三相异步电动机的保护

　　摘要：该文阐述了三相异步电动机的各种保护与控制相互关系，介绍了异步电动机的各种保护装置及其区别和联系。在实际使用中，要对电动机综合实行过载保护，短路保护，温度保护、欠压、失压保护，漏电保护等。根据保护装置的装设部位分为两大类：1.安装在电动机内部的保护装置;2.安装在电动机外部的各种保护装置。最后指出，各种保护装置的质量必须可靠，结构应完整，保护功能应健全，应能满足实际需要，各部分之间有良好的配合。

　　关键词：三相异步电动机控制保护保护装置

　　一、电动机保护及其装置

　　(一)安装在电动机内部的保护装置。

　　1.温度保护及装置。

　　(1)双金属盘式温度保护器。这种温度保护器通常装在电动机端盖上，其体积和触头的电流容量一般都较大，外壳用酚醛塑料制成。双金属盘式温度保护器不但对温度敏感，而且对电流也敏感，因此它具有更全面的保护功能。

　　(2)嵌入式温度保护器。这种温度保护器通常装在电动机绕组中、绕组表面或绕组端面上，与电动机绕组一起进行浸渍处理。嵌入式温度保护器具有体积小、灵敏度高、可靠性好等优点，常用于各类小容量电动机的直接保护。

　　(3)热断式温度保护器。这种温度保护器是一次性动作的热保护器。由于感温材料融化后不能复原，所以这种保护器只能一次性使用，它通常装在电动机的外壳上。

　　(4)正温度系数热敏电阻式温度保护器。这类温度保护器是一种对温度敏感的新型半导体元件(简称PTC)，即通称的热敏电阻。为准确反应电动机绕组的温度，通常在电动机制造时将其埋设在定子绕组中，导线绑扎后有电动机接线盒引出。此外，热敏电阻也可用于检测电动机断相温度信号，实现断相保护。

　　(二)安装在电动机外部的保护装置。

　　1.过载热保护及装置。

　　通常，交流电动机的故障主要是定子绕组损坏造成的。这些绕组的损坏大多是电动机过载引起的。电动机过载运行时，会出现电流增加，绕组过热现象。如果时间过长，就会损坏绝缘。过载热保护装置的功能就是在电动机过载情况下，及时切断电源，限制电动机过热时间，防止绝缘损坏。其保护原理是通过热效应元件对电动机过载时增大的电流灵敏反应而发生动作，以断开电路。常用的有双金属片热继电器和空气断路器。其中热继电器纯属过载热保护装置，只起过载热保护，对短路、欠电压等不具备保护功能;空气断路器的保护功能较多，可同时起电流过载热保护、短路保护、欠电压保护等多种功能。

　　2.过载电流保护及装置。

　　(1)用于小电流过载保护时，造成电动机不能充分发挥其过载能力。这是因为，感应式继电器的动作电流最长延迟时间只有60s，而实际上电动机在过载20%的情况下至少能完全运行20min。

　　(2)过载电流保护装置与电动机之间无直接的热联系，当造成绝缘损坏的主要危险—过热—不是由电流过大所引起的，而是由通风不良、机械损耗增大等原因引起的，过载电流保护无效。

　　3.漏电保护及装置。

　　当人体可能触及的电动机漏电时，保护装置以人体接触的安全电压值或流过人体的安全电流值为基准，，自动及时切断电源，以保护人身安全，这种保护称为电动机的漏电保护。在中性点直接接地的低压电网中，为提高接地保护的保护效果，可在电动机的电源侧装设漏电开关(漏电保护器)。当电动机发生碰壳故障时，漏电开关立即动作，切断电源，从而壳防止人身触电。

　　4.短路保护及装置。

　　(1)对于单台电动机，熔体的额定电流(IRe)应大于或等于电动机额定电流(In)的1.5-2.5倍，即IRe≥(1.5-2.5)In。电动机轻载起动时间较短时，系数可取1.5;带负载起动、起动时间较长或起动频繁时，系数可取2.5.

　　(2)对于多台电动机，熔体的额定电流(IRe)应大于或等于最大一台电动机额定电流(In,max)的1.5-2.5倍加上同时使用的其他电动机额定电流之和(∑In)，即IRe≥(1.5-2.5)In,max+∑In。

　　(3)熔断器的额定电压和额定电流不应小于线路的额定电压和所装熔体的额定电流，熔断器的型式随线路要求和安装条件而定。

　　5.缺相保护及装置。

　　(1)利用灯光信号报警装置或双刀开关对三相异步电动机进行缺相保护。由于三相异步电动机的缺相运行大多是一相熔断器熔断造成的，所以在条件简陋而又有值班人员经常值班的场合，给每一项熔断器并联一只小红色灯泡，就可及时发现一相断线故障。这种方法只能反映熔断器熔断所引起的缺相运行，而不能反映其他原因造成的断相故障。此外，由于灯泡只能给出故障信号，不能产生保护动作，所以值班人员必须经常注意监视。

　　(2)利用欠电流继电器对三相异步电动机进行缺相保护。在电动机的每相线路中个串联一个欠电流继电器，分别流过三相线电流。当电动机正常运行时，三个继电器的常开触点全部接通。当某相发生断线故障时，串联在该相的欠电流继电器就因失电而动作，断开接触器的线圈电路，电动机脱离电源，于是电动机停转。这种保护方案具有动作准确、可靠的优点，其缺点是继电器线圈长期通过电动机的工作电流，而且当电动机容量较大时，还需要配用电流互感器，因而费用较高。但对一些重要的生产机械或科研设备来说，采用欠电流继电器来保护电动机，还是很适宜的。

　　(3)带缺相保护装置的热继电器。其结构特点是在普通热继电器结构的基础上增加了一个差动机构，该继电器即可对三相均衡过载起保护作用，又可对缺相运行起保护作用。

　　6.欠压保护及装置。

　　电动机的转矩、定子电流与电压有着密切关系。当电源电压上下波动时，电动机的电磁转矩和定子电流相应发生变化。与过电压相比，电动机欠电压运行的危害更大，电磁转矩与电压平方成正比地减少，导致电动机的转速下降，温升增高，严重时导致电动机闷车。通常，500V以下低压电动机多采用空气断路器作为欠压保护装置。当电压低于某一整定值时，空气断路器的欠压脱扣器便动作，使电动机的主电路断开。此外，也可采用接触器自锁控制线路来避免电动机欠压运行。当线路电压下降到一定值(一般为额定电压的85%左右)时，接触器线圈的两端电压也同样下降到该值，从而使接触器线圈的磁通减弱，产生的电磁引力减少。当电磁吸力减少到小于反作用弹簧的拉力时，动铁芯被迫释放，带动着主触头、自锁触头同时断开，自动切断主电路和控制短路，于是电动机失电停转，从而达到欠压保护的目的。

　　7.失压保护及装置。

　　当电网由于某种原因而突然停电时，电源电压下降为零，电动机停转，生产机械也随之停转。一般情况下，生产机械的操作人员不可能及时拉开电源开关。如果不采用失压保护措施，当电网故障排除，电源恢复供电时，电动机便会自行运作，从而生产机械也随之转动，此时很可能造成人身和设备事故，并引起电网过电流和瞬间网络电压下降。因此，电动机应有失压(零压)保护电器。在电动机的电气控制线路中，起失压保护作用的电器是接触器和中间继电器。当电网停电时，接触器和中间继电器中的电流消失，电磁吸力减小为零，动铁芯释放，触头复位，从而切断主电路和控制短路的电源。当电网恢复供电时，若不重新按下起动按钮，则电动机就不会自行起动。这样，就达到了对电动机的失压(零压)保护的目的。

　　二、保护装置与异步电动机的协调配合

　　1.过载保护装置与电动机的协调配合

　　(1)过载保护装置的动作时间应比电动机起动时间略长一点。电动机过载保护装置的特性只有躲开电动机起动电流的特性，才能确保其正常运转;但其动作时间又不能太长，其特性只能在电动机热特性之下才能起到过载保护作用。

　　(2)过载保护装置瞬时动作电流应比电动机起动冲击电流略大一点。如有的保护装置带过载瞬时动作功能，则其动作电流应比起动电流的峰值大一些，才能使电动机正常起动。

　　(3)过载保护装置的动作时间应比导线热特性小一点，才能起到供电线路后备保护的功能。

　　2.过载保护装置与短路保护装置的协调配合一般过载保护装置不具有分断短路电流的能力。一旦在运行中发生短路，需要由串联在主电路中的短路保护装置(如断路器或熔断器等)来切断电路。若故障电流较小，属于过载范围，则仍应由过载保护装置切断电路。故两者的动作之间应有选择性。短路保护装置特性是以熔断器作代表说明的，与过载保护特性曲线的交点电流为IJ，若考虑熔断器特性的分散性，则交点电流有Is及Ib两个，此时就要求Is及以下的过电流应由过载保护装置来切断电路，Ib及以上直到允许的极限短路电流则由短路保护装置来切断电路，以满足选择性要求。显然，在Is—Ib范围内就很难确保有选择性。因此要求该范围应尽量小。从现行IEC标准规定来看，极限值为Is=0.75IJ，Ib=1.25IJ。目前过载保护装置的额定接通和分断能力均按0.75IJ考核，显然偏低一些，从IEC标准修改的动向，今后有可能按IJ考核，以提高其可靠性。因此上述的协调配合应既考虑其选择性，又考虑其额定接通和分断能力。

　　三、结束语

　　异步电动机的保护是涉及电气装置和机械设备可靠、正常运转的关键之一。每台电动机应装备一只能单独进行操作的控制开关，以及能单独进行短路和过载保护的过电流装置，各种保护装置的质量必须可靠，结构应完整，保护功能应健全，应能满足实际需要，各部分之间有良好的配合。

　　参考文献

　　[1]席时达.电工技术.高等教育出版社，2002.6.

　　[2]张盖楚常用电动机使用和维修4000问.金盾出版社，1997.2.