三相異步電動機保護的設計

1、平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 畢業(yè)設計（論文） （說明書） 題 目： 三相異步電動機的保護設計 姓名：劉智杰 學號：20092003978 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院 2011年*月*日 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計（論文）任務書 姓名劉智杰 專業(yè)班級 電氣自動化4班 任務下達日期2011年_9_月25 日 設計（論文）開始日期 2011 年10 月10 日 設計（論文）完成日期 2011年_月日 設計（論文）題目：三相異步電動機的保護設計 A 編制設計 B 設計專題（畢業(yè)論文） 指導教師馬超 2011 系（部）主任韓莉 年 月曰 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計（論文）答辯委

2、員會記錄 自動化與信息工程 系 電氣自動化專業(yè)，學生劉智杰于2011年* 月_*_日 進行了畢業(yè)設計（論文）答辯。 設計題目： 專題（論文）題目： 指導老師： 答辯委員會根據學生提交的畢業(yè)設計（論文）材料，根據學生答辯情況，經答 辯委員會討論評定，給予學生 畢業(yè)設計（論文）成績 為。 答辯委員會人，出席人 答辯委員會主任（簽字）： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員：， 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）評語 第 頁 共 頁 學生姓名：劉智杰 專業(yè)電氣自動化年級 09級 畢業(yè)設計（論文）題目： 二相異步電動機的保護設計 評閱人： 指導教師： （簽字） 年 月 日 成績： 系（科）主

3、任： （簽字） 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）及答辯評語： 摘要 近幾十年來，隨著電力電子技術、微電子技術及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，中、小功率電動 機在工農業(yè)生產及人們的日常生活中都有極其廣泛的的應用。特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)及家用電器的 迅速，更需要大量的中小功率電動機。由于這種電動機的發(fā)展及廣泛的應用，它的使用、保 養(yǎng)和維護工作也越來越重要。本文主要介紹了電動機技術發(fā)展及現(xiàn)狀、工作原理、電動機的 運行保護。 三相異步電動機應用非常廣泛，無論是在工廠內、商業(yè)樓內甚至居民樓內都能見到它們 的身影，假如沒有三相異步電動機工廠將無法運轉、商場將無法正常營業(yè)。通常所見的電動 機在商場主要應用形式供暖系統(tǒng)、空調器、排

4、風風機、排煙風機、消防系統(tǒng)、供水系統(tǒng)。但 在使用中電動機又會出現(xiàn)各種各樣的問題，比如因負載超過電機的額定工作量、因散熱條件 問題及電機本身的原因引起的溫度過高、因機械原因過工作失誤造成的缺相，為保證電動機 的正常工作及工廠、商場的正常運營我們必須盡可能減少電動機出現(xiàn)故障。 電動機的故障分兩部分：一部分是機械原因。例如軸承和風機的磨損或損壞。另一部分 是電磁故障。電磁故障原因有電動機的過載、斷相、過電壓、欠電壓和短路都能使電動機受 損和毀壞。 電流互感器，它是采用電流的所有保護的電流回路都要接自電流互感器，例如，過電流 保護，電流速斷，功率方向，零序電流，負序電流，差動，低周電流閉鎖（自動裝置）

5、等等。 同樣的，電壓互感器，它是采用集電壓的的所有保護的電壓回路都要接自電壓互感器，例如， 過電壓保護，低壓保護（低壓保護是當電源電壓低于設定值時，保護電路就動作，并發(fā)出報 警信號），備自投（自動裝置），功率方向，同期，低周（自動裝置），阻抗，零序電壓，負序 電壓，等等。 關鍵詞：三相異步電動機 電機保護工作原理 運行維護 第1章緒論 1.1選題背景 我國的電動機保護裝置大約經歷了全面仿蘇、自行設計、更新?lián)Q代、智能化 發(fā)展等幾個階段。值得一提的是由于近年來微處理器技術的發(fā)展，給電動機保 護向智能化、多功能化方向發(fā)展提供了硬件平臺，使得電機保護進入了一個飛 速發(fā)展的階段。 我國對電動機保護的研究

6、已有半個世紀之久，各類保護裝置也層出不窮。最 早的熔斷器能簡單的視線短路保護，但由于熔斷器的熔體在制造工藝、時效和 安裝上存在隨機“缺陷”，加上熔斷器熔斷后又會造成電動機斷相運行，起保 護能力相當有限。熱繼電器能實現(xiàn)電動機因果在而引起的過流保護，具有結構 簡單、使用方便以及較好的反時限保護特性。在工礦企業(yè)的電氣傳動生產設備 中， 1.2三相異步電動機保護設計在國民經濟中的意義 電機是與電能的生產、傳輸和使用有著密切關系的電磁機構。 電動機是一種 電能到機械能的能量轉換設備，是動力設備中的主力軍。由于三相異步電動機具 有結構簡單、價格低廉、機械特性較好、運行維護方便等優(yōu)點。在日常生活和工 業(yè)生產

7、等國民經濟中獲得了非常廣泛的應用。如家電、機械加工、冶金、煤炭、 石油、化工及交通運輸等離不開電機。 我國電動總裝機容量約占全部用電設備總 容量的75%以上，而耗電量約占總發(fā)電量的 70%以上。然而電動機的故障率也居 各種電氣設備之首。日本電氣協(xié)會PM研究會對供電1000kw以上的652個工廠中 的異步電動機、特殊電動機、變壓器及其它等 14種電氣設備故障率進行了調查 分析，結果表明故障率最高者為電動機，高達 38.1%。 在電動機實際使用過程中，惡劣的運行環(huán)境以及超技術條件運行， 是導致電 動機各類故障的主要原因。電機故障或損壞帶來的直接和間接損失是相當巨大 的。另外，由于電機的故障、損壞所

8、造成的其它事故以及導致工廠停產所造成的 間接損失則更為巨大。由此可見，在國民經濟中，電動機不但是為數眾多、應用 面廣的動力設備。而且又是最為薄弱的環(huán)節(jié)。做好電動機保護的設計對國民 經濟有著重要的意義。 13三相異步電動機的現(xiàn)狀 目前，電動機的用電量平均占世界各國總用電量的40%以上，占工業(yè)用電量 的60%以上。一些國家和地區(qū)的用電量占工業(yè)用電總量的比例如表1所示。據美 國、歐盟等統(tǒng)計，電動機用電量約占總電量的 42%-50%，三相異步電動機的用電 量站電動機總用電量的 90%左右；37KW及以下電動機占電動機總裝機數 95% 以上、占電動機總用電量的 50%左右 表1 一些國家/組織電動機用電

9、量占工業(yè)用電量比重 國家/組織名稱 電動機占工業(yè)用電量比較 歐盟 69% 美國 80% （占全國用電量的 70%） 日本 61% 法國 67% 俄羅斯 60% 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文) 第二章 三相異步電動機的保護要求 2.1. 電動機運行中的保護要求 對運行中的電動機應經常檢查它的外殼由無裂紋，螺釘是否脫落或松動，電 動機有無異響或震動等。監(jiān)視時，要特別注意電動機有無冒煙和異味出現(xiàn)，若聞 到焦糊味或看到冒煙。必須立即停止檢查處理。 對軸承部位，要注意它的溫度和聲音。溫度升高，響聲異常則可能是軸承缺油 或磨損。 用聯(lián)軸器傳動的電動機，如果中心校正不好，會在運行中發(fā)出響聲，

10、并伴隨著 發(fā)生電動機振動和聯(lián)軸器螺栓膠墊的迅速磨損。這時應重新校正中心線。若帶傳 動的電動機，應注意帶不應過松而導致打滑，也不能過緊而使電動機軸承過熱。 三相電流和輸入功率是否正常，三相電壓、電流是否平衡，有無波動現(xiàn)象。有 無其他方面的不良因素。 在發(fā)生以下故障時，應立即停機處理： 1. 人身觸電事故。 2. 電動機冒煙。 3. 電動機劇烈振動。 4. 電動機軸承發(fā)熱嚴重。 5. 電動機轉速迅速下降，溫度迅速升高。 2.2. 三相異步電動機啟動前的準備 對于安裝或久為運行的電動機，在通電使用之前必須先做下列檢查，以驗證 電動機能否通電運行。 1. 安裝檢查 了解電動機名牌所規(guī)定的事項；電動機是

11、否適應安裝條件、周圍環(huán)境和保護形 式；要求電動機配置靈活、螺栓擰緊。軸承運行無阻、聯(lián)軸器中心無偏移等；檢 查配線尺寸是否正確，接線柱是否有松動現(xiàn)象，有無接觸不良的地方；檢查接線 是否正確，機殼是否接地良好。 2. 絕緣電阻檢查 要求用兆歐表檢查電動機的絕緣電阻，包括三相相間絕緣電阻和三相繞組對地 絕緣電阻，測得的冷態(tài)絕緣電阻一般不小于10兆歐。 3. 電源檢查 檢查電源開關，熔斷器的容量、規(guī)格與繼電器是否配套；一般當電源電壓波動 超出額定值+10%或-5%時，應改善電源條件后投入運行。 4. 啟動、保護措施檢查 檢查傳動帶的張緊力，是否偏大或偏??；同時檢查安裝是否正確，有無偏心。 用手或工具轉

12、動電動機的轉軸是否轉動靈活，添加的潤滑油量和材質是否正確； 集電環(huán)表面和電刷表面是否臟污， 檢查電刷的壓力、電刷在刷握內活動情況以及 電刷短路裝置的動作是否正常；檢查電動機的啟動方法，確定電動機的旋轉方向。 要求啟動設備接線正確(全壓啟動的中小型異步電動機除外) ，電動機所配熔絲 的規(guī)格合適，外殼接地良好。以上各項檢查無誤后，方可合閘啟動。 2.3. 啟動時應注意的事項 1. 合閘前必須經過啟動前所要求的檢查內容。特別要檢查電動機和拖動機械附近 是否有異物。 2. 合閘后，若電動機不轉，應迅速、果斷地拉閘，以免燒壞電動機。 3. 電動機啟動后，應注意觀察，若有異常情況，應立即停轉。待查明故障并

13、排除 后，才能重新合閘啟動。 4. 啟動電機后，如發(fā)現(xiàn)轉動慢或聲音異常，要切斷電源后再檢查，不排除故障， 不可再合閘啟動。 5. 籠型轉子電動機采用全壓啟動時，短時間內連續(xù)啟動的次數不宜過于頻繁。對 功率較大的電動機要隨時注意電動機的溫升。 6. 啟動電機后要注意啟動操作順序，如果是手動操作的演示控制設備，更要注意 啟動過程是否正常。 7. 繞線轉子異步電動機啟動前，應注意檢查啟動電阻是否接入。接通電源后，隨 著電動機轉速的上升而逐漸切除啟動電阻。 8. 幾臺電動機由同一臺變壓器供電時，不能同時啟動，應從大到小逐漸啟動。以 免線路上啟動電流過大，電壓降太多，使周圍電氣設備工作受到影響。 24.

14、電動機啟動后要檢查哪些內容 1. 檢查電動機旋轉方向是否正確。 2. 在啟動加速過程中，電動機有無振動或異常聲響。 3. 啟動電流是否正常，電壓降大小是否影響周圍電氣設備的正常工作。 4. 啟動時間是否正常。 5. 負載電流是否正常，三相電壓電流是否平衡。 6. 啟動裝置是否正確。 7. 冷卻系統(tǒng)和控制及系統(tǒng)動作是否正常。 2.4. 三相異步電動機的常見故障及解決方法 1. 通電后電動機不能轉動，但無異響，也無異味和冒煙 。 (1) 故障原因電源未通(至少兩相未通)；熔絲熔斷(至少兩相熔斷)： 過流繼電器調得過?。豢刂圃O備接線錯誤。 (2) 故障排除檢查電源回路開關，熔絲、接線盒處是否有斷點，

15、修復；檢 查熔絲型號、熔斷原因，換新熔絲；調節(jié)繼電器整定值與電動機配合；改正 接線。 2. 通電后電動機不轉，然后熔絲燒斷 (1) 故障原因缺一相電源，或定干線圈一相反接；定子繞組相間短路； 定子繞組接地；定子繞組接線錯誤；熔絲截面過小；電源線短路或接地。 (2) 故障排除檢查刀閘是否有一相未合好，可電源回路有一相斷線；消除反 接故障；查出短路點，予以修復；消除接地；查出誤接，予以更正；更 換熔絲；消除接地點。 3. 通電后電動機不轉有嗡嗡聲 （1）故障原因定、轉子繞組有斷路（一相斷線）或電源一相失電；繞組引 出線始末端接錯或繞組內部接反；電源回路接點松動，接觸電阻大；電動機 負載過大或轉子卡

16、住；電源電壓過低；小型電動機裝配太緊或軸承內油脂過 硬；軸承卡住。 （2）故障排除查明斷點予以修復；檢查繞組極性；判斷繞組末端是否正確； 緊固松動的接線螺絲，用萬用表判斷各接頭是否假接，予以修復； 減載或查 出并消除機械故障，檢查是還把規(guī)定的面接法誤接為 丫；是否由于電源導線過 細使壓降過大，予以糾正，重新裝配使之靈活；更換合格油脂；修復軸承。 4. 電動機起動困難，額定負載時，電動機轉速低于額定轉速較多 （1） 故障原因電源電壓過低；面接法電機誤接為丫 ；籠型轉子開焊或斷 裂；定轉子局部線圈錯接、接反；修復電機繞組時增加匝數過多；電機過 載。 （2）故障排除測量電源電壓，設法改善；糾正接法；

17、檢查開焊和斷點并 修復；查出誤接處，予以改正；恢復正確匝數；減載。 5. 電動機空載電流不平衡，三相相差大 （1）故障原因重繞時，定子三相繞組匝數不相等；繞組首尾端接錯；電 源電壓不平衡；繞組存在匝間短路、線圈反接等故障。 （2）故障排除重新繞制定子繞組；檢查并糾正；測量電源電壓，設法消 除不平衡；峭除繞組故障。 6. 電動機空載，過負載時，電流表指針不穩(wěn)，擺動 （1）故障原因籠型轉子導條開焊或斷條；繞線型轉子故障（一相斷路）或 電刷、集電環(huán)短路裝置接觸不良。 （2）故障排除查出斷條予以修復或更換轉子； 檢查繞轉子回路并加以修復。 7. 電動機空載電流平衡，但數值大 （1） 故障原因修復時，定

18、子繞組匝數減少過多；電源電壓過高；丫接電 動機誤接為;電機裝配中，轉子裝反，使定子鐵芯未對齊，有效長度減短； 氣隙過大或不均勻；大修拆除舊繞組時，使用熱拆法不當，使鐵芯燒損。 （2）故障排除重繞定子繞組，恢復正確匝數；設法恢復額定電壓；改接 為丫 ；重新裝配；更換新轉子或調整氣隙；檢修鐵芯或重新計算繞組，適 當增加匝數。 8. 電動機運行時響聲不正常，有異響 （1）故障原因轉子與定子絕緣紙或槽楔相擦；軸承磨損或油內有砂粒等異 物；定轉子鐵芯松動；軸承缺油；風道填塞或風扇擦風罩，定轉子鐵芯 相擦；電源電壓過高或不平衡；定子繞組錯接或短路。 （2）故障排除修剪絕緣，削低槽楔；更換軸承或清洗軸承；檢

19、修定、轉 子鐵芯；加油；清理風道；重新安裝置；消除擦痕，必要時車內小轉子； 檢查并調整電源電壓；消除定子繞組故障。 9. 運行中電動機振動較大 （1）故障原因由于磨損軸承間隙過大；氣隙不均勻；轉子不平衡；轉 軸彎曲；鐵芯變形或松動；聯(lián)軸器（皮帶輪）中心未校正；風扇不平衡； 機殼或基礎強度不夠；電動機地腳螺絲松動；籠型轉子開焊斷路；繞線轉 子斷路；加定子繞組故障。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） （2）故障排除檢修軸承，必要時更換；調整氣隙，使之均勻；校正轉子 動平衡；校直轉軸；校正重疊鐵芯，重新校正，使之符合規(guī)定；檢修風 扇，校正平衡，糾正其幾何形狀；進行加固；緊固地腳螺絲；修復

20、轉子繞 組；修復定子繞組。 10軸承過熱 （1）故障原因滑脂過多或過少；油質不好含有雜質；軸承與軸頸或端蓋 配合不當（過松或過緊）：軸承內孔偏心，與軸相擦；電動機端蓋或軸承蓋 未裝平；電動機與負載間聯(lián)軸器未校正，或皮帶過緊；軸承間隙過大或過小； 電動機軸彎曲。 （2） 故障排除按規(guī)定加潤滑脂（容積的1/3-2/3）;更換清潔的潤滑滑脂； 過松可用粘結劑修復，過緊應車，磨軸頸或端蓋內孔，使之適合；修理軸承 蓋，消除擦點；重新裝配；重新校正，調整皮帶張力；更換新軸承；校 正電機軸或更換轉子。 11.電動機過熱甚至冒煙 （1）故障原因電源電壓過高，使鐵芯發(fā)熱大大增加；電源電壓過低，電動 機又帶額定負

21、載運行，電流過大使繞組發(fā)熱；修理拆除繞組時，采用熱拆法不 當，燒傷鐵芯；定轉子鐵芯相擦；電動機過載或頻繁起動；籠型轉子斷條； 電動機缺相，兩相運行；重繞后定于繞組浸漆不充分；環(huán)境溫度高電動機 表面污垢多，或通風道堵塞；電動機風扇故障，通風不良；定子繞組故障（相 間、匝間短路；定子繞組內部連接錯誤）。 （2） 故障排除降低電源電壓（如調整供電變壓器分接頭），若是電機丫、接 法錯誤引起，則應改正接法；提高電源電壓或換粗供電導線；檢修鐵芯，排 除故障；消除擦點（調整氣隙或挫、車轉子）：減載；按規(guī)定次數控制起動； 檢查并消除轉子繞組故障；恢復三相運行；采用二次浸漆及真空浸漆工藝； 清洗電動機，改善環(huán)境

22、溫度，采用降溫措施；檢查并修復風扇，必要時更換； 檢修定子繞組，消除故障。 圖2 1電機振動原因及處理方法 現(xiàn)象 原因 處理方法 兩端軸向振動較大 1軸承與軸承室配合過緊 1將軸承市擴大 低速時有喘”聲 2軸承位置不正 2重新裝配軸承 3兩端軸承市不同心 3修理過更換端蓋 兩端徑向振動較大 1電機轉子不平衡量較大 1重調平衡 手感振動大但振動頻 2轉子有斷條或細條 2修理或更換轉子 率低而均勻 3定、轉子氣隙不均 3查處不均與的原因然后處理 振動值在電機發(fā)出異 1軸承軸向位置不正確 1重新裝配軸承 常響聲時增大 2軸承質量不好 2更換好的軸承 外風扇端徑向振動較 1外風扇不平衡或平面度不好 1

23、重調平衡或換合格風扇 大 2外風扇安裝不正或松動 2重新安裝 3轉子動平衡較差 3重調動平衡 各部位都有較大振動 1轉子用錯，造成槽斜度、槽 1更換轉子 振動頻率較咼有“麻 配合不合理 手”感覺 2轉子有斷條 2修好斷條 3軸承滾道損壞嚴重 3更換軸承 圖22三相異步電動機的故障現(xiàn)象和主要原因 感覺 現(xiàn)象 外觀不良 主要原因 污損、塵埃、腐蝕、損傷 變色、冒煙 過熱、燒損、接觸不良 視覺 儀表失常、不平衡 電壓不平衡、轉子電阻不平衡、層間短路。 無指示 斷線 單相運行、接觸不良、熔絲燒斷 電流不平衡 轉子電阻不平衡、轉子繞組故障 指示過大 過負荷、堵轉、軸承燒損 運轉停止 停電、軸承燒毀、定子

24、和轉子接觸、單相運 轉、電壓低、轉矩不夠、負載過大、離心開 關不好 聽覺 噪聲 、電壓降過大 機械原因：松動、接觸不良、機械不平衡、 軸承故障 電氣原因：電壓不平衡、單相運轉、堵轉、 嗅覺 有臭味 層間短路、斷路、啟動及升速不好 電機過熱、燒毀、層間短路、堵轉、過載、 單相運轉、潤滑不良、軸承燒損 振動 異常振動、機械不平衡、電壓不平衡、單相 運轉、層間短路、斷線 觸覺 溫度 過熱、過載、堵轉、單相運行、冷卻不良、 低電壓運行、升速不好 26電動機的正確使用和保護 1. 使用前的檢查 （1）應該對電動機的銘牌數據（額定功率、電壓、電流、轉數等）是否符合實 際要求。 （2）檢查電動機接線是否正確

25、。 （3）檢查電動機零部件是否齊全、完好。電動機內部有無雜物，要清掃干凈， 使電動機內、外部無電刷粉末、灰塵、油污等。 （4）所有緊固件是否牢固，接地裝置是否完備可靠。 （5）檢查傳動裝置時，主要檢查帶輪或聯(lián)軸器有無破損。傳動機器連接口是否 完好。 （6）檢查電動機軸能否旋轉自如，軸承是否有油。電刷在刷盒中應上、下活動 自如。 （7）.新的或長期未用的電動機，應測量繞組間和繞組對地絕緣電阻。有集電環(huán) 的還應測集電環(huán)對地和環(huán)與環(huán)之間的絕緣電阻，一般電動機的絕緣電阻應大 于0.5兆歐時才可以使用。 2. 啟動時應注意的事項 （1）電動機投入電源后不啟動，不要在連續(xù)啟動，應找出原因，處理好后再重 新

26、合閘啟動。 （2）電動機啟動后，看電動機轉向、電流表和電壓表指示是否正常。然后觀 察電動機的傳動裝置是否正常。查看電動機的運轉情況有無異?，F(xiàn)象（如振 動、異常響聲等）。 3. 電動機運行時的監(jiān)視維護 （1）檢查電動機的振動情況，用測振儀測量地腳、軸承、端蓋等處震動值并記 錄。 （2）監(jiān)視電動機的電壓、電流值是否正常，三相是否平衡。電源電壓與額定電 壓的誤差不得超過+5%。三相交流電動機的三相電壓不平衡度不得超過1.5%。 電流不平衡度，空載時不得超過 10%，中載以上不得超過5%。 （3）檢查所有緊固件的緊固程度。 （4）檢查電動機的溫度，可用點溫計測量，看溫升是否超標。 （5）電動機的氣味是

27、否正常，有無絕緣燒焦氣味。 （6 ）檢查電動機的接地情況是否良好。 （7）檢查電刷運行情況（對于繞線轉子），電刷與集電環(huán)接觸是否吻合，有無刷 火，集電環(huán)溫度如何。 （8）應經常保持清潔，不允許有水滴、油污及雜物等落入電動機內部，電動機 的進風口與出風口必須保持暢通。使用通風良好。 （9）經常檢查周圍空氣是否干燥，濕度是否符合產品要求；空氣中灰塵不允許 過多；經常檢查空氣中是否含有腐蝕性氣體和鹽霧，如發(fā)現(xiàn)立即清除。對于有特 殊防護措施的電動機，也應設法盡量減少空氣中腐蝕性氣體和鹽霧的含量。 （10）經常檢查出線盒的密封情況；電源電纜在出線和入口處的固定和密封情況； 電源接頭與接線柱接觸是否良好，

28、是否有燒傷現(xiàn)象。 表2一 3 電動機按慣例進行保護和檢查項目 檢查周期檢查項目 1外觀全面檢查，并記錄。 上2檢查電動機各部分是否有振動、噪聲和異?，F(xiàn)象。 日常檢查3檢查供油系統(tǒng)，進行潤滑軸承。 4檢查通風泠卻系統(tǒng)、潤滑摩擦狀況以及各部緊固情況。 1外觀全面檢查，并記錄。 2檢查各部分松動情況及接觸情況。 3有無破損部位，并提出處理計劃和措施。 4檢查粉塵堆積情況，要及時清掃。 每月定期5檢查引出線和配線是否有損傷、老化等問題。 或巡回檢查6各部連接狀態(tài)是否良好。 7絕緣電阻情況。 8檢查電刷、集電環(huán)磨損情況，電刷在刷握內活動是否正常。 1檢查軸承和潤滑劑。 2必要時，電動機應解體檢修。 3清

29、掃或清洗塵垢。 每年檢查4外觀檢查是否生銹、腐蝕。 5更換電刷，修理集電環(huán)，調整刷壓。 6檢查絕緣電阻，進行干燥處理。 第三章三相異步電動機的保護理論研究 3.1電動機保護裝置的發(fā)展狀況 （1）熔斷器、熱繼電器和電磁式電流繼電器構成的保護 熔斷器是使用最早、最簡單的保護方式。熔斷器主要適用于短路故障或嚴重過載時 保護供電設備和供電網絡的，實際上它并不是直接針對電動機的保護。當熔體熔斷時， 又往往會造成電動機缺相運行而燒毀。例如：熔斷器熔體界面的選擇通常是按電動機額 定電流1.52.5倍來選擇，但實際上電動機起動時會受到 58倍額定電流的沖擊。雖然 因時間短。理論上電流可以在熔體不熔斷的情況下通

30、過熔斷器，但是由于熔體在制造工 藝、時效和安裝上存在隨機性缺陷，在電動機啟動時和容易發(fā)生不分相首先熔斷，而使 電動機處于缺相運行，造成燒毀事故。因而熔斷器被淘汰。 熱繼電器是我國20世紀50年代初從前蘇聯(lián)引進的產品，是用于保護電動機因過載 引起過電流裝置。熱繼電器在電子業(yè)尚不發(fā)達的時期曾是電機過載保護的首選產品，禾U 用的是雙金屬片熱效應原理：雙金屬片是有兩片不同膨脹系數的金屬合制而成，通過的 電流是它們產生熱量，并向膨脹系數小的一邊彎曲，彎曲的程度和電流的大小成正比， 當電流超過熱繼電器整定電流的一定時間就會啟動其中的脫口裝置，從而起到切斷主回 路達到保護的目的。熱繼電器具有反時限特性和結構

31、簡單、使用方便等優(yōu)點。但熱繼電 器也存在很大的不足：熱繼電器參數受環(huán)境溫度影響較大：熱繼電器安裝在電動機殼外， 一旦發(fā)生通風受阻、掃鏜、堵轉、長期輕微過載時電動機繞組產生積累等故障時，熱繼 電器就無法保護電動機；熱繼電器本身是一個耗能元件，在工作過程中要消耗電能；當 熱繼電器真正起到保護作用動作幾次后， 其本身的電阻絲和絕緣材料會因過熱而迅速損 壞，不能繼續(xù)使用，必須全套更換。因此，1996年國家八部委聯(lián)合發(fā)文強制將其淘汰。 電磁式電流繼電器具有過載、堵轉保護功能，有的還有缺相保護，其過載保護具有反時 限特性，這是電磁式電流繼電器的優(yōu)點。但其結構復雜，對機械制造精度要求高，價格 高且體積龐大。

32、因而目前也已被基本淘汰。 （2）采用半導體、集成電路構成的模擬電子是保護 20世紀70年代隨著半導體、集成電路技術的發(fā)展，電動機的保護裝置也從分立元 件向集成電路發(fā)展。這種保護裝置較之以往的保護裝置無論在體積上、對信號的檢測和 判斷上、還是在電動機的保護性能上都向前邁進了一大步。一是裝置體積縮小，安裝方 便；二是功能更為全面：可以保護缺相、過載、欠流、相失衡、逆相、接地、短路、過 電流、過電壓等故障，還具有電流電壓顯示和聲光報警等功能。雖然這類保護裝置的功 能全面，但是也存在一些無法克服的缺陷，包括：a.整定精度不高。模擬電子是電動機 保護器均采用電位器進行電流的整定， 然而要使電位器滑動臂的

33、旋轉角度與其阻值成較 好的線性關系比較困難，特別是在大批量生產過程中更是難以做到。另外，操作者的整 定誤差也是難以避免的，特別是對也那些沒有設定值顯示的產品。這些都會造成正定的 精度受影響。b.無法實現(xiàn)具有多重保護功能于一體的全保護。c.裝置復雜，對電磁干擾 敏感，對維護人員的要求很高。鑒于以上原因，純粹模擬線路的電動機保護裝置逐漸被 其他一些更先進的技術產品所替代。 （3）微機型的數字式保護 計算機技術的發(fā)展帶來了電動機保護裝置研制的飛越進步，出現(xiàn)了電動機的微機保 護裝置。與前兩種保護相比較，微機型的電動機保護裝置具有速度快、智能化程度高等 待點。電動機微機保護裝置主要以單片機作為控制器，實

34、現(xiàn)電動機的智能化綜合保護。 裝置可以根據需要設有遠程通訊功能，在 PC機上實現(xiàn)對多臺聯(lián)網電動機的在線綜合監(jiān) 視與控制。在采樣和整定精度方面也有質的飛躍，可以對采樣信號進行軟件非線性校正， 并可實現(xiàn)真實有效值的計算，從而極大的降低了被測信號波形畸變的影響，真正實現(xiàn)了 高精度采樣和信號采取。在整定方面采用數字設定，通過鍵盤有用戶自行現(xiàn)場設定，不 存在誤差，還可為過載保護設置多條更科學的反時限曲線。采用了單片機就使得在相同 硬件條件下集多種功能于一體的綜合保護器的出現(xiàn)成為可能。例如，上海萬譜的SWJ2 系列電動機保護器就是具有遠程通訊、聲光報警、過載、堵轉、短路、漏電、欠流、故 障記憶等多種功能。而

35、且，微機保護裝置可以通過軟件擴展方便滿足不斷出現(xiàn)的保護要 求。 隨著微電子技術的發(fā)展，電動機保護裝置正朝著智能化、綜合化、高精度、高可靠 方向發(fā)展。 3.2電動機保護理論的發(fā)展狀況 （1）基于過流原理的電動機保護理論 過流保護的基本原理以電流幅值增加作為故障判據，可以反映對稱故障。但對于斷 相、接地、不平衡運行等不對稱故障往往不能做出及時有效的保護。過流保護不能有效 保護不對稱故障的原因主要有兩方面：一是各類不對稱不一定出現(xiàn)明顯的過電流現(xiàn)象。 例如，根據分析，當發(fā)生斷相故障時，只有電動機的負荷大于0.7,健全相才會出現(xiàn)過 流，而由于負荷特性及電動機及選型等因素，電動機運行與輕載（負荷率小于0.

36、7）的 情況是很普遍的；二是不對稱故障對電動機的危害不只表現(xiàn)在過流引起的過熱效應。負 序電流效應會導致電動機端部發(fā)熱、轉子振動、輸出力矩較小等一系列問題，這是僅以 過流來反映故障嚴重程度顯然是不夠的。 （2）基于序分量法的電動機保護理論 電動機發(fā)生對稱故障時的主要特征是出現(xiàn)正序電流幅值增大。負序電流和零序電流在正 常運行或發(fā)生對稱故障時幾乎沒有，發(fā)生不對稱故障時則會出現(xiàn)明顯的負序和零序電 流。通過檢測負序和零序可以分別反映對稱和不對稱故障具有很高的靈敏度及可靠性。 基于序分量法、正序、負序和零序可以分別反應對稱和不對稱故障，以此可以根據電流 的序分量構成電動機的綜合保護。而且，電動機的電流序分

37、量及過流程度等故障信息的 分布組合與電動機故障類型之間具有較好的對應關系。根據這一關系，可以鑒別電動機 的故障類型，判別故障原因，從而實現(xiàn)電動機保護的智能化。 20世紀80年代中后期，以原電力工業(yè)部電力自動化研究院的MPR21型綜合保護為 代表的新一代集成電路電動機保護裝置研制成功，其采用正、負、零序反時限電流保護 實現(xiàn)短路、不平衡和接地保護，從原理和電路上則考慮了電動機過熱保護和啟動時間過 長及堵轉保護。這類保護在保護原理上有了很大進步，但是對于過壓、啟動電流對定值 整定大小等方面的問題并未能提出詳細地解決方案。 （3）基于先進信號處理方法的電動機保護理論 隨著數學領域和人工智能方面的發(fā)展，

38、電動機的保護也有了較大的發(fā)展。小波理論、 神經網絡、模糊數字、自適應理論等方面的研究取得的成果帶來了繼電保護方面的進步， 電動機的保護理論也從中取得了更好的發(fā)展。 尤其是自適應理論引入繼電器保護領域后，為解決電動機啟動過程影響保護可靠性 問題提供了較好的思路。 3.3電路的保護研究 三相異步電動機控制電路除了能滿足被控設備生產工藝的控制要求外，還必須考慮 到電路有發(fā)生故障和不正常工作情況的可靠性。因為發(fā)生這些情況時會引起電流增大， 電壓和頻率降低或升高、損毀。因此，控制電路中的保護環(huán)節(jié)是電動機控制系統(tǒng)中不可 缺少的組成部分。常用的保護電路有短路保護、過載保護、過電流保護、失電壓保護和 欠電壓保

39、護等。 （1）短路保護 在電動機控制系統(tǒng)中，最常用和最危險的故障是多種形式的短路。如電器或線路絕 緣遭到損壞、控制電器及線路出現(xiàn)故障、操作或接線錯誤等，都可能造成短路事故。發(fā) 生短路時，線路中產生的瞬時故障電流可達到額定電流的十幾倍道幾十倍，過大的短路 電流將會使電器設備或配電設備受到損壞，甚至因電弧而引起火災。因此，當電路出現(xiàn) 短路電流時，必須迅速、可靠地斷開電源，這就要求短路保護裝置應具有瞬時動作的特 性。短路保護的常用方法是采用熔斷器和低壓斷路器保護裝置。 （2）過電流保護 過電流保護是區(qū)別于短路保護的一種電流型保護。 所謂過電流是指電動機或電器元 件在超過其額定電流的狀態(tài)下運行，一般比

40、短路電流小，不超過6倍的額定電流。在電 動機的運行過程中產生這種過電流，比發(fā)生短路的可能性要大，特別是對于頻繁起動和 正反轉、重復短時工作時的電動機更是如此。 過電流保護常用過電流繼電器來實現(xiàn)，通常過電流繼電器與接觸器配合使用，即將 過電流繼電器線圈串接在被保護電路中，當電路電流達到其整定值時，過電流繼電器動 作，而過電流繼電器常閉觸點串接在接觸器線圈電路中，使接觸器線圈斷電釋放，接觸 器主觸點斷開來切斷電動機電源。 這種過電流保護環(huán)節(jié)常用于直流電動機和三相繞線轉 子異步電動機的控制電路中。 （3）過載保護 過載是指電動機在大于其額定電流的情況下運行，但過載電流超過額定電流的倍數 要小些。通常

41、在額定電流的1.5倍以內。引起電動機過載的原因很多，如負載的突然增 加，缺相運行以及電網電壓降低等。若電動機長期過載運行，其繞組的溫升將超過允許 值而使絕緣材料變脆、老化、壽命縮短，嚴重時會使電動機損壞。 過載保護裝置要求具有反時限特性， 且不會受電動機短時過載沖擊電流或短路電流 的影響而瞬時動作，所以通常用熱繼電器作過載保護。當有 6倍以上額定電流通過熱繼 電器時，需經5秒后才動作，這樣在熱繼電器未動作前，可能使熱繼電器的發(fā)熱元件先 燒壞，所以在使用熱繼電器作過載保護時，還必須裝有熔斷器或抵壓斷路器的短路保護 裝置。由于過載保護特性與過電流保護不同，故不能用過電流保護方法來進行過載保護。 （

42、4）失電壓保護 當電動機正常工作時，如果由于某種原因而發(fā)生電網突然斷電，這時電源電壓下降 為零，電動機停轉，生產設備的運動部件也隨之停止。由于一般情況下操作人員不可能 及時拉開電源開關。如不采取措施，當電源恢復供電時，電動機便會自動啟動運轉，可 能造成人身及設備事故，并引起電網過電流和瞬間網絡下降。為防止電壓恢復時電動機 的自行啟動或電器元件自行投入工作而設置的保護，稱為失電壓保護。采用接觸器和按 鈕控制的啟動、停止，就具有失電壓保護作用。這時因為當電源電壓消失時，接觸器就 會自動釋放而切斷電動機電源，當電源電壓恢復時，由于接觸器自鎖觸點已斷開，不會 自行啟動。如果不是采用按鈕而是用不能自動復

43、位的手動開關、 形成開關來控制接觸器， 必須采用專門的零電壓繼電器。工作過程中一旦斷電，零電壓繼電器釋放，其自鎖電路 斷開，電源電壓恢復時，不會自行啟動。 （5）欠電壓保護 當電網電壓降低時，電動機在欠電壓下運行，在負載一定的情況下，電動機主磁通 下降，電流增強。時間過長將會使電動機過熱損壞同時欠壓還會導致一些電器元件釋放， 使線路不能正常工作。因此，當電源電壓降到60%-80%B定電壓時，將電動機電源切除 而停止工作，這種保護成為欠電壓保護。 除上述采用的接觸器及按鈕控制方式，利用接觸器本身的欠電壓保護作用外，還可 采用欠電壓繼電器來進行欠電壓保護。其方法是將欠電壓繼電器線圈跨接在電源上，其

44、 常開觸點串接在接觸器控制回路中。當電網電壓低于欠電壓繼電器整定值時，（吸合電 壓通常整定值為0.80.85 U N,釋放電壓通常整定值為 0.50.7 U N）欠電壓繼電器動 作試接觸器釋放，接觸器主觸點斷開電動機電源實現(xiàn)欠電壓保護。 （6）斷相保護 電動機運行時，如果電源任一相斷開，電動機將在缺相情況下低速運轉或堵轉，定 子電流很大，這時造成電動機絕緣及繞組燒毀的常見故障之一。因此應進行斷相保護。 引起電動機斷相得原因主要有：電動機定子繞組一相斷線；電源一相斷線；熔斷器、 接觸器、低壓斷路器等接觸不良或接頭松動等。斷相運行時，線路電流和電動機繞組連 接因斷相的形式（電源斷相、繞組斷相）的不

45、同而不同；電動機負載越大，故障電流也 越大。 斷相保護的方法有：用帶斷相保護的熱繼電器、電壓繼電器、電流繼電器與固態(tài)斷 相保護器等。 3.4電動機的過載及保護 電動機的過載除上述原因外，還有： 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文) a. 電動機周圍環(huán)境溫度過高，散熱條件差； b. 電動機在大的起動電流下緩慢起動； c. 電動機長期低速運行； d. 電動機頻繁起動、制動、正反轉運行及經常反接制動。 電動機的過載由于電流增大，發(fā)熱劇增，從而使其絕緣物受到損害，縮短了其使用 壽命甚至被燒毀。對于過載通常保護如下： 在電動機的控制回路中，常裝 有雙金屬片組成的熱繼電器，它利用膨脹系 數不同的兩

46、片金屬。在過 載運行時、受熱 膨脹而彎曲，推動一套動作機構，使 熱繼電器的一對常守觸頭斷開，起到過載保護作用。 一般選擇熱元件時： 動作電流=電動機額定電流* ( 1 1I 25)( 1 1) 3.5三相異步電動機的短路保護 電動機短路時，短路 電流很大，熱繼 電器還來不及動作，電動 機可能已損 壞。因此，短路保護由熔斷器來完成。熔斷器直接受熱而熔斷。在發(fā)生短路故 障時，熔斷器在很短時間內就熔斷，起到短路保護作用。由于存在熱慣性，當發(fā) 生短路事故時，熱繼電器不能立即斷開，因此它不能用作短路保護。正是由于熱繼電器 的熱慣性，才使得它在電動機起動或短時過載時不會動作，從而避免了電動機的不必要 的停

47、車。 在單臺電動機的起動電路中，為了防止電動機起動時較大的電流燒斷熔絲，熔絲不 能按電動機的額定電流來選擇，而應按下式計算： 熔絲額定電路電動機啟動電流 /2.5 (1 2) 如果電動機起動頻繁，則為 熔絲額定電流電動機啟動電流/( 1.6 2 ) (1-3) 如果幾臺電動機合用一個熔斷器，則熔絲額定電流按下式計算： 熔絲額定電流(最大容量電動機啟動電流+其余電動機啟動電流之和) /2.5 (1-4) 一般選用熔斷器保護時，其熔絲的熔斷電流按電動機額定電流的1.52.5 倍選擇。系數(1.52.5 )視負載性質和起動方式不同而選?。簩p載起動、 起動不頻繁、起動時間短或降壓起動者，取小 值。繞

48、線型電動機也取小值對 重載起動、起動頻繁、起動時間長或直接起動者，取大值。 實例保護 選擇1.1kW空調器三相異 步電動機進行電機保護。電機保護的原理電路如圖2所示。 根據式(1 1)動作電流=電動機額定電流* ( 1 . 1I 25)，所以選用2.2 3.5A熱繼電保護器, 根據式(1 2)熔絲額定電路電動機啟動電流 / 2.5 ，電機的啟動電流約等于3 倍1.1kW電動機額定電流值，所以選用 6 A熔斷保護器。 根據(1)接觸器輔助觸點特點，斷電后線圈失去磁力，彈簧產生的反作用力起到 決定作用主觸頭及輔助觸點斷開，線路斷開，如重新來電還須按啟動按鈕來啟動電 機，從而起到失電保護。 (2)接

49、觸器輔助觸點特點，欠電壓后線圈磁力不足與克服彈簧產生的反作用力一 主觸頭及輔助觸點斷開，線路斷開，如重新來電還須按啟動按鈕來啟動電機，從而起 到欠電壓保護。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 圖2 1.1KW空調電動機保護線路 3.6斷相運行保護（又稱缺相運行保護或兩相運行保護）。 缺相運行保護也是一種過載保護，而一般的熱繼電器不能可靠地保護電動 機免于缺相運行（帶斷電保護裝置的熱繼電器除外）。所以在條件允許時，應 單獨設置缺相運行保護裝置。電動 機斷相保護的方法和裝置很多，但就 執(zhí)行斷 相保護的元件來分有：利用斷相信號直接推動電磁繼電器動作的電磁式斷電保 護，利用熱元件動作的斷相

50、保護。常用的保護方法有：采用帶斷相保護裝置的 熱繼電器作缺相保護，欠電流繼電器斷相保護；零序 電壓繼電器斷相保護；利 用速飽和電流互感器保護。 三相異步電動機兩相運行，是引起電動機損壞的常見原因，生產當中因電源缺相而 損壞的約占總損壞量的60%70%,本論文中重點論述缺相問題。而人們對斷相運行給 電機造成什么樣的危害，應采取什么樣的保護方式合適，至今尚沒有比較一致的意見。 很長一段時間比較普遍的觀點認為；斷相運行將導致電機繞組過熱而損壞；認為利用溫 度傳感器監(jiān)視電動機繞組溫升，是當前最直接和最可靠的斷相保護萬案。另一種觀點認 為電機斷相運行將導致斷相瞬間在斷相繞組兩端產生高于額定電壓數倍的反電

51、勢，極易 使電機繞組間擊穿而損壞。實際調查中，不少維修電工抱怨電機質量欠佳，匝間短路造 成電機損壞。于是，我們從電路原理上分析電感線圈斷電后產生的反電勢，結論是反電 勢很高。通化市電機廠實驗室對空載運行的電機做斷相運行實驗時，發(fā)生的多起電機損 壞，經解剖證實系由匝間擊穿短路引起的，而電機定于繞組根本沒有發(fā)熱。由于對斷相 運行給電機造成的危害認識不同，因此在對電機實行斷相保護時產生了兩種不同的意 見：認為斷相給電機造成過熱損壞的觀點要對電機實行過熱保護或過流反時限特性保 護，由此產生了熱繼電器方案、熱敏電阻方案、斷相過流延時保護方案以及其他一些方 案；認為斷相給電機繞組造成高壓反電勢擊穿的觀點，

52、對斷相采取瞬時動作保護方案， 于是一些電子式保護器問世。我們認為斷相瞬間在斷相繞組兩端產生高于額定電壓數倍 的反電勢給電機造成的危害遠大于過熱給電機造成的危害，況且斷相故障又不能自動排 除，因此對電機的斷相保護應瞬時動作保護而不是反時限特性保護和過熱保護。電動機 保護器（電機保護器）應采取動作靈敏的電子式而不是動作緩慢的機電式。至于斷相后 延時幾秒跳閘的做法是無積極意義的。 現(xiàn)在，已較多米用電子電路缺相保護器、集成電路缺相保護器等，但由于電路復雜 價格較貴，在小型電動機（3KW及以下）控制電路上未能普遍配套用。為什么電動機安 裝了熔斷器保護、磁力啟動器附加的熱繼電器保護、斷路器過流保護，都不能

53、很好地對 電動機兩相運行起有效保護作用呢？ 首先，根據電機學原理，其如接至兩相電源，其定子繞組不可能產生旋轉磁場，旋 轉力矩為零，電動機只震動而不轉動。電動機在進入兩相電源起動時，實際上處于短路 狀態(tài)，其短路電流為三相啟動時啟動電流的0.866倍，而一般異步電動機啟動電流為額 定電流的47倍，故電動機在進入兩相電源起動時，相當于兩相短路時的電流為額定 電流的3.4646.062倍，所以上述電流，即比啟動電流小，比電動機額定電流大得多。 電動機兩相啟動時，電動機不運轉，運行人員會立即發(fā)現(xiàn)，而且熔斷器也會熔斷，因為 熔斷器的熔斷電流一般按下面兩種原則選定：對于啟動次數少及啟動時間較短的電動 機，按

54、IH=IZ/2.5選定；對于反復起動及加速慢的電動機，按 IH=IZ心.62）選定。上 述兩式中，IH是熔斷器的額定電流；IZ為電動機三相啟動電流。對于運轉中的電動機， 突然斷掉一相電源后，在機械慣性作用下，在某些特定條件下尚可滯速旋轉。由于電動 機過電流倍數與電動機實際負荷和電動機本身最大力矩倍數K有關。當最大力矩倍數大 于2時，電動機將維持兩相運行，但轉速大大降低，K愈大電動機兩相運行時的過負荷 倍數愈大。當最大力矩倍數K等于2時，電動機帶額定負荷并發(fā)生兩相運行情況下，電 動機的過電流大約為額定電流的3.5倍，此時電動機如果按規(guī)定選用的熔斷器作保護， 熔斷器可以熔斷，并起保護作用。但是，當

55、電動機只帶50%勺額定負荷時，兩相運行電 流大致與額定電流相等。而當電動機負荷在50%K定負荷以上，又在額定負荷以下兩相 運行時，熔斷器就不能可靠地起到保護作用了。正常電動機的啟動電流為電動機額定電 流的47倍。由此可以看出熔斷器不可能可靠的保護電動機兩相運行。第三種情況是 電動機最大力矩倍數K小于2時，電動機將減速停車，直至熔斷熔絲。除了熔斷器保護， 在三相低壓電動機保護中，還采用熱繼電器，作電動機過負荷保護。其動作電流一般選 用1.1倍額定電流，考慮備用裕度，以防止電動機的電壓變動及環(huán)境溫度變化而誤切電 動機，一般是按1.21.3倍額定電流選擇熱元件，依靠熱力保護熱慣性產生的延時， 躲開起動電流。所以由熱元件構成的過負荷保護，也不可能可靠保護電動機兩相運行。 同樣對于斷路器過流保護，一般按躲開電動機啟動電流整定，顯而易見，按這樣整定值 也不能正確的保護電動機兩相運行。 關于電動機兩相運行的保護問題，近年來各地提出很多方案，基本上可以歸納為 兩大類：一類是安裝電動機一相熔斷的信號指示，另一類是利用晶體管構成的負序保護。 采用這些方法，也有一定效果，但仍不夠完善，因此推廣應用還不普遍。為此可以采用 雙組熔斷器，構成比較簡單而又可靠的電動機兩相保護。方法是用6個熔斷器，每兩個 并聯(lián)構成三相熔斷器保護，每相中的兩個熔斷器，一個按