邱俊

（長(zhǎng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程系，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

三相異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中最常見(jiàn)的故障就是缺相運(yùn)行，例如斷一根火線或斷一相繞組。此時(shí)，如果軸上負(fù)載沒(méi)有改變，則電動(dòng)機(jī)處于嚴(yán)重過(guò)載狀態(tài)，定子電流將大大超過(guò)額定值，時(shí)間稍長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)就會(huì)燒毀。

1 電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)的現(xiàn)象及原因分析

1.1 缺相運(yùn)行時(shí)的現(xiàn)象

對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)必須采用三相供電，而缺相是電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的大忌。缺相時(shí)，原來(lái)停止的電動(dòng)機(jī)，將無(wú)法啟動(dòng)，且發(fā)出“嗡嗡”的聲音，此時(shí)，若用手撥動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸，也許能慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)；原來(lái)旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)缺相時(shí)，轉(zhuǎn)速下降且變慢，電流明顯增大，電機(jī)溫度上升，外殼燙手，并且發(fā)出異常聲音，若長(zhǎng)時(shí)間缺相運(yùn)行必然導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱而燒毀。

1.2 造成缺相運(yùn)行的原因

造成電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行的原因，通常分為外部原因和內(nèi)部原因。

外部原因主要是外網(wǎng)供電質(zhì)量問(wèn)題，其一是電源缺相，由于供電線路故障，電源在到達(dá)電動(dòng)機(jī)保護(hù)線路前，就已經(jīng)少了一相或兩相，造成電動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)或啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)異常；其二是配電變壓器高端側(cè)或低端側(cè)一相斷電造成電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行，在這種情況下，由該變壓器供電的所有電動(dòng)機(jī)都會(huì)缺相運(yùn)行。

內(nèi)部原因主要有保護(hù)線路中的控制開(kāi)關(guān)、接觸器、繼電器的觸點(diǎn)氧化、燒傷、松動(dòng)、接觸不良等造成缺相。某相熔斷器的熔體接觸不良，或熔絲擰得過(guò)緊而幾乎壓斷，或熔體電流選擇過(guò)小，造成通過(guò)的電流稍大就會(huì)熔斷。尤其是在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的沖擊下，更容易發(fā)生熔體非故障性熔斷。有時(shí)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷線路斷線，一般是安裝不當(dāng)引起的斷線，特別是單芯導(dǎo)線放線時(shí)產(chǎn)生的小圈扭結(jié)，接頭受損等都可能使導(dǎo)線在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生斷線。由于電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期使用，使繞組的內(nèi)部接頭或引線松脫或局部過(guò)熱將繞組燒斷，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)缺相運(yùn)行。

2 電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行物理量分析[1]

2.1 定子Y接法缺相運(yùn)行過(guò)程分析

如圖1所示，正常Y接法運(yùn)行的定子，無(wú)論是一相繞組斷線，還是一相電源線斷線，都形成另兩相繞組反串聯(lián)接在電源單相線電壓UL下，如圖2所示。

圖1 Y接法一相繞組斷線示意圖

圖2 Y接法缺相分析示意圖

由上面分析可看出，在保證電流不超過(guò)額定值IN的條件下，正常Y接法缺相運(yùn)行時(shí)電機(jī)的功率只能達(dá)到三相運(yùn)行時(shí)的57.7%。若保證電動(dòng)機(jī)輸出功率不變，則缺相運(yùn)行電流將是額定電流的倍左右。帶有某一負(fù)載的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中突然缺相運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)稍微下降，軸負(fù)載功率由兩相繞組承擔(dān)，缺相運(yùn)行電流增大，此時(shí)，電機(jī)往往工作于過(guò)負(fù)載狀態(tài)，電流比一般的過(guò)負(fù)荷電流要大得多，足以導(dǎo)致定子繞組過(guò)熱而燒毀。

2.2 定子△接法缺相運(yùn)行

2.2.1 定子一相相繞組斷線

如圖3所示，正?！鹘臃ㄟ\(yùn)行的定子，當(dāng)一相繞組斷線時(shí)，電機(jī)定子形成一相相電流為0，另兩相繞組有互差120°電角度的兩相電流存在，如圖4所示。

圖3 △接法一相繞組斷線示意圖

圖4 △接法繞組斷線分析示意圖

從上面分析可看出，在保證電流不超過(guò)額定值的條件下，正?！鹘臃ǘㄗ尤毕噙\(yùn)行時(shí)電機(jī)的功率只能達(dá)到三相運(yùn)行時(shí)的66.7%。帶有某一負(fù)載的電機(jī)運(yùn)行中突然缺相運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)稍微下降，軸負(fù)載功率由兩相繞組承擔(dān)，缺相運(yùn)行電流增大到三相正常運(yùn)行電流Iz的1.5倍[3]。

2.2.2 定子一相電源線斷線

如圖5所示，正常△接法運(yùn)行的定子，當(dāng)一相電源線斷線時(shí)，電機(jī)定子形成兩相繞組順串聯(lián)和第三相繞組并聯(lián)接在電源單相線電壓下，如圖6所示。只有一相繞組回路中的電流比三相運(yùn)行時(shí)大大增加，因此該相繞組必然會(huì)首先燒毀。

圖5 △接法一相電源線斷線示意圖

圖6 △接法電源線斷線分析示意圖

3 缺相運(yùn)行的解決方法

電動(dòng)機(jī)處于缺相時(shí)無(wú)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，容易被發(fā)現(xiàn)。而當(dāng)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中發(fā)生缺相時(shí)，常常不易被發(fā)現(xiàn)，以致產(chǎn)生過(guò)流，將電機(jī)燒壞。因而研制一種高可靠的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行缺相保護(hù)裝置非常必要。

圖7所示為一種電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行缺相雙重保護(hù)電路。保護(hù)電路工作的原理[3]：

按下啟動(dòng)按鈕SB1，中間繼電器KAl通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)接通中間繼電器KA2的線圈，KA2常開(kāi)觸點(diǎn)接通接觸器KM線圈，KM主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)正常運(yùn)行，同時(shí)KM輔助常開(kāi)接通中間繼電器KA3的線圈，KA3常開(kāi)閉合，使得啟動(dòng)按鈕SB1在松開(kāi)時(shí)，接觸器KM能夠自保。

當(dāng)按下SB2時(shí)，KM線圈掉電。輔助常開(kāi)斷開(kāi)KA3線圈，使得SB2恢復(fù)后KM也不會(huì)得電，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)發(fā)生缺相故障，假設(shè)L1或L2缺相，顯然KA1不會(huì)得電，KA2和KM均不能通電，電機(jī)不會(huì)運(yùn)行。如果缺L3相，KA1能夠得電，但KA2不會(huì)通電，電機(jī)也不會(huì)運(yùn)行。從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的缺相保護(hù)。

圖7 永不缺相啟動(dòng)和運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)控制線路圖

當(dāng)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，若主電路缺相，電動(dòng)機(jī)將自動(dòng)停機(jī)。因?yàn)?，電路中所有中間繼電器和接觸器線圈額定工作電壓為380 V才能吸合。圖中KM線圈的電源是通過(guò)SB2、KA3觸點(diǎn)取自 U和 V端子，而 KA3線圈電源又是通過(guò)KM輔助觸點(diǎn)取自V和W端子。所以，無(wú)論是缺哪一相，電動(dòng)機(jī)都將自動(dòng)停止運(yùn)行，有效地保護(hù)了電動(dòng)機(jī)，使得電機(jī)不致在缺相故障狀態(tài)下運(yùn)行而燒毀繞組。

另外，熔斷器FU2短路也能使電動(dòng)機(jī)自動(dòng)停轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)永不缺相運(yùn)行。

缺相運(yùn)行帶來(lái)的直接危害是電機(jī)一相或兩相繞組過(guò)熱甚至燒壞。在各行業(yè)中，因缺相運(yùn)行而燒毀的電動(dòng)機(jī)所占比重也是最大的。無(wú)論電動(dòng)機(jī)是在靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)，由于動(dòng)力電纜的過(guò)流運(yùn)行加速了絕緣老化，特別是在靜態(tài)時(shí)，缺相會(huì)在電機(jī)繞組中產(chǎn)生幾倍于額定電流的堵轉(zhuǎn)電流，其繞組燒壞的速度比運(yùn)行中突然缺相更快、更嚴(yán)重。因此，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行缺相保護(hù)是至關(guān)重要的。為了預(yù)防電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)缺相運(yùn)行，除了正確選用和安裝低壓電器外，還應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)范、增設(shè)保護(hù)電路、敷設(shè)饋電線路，同時(shí)加強(qiáng)定期檢查和維護(hù)。

[1]張曉寧.電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)措施一例[J].電機(jī)技術(shù)，2004（4）.

[2]黃荷英，金永琪.電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行后果及預(yù)防措施[J].水電能源科學(xué)，2008（3）.

[3]邱俊.工廠電氣控制技術(shù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2009.