對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的電氣裝置保護(hù)的分析和探討

李樹(shù)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(duì)異步電動(dòng)機(jī)的電氣裝置保護(hù)的分析和探討

李樹(shù)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(dāng)前,異步電動(dòng)機(jī)作為一種動(dòng)力設(shè)備，被廣泛運(yùn)用在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域中，在促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)中發(fā)揮著重要作用。但是因?yàn)槠浒l(fā)生故障的頻率較高，常常會(huì)給工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此如何加強(qiáng)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)電氣裝置的保護(hù)已經(jīng)成為了工業(yè)領(lǐng)域廣泛關(guān)注的重大課題。接下來(lái)，筆者就異步電動(dòng)機(jī)的電氣裝置保護(hù)進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī)；電氣裝置；保護(hù)

目前，通過(guò)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的使用現(xiàn)狀來(lái)看，要實(shí)現(xiàn)對(duì)其的保護(hù)仍然是一個(gè)難度較大的工程，這就需要相關(guān)工作人員在使用異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，能夠充分權(quán)衡電動(dòng)機(jī)的容量、型號(hào)以及控制方式等選擇與之相應(yīng)的保護(hù)裝置以及起動(dòng)裝置。

1　異步電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障分析

1.1啟動(dòng)故障

電動(dòng)機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)，逐步實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過(guò)程可以當(dāng)作電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程。通常情況下，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)之前，轉(zhuǎn)差率（S）為1，轉(zhuǎn)子為0；當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，由于電源電壓直接跟電動(dòng)機(jī)的繞組連接，起動(dòng)時(shí)的定子電流達(dá)到了額定電流的4～7倍，甚至更高，因此在設(shè)計(jì)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)保護(hù)時(shí)，常常需要定時(shí)限保護(hù)來(lái)完成。

1.2堵轉(zhuǎn)故障

Tmax作為異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩值（Tz）大于了Tmax，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)無(wú)法承受而不得不停止轉(zhuǎn)動(dòng)。一般情況下，Tt是通過(guò)其過(guò)載倍數(shù)來(lái)體現(xiàn)的，即：Tt=Tmax/Tn。通常情況下，堵轉(zhuǎn)電流為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流高于額定電流的5～8倍，該現(xiàn)象被稱(chēng)為堵轉(zhuǎn)故障。

1.3過(guò)載故障

若電動(dòng)機(jī)負(fù)載過(guò)大，當(dāng)其大于電動(dòng)機(jī)最大負(fù)載量時(shí)，便導(dǎo)致轉(zhuǎn)子、定子電流都增大，當(dāng)電機(jī)的實(shí)際功率大于額定電流的情況稱(chēng)為電機(jī)過(guò)載，其典型特點(diǎn)為電流迅速增大，溫度升高，而轉(zhuǎn)速降低甚至停止，若電動(dòng)機(jī)所承擔(dān)的負(fù)載發(fā)生不穩(wěn)定變化，轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)出現(xiàn)短路故障主要有3類(lèi)，分別為：?jiǎn)蜗鄬?duì)地短路、絕緣失效以及相間短路。電動(dòng)機(jī)短路指的是電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中運(yùn)行電流高于8倍額定電流，而該電流則被稱(chēng)為短路電流。因此針對(duì)這種故障的保護(hù)裝置，對(duì)其動(dòng)作靈敏性提出了較高要求。

1.5斷相故障

若異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)有一相斷開(kāi)，我們將其稱(chēng)為斷相故障。產(chǎn)生該類(lèi)故障的原因主要為電源其中一相接觸不良或者電動(dòng)機(jī)電樞繞組斷路。這種故障會(huì)導(dǎo)致原來(lái)還沒(méi)起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)無(wú)法正常起動(dòng)，甚至還有低鳴聲。

1.6溫度故障

雖然電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載的正常運(yùn)行會(huì)伴有各種損耗，但是這些損耗最終通過(guò)熱能的形式擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，如此便會(huì)引起電動(dòng)機(jī)溫度升高，但此溫度低于電動(dòng)機(jī)最高允許溫度。所以在設(shè)置溫度保護(hù)裝置時(shí)，需要將溫度傳感器埋入線圈中，若達(dá)到一定溫度后，傳感器兩頭膨脹接觸，進(jìn)而將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電信號(hào)[1]。

1.7漏電故障

若電動(dòng)機(jī)故障不能及時(shí)解決，再加上繞組受潮、絕緣損害而碰殼，一旦槽內(nèi)有帶電雜物時(shí)便會(huì)使電動(dòng)機(jī)的外殼帶電，我們將該現(xiàn)象稱(chēng)為漏電。針對(duì)這種故障時(shí)，在設(shè)計(jì)保護(hù)裝置時(shí)必須采取急速保護(hù)，及早實(shí)施保護(hù)動(dòng)作。

2　異步電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)保護(hù)裝置分析

2.1電流檢測(cè)型保護(hù)裝置

1）熱繼電器。該類(lèi)保護(hù)裝置主要是安裝在主回路中，其發(fā)揮保護(hù)的原理為：負(fù)載電流在經(jīng)過(guò)被校準(zhǔn)的電阻元件后，保證其在電動(dòng)機(jī)繞組倍燒壞之前便發(fā)揮保護(hù)作用，將控制回路切斷，實(shí)現(xiàn)保護(hù)電動(dòng)機(jī)的目的。近年來(lái)，隨著電子元件的不斷完善以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷豐富，熱繼電器不僅發(fā)揮著溫度補(bǔ)償?shù)淖饔茫€發(fā)揮著斷相保護(hù)和負(fù)載不平衡的功能。

2）熱式斷路器。這類(lèi)裝置主要被用于保護(hù)帶有熱磁脫扣的電動(dòng)機(jī)，熱式斷路器發(fā)揮保護(hù)作用的原理大致跟熱繼電器相似，其結(jié)構(gòu)也相差不大，其主要是促使雙金屬熱元件發(fā)生彎曲，然后跟觸點(diǎn)接通，一部分直接頂脫扣裝置，將斷路器斷開(kāi)。由于電磁體的整體定值較高，因此只有線路發(fā)生短路時(shí)才動(dòng)作。除此之外，熱式斷路器的結(jié)構(gòu)價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小，并且其動(dòng)作完全符合當(dāng)前保護(hù)相規(guī)定，因此當(dāng)前已經(jīng)被廣泛用于異步電動(dòng)機(jī)電氣裝置保護(hù)中[2]。

3）電子式過(guò)電流繼電器。該類(lèi)保護(hù)裝置的原理為：主要是通過(guò)自身各相電流互感器來(lái)檢測(cè)故障電流信號(hào)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有故障時(shí)，通過(guò)電子電路進(jìn)行處理。由于這類(lèi)保護(hù)裝置動(dòng)作功能豐富，進(jìn)而可以用于保護(hù)不同類(lèi)型的異步電動(dòng)機(jī)。總之，該類(lèi)型的保護(hù)裝置的特征為：不僅有過(guò)載、斷相保護(hù)，還具有反向保護(hù)，動(dòng)作的時(shí)間可以調(diào)節(jié)，能夠顯示故障。

4）固態(tài)繼電器。這種保護(hù)裝置是有簡(jiǎn)單的電子式裝置逐漸發(fā)展而來(lái)的，該裝置屬于為處理器裝置的一種，具有多種功能。該保護(hù)裝置的價(jià)格因?yàn)槠涔δ懿煌町愝^大，其中最為復(fù)雜的繼電器只能被用在一些體積較大、價(jià)格較高的電動(dòng)機(jī)或者一些重要的場(chǎng)合。其主要發(fā)揮著以下功能：（1）欠電壓或者過(guò)電壓；（2）堵轉(zhuǎn)保護(hù)；（3）過(guò)電流運(yùn)行。為了保證電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)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(shí)限編程將其輸入微處理器，將電源切斷。

5）用電路斷器。這類(lèi)保護(hù)裝置主要是用于保護(hù)帶有電子式脫扣的電動(dòng)機(jī)。這類(lèi)保護(hù)裝置發(fā)揮保護(hù)作用的原理跟上述的電子式過(guò)電流繼電器和固態(tài)繼電器存在很多相同的地方，更突出的優(yōu)點(diǎn)為能夠顯示電路參數(shù)，故障報(bào)警、負(fù)載監(jiān)控、多種保護(hù)特性、試驗(yàn)、通信等功能。

2.2溫度檢測(cè)型保護(hù)裝置

1）雙金屬片溫度繼電器。針對(duì)這種類(lèi)型的保護(hù)裝置，主要是該繼電器埋入電動(dòng)機(jī)繞組中，一旦電動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因?yàn)檫^(guò)載導(dǎo)致繞組的溫度超過(guò)最高溫度時(shí)，便會(huì)引起帶有觸頭的雙金屬片受熱而彎曲，最終將觸點(diǎn)端來(lái)，實(shí)現(xiàn)切斷電路的目的。

2）熱保護(hù)器。其發(fā)揮保護(hù)作用主要是通過(guò)將其安裝在電動(dòng)機(jī)本體來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其跟溫度繼電器的最大區(qū)別在于具有其主要是在電機(jī)回路上串兩個(gè)觸頭形狀如碗的雙金屬片當(dāng)作觸橋，當(dāng)過(guò)載電流流過(guò)時(shí)便可促使其發(fā)熱，當(dāng)電動(dòng)機(jī)溫度升高到一個(gè)臨界值時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致金屬片發(fā)生瞬間反跳動(dòng)作，這一動(dòng)作可以使得接觸點(diǎn)斷開(kāi)，起到電動(dòng)機(jī)電流斷開(kāi)的作用。

3）平衡式溫度計(jì)。發(fā)揮保護(hù)作用的機(jī)制是利用檢測(cè)線圈測(cè)溫電動(dòng)機(jī)定子，在每個(gè)相繞組中置入1個(gè)或2個(gè)檢測(cè)線圈，但通常情況下這一過(guò)程需要在自動(dòng)平衡式溫度計(jì)的監(jiān)測(cè)下進(jìn)行。

4）熱敏電阻溫度繼電器。其通常被置入在電動(dòng)機(jī)繞組中，若溫度超出限定值，會(huì)造成值迅速增大，增大倍數(shù)可達(dá)10～1000倍。所以，在對(duì)其使用過(guò)程中，還應(yīng)在電子電路檢測(cè)配合下進(jìn)行，然后讓繼電器動(dòng)作。

3　異步電動(dòng)機(jī)跟保護(hù)裝置的配合

1）電動(dòng)機(jī)、過(guò)載保護(hù)裝置之間的協(xié)調(diào)配合。關(guān)于電動(dòng)機(jī)跟過(guò)載裝置的協(xié)調(diào)配合應(yīng)該注意以下三個(gè)方面：一是過(guò)載保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)該稍微大于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間。二是過(guò)載保護(hù)裝置在一瞬之間動(dòng)作時(shí)所需的電流應(yīng)該比異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)沖擊時(shí)的電流更高；三是過(guò)載保護(hù)裝載動(dòng)作所需的總共時(shí)間不能長(zhǎng)于導(dǎo)線的導(dǎo)熱性，因此唯有滿足上述三個(gè)條件才能發(fā)揮保護(hù)供電線路的作用。

2）過(guò)載保護(hù)裝置、短路保護(hù)裝置之間的協(xié)調(diào)配合。通常過(guò)載保護(hù)裝置不能分?jǐn)喽搪冯娏鳎粼谑褂脮r(shí)發(fā)生短路現(xiàn)象，便需在主電路中串聯(lián)短路保護(hù)裝置來(lái)切斷電路，常見(jiàn)的為路斷器或者熔斷器。但如果故障電流過(guò)小，屬于過(guò)載范圍，則依然需要過(guò)載保護(hù)裝置來(lái)將電路氣短，但是在協(xié)調(diào)配合時(shí)，必須注意兩者只能選擇其中一種[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]高志林.異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)與保護(hù)裝置[J].中國(guó)科技信息，2005（18）：81-81.

[2]韓長(zhǎng)江.異步電動(dòng)機(jī)的電氣保護(hù)及檢修[J].科技論壇，2015 （17）：35-35.

[3]侯越然.異步電動(dòng)機(jī)的電氣裝置保護(hù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（4）：97-97.

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