三相智能电动机缺相保护在工业维护中的应用与选型

    周晓丽

    安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

    摘要:电源缺相易造成电动机烧损,不仅严重危害电动机的运行,而且造成维护困难。在不添加缺相保护器前提下,同时不改变原有设备性能,对电动机控制电路做适当调整,实现缺相保护功能,有效保护电动机。该法简单易行,成本低。

    关键词:三相电动机;缺相故障;保护电路;电路改进;故障对比

    0 引言

        三相电动机作为一种不可或缺的设备,在天车、消防泵、水泵、风泵、油泵、空气压缩机、大型车床等有着广泛的应用。三相电动机为大多数设备提供着动力,一个现代化的工厂甚至需要几百到上万台电动机,因此三相电动机的事故率严重影响着工业生产的效率、安全和维护成本。然而在各种设备在出厂设计和制造过程中,三相电动机启动和运行控制电路,大部分采用降压启动(即星三角形启动、自耦变压器降压启动等),决大多数在控制方面仅仅考虑电压不足时的保护,没有考虑当三相交流电出现缺相时如何对电动机进行控制保护。然而,电源缺相,对三相电动机的启动和运行危害很大,易造成电动机烧损,常常给生产带来不便,造成企业损失。

        在长期实际维护中,对三相电机故障原因进行了统计分析,故障原因占比如图1所示。


    图1三相电机故障分

        其中,三相电机缺相故障占比达到71%,三相电机缺相是造成电动机损毁的主要原因,其造成的安全隐患和经济损失不可轻视。如何进行三相电机的缺相保护是工业维护的重中之重。

        现在,对三相电动机的缺相保护已较多采用电子电路缺相保护、集成电路缺相保护等,但这些保护方法,电路复杂价格较贵,不利于降低企业成本。本文选择一种三相电机**缺相启动和运行的控制线路应用在三相电机中,在不添加缺相保护器的前提下,同时不改变原有设备性能,对三相电动机控制电路稍调整,就达到缺相保护功能的方式,有效保护三相电动机。

    1 缺相保护原理

        根据三相交流异步电机启动和运行控制原理要求,在原有三相电机控制线路基础上稍作调整,使其线路具有缺保相护作用,电路如图2(a)所示。

     


    图2系统原理图

        图 2(a)中 SB1启动常开按钮,SB2停机常闭按钮,KA继电器,KM接触器,FU熔断器,FR热继电器。

        1)启动原理

        如图2所示,先将按钮(SB1)触头闭合,A相电源流经继电器(KA)线圈B相电源得电,使得串联在继电器(KA)触头闭合,同时A相电源经过接触器(KM)线圈与继电器(KA)闭合触头取C相电源得电,接触器(KM)工作,电机就启动运转。

        2)停止原理

        按下按钮(SB2)触头断开,A相电源就断开。继电器(KA)与接触器(KM)的线圈无法取A相电源而失电,则接触器无法工作,电机无法启动运转。

        3)缺相停机原理

        若A、B、C缺A相,KA、KM的线圈电源取A、C相,接触器继电器失电,电机就无法启动运转。若A、B、C缺B相,KA的线圈电源取A、B相,KA失电无法工作,常开触头不动作,KM线圈就无法通过KA常开触头取C相电源,电机就无法启动运转。若A、B、C缺C相,接触器KM线圈电源是取C、A相电源,接触器失电电机就无法启动运转。

        总之,三相交流电源缺任何一相,电机都无法启动运转。当电源缺相时达到有效控制电动机,使电动机停止运行,起到缺相保护器作用。

    2 三相电机保护电路改进及应用

        三相异步电动机缺相时,电动机将无法启动。转子左右摆动,有强烈的尖叫声。对电动机造成磨损。当电动机在运行中电源缺相时,如不降低负载,电动机的定子电流势必增加,引起过热,长时运行致使三相电机烧毁。在分析三相电机缺相保护原理基础上,对某机务段约120台各型三相电动机(其中37kW以上的三相交流异步电动机有35台,25kW的三相异步电动机85台),运用三相电机**缺相启动和运行的控制线路技术进行改造,历时一年多竣工;经性能鉴定,完全符合各类大功率三相电机的控制要求,已正式投入使用。在很大程度上克服了三相电机缺相时对电动机本身的伤害,消除了缺相损坏三相电动机对机车检修,日常维护的影响。线路简单,改造方便,材料便宜,该技术实用性较强,完全可以满足大规模三相电动机改造的要求。

        以其空气压缩机为例,改造仅仅加装一只继电器,不改变原有设备性能,对三相电动机控制电路稍调整,就达到缺相保护功能的方式,有效保护电动机。如图2(b)所示,虚红框内为改装部分。

    3 应用效果

        经改造的线路简单,仅增加很少电子元件;占用空间小,不改变原有电器整体布局;投资小,有效保护电机,使用效果良好。

    3.1经济效果

        直接经济效益:

        该段现有37kW以上的大功率三相交流异步电动机有35台,25kW的三相异步电动机85台。如果从市场重新购买缺相保护器需要成本7.45万元以上,每台缺相保护器单价为(600~700)元。通过技术改造,只需调整电机控制线路,加装一只继电器,每只继电器单价为95元,共计1.1万元,从而节约设备配件购置成本约6万元。

        设备改进前该机务段全年总计发生大小三相电机故障71起,其中三相电机缺相造成的设备故障总计51起占到了电机故障的71%,该段设备车间在维修该类电机的技术力量薄弱,一般外委修理,一台37kW三相电机修理费用为2000元以上(每千瓦的维修费用为60元)每年直接造成的经济损失就约8万元,其中部分三相电机用于机车上需检修的重要设备,如天车、空气压缩机等。在技术改造前,此类电机共发生故障12起,造成的误工停时费用为2000元/d台。修复一台故障三相电机需要3d,产生的误工停时费6000元,间接因电机故障产生的误工停时费每年约7万元。

        可见,改造后效益显著。

        安**益:技术改造以前,由于各类设备上的三相电机,在电源缺相情况下,发生各类电机故障甚至发生三相电机烧毁,严重影响设备的安全运行。而技术改造后,设备正常运行得到了有效的保证,从根本上杜绝了因为电源缺相而引起的各类三相电机事故。技术改造产生了良好的安**果。

    3.2改进前后三相电机故障对比

        三相电机控制线路改造前,各类设备因电源缺相,频繁发生电机烧损的现象,在三相电机中各类故障中占约71.4%。通过认真执行三相电动机缺相保护改进工作,初步改造后电动机缺相故障降到了全年26件,三相电机缺相故障占比降至约54%。之后,经过了全面改造三相电动机的质量有了显著提高,效果十分明显,试行阶段统计,全年三相电机缺相故障共发生3件(占比约12%),其中临修2件,范围修1件(烧损1件,技术故障2件),故障件数大幅度下降,设备改进完毕并通过,全面性能鉴定后(约120台),正式投入使用,全年未发生一次因缺相造成的三相电机损毁,三相电机缺相故障率降至0%,总计减少开支15万元,改造前后,各种原因下的三相电动机故障次数分布如图3所示。


    图3三相电机故障情况表

    4 安科瑞ARD系列智能电动机保护器介绍与综合选型

    4.1产品简介

        ARD该系列低压电动机保护器,具有过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转等保护功能。可与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元,具有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。应用范围:可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域。

    4.2产品选型

    产品功能


     

    5 结语

        理论与实际相结合,在分析三相电机缺相保护原理基础上,采取低成本思路,在原有三相电机控制线路基础上稍作调整,使其控制线路具有缺相保护作用。通过这次技术改造,该段三相电机使用情况良好,未再发生因缺相造成的故障现象,改造后电机运行稳定可靠。既实现全电机的缺相保护,又节约经济成本21万余元,故这种三相电机缺相保护电路简便、可靠、成本低,具有市场推广。

     

    参考文献:

    [1]谢仕勇,罗云.一种工频控制的电机保护电路、装置及系统:CN208062777V[P].2018-11-06.

    [2]于庆,王宏.三相异步电动机缺相运行的危害、原因与对策[J].山东工业技术,2017(2):174.

    [3]高波,耿芸仙.三相电动机缺相保护在工业维护中的应用[J].云南冶金,2020(49):119-121.

    [4]安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版


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