1、文章編號:10057277(2006050061022006年第28卷第5期第61頁電氣傳動自動化ELECTRIC DRIVE AUTOMATIONVol.28,No.52006,28(5:61621引言三相異步電動機由于結構簡單、價格低廉、運行可靠、運行效率較高等優點,被廣泛應用于工農業生產、國防及交通運輸等各個領域,由它將電能轉換為機械能。異步電動機在運行中,會因各種原因造成損害,如機械磨損,檢修維護不當,運行中的缺相,超載及由相間功率極大不對稱引起的個別相嚴重超載等。其中在實驗室三相異步電動機空載實驗中經常遇到個別相的空載功率很大,引起定子這一相的接線端子處燒毀,這輕則使電機這相的絕緣水

2、平降低,重則使電機繞組嚴重過熱破壞絕緣,甚至會造成人身事故,同時電機是不允許缺相運行的。在分析相間功率不對稱的基礎上,設計出一種對相間功率極大不對稱和缺相運行的保護電路,從而使電動機更安全,可靠地運行。2相間功率不對稱原因在三相異步電動機空載實驗中,實驗數據表明在某些情況下相與相之間的功率存在嚴重差別,有時相差3-5倍,它是電動機正常運行的大忌。引起不對稱的原因有以下幾種情況。(1電壓不對稱:對于三相異步電動機,正常運行時必須采用三相對稱電源供電。由于電網電壓波動會引起三相電壓不對稱。而三相異步電動機空載運行時,轉子電流很小,轉子銅耗可忽略不計,且定子的三相冷態電阻值相等,可以認為電動機空載運

3、行以鐵耗為主,而鐵耗和空載附加損耗可以認為與磁通密度的平方成正比,近似認為與電動機端電壓成正比,從而可知三相電壓中較高相的功率必然大,這和實驗所測數據的結果一致。(2電流的非正弦:由于電網負荷的變化,擾動導致電網中電流的非正弦性,從而在電網中產生了大量的高次諧波。高次諧波對交流電機的運行會產生許多不利影響,其中較為明顯的是使電機的電流有效值增加,功率因數降低,損耗加大。(3阻抗差別:由于實驗室電機長期運行在不對稱不是很嚴重的情況下,導致電機絕緣水平降低,同時相內繞組間絕緣也有所下降,這些必然是相與相之間的阻抗不對稱。(4中線影響:在實驗室三相異步電動機轉子為繞線結構,定子為星形接法,因此電動機

4、布線板留有中線端子。當電源三相對稱,阻抗三相對稱即使在負載不對稱的情況下,只要連接中線就可以使三相異步電動機相間功率不對稱現象分析及保護電路設計閆群民(陜西理工學院電氣工程與自動化系,陜西漢中723003摘要:通過對三相異步電動機空載實驗中遇見的故障三相相間功率的極大不對稱性進行分析。設計了電動機在功率極大不對稱運行時的保護電路,同時該保護電路對缺相運行也能起到保護作用,從而確保了三相異步電動機的安全運行。關鍵詞:三相異步電動機;空載;不對稱;保護中圖分類號:TM343+.2文獻標識碼:CAnalysis of asymmetric running and its protection cir

5、cuitfor triphase asynchronous motorYAN Qun-min(Shanxi University of Technology Department of Automation and Electronic ,Hanzhong 723003,China Abstract :Through analyzing the asymmetry about the power among three phase of the no-load experiments of the triphase asynchronous motor is designed.The prot

6、ection circuit when the power is operated greatly and asymmetrically of motor ,thus keep the safe operation of triphase asynchronous motors.Key words :triphase asynchronous motors ;no-load ;asymmetric ;protection各相保持獨立,各項工作互不影響,克服了不對稱性。但電動機空載運行時不接中線直接測量每相的空載電壓、空載電流及空載功率。這也就是在電動機帶載運行時很少出現功率極大不對稱,而在空載

7、運行時就容易出現,與實驗結果相符。(5測量影響:由于實驗室在測量電動機空載,短路參數時,均采用插子接線法而不是二瓦計法。因此在插子插入每相的電流測試孔時,必然引起這相的阻抗增大,由此帶來測量誤差。3不對稱電流的三相繞組磁動勢分析如圖1所示為不對稱電流產生的橢圓形旋轉磁動勢。當電動機接通電源后,各相電流會在氣隙中建立磁場。各相的基波脈振磁動勢依次可分解為兩個大小相等,推移方向相反的旋轉磁動勢波。當三相繞組中通以不對稱電流時,就一般而言,三個反向推移的旋轉磁動勢之和不為零,于是在基波合成磁動勢中,正向推移和反向推移的旋轉磁動勢將同時存在,其表達式為:f 1(!s ,t =f 1-(!s ,t +f

8、 1+(!s ,t =F 1-cos (t+!s +F 1+cos (t-!s (1式(1中F 1-和F 1+分別為反向和正向推移的旋轉磁動勢波的幅值。基波合成的最大磁動勢幅值(即橢圓長軸應為正向和反向旋轉磁動勢兩者幅值之和,而最小幅值(即橢圓短軸為兩者幅值之差。當長軸和短軸相等時合成磁動勢將為圓形旋轉磁動勢,此即是對稱三相繞組內通以對稱三相電流時的情況。繞組通有不對稱電流時,由于反向旋轉磁動勢存在使電機過熱,振動,損耗加大,因此不允許電機長期在不對稱電流下運行。4保護電路設計電動機在運行中處于三相功率不平衡或缺相時,不容易被發現以致產生電機過熱,將電機繞組燒壞。因而需研制一種可靠性較高的保護

9、電路,設計保護電路如圖2所示,其工作原理如下所述。合上k 1,再按下啟動按鈕k 2,當無缺相時,電動機正常運行,當有缺相時,電動機無法正常啟動且伴有嗡嗡聲。此時不存在三相功率不對稱,由于k 2為啟動按鈕,操作人員不可能長期按住按鈕,如有缺相,只要放開按鈕,即可停止對電動機供電。電機運行時,保護電路從電機定子每相接線端取得各相供電信號,經降壓、整流濾波、穩壓及電壓比較回路得到三個邏輯信號,并進入與非門。其中電壓比較回路為簡單的窗口比較回路。電動機運行時,A 1、B 1、A 2、B 2、C 1、C 2處均為邏輯信號,且Y=A 2B 2C 2。當A 、B 、C 三相均有電,且相間功率不對稱在允許范圍內時,A 1、B 1、C 1均在U RL 與U RH 之間,A 2、B 2、C 2的邏輯值均為1,此時Y=0,三極管飽和導通,K 4閉合,電機正常運行。A 、B 、C 三相缺相,或相間功率不對稱嚴重時,A 1、B 1、C 1不全在U RL 與U RH 之間,A 2、B 2、C 2處的邏輯值不全為1,此時Y=1,三極管截止,繼電器KM 4線圈失電,K 4斷開,主接觸器KM 3失電斷開,三相異步電動機供電中止,電機停止運行。4結束語本保護電路對電機相間功率嚴重不對稱及缺相運行可以起到保護作用,同時也有通用性。具有制作成本低,接線簡單,維護費用低等優點,能克服傳統繼電器保護的不足。參考文