三相智能電動機缺相保護在工業(yè)維護中的應用與選型

時間：2021-06-28

周曉麗

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：電源缺相易造成電動機燒損，不僅嚴重危害電動機的運行，而且造成維護困難。在不添加缺相保護器前提下，同時不改變原有設備性能，對電動機控制電路做適當調整，實現(xiàn)缺相保護功能，有效保護電動機。該法簡單易行，成本低。

關鍵詞：三相電動機；缺相故障；保護電路；電路改進；故障對比

0 引言

三相電動機作為一種不可或缺的設備，在天車、消防泵、水泵、風泵、油泵、空氣壓縮機、大型車床等有著廣泛的應用。三相電動機為大多數(shù)設備提供著動力，一個現(xiàn)代化的工廠甚至需要幾百到上萬臺電動機，因此三相電動機的事故率嚴重影響著工業(yè)生產(chǎn)的效率、安全和維護成本。然而在各種設備在出廠設計和制造過程中，三相電動機啟動和運行控制電路，大部分采用降壓啟動（即星三角形啟動、自耦變壓器降壓啟動等），決大多數(shù)在控制方面僅僅考慮電壓不足時的保護，沒有考慮當三相交流電出現(xiàn)缺相時如何對電動機進行控制保護。然而，電源缺相，對三相電動機的啟動和運行危害很大，易造成電動機燒損，常常給生產(chǎn)帶來不便，造成企業(yè)損失。

在長期實際維護中，對三相電機故障原因進行了統(tǒng)計分析，故障原因占比如圖1所示。

圖1三相電機故障分

其中，三相電機缺相故障占比達到71%，三相電機缺相是造成電動機損毀的主要原因，其造成的安全隱患和經(jīng)濟損失不可輕視。如何進行三相電機的缺相保護是工業(yè)維護的重中之重。

現(xiàn)在，對三相電動機的缺相保護已較多采用電子電路缺相保護、集成電路缺相保護等，但這些保護方法，電路復雜價格較貴，不利于降低企業(yè)成本。本文選擇一種三相電機**缺相啟動和運行的控制線路應用在三相電機中，在不添加缺相保護器的前提下，同時不改變原有設備性能，對三相電動機控制電路稍調整，就達到缺相保護功能的方式，有效保護三相電動機。

1 缺相保護原理

根據(jù)三相交流異步電機啟動和運行控制原理要求，在原有三相電機控制線路基礎上稍作調整，使其線路具有缺保相護作用，電路如圖2（a）所示。

圖2系統(tǒng)原理圖

圖 2(a)中 SB1啟動常開按鈕,SB2停機常閉按鈕，KA繼電器，KM接觸器，F(xiàn)U熔斷器，F(xiàn)R熱繼電器。

1）啟動原理

如圖2所示，先將按鈕（SB1）觸頭閉合，A相電源流經(jīng)繼電器（KA）線圈B相電源得電，使得串聯(lián)在繼電器（KA）觸頭閉合，同時A相電源經(jīng)過接觸器（KM）線圈與繼電器（KA）閉合觸頭取C相電源得電，接觸器（KM）工作，電機就啟動運轉。

2）停止原理

按下按鈕（SB2）觸頭斷開，A相電源就斷開。繼電器（KA）與接觸器（KM）的線圈無法取A相電源而失電，則接觸器無法工作，電機無法啟動運轉。

3）缺相停機原理

若A、B、C缺A相，KA、KM的線圈電源取A、C相，接觸器繼電器失電，電機就無法啟動運轉。若A、B、C缺B相，KA的線圈電源取A、B相，KA失電無法工作，常開觸頭不動作，KM線圈就無法通過KA常開觸頭取C相電源，電機就無法啟動運轉。若A、B、C缺C相，接觸器KM線圈電源是取C、A相電源，接觸器失電電機就無法啟動運轉。

總之，三相交流電源缺任何一相，電機都無法啟動運轉。當電源缺相時達到有效控制電動機，使電動機停止運行，起到缺相保護器作用。

2 三相電機保護電路改進及應用

三相異步電動機缺相時，電動機將無法啟動。轉子左右擺動，有強烈的尖叫聲。對電動機造成磨損。當電動機在運行中電源缺相時，如不降低負載，電動機的定子電流勢必增加，引起過熱，長時運行致使三相電機燒毀。在分析三相電機缺相保護原理基礎上，對某機務段約120臺各型三相電動機（其中37kW以上的三相交流異步電動機有35臺，25kW的三相異步電動機85臺），運用三相電機**缺相啟動和運行的控制線路技術進行改造，歷時一年多竣工；經(jīng)性能鑒定，完全符合各類大功率三相電機的控制要求，已正式投入使用。在很大程度上克服了三相電機缺相時對電動機本身的傷害，消除了缺相損壞三相電動機對機車檢修，日常維護的影響。線路簡單，改造方便，材料便宜，該技術實用性較強，完全可以滿足大規(guī)模三相電動機改造的要求。

以其空氣壓縮機為例，改造僅僅加裝一只繼電器，不改變原有設備性能，對三相電動機控制電路稍調整，就達到缺相保護功能的方式，有效保護電動機。如圖2（b）所示，虛紅框內為改裝部分。

3 應用效果

經(jīng)改造的線路簡單，僅增加很少電子元件；占用空間小，不改變原有電器整體布局；投資小，有效保護電機，使用效果良好。

3.1經(jīng)濟效果

直接經(jīng)濟效益：

該段現(xiàn)有37kW以上的大功率三相交流異步電動機有35臺，25kW的三相異步電動機85臺。如果從市場重新購買缺相保護器需要成本7.45萬元以上，每臺缺相保護器單價為（600~700）元。通過技術改造，只需調整電機控制線路，加裝一只繼電器，每只繼電器單價為95元，共計1.1萬元，從而節(jié)約設備配件購置成本約6萬元。

設備改進前該機務段全年總計發(fā)生大小三相電機故障71起，其中三相電機缺相造成的設備故障總計51起占到了電機故障的71%，該段設備車間在維修該類電機的技術力量薄弱，一般外委修理，一臺37kW三相電機修理費用為2000元以上(每千瓦的維修費用為60元）每年直接造成的經(jīng)濟損失就約8萬元，其中部分三相電機用于機車上需檢修的重要設備，如天車、空氣壓縮機等。在技術改造前，此類電機共發(fā)生故障12起，造成的誤工停時費用為2000元/d臺。修復一臺故障三相電機需要3d，產(chǎn)生的誤工停時費6000元，間接因電機故障產(chǎn)生的誤工停時費每年約7萬元。

可見，改造后效益顯著。

安**益：技術改造以前，由于各類設備上的三相電機，在電源缺相情況下，發(fā)生各類電機故障甚至發(fā)生三相電機燒毀，嚴重影響設備的安全運行。而技術改造后，設備正常運行得到了有效的保證，從根本上杜絕了因為電源缺相而引起的各類三相電機事故。技術改造產(chǎn)生了良好的安**果。

3.2改進前后三相電機故障對比

三相電機控制線路改造前，各類設備因電源缺相，頻繁發(fā)生電機燒損的現(xiàn)象，在三相電機中各類故障中占約71.4%。通過認真執(zhí)行三相電動機缺相保護改進工作，初步改造后電動機缺相故障降到了全年26件，三相電機缺相故障占比降至約54%。之后，經(jīng)過了全面改造三相電動機的質量有了顯著提高，效果十分明顯，試行階段統(tǒng)計，全年三相電機缺相故障共發(fā)生3件（占比約12%），其中臨修2件，范圍修1件（燒損1件，技術故障2件），故障件數(shù)大幅度下降，設備改進完畢并通過，全面性能鑒定后（約120臺），正式投入使用，全年未發(fā)生一次因缺相造成的三相電機損毀，三相電機缺相故障率降至0%，總計減少開支15萬元，改造前后，各種原因下的三相電動機故障次數(shù)分布如圖3所示。

圖3三相電機故障情況表

4 安科瑞ARD系列智能電動機保護器介紹與綜合選型

4.1產(chǎn)品簡介

ARD該系列低壓電動機保護器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉等保護功能。可與接觸器、電動機起動器等電器元件構成電動機控制保護單元，具有遠程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。應用范圍：可廣泛應用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領域。

4.2產(chǎn)品選型

產(chǎn)品功能

5 結語

理論與實際相結合，在分析三相電機缺相保護原理基礎上，采取低成本思路，在原有三相電機控制線路基礎上稍作調整，使其控制線路具有缺相保護作用。通過這次技術改造，該段三相電機使用情況良好，未再發(fā)生因缺相造成的故障現(xiàn)象，改造后電機運行穩(wěn)定可靠。既實現(xiàn)全電機的缺相保護，又節(jié)約經(jīng)濟成本21萬余元，故這種三相電機缺相保護電路簡便、可靠、成本低，具有市場推廣。

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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2020.06版

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