三相異步電動機(jī)斷相保護(hù)電路

1、三相異步電動機(jī)斷相保護(hù)電路專業(yè)： 電氣工程及其自動化 姓名： 唐運(yùn)僧學(xué)號： 0400120424指導(dǎo)教師： 黃知超 設(shè)計時間：7月9日至7月19日目錄摘要 .2第1章 系統(tǒng)概述 .31.1系統(tǒng)簡圖 .31.2方案選擇與設(shè)計思路.31.3原理圖.4第2章 主要元器件的選擇.42.1熔斷器.42.2接觸器.52.3熱繼電器 .72.4中間繼電器 .7第3章 單元電路設(shè)計 .8 3.1斷相顯示電路 .83.2控制電路 .83.3 仿真圖 .9第4章 課程設(shè)計的體會與總結(jié).10鳴謝.10主要原器件參數(shù).11參考文獻(xiàn).11附圖 .12摘要異步電動機(jī)在運(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)生電斷相的故障，這主要是由某一相的熔斷

2、器斷造成的 另外外部電源斷相、交流接觸器某一對主觸點(diǎn)接觸不良、接線松動和電動繞組內(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)生兩個旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場二者合成后為一橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。負(fù)序電激發(fā)的負(fù)序磁場使電機(jī)輸出功率和電磁轉(zhuǎn)下降。在空載或輕載時，電源斷相后，電動般不會停止運(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)矩大于此時的最大輸出轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)將斷減速，直至堵轉(zhuǎn)。對于恒轉(zhuǎn)矩和恒功率載電流將增大至正常運(yùn)行時的好幾倍，如沒有有效的保護(hù)，電動機(jī)的繞組將會很快毀。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

3、重載時斷相，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)電流可能超過額定電流。實踐表明，電源斷相是異步電動機(jī)燒毀的要原因，據(jù)統(tǒng)計 ，在異步電動機(jī)繞組燒毀的障中，7O%以上是由電源斷相引起的，因此必要給異步電動機(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。針對三相異步電動機(jī)定子繞組燒毀的原因，一般采用的保護(hù)技術(shù)有過熱保護(hù)、過流保護(hù)和斷相保護(hù)。斷相保護(hù)是指電動機(jī)損壞，大多數(shù)是斷相運(yùn)行造成的，而人們對斷相運(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，至今尚沒有比較一致的意見。很長一段時間比較普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為；斷相運(yùn)行將導(dǎo)致電機(jī)繞組過熱而損壞。斷相瞬間在斷相繞組兩端產(chǎn)

4、生高于額定電壓數(shù)倍的反電勢給電機(jī)造成的危害遠(yuǎn)大于過熱給電機(jī)造成的危害，況且斷相故障又不能自動排除，因此對電機(jī)的斷相保護(hù)應(yīng)瞬時動作保護(hù)而不是反時限特性保護(hù)和過熱保護(hù)。電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）應(yīng)采取動作靈敏的電子式而不是動作緩慢的機(jī)電式. 第1章 系統(tǒng)概述1.1 系統(tǒng)簡圖本系統(tǒng)具有斷相監(jiān)測顯示功能，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，保證了電動機(jī)的安全功能.熔斷器FU1FR三相交流電源接觸器KM中間繼電器KA斷相顯示電路M三相異步電動機(jī) KM FP 1.2方案選擇與設(shè)計思路由于電網(wǎng)自身原因或電源輸入接線不可靠，時間一長，導(dǎo)致接頭氧化腐蝕，還有開關(guān)、觸點(diǎn)發(fā)

5、熱阻值變大，有時會出現(xiàn)缺(斷)相運(yùn)行的情況，而8595以上的電動機(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)行過載保護(hù)。電動機(jī)啟動時缺相的話,會發(fā)出異常聲音,電機(jī)無法啟動.如果電機(jī)在運(yùn)行時缺相的話,電機(jī)也會發(fā)出異常聲音,而電動機(jī)會因為慣性的作用下繼續(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)的繞組會被燒壞.因此需在電動機(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，據(jù)輸出電壓變化構(gòu)成斷相保護(hù)電路實現(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

6、設(shè)備，其容量、大小的選擇原則差別很大，在實踐中必須嚴(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。用于家用電器過流或過負(fù)荷保護(hù)的熔斷器。通常家庭用電沒有獨(dú)立設(shè)置的過載保護(hù)，僅設(shè)置熔斷器代替之，其配置原則是按家用電器全部使用時總電流的1.051.15倍來置放。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，由于斷路器合閘時間很短(毫秒級),根據(jù)熔斷器的電流反時限特性曲線：通入電流越大其熔爆時間越短，若通入很大電流(數(shù)值在反時限特性曲線以上)的瞬間即刻熔爆;通入電流越小、其熔爆時間越長，或者不會熔斷。通常按斷路器合閘電流的三分之一配置。用于低壓電動機(jī)的瞬時型短路保護(hù)。對于輕負(fù)荷啟動

7、或啟動時間短，例如啟動時間小于3秒或風(fēng)扇(機(jī))電機(jī),按電動機(jī)額定電流的45倍配置；對于啟動時間為48秒或例如水泵等重負(fù)荷啟動的電動機(jī)，由于其啟動電流高達(dá)額定電流的6倍左右，故其配置的熔斷器大小按電動機(jī)額定電流的56倍設(shè)置；對于啟動過程超過8秒甚至更長時間以及頻繁啟動的電動機(jī)，熔斷器按電動機(jī)額定電流的57倍配置。對于多臺小容量電動機(jī)共用線路熔斷器大小的配置是按其中那臺最大容量的電動機(jī)額定電流的1.52.5倍與余下所有電動機(jī)額定電流之和來整定。 電動機(jī)保護(hù)用熔斷器的選用條件：長延時動作整定值IzI等于電動機(jī)的額定電流6倍長延時電流整定值的可返回時間大于或等于電動機(jī)的實際啟動時間.瞬時整定電流對籠式

8、電動機(jī)為815倍脫扣器額定電流，對繞線轉(zhuǎn)子電動機(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、動鐵心(銜鐵)和靜鐵心組成，其作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動觸點(diǎn)動作。 （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。 （3）滅弧裝置 容量在10A以上的接觸器都有滅弧裝置，對于小容量的接觸器，常采用雙斷口觸點(diǎn)滅弧、電動力滅弧、相間弧板隔弧及陶土滅弧罩滅弧。對于大容量的接觸器，采用縱縫滅弧罩及柵片滅弧。 （4）其他部件 包括反

9、作用彈簧、緩沖彈簧、觸點(diǎn)壓力彈簧、傳動機(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 8一彈簧 9一動鐵心 10一輔助常開觸點(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，帶動觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)動作，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，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，通常用的電壓等級為直流接觸器：220

10、V 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。通常用的電流等級為：直流接觸器：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)工作不超過額定溫升，負(fù)載為間斷-長期工作制時的電流值。如果超過8小時，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

11、百分之十到百分之二十使用。當(dāng)接觸器工作于長期制，而且通電持續(xù)不超過百分之四十；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：通常的電壓等級為直流線圈：24 48 220 440V交流線圈：36 127 220 380V（選擇時一般交流對交流，直流對直流，但交流負(fù)載頻繁動作時可以采用直流吸引線圈的接觸器；直流接觸器斷開時產(chǎn)生的過電壓高達(dá)十到20倍，所以不適合采用高電壓等級，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：指每小時接通的次數(shù)，交流接觸器最高為600次每小時，直流接觸器可達(dá)1200次每小時。5.輔助觸頭的工

12、作電流：輔助觸頭（或為輔助開關(guān)）的微動開關(guān)，它有兩個電流參數(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。約定發(fā)熱電流的定義：GB/T2900.18對約定發(fā)熱電源的定義是：在規(guī)定條件下實驗時，開關(guān)電器在8小時工作制下，各部件的溫升不超過極限值時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的動作電流

13、,AC-15類別中,輔助觸頭的Ith.時，控制電磁鐵閉合狀態(tài)下的功率（容量）為；th，控制功率為,th=10A控制功率為VA;DC-13(直流）Ith=1A,控制功率為幾點(diǎn)補(bǔ)充經(jīng)驗與參考：）持續(xù)運(yùn)行的設(shè)備，接觸器按算，即的交流接觸器，只能控制最大額定電流是以下的設(shè)備）間斷運(yùn)行的設(shè)備，接觸器按算，即的交流接觸器，只能控制最大額定電流是以下的設(shè)備）反復(fù)短時工作的設(shè)備，接觸器按算，即的交流接觸器，只能控制最大額定電流是以下的設(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)驗公式I=PE*1000/（11.4）U計算，其中PE為電機(jī)功率，U=380V2.3熱繼電器 它是用于電動機(jī)或其

14、它電氣設(shè)備、電氣線路的過載保護(hù)的保護(hù)電器。 電動機(jī)在實際運(yùn)行中，如拖動生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行工作過程中，若機(jī)械出現(xiàn)不正常的情況或電路異常使電動機(jī)遇到過載，則電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降、繞組中的電流將增大，使電動機(jī)的繞組溫度升高。若過載電流不大且過載的時間較短，電動機(jī)繞組不超過允許溫升，這種過載是允許的。但若過載時間長，過載電流大，電動機(jī)繞組的溫升就會超過允許值，使電動機(jī)繞組老化，縮短電動機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時甚至?xí)闺妱訖C(jī)繞組燒毀。所以，這種過載是電動機(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)電動機(jī)不能承受的過載時切斷電動機(jī)電路，為電動機(jī)提供過載保護(hù)的保護(hù)電器。 使用熱繼電器對電動機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)時，將熱元

15、件與電動機(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)電動機(jī)正常工作時，通過熱元件的電流即為電動機(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，電動機(jī)正常運(yùn)行。 若電動機(jī)出現(xiàn)過載情況，繞組中電流增大，通過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，推動人字形撥桿，人字形撥桿推動常閉觸頭，使觸頭斷開而斷開交流接觸器線圈電路，使接觸器釋放、切斷電動機(jī)的電源，電動機(jī)停車而得到保護(hù)。 可見，熱繼電器通常

16、是直接斷開接觸器的控制回路來斷開主回路的。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)境惡劣或無人看管的電動機(jī)，宜選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。對于三角形接線的電動機(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)大于電動機(jī)額定電流。然后根據(jù)該額定電流來選擇熱繼電器的型號。 (3)熱元件額定電流的選擇和整定： 熱元件的額定電流應(yīng)略大于電動機(jī)額定電流。當(dāng)電動機(jī)啟動電流為其額定電流的6倍及啟動時間不超過5S時，熱無件的整定電流調(diào)節(jié)到等于電動機(jī)的額定電流；當(dāng)電動機(jī)的啟動時間較長、拖動沖擊性負(fù)載或不允許停車時，熱元件整定電流調(diào)節(jié)

17、到電動機(jī)額定電流的1.1-1.15倍。一般情況，可按電動機(jī)的額定電流選取熱繼電器，熱繼電器的整定值為電動機(jī)額定電流的0.951.05倍，則三相異步電動機(jī)的額定電流為I=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，一般來說有一個電壓線圈。以DZB-31B來說，具有4付常開常閉接點(diǎn)，2付常開接點(diǎn)。電壓的正負(fù)對繼電器沒有影響。另外還有的中間繼電器具有1個自保持電流線圈和一個電壓線圈?；蛘咭粋€電壓自保持線圈和一個電流線圈。 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，能提供的最大電流；被控制電路中

18、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，一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據(jù)。控制電路應(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 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”。合上開關(guān)，按下啟動按鈕，接觸

19、器KM得電吸合并自鎖，電動機(jī)啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)電動機(jī)正常運(yùn)行且三相電源平衡時，“E”點(diǎn)電位為零，變壓器T2無輸出，三極管截止，繼電器KA不閉合，其動觸點(diǎn)KA保持閉合，電動機(jī)正常運(yùn)行。當(dāng)電源斷相或三相不平衡時，“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，送至三極管VT基極，使其導(dǎo)通，中間繼電器KA得電吸合，其動斷觸點(diǎn)KA 斷開，使KM失電釋放，電動機(jī)失電停轉(zhuǎn)，這就避免了電動機(jī)斷相運(yùn)行。3.3 仿真圖元斷相時,三個發(fā)光二極管都同時亮當(dāng)某一相斷開時,其相應(yīng)的發(fā)光二極管不亮第4章 課程設(shè)計的體會與總結(jié)   通過兩周的課程設(shè)計，考察我們對三相異步電動機(jī)斷相保護(hù)電路的掌握情況。同時也鍛煉我們