电动机断相自动保护器的设计与制作

很多机械都广泛应用电动机来拖动, 是工矿企业单位不可缺少的专用设备。电动机断相变成缺相运行是电动机常见的故障之一, 通过对电动机断相原因危害进行分析, 采取积极措施, 保证电动机正常的运行, 减少经济损失。

1 三相电动机发生断相造成缺相运行的原因

(1) 三相电动机的定子绕组一相断线或电动机的电源电缆、架空进线一相断线。

(2) 三相电动机电源的熔断器一相熔断或一相接触不良。

(3) 三相电动机的开关、刀闸一相接触不良或一相断开等。

2 三相电动机发生断相造成缺相运行的现象

(1) 原来停着的三相电动机发生断相时, 一旦通电不但起动不起来, 而且还会发出“唔唔”作响的声音, 用手拨一下电动机转子的轴, 也许电动机能慢慢转动起来。

(2) 正常运转的三相电动机, 发生断相造成缺相运行时, 电动机转子的电流突然增大, 电动机温升会由此加剧, 严重时甚至烧毁电动机。

3 三相电动机发生断相变成缺相运行的危害分析

(1) 原来是停着的三相电动机, 发生断相造成缺相时, 电动机的正向力矩等于反向力矩, 合成力矩为零, 说明电动机没有起动力矩, 这就是当电动机一相断电后起动不起来的原因。这时因为电动机部分定子绕组有电流通过, 因此电动机的铁芯中仍有磁通产生, 所以电动机发出“唔唔”作响的声音。

(2) 正常运行的三相电动机发生断相造成缺相运行时, 它的转子上作用着两个电磁力矩:一个正向力矩扭动着电动机的转子要使其继续转动, 另外出现一个反向力矩, 起制动作用, 使电动机总的合成力矩减小。但只要电动机的电磁合成力矩尚大于电动机转轴上的阻力力矩时, 电动机还是可以转动的, 只是电动机的转动速度陡然变慢罢了。

(1) 若三相电动机在正常状况时的最大力矩倍数 (最大力矩/额定力矩) 大于2, 那末三相电动机在一相断电后将能继续运行;三相电动机变成缺相运行, 因反向磁场的存在, 电动机的无功电流上升、功率因数降低, 电动机的效率也就降低了。

(2) 若三相电动机一相断电后仍带额定负载运行, 电动机的转子、定子电流将增大, 电动机的转子、定子损耗都会显著增加, 电动机的发热加剧而造成过热, 严重时将烧毁电动机。

3 电动机断相自动保护器的设计

正常运行中的三相电动机缺一相电源后, 变成两相运行, 断相一相绕组的电流为零, 而其余两相的工作电流将增大很多, 其绕组出现发热现象, 如果运行时间过长严重时甚至会烧毁定子绕组。为了防止缺相运行烧毁电动机, 可以采用多种保护方案。这里介绍一款电子式电动机断相自动保护器, 如图1所示。

3.1 该保护电路的组成

电源电路:由电源变压器T、整流二极管VD4、滤波电容C4、C5、限流电阻R8、稳压管VS等组成, 该电路用来产生+20V电压, 供给继电器K以及驱动电路。

电流检测电路:由电流变换器LA1、LA2、LA3、整流二极管VD1~VD3、滤波电容C1~C3等组成。

起动控制电路:由起动按钮S1、停止按钮S2、继电器K、交流接触器KM1、KM2等组成。

保护控制电路:由电阻R1~R7、晶体管V1~V3、继电器K、交流接触器KM1、KM2、等组成。

3.2 工作原理

合上刀开关, 按动起动按钮S1后, 交流接触器KM1通电工作, 其三个主触头接通, 使电动机M起动运转。

三个电流变换器 (LA1~LA3) 分别套装在电动机三相电源的进线上, 将三相电流变换成三个电压信号, 再经过VD1~VD3、C1~C 3的半波整流与滤波后, 分别加到V1~V3的基极上。V1~V3和其外围电阻器组成一个有三个输入端的与门电路。

当电动机的三相电流均正常时, A、B、C三端对地的电压均相同 (约为-1.5V) , 此时V1～V3均导通, 继电器K吸合, 其常开触头闭合, 使交流接触器KM2的触头在按起动按钮S1后维持闭合, 将电动机M的三相电源接通。

若由于某种原因造成三相电源中任一相断相时, 则该相电压信号为零, 相应的晶体管将截止, 使继电器K和交流接触器均释放, 切断电动机M的工作电源, 从而保护电动机不会因缺一相电源, 变成两相运行, 过热而损坏。

3.3 元器件选择

R1~R7选用1/4W或1/8W碳膜电阻器;R8选用2W金属膜电阻器。

C1~C3均选用耐压值为16V的电解电容器;C4和C5均选用耐压值为50V的电解电容器。

VD1~VD4均选用1N4007硅整流二极管;VS选用1W、20~2 4 V 2 C W 2 1 K或2CW115稳压二极管。

V1~V3均选用3AX81或3AX83锗PNP型晶体管。

K选用吸合电流为22mA、动作电压为16.5V、额定电压为24V的JRX直流继电器。

电流变换器LA1~LA3可用声0.23mm的高强度漆包线在MXO—2000磁环上绕650~800匝。

KM选用CJ20-63型交流接触器。

4 结语

通过仿真软件对该电路进行了仿真测试, 其结果是该保护器的设计动作可靠、成本低、使用性强。

摘要：三相电动机缺一相电源后, 变成两相运行, 如果运行时间过长则有烧毁电动机的可能。本文介绍一款电动机断相自动保护器, 能在电动机断相时及时切断电源, 以保护电动机不被损坏。该电路具有结构简单、成本低、易制作、工作稳定、动作可靠、易调试、实用性较强等特点。

关键词：电动机,断相,保护器

参考文献

[1] 周良权, 等.模拟电子技术[M].北京:高等教育出版社, 1993.

[2] 胡宴如, 等.模拟电子技术[M].北京:高等教育出版社, 2000.