三相智能電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)在工業(yè)維護(hù)中的應(yīng)用與選型

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：電源缺相易造成電動(dòng)機(jī)燒損，不僅嚴(yán)重危害電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，而且造成維護(hù)困難。在不添加缺相保護(hù)器前提下，同時(shí)不改變?cè)性O(shè)備性能，對(duì)電動(dòng)機(jī)控制電路做適當(dāng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)缺相保護(hù)功能，保護(hù)電動(dòng)機(jī)。該法簡(jiǎn)單易行，成本極低。

關(guān)鍵詞：三相電動(dòng)機(jī)；缺相故障；保護(hù)電路；電路改進(jìn)；故障對(duì)比

0 引言

三相電動(dòng)機(jī)作為一種*的設(shè)備，在天車、消防泵、水泵、風(fēng)泵、油泵、空氣壓縮機(jī)、大型車床等有著廣泛的應(yīng)用。三相電動(dòng)機(jī)為大多數(shù)設(shè)備提供著動(dòng)力，一個(gè)現(xiàn)代化的工廠甚至需要幾百到上萬(wàn)臺(tái)電動(dòng)機(jī)，因此三相電動(dòng)機(jī)的事故率嚴(yán)重影響著工業(yè)生產(chǎn)的效率、安全和維護(hù)成本。然而在各種設(shè)備在出廠設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，三相電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行控制電路，大部分采用降壓?jiǎn)?dòng)（即星三角形啟動(dòng)、自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)等），決大多數(shù)在控制方面僅僅考慮電壓不足時(shí)的保護(hù)，沒(méi)有考慮當(dāng)三相交流電出現(xiàn)缺相時(shí)如何對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制保護(hù)。然而，電源缺相，對(duì)三相電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)行危害很大，極易造成電動(dòng)機(jī)燒損，常常給生產(chǎn)帶來(lái)不便，造成企業(yè)損失。

在長(zhǎng)期實(shí)際維護(hù)中，對(duì)三相電機(jī)故障原因進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，故障原因占比如圖1所示。

圖1三相電機(jī)故障分

其中，三相電機(jī)缺相故障占比達(dá)到71%，三相電機(jī)缺相是造成電動(dòng)機(jī)損毀的主要原因，其造成的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失不可輕視。如何進(jìn)行三相電機(jī)的缺相保護(hù)是工業(yè)維護(hù)的重中之重。

現(xiàn)在，對(duì)三相電動(dòng)機(jī)的缺相保護(hù)已較多采用電子電路缺相保護(hù)、集成電路缺相保護(hù)等，但這些保護(hù)方法，電路復(fù)雜價(jià)格較貴，不利于降低企業(yè)成本。本文選擇一種三相電機(jī)缺相啟動(dòng)和運(yùn)行的控制線路應(yīng)用在三相電機(jī)中，在不添加缺相保護(hù)器的前提下，同時(shí)不改變?cè)性O(shè)備性能，對(duì)三相電動(dòng)機(jī)控制電路稍調(diào)整，就達(dá)到缺相保護(hù)功能的方式，保護(hù)三相電動(dòng)機(jī)。

1 缺相保護(hù)原理

根據(jù)三相交流異步電機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行控制原理要求，在原有三相電機(jī)控制線路基礎(chǔ)上稍作調(diào)整，使其線路具有缺保相護(hù)作用，電路如圖2（a）所示。

圖2系統(tǒng)原理圖

圖 2(a)中 SB1啟動(dòng)常開(kāi)按鈕,SB2停機(jī)常閉按鈕，KA繼電器，KM接觸器，F(xiàn)U熔斷器，F(xiàn)R熱繼電器。

1）啟動(dòng)原理

如圖2所示，先將按鈕（SB1）觸頭閉合，A相電源流經(jīng)繼電器（KA）線圈B相電源得電，使得串聯(lián)在繼電器（KA）觸頭閉合，同時(shí)A相電源經(jīng)過(guò)接觸器（KM）線圈與繼電器（KA）閉合觸頭取C相電源得電，接觸器（KM）工作，電機(jī)就啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2）停止原理

按下按鈕（SB2）觸頭斷開(kāi)，A相電源就斷開(kāi)。繼電器（KA）與接觸器（KM）的線圈無(wú)法取A相電源而失電，則接觸器無(wú)法工作，電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

3）缺相停機(jī)原理

若A、B、C缺A相，KA、KM的線圈電源取A、C相，接觸器繼電器失電，電機(jī)就無(wú)法啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。若A、B、C缺B相，KA的線圈電源取A、B相，KA失電無(wú)法工作，常開(kāi)觸頭不動(dòng)作，KM線圈就無(wú)法通過(guò)KA常開(kāi)觸頭取C相電源，電機(jī)就無(wú)法啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。若A、B、C缺C相，接觸器KM線圈電源是取C、A相電源，接觸器失電電機(jī)就無(wú)法啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

總之，三相交流電源缺任何一相，電機(jī)都無(wú)法啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)電源缺相時(shí)達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，起到缺相保護(hù)器作用。

2 三相電機(jī)保護(hù)電路改進(jìn)及應(yīng)用

三相異步電動(dòng)機(jī)缺相時(shí)，電動(dòng)機(jī)將無(wú)法啟動(dòng)。轉(zhuǎn)子左右擺動(dòng)，有強(qiáng)烈的尖叫聲。對(duì)電動(dòng)機(jī)造成磨損。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中電源缺相時(shí)，如不降低負(fù)載，電動(dòng)機(jī)的定子電流勢(shì)必增加，引起過(guò)熱，長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行致使三相電機(jī)燒毀。在分析三相電機(jī)缺相保護(hù)原理基礎(chǔ)上，對(duì)某機(jī)務(wù)段約120臺(tái)各型三相電動(dòng)機(jī)（其中37kW以上的三相交流異步電動(dòng)機(jī)有35臺(tái)，25kW的三相異步電動(dòng)機(jī)85臺(tái)），運(yùn)用三相電機(jī)缺相啟動(dòng)和運(yùn)行的控制線路技術(shù)進(jìn)行改造，歷時(shí)一年多竣工；經(jīng)性能鑒定，*符合各類大功率三相電機(jī)的控制要求，已正式投入使用。在很大程度上克服了三相電機(jī)缺相時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)本身的傷害，消除了缺相損壞三相電動(dòng)機(jī)對(duì)機(jī)車檢修，日常維護(hù)的影響。線路簡(jiǎn)單，改造方便，材料便宜，該技術(shù)實(shí)用性較強(qiáng)，*可以滿足大規(guī)模三相電動(dòng)機(jī)改造的要求。

以其空氣壓縮機(jī)為例，改造僅僅加裝一只繼電器，不改變?cè)性O(shè)備性能，對(duì)三相電動(dòng)機(jī)控制電路稍調(diào)整，就達(dá)到缺相保護(hù)功能的方式，保護(hù)電動(dòng)機(jī)。如圖2（b）所示，虛紅框內(nèi)為改裝部分。

3 應(yīng)用效果

經(jīng)改造的線路簡(jiǎn)單，僅增加很少電子元件；占用空間小，不改變?cè)须娖髡w布局；投資小，保護(hù)電機(jī)，使用效果良好。

3.1經(jīng)濟(jì)效果

直接經(jīng)濟(jì)效益：

該段現(xiàn)有37kW以上的大功率三相交流異步電動(dòng)機(jī)有35臺(tái)，25kW的三相異步電動(dòng)機(jī)85臺(tái)。如果從市場(chǎng)重新購(gòu)買缺相保護(hù)器需要成本7.45萬(wàn)元以上，每臺(tái)缺相保護(hù)器單價(jià)為（600~700）元。通過(guò)技術(shù)改造，只需調(diào)整電機(jī)控制線路，加裝一只繼電器，每只繼電器單價(jià)為95元，共計(jì)1.1萬(wàn)元，從而節(jié)約設(shè)備配件購(gòu)置成本約6萬(wàn)元。

設(shè)備改進(jìn)前該機(jī)務(wù)段全年總計(jì)發(fā)生大小三相電機(jī)故障71起，其中三相電機(jī)缺相造成的設(shè)備故障總計(jì)51起占到了電機(jī)故障的71%，該段設(shè)備車間在維修該類電機(jī)的技術(shù)力量薄弱，一般外委修理，一臺(tái)37kW三相電機(jī)修理費(fèi)用為2000元以上(每千瓦的維修費(fèi)用為60元）每年直接造成的經(jīng)濟(jì)損失就約8萬(wàn)元，其中部分三相電機(jī)用于機(jī)車上需檢修的重要設(shè)備，如天車、空氣壓縮機(jī)等。在技術(shù)改造前，此類電機(jī)共發(fā)生故障12起，造成的誤工停時(shí)費(fèi)用為2000元/d臺(tái)。修復(fù)一臺(tái)故障三相電機(jī)需要3d，產(chǎn)生的誤工停時(shí)費(fèi)6000元，間接因電機(jī)故障產(chǎn)生的誤工停時(shí)費(fèi)每年約7萬(wàn)元。

可見(jiàn)，改造后效益顯著。

安全效益：技術(shù)改造以前，由于各類設(shè)備上的三相電機(jī)，在電源缺相情況下，發(fā)生各類電機(jī)故障甚至發(fā)生三相電機(jī)燒毀，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全運(yùn)行。而技術(shù)改造后，設(shè)備正常運(yùn)行得到了的保證，從根本上杜絕了因?yàn)殡娫慈毕喽鸬母黝惾嚯姍C(jī)事故。技術(shù)改造產(chǎn)生了良好的安全效果。

3.2改進(jìn)前后三相電機(jī)故障對(duì)比

三相電機(jī)控制線路改造前，各類設(shè)備因電源缺相，頻繁發(fā)生電機(jī)燒損的現(xiàn)象，在三相電機(jī)中各類故障中占約71.4%。通過(guò)認(rèn)真執(zhí)行三相電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)改進(jìn)工作，初步改造后電動(dòng)機(jī)缺相故障降到了全年26件，三相電機(jī)缺相故障占比降至約54%。之后，經(jīng)過(guò)了改造三相電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量有了顯著提高，效果十分明顯，試行階段統(tǒng)計(jì)，全年三相電機(jī)缺相故障共發(fā)生3件（占比約12%），其中臨修2件，超范圍修1件（燒損1件，技術(shù)故障2件），故障件數(shù)大幅度下降，設(shè)備改進(jìn)完畢并通過(guò)，性能鑒定后（約120臺(tái)），正式投入使用，全年未發(fā)生一次因缺相造成的三相電機(jī)損毀，三相電機(jī)缺相故障率降至0%，總計(jì)減少開(kāi)支15萬(wàn)元，改造前后，各種原因下的三相電動(dòng)機(jī)故障次數(shù)分布如圖3所示。

圖3三相電機(jī)故障情況表

4 安科瑞ARD系列智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹與綜合選型

4.1產(chǎn)品簡(jiǎn)介

ARD該系列低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，具有過(guò)載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能。可與接觸器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等電器元件構(gòu)成電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)單元，具有遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)直接控制、面板指示、信號(hào)報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)總線通信等功能。應(yīng)用范圍：可廣泛應(yīng)用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領(lǐng)域。

4.2產(chǎn)品選型

產(chǎn)品功能

5 結(jié)語(yǔ)

理論與實(shí)際相結(jié)合，在分析三相電機(jī)缺相保護(hù)原理基礎(chǔ)上，采取低成本思路，在原有三相電機(jī)控制線路基礎(chǔ)上稍作調(diào)整，使其控制線路具有缺相保護(hù)作用。通過(guò)這次技術(shù)改造，該段三相電機(jī)使用情況良好，未再發(fā)生因缺相造成的故障現(xiàn)象，改造后電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。既實(shí)現(xiàn)全電機(jī)的缺相保護(hù)，又節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本21萬(wàn)余元，故這種三相電機(jī)缺相保護(hù)電路簡(jiǎn)便、可靠、成本極低，具有市場(chǎng)推廣價(jià)值。

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