关于对三相异步电动机保护的几点分析
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【摘要】简要介绍三相异步电机工作原理，在此基础上对异步电机在发生过载、短路、断相等故障时产生的后果以及它们的有效保护方法进行重点探索，以此为三相异步电机的正常使用提供借鉴。
【关键词】三相异步电机使用保护
电动机作为原动力被广泛应用于石油、化工、冶金、纺织、煤炭等国民经济主要部门，然而我国每年烧毁电动机的数量在数十万台次以上，给国民经济造成了巨大损失，所以说研究电动机保护显得十分必要而又迫切。本文在对三相异步电机的工作原理进行简要分析，在此基础上对异步电机在发生过载、短路、断相等故障时产生的后果以及它们的有效保护方法进行研究探索，以此对三相异步电机的正常使用提供借鉴。
1 三相异步电动机原理
当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以一定转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势，感应电动势的方向用右手定则判定。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用(力的方向用左手定则判定)。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转，从而为电动机提供旋转动力。可以看出：当电动机的三相定子绕组(各相差120度电角度)，通人三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路)，载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
2 三相异步电机的应用
三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场问存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。
3 三相异步电机的保护
3．1三相异步电机故障原因分析。从澄城火电厂三相异步电动机运行来看：三相异步电动机故障大体分为两部分，一部分是机械的原因，主要表现为轴承和风机的磨损和损坏。另一部分电磁故障，二者相关联。轴承损坏，引起电动机过载，甚至堵转，致使风机损坏，使电动机散热困难，温度升高，导致绝缘老化。电动机的过载由于电流增大，发热剧增，从而使其绝缘受损，使其使用寿命缩短甚至烧毁。从电动机的结构来看：鼠笼型电动机的空子铁芯放置在绕组槽内必须有良好的绝缘，绕线式电动机转子绕组与空子绕组一样，绕组与铁芯问有绝缘层，三个端线所接的铜滑环，环问，环与转轴问也是彼此绝缘的。为了保证电动机的相问，带电体与外壳的绝缘，通常是使用各种耐热等级的绝缘材料。各种绝缘材料都有一定的耐受各种温度的指标，IEC85规定A级105℃，E级120℃，B级130℃，F级155℃，这些都是三相异步电动机使用过程应该注意的关键环节。
3.2三相异步电机的过载保护。目前对电动机的过载保护采用最多的是热继电器，也有相当多的采用有复式脱扣器的断路器。对于载重启动的电动机，如果使用一般的热继电器，常常会在启动过程中发生误动作，使电动机无法启动。因此，需要选用带速饱和电流互感器或限流电阻的热继电器。这种形式是通过速饱和电流互感器或限流电阻使启动电流成倍的缩小，就可以大大延长电动机的启动时间，保证正常启动，还有采取启动时将热继电器短接，启动完毕后再将热继电器投入运行――完全短路法。此外，对带速饱和互感器的热继电器，启动时将互感器二次绕组短接，启动完毕后再使之投入等方法，来满足重载启动的需要。
3.3三相异步电机的短路保护。电动机在短路情况下的保护，通常选用断路器，有的地方也是用熔断器。一些资料提到断路器的瞬时动作电流整定值应能躲过电动机的全启动电流。所谓全启动电流是包括周期分量和非周期分量两部分。根据澄城火电厂对于三相异步电动机实验和统计，保护鼠龙型电动机的断路器，其瞬动电流是整定在8～15倍电动机的额定电流的，而绕线式电动机应整定在3～6倍电动机额定电流。8～15倍鼠龙型电动机的额定电流是一个范围，具体的值还需要考虑电动机的型号、容量、启动条件等因素。
4 鼠龙型电动机的断相保护
电动机的断相分为两类，一是电动机外部的电源断线；二是电动机内部定子绕组断线，而电动机内部接线又分为星联接和三角形联接两种。因此，提到断相必须分清电动机内部接线是那一种性质。另外，所谓断相保护是指正在运行中的电动机异常情况下进行断相。
4.1星型联接电动机断相保护。星型联接电动机断相运行时，一般说未断的两项电流会增大。由于电压不平衡，至少有一项电流增大。因为星型联接，线电流等于相电流，所以对于星型联接的电动机，选用一般的三极热继电器或三极保护电动机型的断路器，是能够有效保护电动机的。
4.2三角形联接电动机断相保护。三角形联接电动机断相运行时，会有下列情况产生：电动机外部电源线断线，线电流已经不能正确反映相电流的大小，即不能有效地反映电动机绕组是否处于过载状态。当电动机在额定负载下断相运行时，此时选用的三极热继电器(或断路器)勉强可以起到保护作用，但是当负载在额定负载的65％下断线运行时不会动作，时间长了可能烧毁电动机，为解决保护问题，应采取带断相保护的热继电器；电动机绕组是三角形联接，绕组断了一项，有一相线电流和未断线前是一样的。因此可以选用一般的三极热继电器来保护。
5 电动机保护线路及其保护电器的选择
5．1电动机保护线路由热继电器，接触继电器和仅有瞬动保护的断路器组成。接触器用来启动、停止电动机，热继电器用来保护电动机过载，而仅有瞬动保护的断路器是保护电动机的短路。
5．2电动机保护线路由热继电器，接触器和熔断器FS组成，热继电器保护电动机过载，接触器启动和停止电动机，熔断器作电动机短路故障保护。
5．3电动机保护线路由接触器和合电动机保护型的断路器组成。接触器作为电动机的启动和停止之用，电动机保护型断路器作电动机的过载和短路故障保护。
5．4电动机保护线路由电动机保护型断路器组成，电动机保护型断路器即做电动机的启动和停止，又做电动机的过载和短路故障保护。
5．5结论。以上四种中，1、2两种适合于较频繁的启动――停止电动机，第3种适合一般频繁启动，第4种只能适用于不频繁启动和停止的电动机。从投资上看，1、2种不经济，第4种最经济，因为它少用一台启动、停止用的接触器。
6结束语
通过实践证明，在工农业生产中，根据实际需要，科学地选用三相异步电动机可以提高生产效率，收到很好的经济效益。在运行中对电动机进行科学的维护保养，使电动机长期处于非常好的技术状态，延长使用寿命，提高工农业生产的的效率，是非常有必要的。所以说完善电动机保护是一项急待解决的问题。目前科技人员已开发的智能型塑壳式断路器，更有许多厂家研制新型的电动机综合保护器，如果早日投入应用，则对生产效率的提高起到促进作用。