三相异步电动机保护2.docx
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三相异步电动机保护2
设计（论文）题目：
三相异步电动机的保护
控制系统的分析论文编写:
李凯亮目录
摘要3一卜三相异步电动机的控制
JJJJJJJJJJJJJJJJJJJ
一、电动机的过载及其保护，,,,,,,,,,,,,,,,,,,3
二、三相异步电动机的短路保护,,,,,,,,,,,,,,,4
三、断相运行保护（又称缺相运行保护或两相运行保护）,,,,4
四、失压和欠压（低电压）保护,,,,,,,,,,,,,,,7
五、三相异步电动机的过热保护,,,,,,,,,,,,,,,7
六、实例保护,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,8对电动机保护器（电机保护器）的要求
,,,,,,,,,,,,,9总结,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,10参考文献
,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,12
三相异步电动机的保护
摘要：
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他们的身影，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内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、因散热条件问题及电机本身原因引起的温度过高、因机械原因或工作失误造成的缺相，为保证电动机的正常工作及工厂、商场的正常运营我们必须尽可能减少电动机出现故障。
以下我们就对如何对三相异步电动机进行保护进行讨论
三相交流异步电动机的保护是个复杂的问题。
在实际使用中，应按照电动机的容量、型式、控制方式和配电设备等不同来选择相适应的保护装置及起动设备。
电动机的保护与控制关系
三相交流异步电动机的保护往往与其控制方式有一定关系，即保护中有控制，控制中有保护。
如电动机直接起动时，往往产生4-7倍额定电流的起动电流。
若由
接触器或断路器来控制，则电器的触头应能承受起动电流的接通和分断考核，即使是可频繁操作的接触器也会引起触头磨损加剧，以致损坏电器；对塑料外壳式断路器，即使是不频繁操作，也很难达到要求。
因此，使用中往往与起动器串联在主回路中一起使用，此时由起动器中的接触器来承载接通起动电流的考核，而其他电器只承载通常运转中出现的电动机过载电流分断的考核，至于保护功能，由配套的保护装置来完成。
此外，对电动机的控制还可以采用无触点方式，即采用软起动控制系统。
电动机主回路由晶闸管来接通和分断。
有的为了避免在这些元件上的持续损耗，正常运行中采用真空接触器承载主回路（并联在晶闸管上）负载。
这种控制有程控或非程控；近控或远控；慢速起动或3快速起动等多种方式。
另外，依赖电子线路，很容易做到如电子式继电器那样的各种保护功能。
电动机保护装置
电动机的损坏主要是绕组过热或绝缘性能降低引起的，而绕组的过热往往是流经绕组的电流过大引起的。
对电动机的保护主要有电流、温度检测两大类型。
下面结合产品作些介绍。
电动机的故障大体分为两部分：
一部分是机械的原因。
例如轴承和风机的磨损或损坏：
另一部分是电磁故障，二者互有关连。
如轴承损坏，引起电动机的过载，甚至堵转，而风叶损坏，使电动机绕组散热困难，温升提高，绝缘物老化。
电磁故障的原因很多，如电动机的过载、断相、欠电压和短路都足以使电动机受损和毁坏。
过载、断相、欠电压运行都会使绕组内的电流增大，发热量增加（导体的发
热量是和电流的平方成正比的），而短路造成的危害就更大。
短路的原因是电动机本身的绝缘材料质量差或电动机受潮（在农村是经常发生的，例如受雨淋或落水），以致于绕组的相间击穿，弓I起短路。
此外，还有电动机置于有酸碱物的场所，因受腐蚀而损坏绝缘。
关键词：
三相异步电动机电机保护
三相异步电动机的控制
1直接启动控制电路
直接启动即启动时把电动机直接接入
电网，加上额定电压，一般来说，电动机的容量不大于直接供电变压器容量的20%s30%时，都可以直接启动。
1）.点动控制
合上开关S,三相电源被引入控制电路，但电动机还不能起动。
按下按钮SB,接
触器KM
线圈通电，衔铁吸合，常开主触点接通，电动机定子接入三相电源起动运转。
松开按钮SB，图5-13点动控制
接触器KM线圈断电，衔铁松开，常开主触点断开，电动机因断电而停转。
2）.直接起动控制
（1）起动过程。
按下起动按钮SB1，接触器KM线圈通电，与SB1并联的KM的辅助常开触点闭合，以保证松开按钮SBl后KM线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM的主触点持续闭合，电动机连续运转，从而实现连续运转控制。
（2）停止过程。
按下停止按钮SB2,接触器KM线圈断电，与SB1并联的KM的辅助常开触点断开，以保证松开按钮SB2后KM线圈持续失电，串联在电动机回路中的KM的主触点持续断开，电动机停转。
与SB1并联的KM的辅助常开触点的这种作用称为自锁。
图5-14直接起动控制
图示控制电路还可实现短路保护、过载保护和零压保护。
｛时搂竝示惡朗电吒娠理糾
1
起短路保护的是串接在主电路中的熔断器FU。
一旦电路发生短路故障，熔体立即熔断，电动机立即停转。
起过载保护的是热继电器FR。
当过载时，热继电器的发热元件发热，将其常
闭触点断
开，使接触器KM线圈断电，串联在电动机回路中的KM的主触点断开，电动机停转。
同时KM辅助触点也断开，解除自锁。
故障排除后若要重新起动，需按下FR的复位按钮，使FR的常闭触点复位（闭合）即可。
起零压（或欠压）保护的是接触器KM本身。
当电源暂时断电或电压严重下降时，接触器
KM线圈的电磁吸力不足，衔铁自行释放，使主、辅触点自行复位，切断电源，
电动机停转，同时解除自锁。
2•正反转控制
1）.简单的正反转控制
（1）正向起动过程。
按下起动按钮
SB1,接触器KM1线圈通电，与SB1并联的
KM1的辅助常开触点闭合，以保证KM1线圈
持续通电，串联在电动机回路中的KM1的主触点持续闭合，电动机连续正向运转。
图5-15简单的正反转控制
（2）停止过程。
按下停止按钮SB3,接触器KM1线圈断电，与SB1并联的KM1的辅助触点断开，以保证KM1线圈持续失电，串联在电动机回路中的KM1的主触点
持续断开，切断电动机定子电源，电动机停转。
（3）反向起动过程。
按下起动按钮SB2,接触器KM2线圈通电，与SB2并联的KM2的辅助常开触点闭合，以保证线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM2
的主触点持续闭合，电动机连续反向运转。
2
缺点：
KM1和KM2线圈不能同时通电，因此不能同时按下SB1和SB2,也不能在电动机正转时按下反转起动按钮，或在电动机反转时按下正转起动按钮。
如果操作错误，将引起主回路电源短路。
2）•带电气互锁的正反转控制电路将接触器KM1的辅助常闭触点串入KM2的
线圈回路中，从而保证在KM1线圈通电时KM2线圈回路总是断开的；将接触器KM2的辅助常闭触点串入KM1的线圈回路中，从而保证在KM2线圈通电时KM1线
圈回路总是断开的。
这样接触器的辅助常闭触点KM1
和KM2保证了两个接触器线圈不能同时通电，这种控制方式称为互锁或者联锁，这两个辅助常开触点称为互锁或者联锁触点。
图5-16带电气互锁的正反转控制
缺点：
电路在具体操作时，若电动机处于正转状态要反转时必须先按停止按钮SB3,使互锁触点KM1闭合后按下反转起动按钮SB2才能使电动机反转；若电动机处于反转状态要正转时必须先按停止按钮SB3，使互锁触点KM2闭合后按下正转起动按钮SB1才能使电动机正转。
3
7.1三相异步电动机的启动控制电路
启动是指异步电动机接通电源后转速从零逐渐上升到稳定转速的过程。
异步电动机启动时，电流为额定电流的5〜7倍（lst=（5〜7）ln）。
将对电网及其他设备造成一定的影响。
因此拖动系统要求异步电动机在满足启动转速的前提下，尽量降低启动电流。
实际应用中，三相异步电动机常用的启动方法有直接启动和降压启动。
7.1.1直接启动及控制电路
直接启动指的是电动机直接电源进行启动。
这种启动方法简单、经济，启动时间短，但是启动电流大。
一般只适用于小容量电动机。
如图7—1所示是三相异步
电动机直接启动的控制电路图。
如图7—1（a）所示为刀开关控制电路，电路中的熔断器用作短路保护。
生产车间中常使用这种控制电路。
如图7—1（b）所示为单向点动控制电路，它由主电路和控制电路两部分组成。
主电路是指电动机所在的电路，一般工作电流较大，由刀开关、熔断器、交流接触器的主触点及电动机组成；控制电路工作电流较小，由按钮和接触器的线圈组成。
（a）刀开关控制电路（b）单向点动控制电路（c）单向连续运行控制电路图7—1三相异步电动机单向控制电路电路工作原理为：
先合上电源开关QS
启动过程：
按下启动按钮SBP接触器KM线圈通电-KM主触点闭合-电动机M启动运行4
停止过程：
松开按钮SB3接触器KM线圈断电-KM主触点断开-电动机M失电停转
点动控制电路在工业生产中应用较多，电动葫芦和机床工作台的上、下移动等控制电路通常采用点动控制电路。
如图7—1（c）所示为单向连续运行控制电路。
其电路工作原理为：
先合上电源开关QS启动过程：
按下启动按钮SBM接触器KM线圈通电-KM主触点闭合一电动机M启动运行。
停止过程：
松开按钮SBP接触器KM线圈断电-KM主触点断开一电动机M失电停转。
如图7—1（c）所示为单向连续运行控制电路。
其电路工作原理为：
先合上电源开关QS启动过程：
按下启动按钮SBP接触器KM线圈通电
KM常开辅助触点闭合
当松开SB2时，由于KM的常开辅助触点闭合，控制电路仍然保持接通，所以
KM线圈继续得电，电动机M实现连续运转。
我们把这种利用接触器KM本身常开触点而使线圈保持得电的控制方式叫做自锁。
与启动按钮SB2并联的常开辅助触点称为自锁触点。
停止过程：
按下停止按钮SB—接触器KM线圈断电电动机失电停转
KM常开辅助触点断开
电路具有熔断器进行的短路保护，热继电器进行的过载保护，接触器兼有的欠压、失压保护。
M主触点断开电动机通电工作KM主触点闭合
7.1.2降压启动及控制电路
5
所谓降压启动，就是利用某些设备或者采用电动机定子绕组换接的方法，启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，启动后再将电压恢复到额定值，使之全压运行。
对于较大容量（大于10KW）的电动机一般采用降压启动。
三相异步电动机常用的降压启动方法有定子串电阻降压、Y-△降压、自耦变压器
降压启动几种。
虽然方法各异，但目的都是为了减小启动电流。
下面详细介绍Y△降压启动。
三相笼型异步电动机Y-△降压启动控制电路如图7—2所示。
（a）主电路（b）控制电路
图7—2Y-△降压启动控制电路
图7—2所示为Y-△降压启动控制电路，图中主电路由3组接触器组成。
主触点分别将电动机的定子绕组接成△形和Y形。
即KM1、KM3主触点闭合时，绕组接成Y形；KM1、KM2闭合时，绕组接成△形。
两种接线方式的切换要在很短的时间内完成。
因此在控制电路中采用时间继电器实现定时自动切换。
电路工作原理为：
先合上电源开关QS
6
（1）Y降压启动△运行
KM1自锁触点闭合
1线圈通电吸合
KM1主触点闭定子绕组接成丫
按下启动按钮SB2电动机降压启动KM3主触点闭合
KM3线圈通电吸合
KM3联锁触点断开一保证KM2线圈断电
KT常闭触点延时证KM3线圈断电
KT线圈通电吸合
KT常开触点延时闭合
KM2自锁触点闭合
7
KM2主触点闭合定子绕组接成△,
KM2线圈通电吸合电动机全压运行
KM1主触点已闭合
KM2联锁触点断开
（1）停止
按下停止按钮SBP控制电路断电—KM1、KM2、KM3线圈断电—电动机M断电停转。
（2）电路中，如果线圈KM2、KM3同事得电，其主触点都将闭合，造成电源短路。
因此把
KM2常闭触点串入KM3线圈回路，把KM3常闭触点串入KM2线圈回路。
我们把这种联锁称为互锁。
KM2、KM3的常闭触点称为互锁触点。
7.2三相异步电动机的正、反转控制电路
生产实践中，许多生产机械要求电动机能反转，从而实现可逆运行。
如机床主轴的正向和反向运动，工作台的前后运动等。
由电动机原理可知，三相异步电动机的三相电源进线中任意两相对调，电动机就可反向运转。
实际运用中，通过两个接触器改变定子绕组相序来实现正反转。
如图7—3所示。
三相异步电动机的正反转控制电路如图7—3所示。
8
图7—3三相异步电动机的正反转控制电路电路工作原理为：
先合上电源开关QS
1、正转控制：
B2常闭触点先分断，切断反转控制电路，对KM2联锁按下正转启动按钮SB2SB2常开触点闭合—KM1线圈得电—
KM1自锁触点闭合自锁
电动机M启动
—1主触点闭合连续正转
9
KM1联锁触点分断，切断反转控制电路，起到对KM2联锁作用
2、反转控制：
KM1
自锁触点解除自锁
电动机M
SB3常闭触点一KM1线圈KM1主触点分断失电停转按下反转先分断启动按钮SB3KM1联锁触点恢复闭合
SB3常开触点后闭合
M2自锁触点闭机M启动连续反转-KM2线圈得电M2主触点闭合
KM2联锁触点分断，切断正转控制电路，起到对KM1联锁作用
3、停止控制：
停止时，按下停止按钮SB1,控制电路失电，接触器KM1或KM2主触点分断，电动机M失电停转。
此正反转电路具有双重联锁功能，集中了电气联锁和机械联锁的两种正反转电路的优点。
此电路可以直接实行正一反一停”的控制。
不但操作简单方便，而且能安全可靠地实现正反转运行。
是机床电气控制中经常采用的电路。
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7.3三相异步电动机的调速控制电路调速是指用人为地方法来改变异步电动机的转速。
由转差率的计算公式可得：
n=n0（1-s）=60f
p（1-s）
由上式可知，改变三相异步电动机的转速方法有：
改变磁极对数P,改变转差率S,
改变电源频率飞f。
目前广泛使用的调速方法是变更定子绕组的极对数，因为极对数的改变必须在定子和转子上同时进行，因此对于绕线式转子异步电动机不太适用。
由于鼠笼转子异步电动机的转子极数是随定子极数的改变而自动改变的。
变极时只需要考虑定子绕组的极数即可。
因此，这种调速方法只适用于鼠笼转子异步电动机。
常用的多速电动机有双速、三速、四速电动机，下面以双速电动机为例来分析这类电动机的变速控制。
1、双速电动机定子绕组的连接
这种电动机定子绕组有6个出线端。
若将电动机定子绕组三个出线端U1、VI、W1分别接三相电源，而将U2、V2、W2三个出线端悬空，如图7—4（a）所示，则电动机的三相定子绕组接成三角形，此时每相得两个绕组相互串联，电流方中的虚线箭头所示。
磁极为4极，同步转速为1500r/min；为低速。
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（a）低速△形接法（b）高速丫丫形接法
图7—44/2极厶/YY形的双速电动机定子绕组接线图
若将电动机电子绕组的U2、V2、W2三个出线端分别接三相电源，而将U1、V1、W1三个出线端接成双丫丫形，此时每相两个绕组并联。
电流方向如图中实
线箭头所示，磁极数为2极，同步转速为3000r/min；为高速。
可见双速电动机高速运转时的转速时低速的二倍。
2、双速电动机控制电路如图7—5所示。
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图7—5双速电动机控制电路电路工作原理为：
低速运行时：
合上电源开关QS
B2常闭触点先分断，
对KM2、KM3联锁
按下低速KM1联锁触点分断对
按钮SB2KM2、KM3联锁
2常开触点后闭合-KM1线圈得电KM1主触点闭1自锁触点闭合
-电动机M接成△形低速运行
I2-3.n-H
自锁触点解除自锁
SB3常闭触点先分断fKM1线圈失电KM1主触点分断
按下高速
按钮SB3KM1联锁触点恢复SB3常开触点后闭合
KM2、KM3线圈同时得电KM2、KM3自锁触点闭合自锁
f电动机接成丫丫形高速运行
停转时，只需按下停止按钮SB1就可。
、KM3主触点闭合KM2、KM3联锁触点分断解除对KM1联锁
7.4保护电路
三相异步电动机控制电路除了能满足被控设备生产工艺的控制要求外，还必须考虑到电路有发生故障和不正常工作情况的可靠性。
因为发生这些情况时会引起电流增大，电压和频率降低或升高、损毁。
因此，控制电路中的保护环节是电动机
控制系统中不可缺少的组成部分。
常用的保护电路有短路保护、过载保护、过电流保护、失电压保护和欠电压保护等。
1、短路保护
在电动机控制系统中，最常用和最危险的故障是多种形式的短路。
如电器或线路绝缘遭到损坏、控制电器及线路出现故障、操作或接线错误等，都可能造成短路事故。
发生短路时，线路中产生的瞬时故障电流可达到额定电流的十几倍道几十倍，过大的短路电流将会使电器设备14
或配电设备受到损坏，甚至因电弧而引起火灾。
因此，当电路出现短路电流时，必须迅速、可靠地断开电源，这就要求短路保护装置应具有瞬时动作的特性。
短路保护的常用方法是采用熔断器和低压断路器保护装置。
2、过电流保护
过电流保护是区别于短路保护的一种电流型保护。
所谓过电流是指电动机或电器元件在超过其额定电流的状态下运行，一般比短路电流小，不超过6倍的额定电
流。
在电动机的运行过程中产生这种过电流，比发生短路的可能性要大，特别是对于频繁起动和正反转、重复短时工作时的电动机更是如此。
过电流保护常用过电流继电器来实现，通常过电流继电器与接触器配合使用，即将过电流继电器线圈串接在被保护电路中，当电路电流达到其整定值时，过电流继电器动作，而过电流继电器常闭触点串接在接触器线圈电路中，使接触器线圈断电释放，接触器主触点断开来切断电动机电源。
这种过电流保护环节常用于直流电动机和三相绕线转子异步电动机的控制电路中。
3、过载保护
过载是指电动机在大于其额定电流的情况下运行，但过载电流超过额定电流的倍数要小些。
通常在额定电流的1.5倍以内。
引起电动机过载的原因很多，如负载的突然增加，缺相运行以及电网电压降低等。
若电动机长期过载运行，其绕组的温升将超过允许值而使绝缘材料变脆、老化、寿命缩短，严重时会使电动机损坏。
过载保护装置要求具有反时限特性，且不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以通常用热继电器作过载保护。
当有6倍以上额定电流
通过热继电器时，需经5秒后才动作，这样在热继电器未动作前，可能使热继电器的发热元件先烧坏，所以在使用热继电器作过载保护时，还必须装有熔断器或抵压断路器的短路保护装置。
由于过载保护特性与过电流保护不同，故不能用过电流保护方法来进行过载保护。
4、失电压保护
当电动机正常工作时，如果由于某种原因而发生电网突然断电，这时电源电压下降为零，电动机停转，生产设备的运动部件也随之停止。
由于一般情况下操作人员不可能及时拉开15
电源开关。
如不采取措施，当电源恢复供电时，电动机便会自动启动运转，可能造成人身及设备事故，并引起电网过电流和瞬间网络下降。
为防止电压恢复时电动机的自行启动或电器元件自行投入工作而设置的保护，称为失电压保护。
采用接触器和按钮控制的启动、停止，就具有失电压保护作用。
这时因为当电源电压消失时，接触器就会自动释放而切断电动机电源，当电源电压恢复时，由于接触器自锁触点已断开，不会自行启动。
如果不是采用按钮而是用不能自动复位的手动开关、形成开关来控制接触器，必须采用专门的零电压继电器。
工作过程中一旦断电，零电压继电器释放，其自锁电路断开，电源电压恢复时，不会自行启动。
5、欠电压保护
当电网电压降低时，电动机在欠电压下运行，在负载一定的情况下，电动机主磁通下降，电流增强。
时间过长将会使电动机过热损坏同时欠压还会导致一些电器元件释放，使线路不能正常工作。
因此，当电源电压降到60%〜80%额定电压
时，将电动机电源切除而停止工作，这种保护成为欠电压保护。
除上述采用的接触器及按钮控制方式，利用接触器本身的欠电压保护作用外，还可采用欠电压继电器来进行欠电压保护。
其方法是将欠电压继电器线圈跨接在电源上，其常开触点串接在接触器控制回路中。
当电网电压低于欠电压继电器整定值时，（吸合电压通常整定值为0.8〜0.85UN,释放电压通常整定值为0.5〜0.7UN）欠电压继电器动作试接触器释放，接触器主触点断开电动机电源实现欠电压保护。
6、断相保护
电动机运行时，如果电源任一相断开，电动机将在缺相情况下低速运转或堵转，定子电流很大，这时造成电动机绝缘及绕组烧毁的常见故障之一。
因此应进行断相保护。
引起电动机断相得原因主要有：
电动机定子绕组一相断线；电源一相断线；熔断器、接触器、低压断路器等接触不良或接头松动等。
断相运行时，线路电流和电动机绕组连接因断相的形式（电源断相、绕组断相）的不同而不同；电动机负载越大，故障电流也越大。
断相保护的方法有：
用带断相保护的热继电器、电压继电器、电流继电器与固态断相保护器等。
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一、电动机的过载及其保护
电动机的过载除上述原因外，还有：
a.电动机周围环境温度过高，散热条件差；
b.电动机在大的起动电流下缓慢起动；
c.电动机长期低速运行；
d.电动机频繁起动、制动、正反转运行及经常反接制动。
电动机的过载由于电流增大，发热剧增，从而使其绝缘物受到损害，缩短了其使用寿命甚至被烧毁。
对于过载通常保护如下：
在电动机的控制回路中，常装有双金属片组成的热继电器，它利用膨胀系数不同的两片金属。
在过载运行时、受热膨胀而弯曲，推动一套动作机构，使热继电器的一对常守触头断开，起到过载保护作用。
一般选择热元件时：
动作电流=电动机额定电流*（1.1〜I.25）（1—1）
二、三相异步电动机的短路保护
电动机短路时，短路电流很大，热继电器还来不及动作，电动机可能已损坏。
因此，短路保护由熔断器来完成。
熔断器直接受热而熔断。
在发生短路故障时，熔断器在很短时间内就熔断，起到短路保护作用。
由于存在热惯性，当发生短路事故时，热继电器不能立即断开，因此它不能用作短路保护。
正是由于热继电器的热惯性，才使得它在电动机起动或短时过载时不会动作，从而避免了电动机的不必要的停车。
在单台电动机的起动电路中，为了防止电动机起动时较大的电流烧断熔丝，熔丝不能按电动机的额定电流来选择，而应按下式计算：
熔丝额定电路耳电动机启动电流/2.5（1—2）
如果电动机起动频繁，则为
熔丝额定电流耳电动机启动电流/（1.6—2）（1-3）
如果几台电动机合用一个熔断器，则熔丝额定电流按下式计算：
熔丝额定电流》（最大容量电动机启动电流+其余电动机启动电流之和）25（14）1
一般选用熔断器保护时，其熔丝的熔断电流按电动机额定电流的1.5〜2.5倍选
择。
系数（1.5〜2.5）视负载性质和起动方式不同而选取：
对轻载起动、起动不频繁、起动时间短或降压起动者，取小值。
绕线型电动机也取小值•对重载起动、起动频繁、起动时间长或直接起动者，取大值。
三、断相运行保护（又称缺相运行保护或两相运行保护）。
缺相运行保护也是一种过载保护，而一般的热继电器不能可靠地保护电动机免于缺相运行（带断电保护装置的热继电器除外）。
所以在条件允许时，应单独设置缺相运
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