基于三相异步电机缺相运行的电路保护设计

品慧电子讯三相异步电机是将电能转换成机械能，但是在运行中会因为各种原因造成破坏，这些损坏有超载、机械磨损、维护措施不当及运行中缺相等，随着它的广泛应用，解决这些问题成为当务之急，如何设计缺相运行时的保护电路呢？

缺相时保护电路不能迅速动作切断电源而造成电机损坏占很大比例，据有关资料统计，三相异步电动机的缺相运行占三相异步电动机所有故障的70%，缺相运行会使电动机绕组严重发热，破坏电机绝缘，以致于烧毁电机，影响生产，甚至造成事故。为防止三相异步电动机因缺相运行，通过对三相异步电动机常见故障——缺相运行的电磁现象及产生的危害分析，设计了缺相运行的保护电路，克服了传统机械式保护电路的不足，确保了三相异步电机的安全运行。

1、产生缺相运行的原因对于三相异步电动机，其正常运行时必须采用三相供电，缺相是其正常运行的大忌。电动机缺相主要有以下几种情况。

1） 电源缺相：由于供电路故障，电源在到电机保护线路前，已少一相或两相，它可造成电机无法启动或启动运转异常；三相熔断器中的一相熔体被烧断。

2）保护线路造成缺相：保护线路中的接触器、继电器触点氧化，引起接触不良，造成缺相。3）接线端子触点氧化造成接触不良：电机定子三相绕组中一相绕组断开，从而造成电机运行缺相。

4）电缆断线。

2、三相异步电动机缺相运行状态的电磁分析

图1是三相异步电动机定子绕组，其中（a）为星型接法缺相运行的接线图，（b）为三角形接法缺相运行的接线图。此时接通电源后，流经定子绕组的是单相电流，它们的相位相同，在气隙中只能建立脉振磁场，故电机无启动转矩，合闸后电机不转动并伴有嗡嗡声，此时电流很大，如果不及时断开电源，则有可能烧毁电机。三相异步电动机出现缺相运行时，在气隙中建立的是脉振磁场，其表达式为：

式（1）表明：一个脉振磁动势可分解为两个幅值相等、转速相同、转向相反的两个旋转磁动势，这样便可画出三相异步电动机缺相运行时的机械特性（图2）

由图2可见，1）当n=0时，T=0（+为电磁转矩），即无启动转矩，这是由于正转磁场和反转磁场产生的转矩大小相等、方向相反，彼此抵消所造成的。2）三相异步电动机缺相运行时，正向磁场f+产生的T+为拖动转矩，而反向磁场f-产生的T-则为制动转矩，使过载能力降低，在同一负载下，转速下降，电流增加，而电流增加势必使绕组发热，这样对电机运行极为不利。

3、缺相保护电路的设计

电动机处于缺相时无启动转矩，电机不能转动，容易被发现，而当电动机在运行中发生缺相时，常常不易被发现，以致产生过流，将电机烧坏，因而研制一种高可靠的电动机运行缺相保护装置非常必要。

传统的缺相保护电路完全由继电器、接触器构成，线路复杂，体积较大且可靠性差，用户使用一段时间后，由于线路故障需多次维修，甚至因维修困难而弃之不用，而且维修成本也较高，根据多年的实践，反复尝试，研制出新型三相异步电动机缺相运行保护电路（图3）。

保护电路动作的原理如下。

1）起动时，首先闭合K1，此时按下起动开关K2，如L1无电（L1缺相），电机无法起动，且无任何响动。如果L2或L3缺相，电机无法正常运行，因为K2为按钮开关，仅在起动时起作用，工作人员不可能按K2很长时间，如缺相，只要放开按钮，电动机停止供电。

2) 电机在运行中，保护电路从电机接线端子提取各相供电信号，经T1、T2、T3降压，D1、D2、D3及C1、C2、C3整流滤波加到各自的稳压电路，此时电路已将三相交流变成三个逻辑信号并进入三输入与非门电路4012，在图3中，
在式（2）中当L1有电时，A的逻辑值为1，L1无电，A的逻辑值为0；当L2有电时，B的逻辑值为1，L2无电，B的逻辑值为0；当L3有电时，C的逻辑值为1，L3无电，C的，逻辑值为0。根据式（2）只有A=B=C=1时，Y=0，T饱和导通，K4吸合，电机正常运行。当任意一相失电时，式（2）中，Y=1，而Y=1时，T截止，K4闭合，KM主接触器断开，三相异步电动机供电电路全部断开，电机立即停止工作。

4、结语

通过现场运行观察及对比，采用本设计的保护线路，制作或购置成本低，当电机在运行中发生缺相时，保护电路动作可靠、反应灵敏、接线简单，而且后期维护费用极少。