淺談三相交流異步電動機的保護

河南技師學(xué)院 李永際

引言

三相交流異步電動機是工廠生產(chǎn)的主要動力設(shè)備，對三相異步電動機的保護是保障它安全運行必要措施。在家庭和臨時場合，用低壓斷路器QF就可以作為三相異步電動機的電源開關(guān)，兼做短路、過載保護，帶漏電保護器的還可以進行漏電保護；在工廠生產(chǎn)中，用熔斷器作為三相交流異步電動機的短路保護；用交流接觸器作為三相交流異步電動機的失壓、欠壓保護；用熱繼電器作為三相交流異步電動機的過載保護。在生產(chǎn)中用交流接觸器或中間繼電器作為三相交流異步電動機的缺相保護；在機床電氣檢修中，要對三相異步電動機的主電路進行缺相故障的人為設(shè)置，在學(xué)生試車時為了不燒毀電動機，用雙聯(lián)雙擲開關(guān)作為三相異步電動機的缺相保護；用電動機外殼接地線作為電動機的漏電保護，也叫接地保護。

如果三相交流異步電動機短路，巨大的電流會使導(dǎo)線產(chǎn)生異常高溫或強烈電弧，會引起火災(zāi)，燒毀機器設(shè)備、房屋，燒傷、燒死工作人員，造成巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡，因此對電動機的短路保護十分必要。電動機的短路保護，一般用熔斷器進行短路保護，現(xiàn)在的低壓斷路器也有短路保護的功能，同時還有過載保護的功能。熔斷器屬于保護電器，使用時串聯(lián)在被保護的電路中，其熔體在過流時迅速融化切斷電路，起到保護用電設(shè)備和電路安全運行的作用。熔斷器在一般低壓照明電路或電熱設(shè)備作過載和短路保護，在電動機控制電路中主要作短路保護[1]。如圖1所示。

圖1 三相電動機的短路保護

圖1左為用熔斷器做短路保護的電動機控制電路，其中L1、L2、L3為三相電源，QS為負(fù)荷開關(guān)，F(xiàn)U為熔斷器，U、V、W為三相異步電動機進線，M為電動機，PE為電動機外殼保護接地線。熔斷器FU作短路保護；圖1右為用低壓斷路器做短路保護的電動機控制電路，其中L1、L2、L3為三相電源，QF為低壓斷路器，U、V、W為三相異步電動機進線，M為電動機，PE為電動機外殼保護接地線。低壓斷路器QF作短路保護、過載保護。

1 三相交流異步電動機的失壓、欠壓保護

圖2中L1、L2、L3為三相電源，QF為低壓斷路器、FU1為熔斷器，作主電路短路保護，U、V、W為三相異步電動機進線，M為電動機，PE為電動機外殼接地保護線，防止電動機漏電對人身造成觸電傷害。熔斷器FU2作控制電路短路保護，SB1為電動機啟動按鈕，SB2為電動機停止按鈕，KM為交流接觸器，作為電動機控制開關(guān)和電動機的失壓、欠壓保護。

圖2 三相電動機的短路及失壓、欠壓保護

交流接觸器對電動機的失壓、欠壓保護原理如下：當(dāng)電源突然斷電時，正在運行的電動機停機，當(dāng)再來電時，電動機不會自行啟動，保證了生產(chǎn)人員和產(chǎn)品的安全，只有工作人員重新按下啟動按鈕，電動機才能重新啟動；當(dāng)電源電壓過低時，一般低于電動機額定電壓85%時，按下啟動按鈕SB1啟動電動機時，交流接觸器因電壓過低將不能吸合，使得電動機不能啟動，防止電動機在欠壓情況下運行因電流過大而燒壞電動機，同時也防止電動機因動力輸出不足而引起生產(chǎn)安全事故。

2 三相交流異步電動機的過載保護

三相交流異步電動機的過載保護，在家庭和臨時場合用低壓斷路器QF就可以，如圖3a）所示；在工廠生產(chǎn)中，大多用熱繼電器作為過載保護。熱繼電器是利用流過繼電器的電流所產(chǎn)生的熱效應(yīng)而反時限的自動保護電氣。所謂反時限動作，是指電氣的延時動作時間隨通過電路電流的增加而縮短。熱繼電器主要與交流接觸器配合使用，用作電動機的過載保護、斷相保護、電流不平衡運行的保護及其他電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)的控制[2]。其控制電路圖如圖3b）所示。

圖3 三相電動機的過載保護控制電路

圖3b）中，QS為組合開關(guān)，作為電源開關(guān)；SB1為電動機啟動按鈕；SB2為電動機停止按鈕；FU1、FU2為熔斷器，分別作主電路和控制電路的短路保護；KH為熱繼電器，作為三相異步電動機的過載保護；M為三相異步電動機，KM為交流接觸器，作為電動機控制開關(guān)和電動機的失壓、欠壓保護。

3 三相交流異步電動機的缺相保護

3.1 在生產(chǎn)中三相交流異步電動機的缺相保護

三相交流異步電動機的缺相運行是電動機燒毀的主要原因，因此對三相異步電動機的缺相保護就顯得十分必要。帶斷相保護的熱繼電器串聯(lián)在電動機的進線電路中，就可以在電動機缺相運行中斷開電動機的控制電路，從而使得電動機主電路斷電，保護電動機不被燒毀，如圖4b）所示。但是這種方法需要一定的時間，熱繼電器的熱元件上的熱量經(jīng)過一定時間才能積累到使熱繼電器常閉觸頭斷開的程度，也可能這時候電動機已經(jīng)燒毀了。圖4的三相電動機的缺相保護設(shè)計電路，能在電動機缺相時的第一時間斷開電動機的供電電路，確保電動機不被燒毀。

圖4 三相電動機的缺相保護控制電路

在圖4a）中，QF為低壓斷路器，作為電源開關(guān)用，同時也作為三相電動機的短路、過載保護用；交流接觸器KM1、KM2作為電動機的缺相保護用，當(dāng)三相電U11、V11、W11中任何一相缺相時，交流接觸器KM1、KM2的一個線圈就不能得電，KM1、KM2交流接觸器的一個主觸頭就不能吸合，三相電動機就不能得電，保護了電動機不會因為缺相運行而燒毀。

在圖4b）中，QS為組合開關(guān)，作電源開關(guān)用，SB1為電動機啟動按鈕；SB2為電動機停止按鈕；FU1、FU2為熔斷器，分別作主電路、控制電路的短路保護；KH為熱繼電器，作為三相異步電動機的過載保護；KM為交流接觸器，作為電動機的控制開關(guān)和電動機的失壓、欠壓保護，KA1、KA2為缺相保護用的中間繼電器，當(dāng)電動機有缺相故障時，中間繼電器KA1、KA2的線圈至少有一個是不得電的，中間繼電器KA1、KA2的常開觸頭觸頭至少有一個是斷開的，0號線因有斷點而不能使KM線圈得電，KM的主觸頭是斷開的，電動機不能得電，這樣就避免了電動機缺相運轉(zhuǎn)而燒毀電動機。

3.2 在機床電氣檢修中三相異步電動機的缺相保護

在機床電氣故障檢修的教學(xué)過程中，要對三相異步電動機的主電路進行缺相故障的人為設(shè)置，在學(xué)生試車時為了不燒毀電動機，需要進行三相電動機的缺相保護，為此，設(shè)計了下面的三相電動機缺相保護控制電路。如圖5所示。

圖5 三相電動機缺相保護控制電路

在圖5中，QS為組合開關(guān)，作電源開關(guān)用，SB1為電動機啟動按鈕；SB2為電動機停止按鈕；FU1、FU2、FU3為熔斷器，分別作主電路、控制電路的和故障聯(lián)鎖電路的短路保護；KH為熱繼電器，作為三相異步電動機的過載保護；KM1為交流接觸器，作為電動機的控制開關(guān)和電動機的失壓、欠壓保護，K1、K2、K3是設(shè)置故障用的帶有自鎖功能的雙聯(lián)常閉觸頭開關(guān)，KM2為缺相保護用的交流接觸器，當(dāng)電動機設(shè)置有缺相故障時，K1、K2、K3的常閉觸頭觸頭至少有一對是斷開的，零線因有斷點而不能使KM2線圈得電，即使KM1線圈得電，KM1主觸頭閉合，因為KM2的主觸頭是斷開的，電動機也不能得電，這樣就避免了電動機缺相運轉(zhuǎn)而燒毀電動機。

4 三相交流異步電動機的接地保護

電動機接地保護工作原理圖如圖6所示，圖中T為變壓器；X、Y、Z、為變壓器初級繞組三相電源；L1、L2、L3為變壓器次級繞組三相電源；N為零線；PE為保護接地線，M為三相交流異步電動機。

圖6 電動機接地保護工作原理圖

由于保護接地線電阻很小，所以漏電電流絕大部分通過保護接地線流回供電變壓器，而人體電阻較大，只有很少的漏電電流通過人體和大地回到供電變壓器，減少了對人體的傷害；如果三相交流異步電動機的電源開關(guān)是帶漏電保護器的低壓斷路器，這時低壓斷路器就會跳閘，及時切斷供電電源，保護了觸電人員的人身安全。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有了更為先進的電動機保護器，具有堵轉(zhuǎn)、啟動超時、過載、過流、欠載、缺相、漏電、過壓、欠壓等多種保護功能，保護電動機能夠安全運行。