三相智能電動(dòng)機缺相保護在工業(yè)維護中的應用與選型

摘要：電源缺相易造成電動(dòng)機燒損，不僅嚴重危害電動(dòng)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(shí)不改變原有設備性能，對電動(dòng)機控制電路做適當調整，實(shí)現缺相保護功能，有效保護電動(dòng)機。該法簡(jiǎn)單易行，成本極低。

關(guān)鍵詞：三相電動(dòng)機；缺相故障；保護電路；電路改進(jìn)；故障對比

0 引言

    三相電動(dòng)機作為一種*的設備，在天車(chē)、消防泵、水泵、風(fēng)泵、油泵、空氣壓縮機、大型車(chē)床等有著(zhù)廣泛的應用。三相電動(dòng)機為大多數設備提供著(zhù)動(dòng)力，一個(gè)現代化的工廠(chǎng)甚至需要幾百到上萬(wàn)臺電動(dòng)機，因此三相電動(dòng)機的事故率嚴重影響著(zhù)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(chǎng)設計和制造過(guò)程中，三相電動(dòng)機啟動(dòng)和運行控制電路，大部分采用降壓?jiǎn)?dòng)（即星三角形啟動(dòng)、自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)等），決大多數在控制方面僅僅考慮電壓不足時(shí)的保護，沒(méi)有考慮當三相交流電出現缺相時(shí)如何對電動(dòng)機進(jìn)行控制保護。然而，電源缺相，對三相電動(dòng)機的啟動(dòng)和運行危害很大，極易造成電動(dòng)機燒損，常常給生產(chǎn)帶來(lái)不便，造成企業(yè)損失。

    在長(cháng)期實(shí)際維護中，對三相電機故障原因進(jìn)行了統計分析，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(dòng)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(jìn)行三相電機的缺相保護是工業(yè)維護的重中之重。

    現在，對三相電動(dòng)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(jià)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(dòng)和運行的控制線(xiàn)路應用在三相電機中，在不添加缺相保護器的前提下，同時(shí)不改變原有設備性能，對三相電動(dòng)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(dòng)機。

1 缺相保護原理

    根據三相交流異步電機啟動(dòng)和運行控制原理要求，在原有三相電機控制線(xiàn)路基礎上稍作調整，使其線(xiàn)路具有缺保相護作用，電路如圖2（a）所示。

圖2系統原理圖

    圖 2(a)中 SB1啟動(dòng)常開(kāi)按鈕,SB2停機常閉按鈕，KA繼電器，KM接觸器，FU熔斷器，FR熱繼電器。

    1）啟動(dòng)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(xiàn)圈B相電源得電，使得串聯(lián)在繼電器（KA）觸頭閉合，同時(shí)A相電源經(jīng)過(guò)接觸器（KM）線(xiàn)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(dòng)運轉。

    2）停止原理

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

    3）缺相停機原理

    若A、B、C缺A相，KA、KM的線(xiàn)圈電源取A、C相，接觸器繼電器失電，電機就無(wú)法啟動(dòng)運轉。若A、B、C缺B相，KA的線(xiàn)圈電源取A、B相，KA失電無(wú)法工作，常開(kāi)觸頭不動(dòng)作，KM線(xiàn)圈就無(wú)法通過(guò)KA常開(kāi)觸頭取C相電源，電機就無(wú)法啟動(dòng)運轉。若A、B、C缺C相，接觸器KM線(xiàn)圈電源是取C、A相電源，接觸器失電電機就無(wú)法啟動(dòng)運轉。

    總之，三相交流電源缺任何一相，電機都無(wú)法啟動(dòng)運轉。當電源缺相時(shí)達到有效控制電動(dòng)機，使電動(dòng)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(jìn)及應用

    三相異步電動(dòng)機缺相時(shí)，電動(dòng)機將無(wú)法啟動(dòng)。轉子左右擺動(dòng)，有強烈的尖叫聲。對電動(dòng)機造成磨損。當電動(dòng)機在運行中電源缺相時(shí)，如不降低負載，電動(dòng)機的定子電流勢必增加，引起過(guò)熱，長(cháng)時(shí)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(wù)段約120臺各型三相電動(dòng)機（其中37kW以上的三相交流異步電動(dòng)機有35臺，25kW的三相異步電動(dòng)機85臺），運用三相電機缺相啟動(dòng)和運行的控制線(xiàn)路技術(shù)進(jìn)行改造，歷時(shí)一年多竣工；經(jīng)性能鑒定，*符合各類(lèi)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(shí)對電動(dòng)機本身的傷害，消除了缺相損壞三相電動(dòng)機對機車(chē)檢修，日常維護的影響。線(xiàn)路簡(jiǎn)單，改造方便，材料便宜，該技術(shù)實(shí)用性較強，*可以滿(mǎn)足大規模三相電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(xiàn)路簡(jiǎn)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：

    該段現有37kW以上的大功率三相交流異步電動(dòng)機有35臺，25kW的三相異步電動(dòng)機85臺。如果從市場(chǎng)重新購買(mǎi)缺相保護器需要成本7.45萬(wàn)元以上，每臺缺相保護器單價(jià)為（600~700）元。通過(guò)技術(shù)改造，只需調整電機控制線(xiàn)路，加裝一只繼電器，每只繼電器單價(jià)為95元，共計1.1萬(wàn)元，從而節約設備配件購置成本約6萬(wàn)元。

    設備改進(jìn)前該機務(wù)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(chē)間在維修該類(lèi)電機的技術(shù)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(wàn)元，其中部分三相電機用于機車(chē)上需檢修的重要設備，如天車(chē)、空氣壓縮機等。在技術(shù)改造前，此類(lèi)電機共發(fā)生故障12起，造成的誤工停時(shí)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(shí)費6000元，間接因電機故障產(chǎn)生的誤工停時(shí)費每年約7萬(wàn)元。

    可見(jiàn)，改造后效益顯著(zhù)。

    安全效益：技術(shù)改造以前，由于各類(lèi)設備上的三相電機，在電源缺相情況下，發(fā)生各類(lèi)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(shù)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(lèi)三相電機事故。技術(shù)改造產(chǎn)生了良好的安全效果。

3.2改進(jìn)前后三相電機故障對比

    三相電機控制線(xiàn)路改造前，各類(lèi)設備因電源缺相，頻繁發(fā)生電機燒損的現象，在三相電機中各類(lèi)故障中占約71.4%。通過(guò)認真執行三相電動(dòng)機缺相保護改進(jìn)工作，初步改造后電動(dòng)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(guò)了全面改造三相電動(dòng)機的質(zhì)量有了顯著(zhù)提高，效果十分明顯，試行階段統計，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，超范圍修1件（燒損1件，技術(shù)故障2件），故障件數大幅度下降，設備改進(jìn)完畢并通過(guò)，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(kāi)支15萬(wàn)元，改造前后，各種原因下的三相電動(dòng)機故障次數分布如圖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(dòng)機保護器介紹與綜合選型

4.1產(chǎn)品簡(jiǎn)介

    ARD該系列低壓電動(dòng)機保護器，具有過(guò)載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉等保護功能?？膳c接觸器、電動(dòng)機起動(dòng)器等電器元件構成電動(dòng)機控制保護單元，具有遠程自動(dòng)控制、現場(chǎng)直接控制、面板指示、信號報警、現場(chǎng)總線(xiàn)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(lǐng)域。

4.2產(chǎn)品選型

產(chǎn)品功能

5 結語(yǔ)

    理論與實(shí)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(xiàn)路基礎上稍作調整，使其控制線(xiàn)路具有缺相保護作用。通過(guò)這次技術(shù)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象，改造后電機運行穩定可靠。既實(shí)現全電機的缺相保護，又節約經(jīng)濟成本21萬(wàn)余元，故這種三相電機缺相保護電路簡(jiǎn)便、可靠、成本極低，具有市場(chǎng)推廣價(jià)值。

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