三相鼠籠異步電機的缺相保護

看了貴報今年第一期18版《電動機缺相保護又一法》一文，筆者覺得有不妥之處。按此法，如在電機啟動前線路就已缺相，電機不能啟動，的確能起一定保護作用。但文章中說："按下啟動按鈕……，電動機轉動。若萬一C相熔斷體熔斷，則KQ立即釋放，KM亦斷電而脫開，起到保護作用。"實際情況是：按此方法接線，只要電機轉動起來，A、B、C三相無論那一相熔斷體熔斷，也會發生斷相事故，KQ決不會釋放。因而KM不會斷電脫開，而電機將在缺相情況下繼續運轉直致燒毀，根本無法保護電機!

以后又看了今年13期20版、28期18版、29期18版、34期18版、37期18版等各期中所刊各篇有關電機缺(斷)相保護的討論文章，這些文章中所提出的各種具體方法，最好的也僅能做到：如電機啟動前就已缺相。啟動電機時可起到保護作用。而在電機運行中斷相就根本全部不管用，照樣會燒毀電機!有的文章雖肯定了此方法的缺失，但分析并不到位，并沒有找到真正原因。下面筆者就從三相異步電機的原理和構造上談起．淺析三相異步電機的斷相保護問題!

現在工、礦企業大量使用的中、小型三相電機絕大部分屬鼠籠轉子式三相異步電機。這種電機已有200多年的歷史，之所以它能長盛不衰，是因為其性能優良，啟動力矩大，構造簡單易于生產，且價格不高。

鼠籠轉子式三相異步電機，當定子線圈中通三相交流電時，定子鐵芯將產生很強的旋轉磁場。這個磁場將推動轉子鐵芯旋轉。而嵌在轉子鐵芯上的鼠籠條就如變壓器的次級線圈，將感應出與定子相對應的交變電壓。因鼠籠條兩端是閉合的就如變壓器次級線圈短路一般。將產生很大的短路交變電流。這個交變電流又使轉子產生一個附加的交變磁場。這個磁場與定子的磁場相互作用，加強了定子與轉子的電磁作用力，使轉子的轉矩增大，力矩平穩。因轉子的這個附加磁場在高速旋轉相對定子線圈來說，使定子線圈切割了轉子的這個附加磁場而使定子線圈產生一個附加的電動勢。這個電動勢也稱為反電動勢。正因這個反電動勢的存在，使鼠籠轉子式三相異步電機(定子線圈交流阻抗都比較小)有一個重要特性：即在直接啟動初期，轉子沒轉動時反電動勢為0，啟動電流很大，啟動力矩也很大，啟動電流可達正常工作電流的7倍左右。啟動完畢，轉子正常轉動起來后，反電動勢建立，它抵消了輸入電壓的大部分(可達到85％左右)。因此電流大幅下降(到啟動電流的1／7左右)，這才是電機額定負荷下的正常工作電流。

也正是這個反電動勢的存在，使工作中的電機在斷一相時(如C相)，A、C或B、C在電機端的線電壓并不是0，也不是380V的一半。而是350V左右。此時斷了的C相在電機端相電壓可達185V左右(此時的線電壓、相電壓視電機的大小，負荷的輕重等具體情況決定)。大家想想350V左右的電壓加在已經吸合的380V繼電器上，它會釋放嗎?當然不會!因此1期18版《電動機缺相保護又一法》一文中的繼電器KM絕不會釋放。而電機因缺一相電源，另兩相電流將大幅增加，大大超過額定電流．時間稍長電機就會因過流而燒毀這兩相繞組!但是，如果電機在剛啟動時電源就缺一相電，電機就不能啟動。如缺A相或B相，繼電器KM因斷電不能吸合。如缺C相，按下啟動按鈕SB2，因缺C相電繼電器KQ不能吸合，KM也就不會吸合，電機無法啟動。因此，只有在這種情況下．這種線路才能起到保護電機的作用。

同樣道理，星形接法的三相電機在運轉中斷相時，因反電動勢的存在，電機星形繞組中點電壓變動并不大，與零線間電壓很小，是無法帶動繼電器的。至于用電容或電阻星形接法人為找出中點的方法，與把電機星形繞組中心點接出來控制繼電器的原理是一樣的，是無法在電機運行中斷相時用繼電器直接保護電機的。

上世紀70年代及80年代就有企業生產過這種根據星形接法電機中心點電位在斷相時會有變化的原理，生產專門的保護器來保護電機。雖然用了電子器件放大了星形接法中點的變化量。可起到一定的斷相保護。但如靈敏度調低了會不起作用．調高了會因三相電壓的不平衡波動、輸電線路連接節點的變化及負載的不斷變化，一經電子器件放大，即使不斷相也會產生誤動作。因此效果大打折扣，使用率并不高!

至于如13期20版圖中A相，29期18版圖中A相，34期18版圖中A相或B相，如在電機啟動前就已斷相，按下啟動按鈕就屬于斷相強行啟動。如果電機較大，將有很大的電流．在開關或繼電器不能啟動電機而分斷電源時，會有較大電弧產生，極易產生危險損壞設備或傷人!

這幾款利用星形接法中點接繼電器來保護電機斷(缺)相的電路，在電機工作中斷相時．如前所述中點與零線間電壓增加很小．如果用高電壓繼電器接在中點與零線間來保護電機，根本不起作用。如在電機工作前就已缺相并正好符合強行啟動條件時，如強行啟動。中點電壓將會很高。用低電壓的靈敏繼電器是會燒毀的!因此在實際中使用這些線路會帶有很大的不確定性和危險性!

現在使用的電機保護器原理是：監測電機三相電流的變化。只要斷一相，此相的輸入電流就會大幅降為0，保護器就能讓電機立即斷電停機。如上世紀90年代初泰華電器有限公司生產的JD－5B型電動機綜合保護器就很不錯。它適用電流寬，整定電流在8A至200A之間。如多次穿線，電流最小可用于4A以下。不但能顯示和保護斷(缺)相，還能顯示和起到過載保護，且價格并不高。

現在科技飛速發展，新出的電機保護器控制部分很多都已經用上了單片機，把數字電路應用到了電機保護中，效果當然不同一般了,不過價格也不一般了。