、欠壓保護(hù)，KA1、KA2為缺相保護(hù)用的中間繼電器，當(dāng)電動(dòng)機(jī)有缺相故障時(shí)，中間繼電器KA1、KA2的線圈至少有一個(gè)是不得電的，中間繼電器KA1、KA2的常開觸頭觸頭至少有一個(gè)是斷開的，0號(hào)線因有斷點(diǎn)而不能使KM線圈得電，KM的主觸頭是斷開的，電動(dòng)機(jī)不能得電，這樣就避免了電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)轉(zhuǎn)而燒毀電動(dòng)機(jī)。

3.2 在機(jī)床電氣檢修中三相異步電動(dòng)機(jī)的缺相保護(hù)

在機(jī)床電氣故障檢修的教學(xué)過程中，要對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的主電路進(jìn)行缺相故障的人為設(shè)置，在學(xué)生試車時(shí)為了不燒毀電動(dòng)機(jī)，需要進(jìn)行三相電動(dòng)機(jī)的缺相保護(hù)，為此，設(shè)計(jì)了下面的三相電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)控制電路。如圖5所示。

圖5 三相電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)控制電路

在圖5中，QS為組合開關(guān)，作電源開關(guān)用，SB1為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕；SB2為電動(dòng)機(jī)停止按鈕；FU1、FU2、FU3為熔斷器，分別作主電路、控制電路的和故障聯(lián)鎖電路的短路保護(hù)；KH為熱繼電器，作為三相異步電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)；KM1為交流接觸器，作為電動(dòng)機(jī)的控制開關(guān)和電動(dòng)機(jī)的失壓、欠壓保護(hù)，K1、K2、K3是設(shè)置故障用的帶有自鎖功能的雙聯(lián)常閉觸頭開關(guān)，KM2為缺相保護(hù)用的交流接觸器，當(dāng)電動(dòng)機(jī)設(shè)置有缺相故障時(shí)，K1、K2、K3的常閉觸頭觸頭至少有一對(duì)是斷開的，零線因有斷點(diǎn)而不能使KM2線圈得電，即使KM1線圈得電，KM1主觸頭閉合，因?yàn)镵M2的主觸頭是斷開的，電動(dòng)機(jī)也不能得電，這樣就避免了電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)轉(zhuǎn)而燒毀電動(dòng)機(jī)。

4 三相交流異步電動(dòng)機(jī)的接地保護(hù)

電動(dòng)機(jī)接地保護(hù)工作原理圖如圖6所示，圖中T為變壓器；X、Y、Z、為變壓器初級(jí)繞組三相電源；L1、L2、L3為變壓器次級(jí)繞組三相電源；N為零線；PE為保護(hù)接地線，M為三相交流異步電動(dòng)機(jī)。

圖6 電動(dòng)機(jī)接地保護(hù)工作原理圖

由于保護(hù)接地線電阻很小，所以漏電電流絕大部分通過保護(hù)接地線流回供電變壓器，而人體電阻較大，只有很少的漏電電流通過人體和大地回到供電變壓器，減少了對(duì)人體的傷害；如果三相交流異步電動(dòng)機(jī)的電源開關(guān)是帶漏電保護(hù)器的低壓斷路器，這時(shí)低壓斷路器就會(huì)跳閘，及時(shí)切斷供電電源，保護(hù)了觸電人員的人身安全。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有了更為先進(jìn)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，具有堵轉(zhuǎn)、啟動(dòng)超時(shí)、過載、過流、欠載、缺相、漏電、過壓、欠壓等多種保護(hù)功能，保護(hù)電動(dòng)機(jī)能夠安全運(yùn)行。