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三相异步电动机缺相运行的危害、原因与对策

发表时间：2021/8/9 来源：《中国科技信息》2021年9月中作者：郭丽君常军卫朝丽

[导读] 三相异步电动机在运行过程中最常见的故障就是缺相运行，例如断一根火线或断一相绕组。

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摘要：三相异步电动机在运行过程中最常见的故障就是缺相运行，例如断一根火线或断一相绕组。此时，如果轴上负载没有改变，则电动机处于严重过载状态，定子电流将大大超过额定值，时间稍长电动机就会烧毁。据有关资料统计，三相异步电动机的缺相运行占三相异步电动机所有故障的60%～70%。缺相运行会使电动机绕组严重发热，破坏电机绝缘，以至于烧毁电机，影响生产，甚至造成事故。本文对三相异步电动机缺相运行的危害、原因进行分析，并提出了电动机在缺相运行时的保护措施。
关键词：三相异步电动机；缺相运行；危害；原因；对策
        1.三相异步电动机缺相运行的危害
        三相异步电动机正常运行，三相交流电源与三相对称绕组相连，通过三相平衡电流产生圆形旋转磁场，当电源断相或缺相时，即为缺相运行故障。对于三相异步电动机，正常运行时必须采用三相供电，而缺相是电动机正常运行的大忌。三相异步电动机一旦发生缺相故障，在负序与正序上拥有相等的电压，电动机启动转矩变为零，此时电动机根本无法正常启动，导致线路电流迅速升高，可达到额定电流的4~6倍，绕组短时间内产生大量热量，如不及时采取措施，过高的温度会将绕组烧毁，给操作人员的生命安全构成威胁。
        2.造成三相异步电动机缺相运行的原因
        造成电动机缺相运行的原因，通常分为外部原因和内部原因。
        外部原因主要是外网供电质量问题，其一是电源缺相，由于供电线路故障，电源在到达电动机保护线路前，就已经少了一相或两相，造成电动机无法启动或启动运转异常；其二是配电变压器高端侧或低端侧一相断电造成电动机缺相运行，在这种情况下，由该变压器供电的所有电动机都会缺相运行。
        内部原因主要有保护线路中的控制开关、接触器、继电器的触点氧化、烧伤、松动、接触不良等造成缺相。某相熔断器的熔体接触不良，或熔丝拧得过紧而几乎压断，或熔体电流选择过小，造成通过的电流稍大就会熔断。尤其是在电动机启动电流的冲击下，更容易发生熔体非故障性熔断。有时电动机负荷线路断线，一般是安装不当引起的断线，特别是单芯导线放线时产生的小圈扭结，接头受损等都可能使导线在运行过程中发生断线。由于电动机长期使用，使绕组的内部接头或引线松脱或局部过热将绕组烧断，导致电动机出现缺相运行。
        3.预防三相异步电动机缺相运行的对策
        3.1勤于检查、精心维护
        电动机控制设备技术状况的好坏，对电动机的正常启动有着决定性作用。实践证明，绝大多数烧毁的电动机，其原因大多是控制设备工作不正常造成的。而控制设备的维护主要是清洁和紧固。如接触器触点不清洁会使接触电阻增大，引起发热烧毁触点，造成缺相而烧毁电动机；接触器吸合线圈的铁芯锈蚀和尘积，会使线圈吸合不严，并引发强烈噪声，增大线圈电流，烧毁线圈而引发故障。所以电动机的控制设备应该设在干燥、通风和便于操作的位置，并定期除尘。经常检查接触器触点、线圈铁芯、各接线螺丝等是否可靠，机械部位动作是否灵活，使其保持良好的技术状态，从而保证电动机工作顺利。
        3.2采用带断相保护的热继电器
        三相感应电动机，定子绕组为三角形连接的电动机必须采用带断相保护的热继电器。对于热元件的安装，是将其串联入三角形连接的电源中，这样而言，当整个线路的电流超过额定电流，进而产生超过额定能量的热量的时候，就会被热元件感应到，进而就会发生断路保护电机的作用，使得电机不会因为热量过高而产生烧毁的现象，更加不会发生操作人员的伤亡。
        3.3采用过电流继电器断相保护
        采用过电流继电器来进行断相保护的原理以及安装方法其实跟上面的热继电器的原理以及安装方法是相似的，只不过上面的是把热元件串联进入电源中，进而使得热元件感应超额热量来进行断相保护，而过电流继电器是采用电子元件串联进入电源中，当整个电路的电流超过额定电流的时候，所安装的电子元件就会感受到，进而发生断路，发生断相保护，从而使得整个三相异步电动机停止工作，以免电机发生损坏和造成人员伤亡。
        3.4借助零序电压实现进行保护
        使用零序电压实现对电动机缺相保护依据的原理为：中性点接地三相平衡系统中，当电动机定子绕组为星形接法时，理论上中性点对地电压为零。实际上，三相电压绝对平衡是不可能的，往往相差几伏。因此，可将零序电压继电器串接在电动机的中性线上，当电动机工作正常时，中性点对地电压比较低时，电压继电器不会动作，一旦出现缺相中性点对地电压会升高，引起电压继电器动作将三相电源切断，实现对电动机的保护。另外，电动机定子绕组为三角形接法时，可在三角形绕组上安装接成星形的电容器，确定人为中性点。考虑到实际电路中中性点对地电压较小，仅为几伏，因此，可将继电器动作电压设置为12~24V。而且还可使用24V或12V的小型中间继电器替代电压继电器。
        3.5一种电动机启动运行缺相双重保护电路设计
        电动机处于缺相时无启动转矩，电机不能转动，容易被发现。而当电动机在运行中发生缺相时，常常不易被发现，以致产生过流，将电机烧坏。因而研制一种高可靠的电动机运行缺相保护装置非常必要。
        图1所示为一种电动机启动运行缺相双重保护电路。保护电路工作的原理：按下启动按钮SB1，中间继电器KA1通电，其常开触点接通中间继电器KA2的线圈，KA2常开触点接通接触器KM线圈，KM主触点闭合，电机正常运行，同时KM辅助常开接通中间继电器KA3的线圈，KA3常开闭合，使得启动按钮SB1在松开时，接触器KM能够自保。当按下SB2时，KM线圈掉电。辅助常开断开KA3线圈，使得SB2恢复后KM也不会得电，电机停止运转。当电机启动时发生缺相故障，假设L1或L2缺相，显然KA1不会得电，KA2和KM均不能通电，电机不会运行。如果缺L3相，KA1能够通电，但KA2不会通电，电机也不会运行。从而实现了电机的缺相保护。

        当电机在运行过程中，若主电路缺相，电动机将自动停机。因为，电路中所有中间继电器和接触器线圈额定工作电压为380V才能吸合。图中KM线圈的电源是通过SB2、KA3触点取自U和V端子，而KA3线圈电源又是通过KM辅助触点取自V和W端子。所以，无论是缺哪一相，电动机都将自动停止运行，有效地保护了电动机，使得电机不致在缺相故障状态下运行而烧毁绕组。另外，熔断器FU2短路也能使电动机自动停转，从而实现永不缺相运行。
        结语：
        三相异步电动机缺相运行的发生，它既会毁坏设备，也影响生产，造成经济损失。但只要加强管理，注意做好平时对设备的检查、保养和维修，在工作中，注意加强巡查，仔细观察设备的安全运行状况，把事故苗头解决在萌芽状态之前，我们相信一定能够做到确保安全运行，安全生产。
参考文献：
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[4]李恩花.三相异步电动机缺相运行的危害、原因与对策[J].家庭电子，2005.