三相异步电动机的保护研究设计论文可编辑Word格式文档下载.docx
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（签字）年月日毕业设计（论文）与答辩评语:
摘要
近几十年来,随着电力电子技术、微电子技术与现代控制理论的发展,中、小功率电动机在工农业生产与人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。
特别是乡镇企业与家用电器的迅速,更需要大量的中小功率电动机。
由于这种电动机的发展与广泛的应用,它的使用、保养和维护工作也越来越重要。
本文主要介绍了电动机技术发展与现状、工作原理、电动机的运行保护。
三相异步电动机应用非常广泛,无论是在工厂内、商业楼内甚至居民楼内都能见到它们的身影,假如没有三相异步电动机工厂将无法运转、商场将无法正常营业。
通常所见的电动机在商场主要应用形式供暖系统、空调器、排风风机、排烟风机、消防系统、供水系统。
但在使用中电动机又会出现各种各样的问题,比如因负载超过电机的额定工作量、因散热条件问题与电机本身的原因引起的温度过高、因机械原因过工作失误造成的缺相,为保证电动机的正常工作与工厂、商场的正常运营我们必须尽可能减少电动机出现故障。
电动机的故障分两部分:
一部分是机械原因。
例如轴承和风机的磨损或损坏。
另一部分是电磁故障。
电磁故障原因有电动机的过载、断相、过电压、欠电压和短路都能使电动机受损和毁坏。
电流互感器,它是采用电流的所有保护的电流回路都要接自电流互感器,例如,过电流保护,电流速断,功率方向,零序电流,负序电流,差动,低周电流闭锁（自动装置）等等。
同样的,电压互感器,它是采用集电压的的所有保护的电压回路都要接自电压互感器,例如,过电压保护,低压保护（低压保护是当电源电压低于设定值时,保护电路就动作,并发出报警信号）,备自投（自动装置）,功率方向,同期,低周（自动装置）,阻抗,零序电压,负序电压,等等。
关键词:
三相异步电动机电机保护工作原理运行维护
第1章绪论
1.1选题背景
我国的电动机保护装置大约经历了全面仿苏、自行设计、更新换代、智能化发展等几个阶段。
值得一提的是由于近年来微处理器技术的发展,给电动机保护向智能化、多功能化方向发展提供了硬件平台,使得电机保护进入了一个飞速发展的阶段。
我国对电动机保护的研究已有半个世纪之久,各类保护装置也层出不穷。
最早的熔断器能简单的视线短路保护,但由于熔断器的熔体在制造工艺、时效和安装上存在随机“缺陷”,加上熔断器熔断后又会造成电动机断相运行,起保护能力相当有限。
热继电器能实现电动机因果在而引起的过流保护,具有结构简单、使用方便以与较好的反时限保护特性。
在工矿企业的电气传动生产设备中,
1.2三相异步电动机保护设计在国民经济中的意义
电机是与电能的生产、传输和使用有着密切关系的电磁机构。
电动机是一种电能到机械能的能量转换设备,是动力设备中的主力军。
由于三相异步电动机具有结构简单、价格低廉、机械特性较好、运行维护方便等优点。
在日常生活和工业生产等国民经济中获得了非常广泛的应用。
如家电、机械加工、冶金、煤炭、石油、化工与交通运输等离不开电机。
我国电动总装机容量约占全部用电设备总容量的75%以上,而耗电量约占总发电量的70%以上。
然而电动机的故障率也居各种电气设备之首。
日本电气协会PM研究会对供电1000kw以上的652个工厂中的异步电动机、特殊电动机、变压器与其它等14种电气设备故障率进行了调查分析,结果表明故障率最高者为电动机,高达38.1%。
在电动机实际使用过程中,恶劣的运行环境以与超技术条件运行,是导致电动机各类故障的主要原因。
电机故障或损坏带来的直接和间接损失是相当巨大的。
另外,由于电机的故障、损坏所造成的其它事故以与导致工厂停产所造成的间接损失则更为巨大。
由此可见,在国民经济中,电动机不但是为数众多、应用面广的动力设备。
而且又是最为薄弱的环节。
做好电动机保护的设计对国民经济有着重要的意义。
.1.3三相异步电动机的现状目前,电动机的用电量平均占世界各国总用电量的40%以上,占工业用电量的60%以上。
一些国家和地区的用电量占工业用电总量的比例如表1所示。
据美国、欧盟等统计,电动机用电量约占总电量的42%-50%,三相异步电动机的用电量站电动机总用电量的90%左右;
37KW与以下电动机占电动机总装机数95%以上、占电动机总用电量的50%左右
表1一些国家/组织电动机用电量占工业用电量比重
国家/组织名称电动机占工业用电量比较
欧盟~69%
美国~80%（占全国用电量的~70%）
日本~61%
法国~67%
俄罗斯~60%
第二章三相异步电动机的保护要求
2.1.电动机运行中的保护要求
对运行中的电动机应经常检查它的外壳由无裂纹,螺钉是否脱落或松动,电动机有无异响或震动等。
监视时,要特别注意电动机有无冒烟和异味出现,若闻到焦糊味或看到冒烟。
必须立即停止检查处理。
对轴承部位,要注意它的温度和声音。
温度升高,响声异常则可能是轴承缺油或磨损。
用联轴器传动的电动机,如果中心校正不好,会在运行中发出响声,并伴随着发生电动机振动和联轴器螺栓胶垫的迅速磨损。
这时应重新校正中心线。
若带传动的电动机,应注意带不应过松而导致打滑,也不能过紧而使电动机轴承过热。
三相电流和输入功率是否正常,三相电压、电流是否平衡,有无波动现象。
有无其他方面的不良因素。
在发生以下故障时,应立即停机处理:
1.人身触电事故。
2.电动机冒烟。
3.电动机剧烈振动。
4.电动机轴承发热严重。
5.电动机转速迅速下降,温度迅速升高。
2.2.三相异步电动机启动前的准备对于安装或久为运行的电动机,在通电使用之前必须先做下列检查,以验证电动机能否通电运行。
1.安装检查
了解电动机名牌所规定的事项;
电动机是否适应安装条件、周围环境和保护形式;
要求电动机配置灵活、螺栓拧紧。
轴承运行无阻、联轴器中心无偏移等;
检查配线尺寸是否正确,接线柱是否有松动现象,有无接触不良的地方;
检查接线是否正确,机壳是否接地良好。
2.绝缘电阻检查
要求用兆欧表检查电动机的绝缘电阻,包括三相相间绝缘电阻和三相绕组对地绝缘电阻,测得的冷态绝缘电阻一般不小于10兆欧。
3.电源检查
检查电源开关,熔断器的容量、规格与继电器是否配套;
一般当电源电压波动超出额定值+10%或-5%时,应改善电源条件后投入运行。
4.启动、保护措施检查
检查传动带的张紧力,是否偏大或偏小;
同时检查安装是否正确,有无偏心。
用手或工具转动电动机的转轴是否转动灵活,添加的润滑油量和材质是否正确;
集电环表面和电刷表面是否脏污,检查电刷的压力、电刷在刷握内活动情况以与电刷短路装置的动作是否正常;
检查电动机的启动方法,确定电动机的旋转方向。
要求启动设备接线正确（全压启动的中小型异步电动机除外）,电动机所配熔丝的规格合适,外壳接地良好。
以上各项检查无误后,方可合闸启动。
2.3.启动时应注意的事项
1.合闸前必须经过启动前所要求的检查内容。
特别要检查电动机和拖动机械附近是否有异物。
2.合闸后,若电动机不转,应迅速、果断地拉闸,以免烧坏电动机。
3.电动机启动后,应注意观察,若有异常情况,应立即停转。
待查明故障并排除后,才能重新合闸启动。
4.启动电机后,如发现转动慢或声音异常,要切断电源后再检查,不排除故障,不可再合闸启动。
5.笼型转子电动机采用全压启动时,短时间内连续启动的次数不宜过于频繁。
对功率较大的电动机要随时注意电动机的温升。
6.启动电机后要注意启动操作顺序,如果是手动操作的演示控制设备,更要注意启动过程是否正常。
7.绕线转子异步电动机启动前,应注意检查启动电阻是否接入。
接通电源后,随着电动机转速的上升而逐渐切除启动电阻。
8.几台电动机由同一台变压器供电时,不能同时启动,应从大到小逐渐启动。
以免线路上启动电流过大,电压降太多,使周围电气设备工作受到影响。
24.电动机启动后要检查哪些内容
1.检查电动机旋转方向是否正确。
2.在启动加速过程中,电动机有无振动或异常声响。
3.启动电流是否正常,电压降大小是否影响周围电气设备的正常工作。
4.启动时间是否正常。
5.负载电流是否正常,三相电压电流是否平衡。
6.启动装置是否正确。
7.冷却系统和控制与系统动作是否正常。
2.4.三相异步电动机的常见故障与解决方法
1.通电后电动机不能转动,但无异响,也无异味和冒烟。
（1）故障原因①电源未通（至少两相未通）;
②熔丝熔断（至少两相熔断）;
③过流继电器调得过小;
④控制设备接线错误。
（2）故障排除①检查电源回路开关,熔丝、接线盒处是否有断点,修复;
②检查熔丝型号、熔断原因,换新熔丝;
③调节继电器整定值与电动机配合;
④改正接线。
2.通电后电动机不转,然后熔丝烧断
（1）故障原因①缺一相电源,或定干线圈一相反接;
②定子绕组相间短路;
③定子绕组接地;
④定子绕组接线错误;
⑤熔丝截面过小;
⑤电源线短路或接地。
（2）故障排除①检查刀闸是否有一相未合好,可电源回路有一相断线;
消除反接故障;
②查出短路点,予以修复;
③消除接地;
④查出误接,予以更正;
⑤更换熔丝;
③消除接地点。
3.通电后电动机不转有嗡嗡声
（1）故障原因①定、转子绕组有断路（一相断线）或电源一相失电;
②绕组引出线始末端接错或绕组内部接反;
③电源回路接点松动,接触电阻大;
④电动机负载过大或转子卡住;
⑤电源电压过低;
⑥小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬;
⑦轴承卡住。
（2）故障排除①查明断点予以修复;
②检查绕组极性;
判断绕组末端是否正确;
③紧固松动的接线螺丝,用万用表判断各接头是否假接,予以修复;
④减载或查出并消除机械故障,⑤检查是还把规定的面接法误接为Y;
是否由于电源导线过细使压降过大,予以纠正,⑥重新装配使之灵活;
更换合格油脂;
⑦修复轴承。
4.电动机起动困难,额定负载时,电动机转速低于额定转速较多
（1）故障原因①电源电压过低;
②面接法电机误接为Y;
③笼型转子开焊或断裂;
④定转子局部线圈错接、接反;
③修复电机绕组时增加匝数过多;
⑤电机过载。
（2）故障排除①测量电源电压,设法改善;
②纠正接法;
③检查开焊和断点并修复;
④查出误接处,予以改正;
⑤恢复正确匝数;
⑥减载。
5.电动机空载电流不平衡,三相相差大
（1）故障原因①重绕时,定子三相绕组匝数不相等;
②绕组首尾端接错;
③电源电压不平衡;
④绕组存在匝间短路、线圈反接等故障。
（2）故障排除①重新绕制定子绕组;
②检查并纠正;
③测量电源电压,设法消除不平衡;
④峭除绕组故障。
6.电动机空载,过负载时,电流表指针不稳,摆动
（1）故障原因①笼型转子导条开焊或断条;
②绕线型转子故障（一相断路）或电刷、集电环短路装置接触不良。
（2）故障排除①查出断条予以修复或更换转子;
②检查绕转子回路并加以修复。
7.电动机空载电流平衡,但数值大
（1）故障原因①修复时,定子绕组匝数减少过多;
②电源电压过高;
③Y接电动机误接为Δ;
④电机装配中,转子装反,使定子铁芯未对齐,有效长度减短;
⑤气隙过大或不均匀;
⑥大修拆除旧绕组时,使用热拆法不当,使铁芯烧损。
（2）故障排除①重绕定子绕组,恢复正确匝数;
②设法恢复额定电压;
③改接为Y;
④重新装配;
③更换新转子或调整气隙;
⑤检修铁芯或重新计算绕组,适当增加匝数。
8.电动机运行时响声不正常,有异响
（1）故障原因①转子与定子绝缘纸或槽楔相擦;
②轴承磨损或油内有砂粒等异物;
③定转子铁芯松动;
④轴承缺油;
⑤风道填塞或风扇擦风罩,⑥定转子铁芯相擦;
⑦电源电压过高或不平衡;
⑧定子绕组错接或短路。
（2）故障排除①修剪绝缘,削低槽楔;
②更换轴承或清洗轴承;
③检修定、转子铁芯;
④加油;
⑤清理风道;
重新安装置;
⑥消除擦痕,必要时车内小转子;
⑦检查并调整电源电压;
⑧消除定子绕组故障。
9.运行中电动机振动较大
（1）故障原因①由于磨损轴承间隙过大;
②气隙不均匀;
③转子不平衡;
④转轴弯曲;
⑤铁芯变形或松动;
⑥联轴器（皮带轮）中心未校正;
⑦风扇不平衡;
⑧机壳或基础强度不够;
⑨电动机地脚螺丝松动;
⑩笼型转子开焊断路;
绕线转子断路;
加定子绕组故障。
（2）故障排除①检修轴承,必要时更换;
②调整气隙,使之均匀;
③校正转子动平衡;
④校直转轴;
⑤校正重叠铁芯,⑥重新校正,使之符合规定;
⑦检修风扇,校正平衡,纠正其几何形状;
⑧进行加固;
⑨紧固地脚螺丝;
⑩修复转子绕组;
修复定子绕组。
10.轴承过热
（1）故障原因①滑脂过多或过少;
②油质不好含有杂质;
③轴承与轴颈或端盖配合不当（过松或过紧）;
④轴承内孔偏心,与轴相擦;
⑤电动机端盖或轴承盖未装平;
⑥电动机与负载间联轴器未校正,或皮带过紧;
⑦轴承间隙过大或过小;
⑧电动机轴弯曲。
（2）故障排除①按规定加润滑脂（容积的1/3-2/3）;
②更换清洁的润滑滑脂;
③过松可用粘结剂修复,过紧应车,磨轴颈或端盖内孔,使之适合;
④修理轴承盖,消除擦点;
⑤重新装配;
⑥重新校正,调整皮带张力;
⑦更换新轴承;
⑧校正电机轴或更换转子。
11.电动机过热甚至冒烟
（1）故障原因①电源电压过高,使铁芯发热大大增加;
②电源电压过低,电动机又带额定负载运行,电流过大使绕组发热;
③修理拆除绕组时,采用热拆法不当,烧伤铁芯;
④定转子铁芯相擦;
⑤电动机过载或频繁起动;
⑥笼型转子断条;
⑦电动机缺相,两相运行;
⑧重绕后定于绕组浸漆不充分;
⑨环境温度高电动机表面污垢多,或通风道堵塞;
⑩电动机风扇故障,通风不良;
定子绕组故障（相间、匝间短路;
定子绕组内部连接错误）。
（2）故障排除①降低电源电压（如调整供电变压器分接头）,若是电机Y、Δ接法错误引起,则应改正接法;
②提高电源电压或换粗供电导线;
③检修铁芯,排除故障;
④消除擦点（调整气隙或挫、车转子）;
⑤减载;
按规定次数控制起动;
⑥检查并消除转子绕组故障;
⑦恢复三相运行;
⑧采用二次浸漆与真空浸漆工艺;
⑨清洗电动机,改善环境温度,采用降温措施;
⑩检查并修复风扇,必要时更换;
检修定子绕组,消除故障。
图2?
1电机振动原因与处理方法
现象
原因
处理方法
两端轴向振动较大低速时有“喘”声1轴承与轴承室配合过紧
2轴承位置不正
3两端轴承市不同心1将轴承市扩大
2重新装配轴承3修理过更换端盖
两端径向振动较大
手感振动大但振动频率低而均匀1电机转子不平衡量较大
2转子有断条或细条
3定、转子气隙不均1重调平衡
2修理或更换转子
3查处不均与的原因然后处理
振动值在电机发出异常响声时增大1轴承轴向位置不正确
2轴承质量不好1重新装配轴承
2更换好的轴承
外风扇端径向振动较大1外风扇不平衡或平面度不好
2外风扇安装不正或松动
3转子动平衡较差1重调平衡或换合格风扇
2重新安装
3重调动平衡
各部位都有较大振动
振动频率较高有“麻手”感觉
1转子用错,造成槽斜度、槽配合不合理
2转子有断条
3轴承滚道损坏严重1更换转子
2修好断条
3更换轴承
2三相异步电动机的故障现象和主要原因
感觉现象主要原因
视觉外观不良污损、尘埃、腐蚀、损伤
变色、冒烟过热、烧损、接触不良
仪表失常、不平衡电压不平衡、转子电阻不平衡、层间短路。
断线
无指示单相运行、接触不良、熔丝烧断
电流不平衡转子电阻不平衡、转子绕组故障
指示过大过负荷、堵转、轴承烧损运转停止停电、轴承烧毁、定子和转子接触、单相运转、电压低、转矩不够、负载过大、离心开关不好
、电压降过大
听觉噪声
机械原因:
松动、接触不良、机械不平衡、轴承故障
电气原因:
电压不平衡、单相运转、堵转、层间短路、断路、启动与升速不好
嗅觉
有臭味电机过热、烧毁、层间短路、堵转、过载、单相运转、润滑不良、轴承烧损
触觉振动
异常振动、机械不平衡、电压不平衡、单相运转、层间短路、断线温度过热、过载、堵转、单相运行、冷却不良、低电压运行、升速不好
.2.6电动机的正确使用和保护
1.使用前的检查
（1）应该对电动机的铭牌数据（额定功率、电压、电流、转数等）是否符合实际要求。
（2）检查电动机接线是否正确。
（3）检查电动机零部件是否齐全、完好。
电动机内部有无杂物,要清扫干净,使电动机内、外部无电刷粉末、灰尘、油污等。
（4）所有紧固件是否牢固,接地装置是否完备可靠。
（5）检查传动装置时,主要检查带轮或联轴器有无破损。
传动机器连接口是否完好。
（6）检查电动机轴能否旋转自如,轴承是否有油。
电刷在刷盒中应上、下活动自如。
（7）.新的或长期未用的电动机,应测量绕组间和绕组对地绝缘电阻。
有集电环的还应测集电环对地和环与环之间的绝缘电阻,一般电动机的绝缘电阻应大于0.5兆欧时才可以使用。
2.启动时应注意的事项
（1）电动机投入电源后不启动,不要在连续启动,应找出原因,处理好后再重新合闸启动。
（2）电动机启动后,看电动机转向、电流表和电压表指示是否正常。
然后观
察电动机的传动装置是否正常。
查看电动机的运转情况有无异常现象（如振动、异常响声等）。
3.电动机运行时的监视维护
（1）检查电动机的振动情况,用测振仪测量地脚、轴承、端盖等处震动值并记录。
（2）监视电动机的电压、电流值是否正常,三相是否平衡。
电源电压与额定电压的误差不得超过+5%。
三相交流电动机的三相电压不平衡度不得超过1.5%。
电流不平衡度,空载时不得超过10%,中载以上不得超过5%。
（3）检查所有紧固件的紧固程度。
（4）检查电动机的温度,可用点温计测量,看温升是否超标。
（5）电动机的气味是否正常,有无绝缘烧焦气味。
6检查电动机的接地情况是否良好。
（7）检查电刷运行情况（对于绕线转子）,电刷与集电环接触是否吻合,有无刷火,集电环温度如何。
（8）应经常保持清洁,不允许有水滴、油污与杂物等落入电动机内部,电动机的进风口与出风口必须保持畅通。
使用通风良好。
（9）经常检查周围空气是否干燥,湿度是否符合产品要求;
空气中灰尘不允许过多;
经常检查空气中是否含有腐蚀性气体和盐雾,如发现立即清除。
对于有特殊防护措施的电动机,也应设法尽量减少空气中腐蚀性气体和盐雾的含量。
10经常检查出线盒的密封情况;
电源电缆在出线和入口处的固定和密封情况;
电源接头与接线柱接触是否良好,是否有烧伤现象。
表2?
3电动机按惯例进行保护和检查项目
检查周期检查项目
日常检查1外观全面检查,并记录。
2检查电动机各部分是否有振动、噪声和异常现象。
3检查供油系统,进行润滑轴承。
4检查通风泠却系统、润滑摩擦状况以与各部紧固情况。
每月定期
或巡回检查1外观全面检查,并记录。
2检查各部分松动情况与接触情况。
3有无破损部位,并提出处理计划和措施。
4检查粉尘堆积情况,要与时清扫。
5检查引出线和配线是否有损伤、老化等问题。
6各部连接状态是否良好。
7绝缘电阻情况。
8检查电刷、集电环磨损情况,电刷在刷握内活动是否正常。
每年检查1检查轴承和润滑剂。
2必要时,电动机应解体检修。
3清扫或清洗尘垢。
4外观检查是否生锈、腐蚀。
5更换电刷,修理集电环,调整刷压。
6检查绝缘电阻,进行干燥处理。
第三章三相异步电动机的保护理论研究
3.1电动机保护装置的发展状况
（1）熔断器、热继电器和电磁式电流继电器构成的保护
熔断器是使用最早、最简单的保护方式。
熔断器主要适用于短路故障或严重过载时保护供电设备和供电网络的,实际上它并不是直接针对电动机的保护。
当熔体熔断时,又往往会造成电动机缺相运行而烧毁。
例如:
熔断器熔体界面的选择通常是按电动机额定电流1.5~2.5倍来选择,但实际上电动机起动时会受到5~8倍额定电流的冲击。
虽然因时间短。
理论上电流可以在熔体不熔断的情况下通过熔断器,但是由于熔体在制造工艺、时效和安装上存在随机性缺陷,在电动机启动时和容易发生不分相首先熔断,而使电动机处于缺相运行,造成烧毁事故。
因而熔断器被淘汰。
热继电器是我国20世纪50年代初从前苏联引进的产品,是用于保护电动机因过载引起过电流装置。
热继电器在电子业尚不发达的时期曾是电机过载保护的首选产品,利用的是双金属片热效应原理:
双金属片是有两片不同膨胀系数的金属合制而成,通过的电流是它们产生热量,并向膨胀系数小的一边弯曲,弯曲的程度和电流的大小成正比,当电流超过热继电器整定电流的一定时间就会启动其中的脱口装置,从而起到切断主回路达到保护的目的。
热继电器具有反时限特性和结构简单、使用方便等优点。
但热继电器也存在很大的不足:
热继电器参数受环境温度影响较大:
热继电器安装在电动机壳外,一旦发生通风受阻、扫镗、堵转、长期轻微过载时电动机绕组产生积累等故障时,热继电器就无法保护电动机;
热继电器本身是一个耗能元件,在工作过程中要消耗电能;
当热继电器真正起到保护作用动作几次后,其本身的电阻丝和绝缘材料会因过热而迅速损坏,不能继续使用,必须全套更换。
因此,1996年国家八部委联合发文强制将其淘汰。
电磁式电流继电器具有过载、堵转保护功能,有的还有缺相保护,其过载保护具有反时限特性,这是电磁式电流继电器的优点。
但其结构复杂,对机械制造精度要求高,价格高且体积庞大。
因而目前也已被基本淘汰。
（2）采用半导体、集成电路构成的模拟电子是保护
20世纪70年代随着半导体、集成电路技术的发展,电动机的保护装置也从分立元件向集成电路发展。
这种保护装置较之以往的保护装置无论在体积上、对信号的检测和判断上、还是在电动机的保护性能上都向前迈进了一大步。
一是装置体积缩小,安装方便;
二是功能更为全面:
可以保护缺相、过载、欠流、相失衡、逆相、接地、短路、过电流、过电压等故障,还具有电流电压显示和声光报警等功能。
虽然这类保护装置的功能全面,但是也存在一些无法克服的缺陷,包括:
a.整定精度不高。
模拟电子是电动机保护器均采用电位器进行电流的整定,然而要使电位器滑动臂的旋转角度与其阻值成较好的线性关系比较困难,特别是在大批量生产过程中更是难以做到。
另外,操作者的整定误差也是难以避免的,特别是对也那些没有设定值显示的产品。
这些都会造成正定的精度受影响。
b.无法实现具有多重保护功能于一体的全保护。
c.装置复杂,对电磁干扰敏感,对维护人员的要求很高。
鉴于以上原因,纯粹模拟线路的电动机保护装置逐渐被其他一些更先进的技术产品所替代。
（3）微机型的数字式
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