试析三相异步电动机控制的电气保护环节付学志--中国期刊网

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试析三相异步电动机控制的电气保护环节付学志

发表时间：2021/6/15 来源：《基层建设》2021年第6期作者：付学志

[导读] 摘要：要求三相异步电动机控制系统不仅保证电机正常启动和运行，完成制动操作，还需通过相关保护措施维护电机的安全使用。

        大庆石化公司热电厂
        摘要：要求三相异步电动机控制系统不仅保证电机正常启动和运行，完成制动操作，还需通过相关保护措施维护电机的安全使用。在此基础上，本文以电机电气保护为研究对象，结合三相异步电动机的机械特性，阐述了电动机控制的电气保护，从短路保护、过载保护、过流保护、电压损失和欠压保护等方面进行了阐述。
        关键词：三相异步电动机；电气保护；欠压保护
        电气控制系统不仅能满足正常机械生产加工技术的需要，而且能保证电机及相关设备的持续稳定运行。当系统运行故障或异常运行时，电气保护链路可实时保护电机。因此，电气保护是电气控制系统的重要组成部分，它可以保护三相异步电动机、电气设备和操作人员的安全。
        1我国三相异步电动机产品标准化收集现状
        为促进中小电机产业技术进步，扩大对外贸易出口，1978年以来，中小电机产业转为国际电工委员会组织的IEC标准体系，并尽可能采用最新的IEC标准。电机效率指标、起动性能指标、安装方式和尺寸、电机功率、转速、底座数量等均采用了相应的国际标准。我国三相异步电动机已成为一种标准化、系列化、通用化程度高的系列产品，与国外同类产品具有良好的互换性。
        1978年以来，在改革开放良好政策的帮助下，在行业同仁的共同努力下，中国已成为汽车出口大国和汽车使用大国。据估计，2017年中国汽车企业产销将达到全球总量的40%左右，将超过日本、北美和西欧的市场总量。当然，中国的三相异步电动机也已经达到了国际同类产品的先进水平。
        随着国际标准的变化，中小电机产业也完成了YX3、Ye2、ye3等系列产品的开发，目前正在开发的ye4系列电机为IE4超高效级产品，是GB 18613标准一级能效产品。从表2可以看出，18613-2012标准中相应的GB《三种能效等级产品开发》相继完成。Ye2系列等代表三级能效水平的高效三相异步电动机取代y、Y2、Y3系列，成为中小电机行业的主导产品；ye3系列代表二次能效水平，已成为中小电机行业推荐的关键节能异步电动机产品：ye4系列等超高效三相异步电动机代表一次能效水平将成为下一代高效节能产品将在下一步推广舞台。随着三相异步电动机效率的提高，实现起来越来越困难。在目前的全球设计制造标准下，国际电工委员会IEC组织认为，实现三相异步电动机IE1、IE2、ie3效率水平是可行的，很难达到IE4效率水平。达到IE5效率水平是“不”（即不可能的）。
        笔者有幸参与我国中小电机行业Y、Y2、Y3系列、YX3、Ye2、ye3系列和ye4系列产品的开发。从目前国内中小电机行业的设计制造水平来看，不存在达到IE2、ie3效率水平的问题。如果要达到IE4的效率水平，就必须在设计和加工过程中采取相应的措施，借助于“洪水”的力量，我们几乎不能满足IE4标准的要求。根据ye4系列的设计，采用不等匝正弦绕组，采用目前最好的冷轧硅钢材料，提高加工精度，采用特殊的加工工艺，达到了IE4标准。由于ye4系列电动机的外径大于Ye2系列电动机，在某些规格（特别是小功率电动机）的结构设计中很难采用国际标准的安装方法（IM）。由于IE4的效率高于ie3，因此在结构设计上存在一定的困难。从西门子、abb和Weg收集的同类产品样本中可以看出，低功率IE4高效电机的资料比较缺乏，这说明IE4高效电机的设计存在一个共同的问题。如果要重新设计IE5效率水平的三相异步电动机，难度更大，实现的可能性几乎为零。从系列产品来看，应该说IE4效率是目前三相异步电动机系列产品所能达到的最高能效水平。

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        2三相异步电动机控制的电气保护
        2.1短路保护
        目前，三相异步电动机电气控制系统最常见的故障是短路故障。一旦发生短路问题，电机将无法进行正常的生产工作，导致设备生产效率下降。电动机发生短路故障的原因很多，如使用中导线绝缘层的磨损或线路运行的故障，最终造成三相异步电动机的损坏。要求有关人员加强三相异步电动机电气控制系统的短路保护。当发生短路故障时，应立即切断电源线，并为系统安装断路器和熔断器。这些保护装置能维持电动机的正常运行。要求工作人员严格按照具体工艺安装保护装置，确保每相有熔断器或断路器[2]。
        2.2过载保护
        如果三相异步电动机长期运行，设备可能过载。如果不及时发现并停机，电机的绝缘层会逐渐老化，设备温度过高，影响电机的使用寿命。建议有关人员加强电动机的过载保护，使三相异步电动机的电流值在正常范围内，减少电流对设备的影响。一般来说，电动机电气控制系统的过载保护可以从两个方面进行：（1）三相异步电动机在工作时，热量会升高。如果热量达到一定值，电机就会瞬间短路。此时，要进行电动机过载保护工作，除安装熔断器外，还要保证系统电流值在安全范围内。（2）三相异步电动机的过载保护和过流保护有明显的区别。人们应采取特殊的保护措施，确保热继电器相关发热元件的额定电流不超过临界值。
        2.3过流保护
        虽然三相异步电动机是电动机的一种，但是三相异步电动机有很多种，其电流值会有所不同。如果三相异步电动机的电流过大，会引起设备的负载，从而导致短路问题，导致设备的正常运行。为加强三相异步电动机电气控制系统的过流保护，可借鉴以下建议：（1）完善三相异步电动机相关控制系统的导线和电流，制定设备故障预防制度，解决故障问题及时。（2）三相异步电动机在使用过程中应避免重复起动，以保证电流的正常流动。以三相笼型异步电动机为例，虽然短时过流不会对电动机产生严重后果，很多人也不会设置过流保护装置，但过流保护是由起动异常和负载过大引起的故障问题。过电流小于短路电流，但更容易发生短路现象，特别是在电机频繁启动的情况下。短路保护、过流保护和过载保护都属于电流保护，但故障电流和动作值不同，保护要求和应用元件也不同。这些故障问题的解决方案是不可替代的。
        2.4失压和欠压保护
        三相异步电动机正常工作时，如果电源电压突然消失，应检查电源电压恢复后电动机是否正常启动，生产设备是否损坏。如果不停止，可能会发生人身事故。对于电网供电系统，许多三相异步电动机或其他设备在启动时会出现过流和瞬时网压下降现象。为了避免三相异步电动机在电压恢复时自动起动，或元件自动投入运行，保护措施是失压保护。避免三相异步电动机与其他设备一起工作，规范接触器和按钮的操作，确保通过三相异步电动机的电流和电压能满足要求。对应失压是欠压，可以在三相异步电动机上安装欠压继电器来控制供电电压。如果电源电压过高，继电器可以降低其值，以确保电源电压在安全范围内。
        结论
        总之，为了保证三相异步电动机的正常运行，保持电气控制系统的可操作性，必须加强对三相异步电动机控制的电气保护，区分不同的故障情况，采取有针对性的解决方案。采用过载保护和过流保护，保证了三相异步电动机的运行安全。
        参考文献：
        [1]余志勇，雷艳.三相异步电动机断相分析及保护[J].居舍，2020(04)：28.
        [2]徐娟，秦绪武.三相异步电动机控制的电气保护环节[J].电子测试，2018(02)：89+85.