三相異步電動(dòng)機(jī)斷相保護(hù)電路

1、三相異步電動(dòng)機(jī)斷相保護(hù)電路摘要2第 1章系統(tǒng)概述1.1系統(tǒng)簡(jiǎn)圖3 1.2方案選擇與設(shè)計(jì)思3 1.3原理圖4第 2章主要元器件的選擇4 2.1熔斷器4 2.2接 觸7 2.仲間繼電器7第 3章單元電路設(shè)計(jì)8 3.1斷相顯示電路8 3.2空制電路8 3.3仿真9第 4章課程設(shè)計(jì)的體會(huì)與總結(jié)10鳴5 2.熱繼電器11參考文獻(xiàn)1附圖121（主要原器件參數(shù)異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生電斷相的故障，這主要是由某一相的熔斷 器 斷造成的另外外部電源斷相、交流接觸器某一對(duì)主觸點(diǎn)接觸不良、接線松動(dòng)和電動(dòng)繞組內(nèi)部開路。也可能引起斷相故障。 斷相出現(xiàn)負(fù)序分量，正序?qū)ΨQ電壓 和負(fù) 序?qū)ΨQ壓分別產(chǎn)生兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的

2、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)二者合成后為一橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。負(fù)序電激發(fā)的負(fù)序磁場(chǎng)使電機(jī)輸出功率和電磁轉(zhuǎn)下降。在空載或輕載時(shí)，電源斷相后，電動(dòng)般不會(huì)停止運(yùn)行，但是剩下的兩相負(fù)載流明顯增大。如果是重 載時(shí)斷相,斷相后電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩一般小于額定轉(zhuǎn)矩，如果負(fù)轉(zhuǎn)矩大于此時(shí)的最 大輸出轉(zhuǎn) 矩，電動(dòng)機(jī)將斷減速，直至堵轉(zhuǎn)。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩和恒功率載.電流將增大 至正常運(yùn)行時(shí)的 好幾倍，如沒(méi)有有效的保護(hù)，電動(dòng)機(jī)的繞組將會(huì)很快毀。 水泵風(fēng)機(jī)類負(fù)載的負(fù)載轉(zhuǎn) 矩與轉(zhuǎn)速的方成正比，如果在重載時(shí)斷相，轉(zhuǎn)速下降后負(fù)載轉(zhuǎn) 矩下降得很多，斷相后 可以穩(wěn)定運(yùn)行但是斷相后的穩(wěn)態(tài)電流可能超過(guò)額定電流。實(shí)踐表明,電源斷相是異步電動(dòng)機(jī)燒毀的要原因，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在異步電

3、動(dòng)機(jī)繞組 燒毀的障中，70%以上是由電源 斷相引起的，因此必要給異步電動(dòng)機(jī)（特別是大中型異步電機(jī)設(shè)置可靠的斷相保護(hù) 裝置。針對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組燒毀的原 因,一般采用的保護(hù)技術(shù)有過(guò)熱保 護(hù)、過(guò)流保護(hù)和斷相保護(hù)。 斷相保護(hù)是指電動(dòng) 機(jī)損壞,大多數(shù)是斷相運(yùn)行造成的， 而人們對(duì)斷相運(yùn)行給電機(jī)造成什么樣的危害，應(yīng)采取什么樣的保護(hù)方式合適，至今尚沒(méi)有比較一致的意見。 很長(zhǎng)一段時(shí)間比較 普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為；斷相運(yùn)行將導(dǎo)致電機(jī) 繞組過(guò)熱而損壞。斷相瞬間在斷相繞組兩 端產(chǎn)生高于額定電壓數(shù)倍的反.電勢(shì)給電 機(jī)造成的危害遠(yuǎn)大于過(guò)熱給電機(jī)造成的 危害,況且斷相故障又不能自動(dòng)排除，因此 對(duì)電機(jī)的斷相保護(hù)應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作保護(hù)

4、而不是反時(shí)限特性保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)。電動(dòng)機(jī)保 護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器 應(yīng)采取動(dòng)作靈敏 的電子式而不是動(dòng)作緩慢的機(jī)電式第1章系統(tǒng)概述1.1系統(tǒng)簡(jiǎn)圖本系統(tǒng)具有斷相監(jiān)測(cè)顯示功能，在斷相情況下先使故障顯示電路工作后，再切 斷主電源電路。具有斷相切斷主回路電源，保證了電動(dòng)機(jī)的安全功能1.2方案選擇與設(shè)計(jì)思路由于電網(wǎng)自身原因或電源輸入接線不可靠，時(shí)間一長(zhǎng)，導(dǎo)致接頭氧化腐蝕，還有開 關(guān)、觸點(diǎn)發(fā)熱阻值變大,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)缺（斷相運(yùn)行的情況,而85%95%以上的電動(dòng) 機(jī)燒毀,均因缺相引起的，其余是三相電源供電嚴(yán)重不平衡引起一般 用溶斷器作短 路保護(hù)，熱繼電器進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)缺相的話，會(huì)發(fā)出異常聲音，電機(jī)無(wú)法啟動(dòng).如

5、果電機(jī)在運(yùn)行時(shí) 缺相的話，電機(jī)也會(huì)發(fā)出異常聲音，而電動(dòng)機(jī)會(huì)因?yàn)閼T性的作用下繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，如果 不立即停機(jī)，而繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的話，電機(jī)的繞組會(huì)被燒壞.因此需在電動(dòng)機(jī)的控制電路 設(shè)置斷相保護(hù).用斷相保護(hù)繼電器獲取斷相信號(hào)，據(jù)輸出電壓變化構(gòu)成斷相保護(hù) 電 路實(shí)現(xiàn)保護(hù)。1.3原理圖第2章主要元器件的選擇2.1熔斷器熔斷器在工礦企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中和日常生活中主要用于保護(hù)低壓電器設(shè)備 ，由 于使用于不同的電氣設(shè)備，其容量、大小的選擇原則差別很大，在實(shí)踐中必須嚴(yán) 格 按照規(guī)程、規(guī)定選擇配置。否則，將失去其應(yīng)有的保護(hù)作用。用于家用電器過(guò)流或過(guò)負(fù)荷保護(hù)的熔斷器。通常家庭用電沒(méi)有獨(dú)立設(shè)置的過(guò)載保護(hù)，僅設(shè)置熔斷器代替之，其配置

6、原則是按家用電器全部使用時(shí)總電流的1.051.15倍來(lái)置放。用于高、低壓斷路器電磁型合閘機(jī)構(gòu)合閘回路的合閘熔斷器，由于斷路器合 閘時(shí)間很短（毫秒級(jí)，根據(jù)熔斷器的電流反時(shí)限特性曲線：通入電流越大其熔爆 時(shí)間越 短，若通入很大電流（數(shù)值在反時(shí)限特性曲線以上 的瞬間即刻熔爆；通入電流越 小、其熔爆時(shí)間越長(zhǎng)，或者不會(huì)熔斷。通常按斷路器合閘電流的三分之一 配置。用于低壓電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)型短路保護(hù)。對(duì)于輕負(fù)荷啟動(dòng)或啟動(dòng)時(shí)間短，例如啟動(dòng)時(shí)間小于3秒或風(fēng)扇（機(jī)電機(jī)，按電動(dòng)機(jī)額定電流的45倍配置；對(duì)于啟動(dòng)時(shí) 間為 48秒或例如水泵等重負(fù)荷啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，由于其啟動(dòng)電流高達(dá)額定電流 的6倍左 右，故其配置的熔斷器大小按

7、電動(dòng)機(jī)額定電流的 56倍設(shè)置;對(duì)于啟動(dòng)過(guò)程超過(guò)8秒 甚至更長(zhǎng)時(shí)間以及頻繁啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，熔斷器按電動(dòng)機(jī)額定電流 的57倍配置。對(duì) 于多臺(tái)小容量電動(dòng)機(jī)共用線路熔斷器大小的配置是按其中那臺(tái)最大容量的電動(dòng)機(jī)額定電流的1.52.5倍與余下所有電動(dòng)機(jī)額定電流之和來(lái) 整定。電動(dòng)機(jī)保護(hù)用熔斷器的選用條件：長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作整定值Izl等于電動(dòng)機(jī)的額定電流6倍長(zhǎng)延時(shí)電流整定值的可返回時(shí)間大于或等于電動(dòng)機(jī)的實(shí)際啟動(dòng)時(shí)間瞬時(shí)整定電流對(duì)籠式電動(dòng)機(jī)為815倍脫扣器額定電流，對(duì)繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)為 36倍脫扣器額定電流2.2接觸器交流接觸器由以下四部分組成：（1電磁機(jī)構(gòu)電磁機(jī)構(gòu)由線圈、 動(dòng)鐵心（銜鐵和靜鐵心組成，其作用是將電磁 能轉(zhuǎn)

8、換成機(jī)械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作。（2觸點(diǎn)系統(tǒng) 包括主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)。主觸點(diǎn)用于通斷主電路，通常為三對(duì)常開觸點(diǎn)。輔助觸點(diǎn)用于控制電路，起電氣聯(lián)鎖作用，故又稱聯(lián)鎖觸點(diǎn)，一般常開、常 閉各兩對(duì)。(3滅弧裝置容量在10A以上的接觸器都有滅弧裝置，對(duì)于小容量的接觸器，常 采用雙斷口觸點(diǎn)滅弧、電動(dòng)力滅弧、相間弧板隔弧及陶土滅弧罩滅弧。對(duì)于大容 量的接觸器，采用縱縫滅弧罩及柵片滅弧。(4其他部件包括反作用彈簧、緩沖彈簧、觸點(diǎn)壓力彈簧、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及外殼等。圖1 CJ10-20型交流接觸器1 一滅弧罩2一觸點(diǎn)壓力彈簧片3一主觸點(diǎn)4一反作用彈簧5 一線圈6 一短路 環(huán)7 一靜鐵心8彈簧9 一動(dòng)鐵心10 輔助常

9、開觸點(diǎn)11 一輔助常閉觸點(diǎn) 電磁式 接觸器的工作原理如下：線圈通電后，在鐵芯中產(chǎn)生磁通及電磁吸力。 此電磁吸力 克服彈簧反力使得銜鐵吸合，帶動(dòng)觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)打開，常開觸點(diǎn)閉合,互 鎖或接通線路。線圈失電或線圈兩端電壓顯著降低時(shí)，電磁吸力小于彈簧反力，使 得銜鐵釋放，觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)復(fù)位，斷開線路或解除互鎖。1.額定電壓：銘牌額定電壓是指主觸點(diǎn)上的額定電壓，通常用的電壓等級(jí)為 直流接觸器:220V 440V 660V交流接觸器:220V 380V 500V如果某負(fù)載是380V的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，則應(yīng)選用380V的交流接觸器2.額定電流：銘牌額定電流是指處觸點(diǎn)的額定電流。通常用的電流等級(jí)為：直流接觸

10、器:25 40 60 100 150 250 400 600A交流接觸器:5 10 20 40 60 100 150 250 400 600A上述電流是指接觸器安裝在敞開式控制屏上，觸點(diǎn)工作不超過(guò)額定溫升，負(fù)載為 間斷-長(zhǎng)期工作制時(shí)的電流值。如果超過(guò)8小時(shí),必須空載開閉三次以上，以消除表面氧化膜。如果上述條件改變，就要做相應(yīng)修正起電流值，具體如下：當(dāng)接觸器安裝 在箱柜內(nèi)，由于冷卻條件差，電流要降低百分之十到百分之二十使 用。當(dāng)接觸器工作于長(zhǎng)期制，而且通電持續(xù)不超過(guò)百分之四十；敞開安裝，電流允許 提高百分之十到百分之二十五；箱柜安裝，允許提高百分之五到百分之十。 3.線圈的 額定電壓：通常的電壓

11、等級(jí)為直流線圈:24 48 220 440V交流線圈:36 127 220 380V（選擇時(shí)一般交流對(duì)交流，直流對(duì)直流，但交流負(fù)載頻繁動(dòng)作時(shí)可以采用直流吸 引線圈的接觸器；直流接觸器斷開時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓高達(dá)十到20倍，所以不適合 采用高電壓等級(jí)，電壓太低,接通線圈用的繼電器或接觸器的連鎖觸點(diǎn)不可靠4.操作頻率:指每小時(shí)接通的次數(shù),交流接觸器最高為600次每小時(shí),直流接觸器可達(dá)1200次每 小時(shí)。5.輔助觸頭的工作電流：輔助觸頭（或?yàn)檩o助開關(guān)的微動(dòng)開關(guān)，它有兩個(gè)電流參 數(shù)，一是約定發(fā)熱電流，一是工作電流。工作電流有多種，而約定發(fā)熱電源只 有一個(gè)。約定發(fā)熱電流的定義:GB/T2900.18對(duì)約定發(fā)熱

12、電源的定義是：在規(guī)定條件下實(shí) 驗(yàn)時(shí)，開關(guān)電器在8小時(shí)工作制下，各部件的溫升不超過(guò)極限值時(shí)所能承受的最 大 電流。工作電流：由它所控制的電磁鐵在閉合狀態(tài)下的負(fù)載功能來(lái)決定。輔助觸頭的工作電流的確定：GN14048.5-93低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備控制電 路電器和開關(guān)元件第一部分 機(jī)電式控制電路電器 的附錄C某些使用類別的 輔 助觸頭名義額定值舉例”中,列出目前使用較多的AC-15和DC-13的動(dòng)作電流,AC- 15類別中,輔助觸頭的Ith =2. 5A時(shí)，控制電磁鐵閉合狀態(tài)下的功率 俗量為 180VA;l th =5A,控制功率為 360VA , I th=10A 控制功 率為 720VA;DC-

13、13(直流 Ith=1A,控制功率為28W.幾點(diǎn)補(bǔ)充經(jīng)驗(yàn)與參考：1持續(xù)運(yùn)行的設(shè)備，接觸器按67-75%算,即100A的交流接觸器，只能控制最大額 定電流是67-75A以下的設(shè)備.2間斷運(yùn)行的設(shè)備，接觸器按80%算，即100A的交流接觸器，只能控制最大額定 電流是80A以下的設(shè)備.3反復(fù)短時(shí)工作的設(shè)備，接觸器按116-120%算,即100A的交流接 觸器,只能控 制最大額定電流是116-120%A以下的設(shè)備.還要考慮工作環(huán)境和接觸器的結(jié)構(gòu)形式本系統(tǒng)中，主觸頭額定電流按經(jīng)驗(yàn)公式 匸PE*1000/(11.4 U計(jì)算，其中PE為電 機(jī)功率,U=380V2.3熱繼電器它是用于電動(dòng)機(jī)或其它電氣設(shè)備、電氣

14、線路的過(guò)載保護(hù)的保護(hù)電器。電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，如拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行工作過(guò)程中，若機(jī)械出現(xiàn)不正常 的 情況或電路異常使電動(dòng)機(jī)遇到過(guò)載，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降、 繞組中的電流將增大，使 電動(dòng)機(jī)的繞組溫度升高。若過(guò)載電流不大且過(guò)載的時(shí)間較短，電動(dòng)機(jī)繞組不超 過(guò)允許溫升，這種過(guò)載是允許的。但若過(guò)載時(shí)間長(zhǎng)，過(guò)載電流大，電動(dòng)機(jī)繞組的 溫升就會(huì)超 過(guò)允許值,使電動(dòng)機(jī)繞組老化，縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至 會(huì)使電動(dòng)機(jī)繞組 燒毀。所以,這種過(guò)載是電動(dòng)機(jī)不能承受的。 熱繼電器就是利用 電流的熱效應(yīng)原 理,在出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)不能承受的過(guò)載時(shí)切斷電動(dòng)機(jī)電路，為電動(dòng)機(jī) 提供過(guò)載保護(hù)的保 護(hù)電器。使用熱繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)時(shí)

15、，將熱元件與電動(dòng)機(jī)的定子繞組串聯(lián)，將 熱繼電器的常閉觸頭串聯(lián)在交流接觸器的電磁線圈的控制電路中，并調(diào)節(jié)整定電 流調(diào)節(jié)旋鈕,使人字形撥桿與推桿相距一適當(dāng)距離。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，通過(guò)熱元件的電流即為電動(dòng)機(jī)的額定電流，熱元件發(fā)熱，雙金屬片受熱后彎曲，使推桿剛好與 人字形撥桿接觸，而又不能推動(dòng)人字形撥桿。常閉觸頭處于閉合狀態(tài) ，交流接觸器保 持吸合，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。若電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過(guò)載情況，繞組中電流增大，通過(guò)熱繼電器元件中的電流增大使雙 金屬片溫度升得更高，彎曲程度加大，推動(dòng)人字形撥桿，人字形撥桿推動(dòng)常閉觸 頭， 使觸頭斷開而斷開交流接觸器線圈電路，使接觸器釋放、切斷電動(dòng)機(jī)的電源，電動(dòng) 機(jī)停車而得到保

16、護(hù)?？梢?熱繼電器通常是直接斷開接觸器的控制回路來(lái)斷開主回路的。1類型選擇：一般情況下，可選用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，但當(dāng)三相電壓的均衡性較差，工作環(huán) 境惡劣或無(wú)人看管的電動(dòng)機(jī)，宜選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。 對(duì)于三角形接線的電 動(dòng) 機(jī)，應(yīng)選用帶斷相保護(hù)裝置的熱繼電器。(2熱繼電器額定電流選擇：熱繼電器的額定電流應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)額定電流。然后根據(jù)該額定電流來(lái)選擇熱繼電器的型號(hào)。(3熱元件額定電流的選擇和整定熱元件的額定電流應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)額定電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流為其額定電流的6倍及啟動(dòng)時(shí)間不超過(guò)5S時(shí),熱無(wú)件的整定電流調(diào)節(jié)到等于電動(dòng)機(jī)的額定電 流；當(dāng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)、拖動(dòng)沖擊性負(fù)載或不允許停車時(shí)，熱元

17、件整定電流調(diào)節(jié)到電動(dòng)機(jī)額定電流的1.1-1.15倍。一般情況,可按電動(dòng)機(jī)的額定電流選取熱繼電器，熱繼電器的整定值為電動(dòng)機(jī)額 定電流的0.951.05倍，則三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電流為匸PE*100/UA .2.4中間繼電器它的特點(diǎn)是觸點(diǎn)數(shù)目較多，電流容量可增大，起到中間放大（觸點(diǎn)數(shù)目和電流容 量的作用。中間繼電器分許多種,一般來(lái)說(shuō)有一個(gè)電壓線圈。 以DZB-31B來(lái)說(shuō), 具有4付常開常閉接點(diǎn)，2付常開接點(diǎn)。電壓的正負(fù)對(duì)繼電器沒(méi)有影響。另外還 有 的中間繼電器具有1個(gè)自保持電流線圈和一個(gè)電壓線圈。 或者一個(gè)電壓自保持 線 圈和一個(gè)電流線圈。中間繼電器的選擇應(yīng)具備以下條件：控制電路的電源電壓，能提供

18、的最大 電 流;被控制電路中的電壓和電流；被控電路需要幾組、什么形式的觸點(diǎn)。選用繼電器時(shí),一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據(jù)?？刂齐娐窇?yīng)能給繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩(wěn)定的。第3章單元電路設(shè)計(jì)3.1斷相顯示電路三相指示部分由電阻R4R6及發(fā)光二極管VL1VL3等元件組成,三只發(fā)光二 極管發(fā)光表示電源不斷相.若電源斷相，則相應(yīng)相的發(fā)光二極管不亮。其中 FU1FU3為熔斷器起短路保護(hù)作用。3.2控制電路T為降壓變壓器，一次繞組接380V線電壓，二次輸出9V，經(jīng)整流橋整流，電容濾 波及三端穩(wěn)壓器7806穩(wěn)壓后，輸出6V直流供控制電路使用。電容器C6C8接成人為中性點(diǎn)E ”。合上

19、開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕，接觸器KM得 電吸合并自鎖，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行且三相電源平衡時(shí)，“ E點(diǎn)'電位為零,變壓器T2無(wú)輸出,三極管截止，繼電器KA不閉合，其動(dòng)觸點(diǎn)KA保持閉合,電動(dòng) 機(jī)正常運(yùn)行。當(dāng)電源斷相或三相不平衡時(shí),“ E點(diǎn)電位升高，經(jīng)變壓器T2, D10整流, C5濾波，再經(jīng)穩(wěn)壓管VZ , R2C3延時(shí)，送至三極管VT基極,使其導(dǎo)通沖間繼電器 KA得電吸合，其動(dòng)斷觸點(diǎn)KA斷開，使KM失電釋放,電動(dòng)機(jī)失電停轉(zhuǎn),這就避免了電 動(dòng)機(jī)斷相運(yùn)行。3.3仿真圖元斷相時(shí),三個(gè)發(fā)光二極管都同時(shí)亮10當(dāng)某一相斷開時(shí)，其相應(yīng)的發(fā)光二極管不亮課程設(shè)計(jì)的體會(huì)與總結(jié)第4章課程 設(shè)計(jì)的體會(huì)與總結(jié) 通過(guò)兩周的課程設(shè)計(jì)，考察我們對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)斷相保護(hù)電 路的掌握情況。同時(shí)也鍛煉我們使用儀器和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的技能，使學(xué)過(guò)的知