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文檔簡介
1、一種應用于380v交流電動機的缺相相序保護器黃軍凱 周文俊 張海龍 (武漢大學電氣工程學院,武漢430072)摘要:本文介紹了一種具有自動檢測缺相、相序和自動換相功能的自動保護器。該自動保護器在合上三相電源后,利用雙d觸發(fā)器cd4013對電源進行檢測,待輸入電源符合要求后再控制交流接觸器cj2x1801合閘,接通電動機電源。通過對輸入電源進行缺相相序檢測及校正,保證交流電動機正常起動和安全運行。基于上述原理的保護器能夠準確的檢測出電機電源的缺相和相序情況,并正確動作。關鍵詞:電動機 保護 缺相檢測 相序檢測 自動換相a automatic phase absence and phase seq
2、uence protector using in 380v ac motorhuang junkai zhou wenjun zhang hailong (school of electric engineering wuhan university, wuhan 430072) abstract:this paper introduces a automatic protector which can checks phase absence 、phase sequence and corrects the phase order automatically. when closing th
3、e switch, the protector checks the input power by double-d trigger cd4013, and then controls the contactor cj2x1801 to switch on the ac motor. by checking the input powers phase sequence、absence of phase and correcting the phase order, the protector makes ac motor start and operate safely. the prote
4、ctor based on the above theory can exactly detect the phase absence and phase sequence, and operate correctly.keywords:motor protection checking phase absence and phase sequence exchanging the phase automatically 1 引言電動機在運行中會發(fā)生各種故障,如過載、短路、欠電壓等,而斷相(包括電源斷相時的起動和運行中的斷相)和反向轉動也是電動機的故障之一。一般情況下,電動機在缺一相電源的情況
5、下仍然能夠繼續(xù)運行,但是由于電動機轉矩減小,轉速急劇下降,繞組中的電流突增,使得繞組溫升增高,若不及時切斷電源,將使電動機的絕緣受損,甚至燒毀,造成繞組內部短路,釀成嚴重后果。電動機反轉時,將會對與之相連接的電氣設備造成危害,造成生產上的損失,嚴重時危及人身安全。因此,需要對電動機進行保護,在電動機接入電源之前,對電源進行檢測,首先進行缺相檢測,在無缺相的情況下,再進行相序檢測,待電源符合要求后再合上開關,保證電動機正常運行。2 工作原理該缺相相序保護器的工作流程如圖1所示。三相交流電源輸入降壓電路正弦檢測和缺相檢測相序檢測缺相顯示正負序顯示控制繼電器合閘圖1 缺相相序保護器流程圖fig.1
6、the flow chart of the phase absence and phase sequence protector三相電源輸入時,由于電壓高,不能直接接入控制電路中,需要經過降壓后再接入電路,為了減少成本,該缺相相序保護器的控制電路的電源由三相輸入電源通過降壓整流后提供。流程圖中的正弦檢測、缺相檢測和相序檢測部分是本換相器的核心部分,實現(xiàn)了保護器的主要功能,下面將會重點介紹該部分的工作原理,控制繼電器合閘部分實現(xiàn)了換相器在負序情況下的換相功能。下面具體介紹保護器中的各個部分。2.1 降壓電路 利用三相變壓器對輸入的380v交流電源進行降壓處理,這樣可以使得輸入控制電路的電壓為十幾
7、伏。為了保證電壓波形不發(fā)生畸變,我們在降壓部分采用了分壓電阻網絡來降低電壓。 采用電阻網絡降壓,雖然具有簡便而低廉,而且能保證波形不發(fā)生畸變的優(yōu)點,但是也呈現(xiàn)了一個嚴重的電阻發(fā)熱問題。該問題可以通過對電阻分壓網絡選擇合適的電阻來解決。為了與后面的電阻網絡匹配,滿足控制電路靜態(tài)工作點的要求,在本文中采用62k和3k電阻對380v電源進行分壓,因此62k電阻的發(fā)熱特別嚴重。通過實驗,最后證明選擇62k/10w和3k/2w的電阻能夠解決發(fā)熱問題,能保證換相器長期正常工作。另一個解決辦法就是在控制電路工作一段時間后,切斷換相器的輸入電源和工作電源,由于實現(xiàn)這個功能需要單獨的交流接觸器,而且電路會變得更
8、加復雜,不易保證整個電路的穩(wěn)定工作,故在本文中采用了第一種方法。2.2 缺相檢測和相序檢測電路 本部分是整個保護器的核心部分,通過該部分電路,實現(xiàn)了缺相檢測和相序檢測的功能,工作原理圖如圖2所示。圖2 相序檢測電路fig.2 the circuit of phase sequence detecting 圖2電路用于檢測輸入三相交流電源的相序是否正確,如果正確,則電路輸出信號驅動繼電器吸合,接通用電設備的三相交流電源;否則,不接通電源以保護用電設備。 該電路主要由一片cd4013雙d觸發(fā)器構成。三相交流電經降壓、整流后變換為低壓脈沖信號輸入到本電路的a、b、c端,a、b兩端信號經過電阻和穩(wěn)壓二
9、極管限幅、整形后,分別作為兩個d觸發(fā)器的時鐘信號,c端信號經微分電路變?yōu)榧饷}沖作用于兩觸發(fā)器的復位端r。若相位順序正確,即以a、b、c的順序出現(xiàn)正脈沖,如圖3(a)所示,則a的上升沿首先使q1輸出高電平,然后q2在b的上升沿作用下變?yōu)楦唠娖?,最后c的上升沿在r端產生的尖脈沖使兩個d觸發(fā)器復位,q1、q2回到低電平,完成一次循環(huán)。三相交流電是周期信號,q2輸出脈沖的頻率與三相交流電頻率相同,其電壓的直流分量就是c2(22f)電容上的電壓。該電壓使三極管導通,繼電器接通用電設備的三相電源。若相序不對,則q2輸出保持低電平不變,三極管截止,保證了用電設備的三相交流電源不被接通,各點波形如圖3(b)所
10、示。(a) 正確相序波形(a)the waveform when the phase sequence is right(b) 錯誤相序波形(b)the waveform when the phase sequence is wrong(c) 缺c相時波形(c)the waveform when the c phase is absent圖3 各種輸入波形情況下電路的輸出波形fig.3 the circuits output waveforms in different cases圖2電路同時也可用來檢測是否出現(xiàn)缺相。當缺a相時,q1和q2將一直輸出為低電平;當缺b相時,q1輸出與圖3(a)中
11、q1的波形一樣,而q2將輸出為低電平;當缺c相時,q1和q2的波形如圖3(c)所示。根據q2在各種情況下輸出的電壓波形,我們可以利用電路元件來實現(xiàn)電源缺相顯示和相序顯示并控制繼電器,保證電源正確合閘。2.3 繼電器控制換相電路 通過前面的降壓、缺相檢測和相序檢測后,控制電路輸出了一個控制信號,利用該控制信號和繼電器,我們可以實現(xiàn)自動換相的功能,換相電路如圖4所示。在三相交流電源無缺相的情況下,當輸入電源的相序正確時,繼電器控制交流接觸器1動作,接通電源;當輸入電源的相序錯誤時,另一個繼電器控制交流接觸器2動作,實現(xiàn)換相。交流接觸器選擇cj2x1801,額定電流為18a,允許最大電流為32a。圖
12、4 換相原理圖fig.4 the principle chart of exchanging phase3 實驗結果 通過實驗,發(fā)現(xiàn)所采用的三相缺相相序檢測電路雖然能夠檢測正確判斷缺相和相序并且顯示,但是在檢測過程穩(wěn)定之前,如果輸入電源是正序,會在負序引腳上輸出一個高脈沖,如圖5所示,當輸入電源為負序時也會出現(xiàn)同樣的情況。這種現(xiàn)象會導致兩個交流接觸器因為同時動作而發(fā)生短路,釀成事故。 基于上述原因,本文采用了一個rc延時電路,延時后的輸入繼電器的電壓波形如圖6所示,使得繼電器能在檢測過程達到穩(wěn)定后動作,這樣保證了在任何時候只有一個交流接觸器動作而不會發(fā)生短路。圖5相序檢測電路正負序腳上電壓波形
13、fig.5 the voltage waveforms on the positive and negative foots of the phase sequence detecting circuit圖6 輸入繼電器的正負序電壓波形fig.6 the positive and negative waveforms occurring on the relay4 結論 基于上面所述工作原理的缺相相序保護器,能夠準確的檢測出輸入的三相交流電源的相序和是否出現(xiàn)缺相的狀態(tài)。根據檢測輸出的信號,控制繼電器動作,從而實現(xiàn)自動換相的功能,在電動機接入電源前實現(xiàn)了對電動機的保護。 本文介紹的缺相相序保護器主要是針對
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