三相智能電動機缺相保護在工業維護中的應用與選型

侯文莉

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(jin) 嚴(yan) 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，對電動機控製電路做適當調整，實現缺相保護功能，有效保護電動機。該法簡單易行，成本極低。

關(guan) 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(wei) 一種*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(wei) 大多數設備提供著動力，一個(ge) 現代化的工廠甚至需要幾百到上萬(wan) 台電動機，因此三相電動機的事故率嚴(yan) 重影響著工業(ye) 生產(chan) 的效率、安全和維護成本。然而在各種設備在出廠設計和製造過程中，三相電動機啟動和運行控製電路，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(jue) 大多數在控製方麵僅(jin) 僅(jin) 考慮電壓不足時的保護，沒有考慮當三相交流電出現缺相時如何對電動機進行控製保護。然而，電源缺相，對三相電動機的啟動和運行危害很大，極易造成電動機燒損，常常給生產(chan) 帶來不便，造成企業(ye) 損失。

    在長期實際維護中，對三相電機故障原因進行了統計分析，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機損毀的主要原因，其造成的安全隱患和經濟損失不可輕視。如何進行三相電機的缺相保護是工業(ye) 維護的重中之重。

    現在，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，電路複雜價(jia) 格較貴，不利於(yu) 降低企業(ye) 成本。本文選擇一種三相電機缺相啟動和運行的控製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，對三相電動機控製電路稍調整，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

    根據三相交流異步電機啟動和運行控製原理要求，在原有三相電機控製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係統原理圖

    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，FU熔斷器，FR熱繼電器。

    1）啟動原理

    如圖2所示，先將按鈕（SB1）觸頭閉合，A相電源流經繼電器（KA）線圈B相電源得電，使得串聯在繼電器（KA）觸頭閉合，同時A相電源經過接觸器（KM）線圈與(yu) 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(yu) 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製電動機，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台各型三相電動機（其中37kW以上的三相交流異步電動機有35台，25kW的三相異步電動機85台），運用三相電機缺相啟動和運行的控製線路技術進行改造，曆時一年多竣工；經性能鑒定，*符合各類大功率三相電機的控製要求，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(shang) 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，*可以滿足大規模三相電動機改造的要求。

    以其空氣壓縮機為(wei) 例，改造僅(jin) 僅(jin) 加裝一隻繼電器，不改變原有設備性能，對三相電動機控製電路稍調整，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(nei) 為(wei) 改裝部分。

3 應用效果

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

3.1經濟效果

    直接經濟效益：

    該段現有37kW以上的大功率三相交流異步電動機有35台，25kW的三相異步電動機85台。如果從(cong) 市場重新購買(mai) 缺相保護器需要成本7.45萬(wan) 元以上，每台缺相保護器單價(jia) 為(wei) （600~700）元。通過技術改造，隻需調整電機控製線路，加裝一隻繼電器，每隻繼電器單價(jia) 為(wei) 95元，共計1.1萬(wan) 元，從(cong) 而節約設備配件購置成本約6萬(wan) 元。

    設備改進前該機務段全年總計發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，一台37kW三相電機修理費用為(wei) 2000元以上(每千瓦的維修費用為(wei) 60元）每年直接造成的經濟損失就約8萬(wan) 元，其中部分三相電機用於(yu) 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，此類電機共發生故障12起，造成的誤工停時費用為(wei) 2000元/d台。修複一台故障三相電機需要3d，產(chan) 生的誤工停時費6000元，間接因電機故障產(chan) 生的誤工停時費每年約7萬(wan) 元。

    可見，改造後效益顯著。

    安全效益：技術改造以前，由於(yu) 各類設備上的三相電機，在電源缺相情況下，發生各類電機故障甚至發生三相電機燒毀，嚴(yan) 重影響設備的安全運行。而技術改造後，設備正常運行得到了有效的保證，從(cong) 根本上杜絕了因為(wei) 電源缺相而引起的各類三相電機事故。技術改造產(chan) 生了良好的安全效果。

3.2改進前後三相電機故障對比

    三相電機控製線路改造前，各類設備因電源缺相，頻繁發生電機燒損的現象，在三相電機中各類故障中占約71.4%。通過認真執行三相電動機缺相保護改進工作，初步改造後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%。之後，經過了全麵改造三相電動機的質量有了顯著提高，效果十分明顯，試行階段統計，全年三相電機缺相故障共發生3件（占比約12%），其中臨(lin) 修2件，超範圍修1件（燒損1件，技術故障2件），故障件數大幅度下降，設備改進完畢並通過，全麵性能鑒定後（約120台），正式投入使用，全年未發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(wan) 元，改造前後，各種原因下的三相電動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係列智能電動機保護器介紹與(yu) 綜合選型

4.1產(chan) 品簡介

    ARD該係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(yu) 接觸器、電動機起動器等電器元件構成電動機控製保護單元，具有遠程自動控製、現場直接控製、麵板指示、信號報警、現場總線通信等功能。應用範圍：可廣泛應用於(yu) 煤礦、石化、冶煉、電力、建築等行業(ye) 的配電領域。

4.2產(chan) 品選型

產(chan) 品功能

5 結語

    理論與(yu) 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，在原有三相電機控製線路基礎上稍作調整，使其控製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，未再發生因缺相造成的故障現象，改造後電機運行穩定可靠。既實現全電機的缺相保護，又節約經濟成本21萬(wan) 餘(yu) 元，故這種三相電機缺相保護電路簡便、可靠、成本極低，具有市場推廣價(jia) 值。

參考文獻：

[1]謝仕勇，羅雲(yun) .一種工頻控製的電機保護電路、裝置及係統：CN208062777V[P].2018-11-06.

[2]於(yu) 慶，王宏.三相異步電動機缺相運行的危害、原因與(yu) 對策[J].山東(dong) 工業(ye) 技術，2017（2）：174.

[3]高波，耿芸仙.三相電動機缺相保護在工業(ye) 維護中的應用[J].雲(yun) 南冶金，2020（49）：119-121.

[4]安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2020.06版

作者簡介：

侯文莉，女，本科安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為(wei) 電動機保護器的設計與(yu) 應用