三相智能电动机缺相保护在工业维护中的应用与选型

时间：2021-06-28作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：321

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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