函授大專畢業(yè)論文論文題目：三相異步電動機保護淺談專業(yè)名稱： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 年 月 日0三相異步電動機保護淺談摘要電動機因具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、使用維護方便等優(yōu)點，在國民經(jīng)濟各方面被廣泛采用。然而，由于供電狀態(tài)和機械負荷的多變性，使得電動機的故障率較高，不僅會損壞電動機本身，而且會影響整個生產(chǎn)，造成較大的經(jīng)濟損失。因此，電動機的安全運行對保證廠礦企業(yè)的正常生產(chǎn)是非常重要的。本文分析了三相異步電動機的常見故障，以對稱分量法為依據(jù)，采用檢測過流幅值、負序電流、零序電流的方法，得出了電動機故障的準確判據(jù)，確定了各種故障的保護措施，對電動機實現(xiàn)了短路、堵轉(zhuǎn)、過熱、負序電流、零序電流、低電壓、過電壓、啟動時間過長、頻繁啟動、漏電閉鎖等保護功能。關(guān)鍵詞：三相異步電動機，故障分析 ，保護i目錄摘要01 電動機及其保護器的發(fā)展及現(xiàn)狀12 電動機故障分析23 電動機保護原理分析54 結(jié)束語9參考文獻1011 電動機及其保護器的發(fā)展及現(xiàn)狀隨著當今社會的飛速發(fā)展，電動機以廣泛應用于紡織、化工、石油、冶金等工業(yè)部門之中，但常因斷相、過載、堵轉(zhuǎn)、短路等原因被燒毀或殃成事故。隨著電動機在各行各業(yè)的應用領域不斷擴大，對電動機的保護也愈來愈受到人們的關(guān)注。作為重要的驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的電動機來說，其控制技術(shù)也越來越受到人們的重視，尤其異步電動機作為應用最廣泛的電動機，約占電動機總數(shù)的70，根據(jù)統(tǒng)計，通用三相異步電動機每年的耗電量約為全球總發(fā)電量的50，其起動電流高達額定電流的510倍，故大中型異步電機在直接起動時會產(chǎn)生很大的沖擊電流，不僅對電動機及所拖動的設備造成電氣和機械的損傷，而且會造成電網(wǎng)電壓下降，影響電網(wǎng)其他電氣設備的正常運行。為了安全可靠地運行這些電機，對電動機的保護系統(tǒng)提出了越來越高的要求。電動機保護系統(tǒng)必須正確無誤地保護電動機，使電動機在允許的熱極限負載范圍內(nèi)工作，減少電動機損壞事故的發(fā)生。電動機和供電線路的短路必須能迅速檢測出來，使得短路影響減小到最小。對于頻繁起動的電動機，要能準確地模擬其發(fā)熱和散熱過程。在一些大型的自動控制系統(tǒng)中，還要求對電動機組進行集中控制和狀態(tài)監(jiān)控。從時間上劃分，電動機保護器的發(fā)展大致可劃分為三代：第一代是以傳統(tǒng)的機電式繼電器為主，包括：熔斷器、熱繼電器、電動機保護用自動開關(guān)及雙金屬片式溫度繼電器等。熔斷器是最古老、最簡單、最廉價的保護電器。它的主要缺點在于只適用于電動機的短路保護，而不能用于電動機的過載保護。熱繼電器是利用電流流過熱元件時的熱效應引起雙金屬片彎曲使機構(gòu)動作的。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、使用方便、有較好的反時限特性。電動機保護用自動開關(guān)是一種具有過載和短路保護等保護功能的電動機保護裝置，一定程度上可取代熔斷器和熱繼電器的組合。它最突出的特點是在進行短路保護時不會造成異步電動機的斷相運行，并且分斷后的停機時間短。雙金屬片式溫度繼電器是一種埋置在電動機繞組中，直接反映電動機溫度的保護裝置。從理論上講，溫度保護是提高電動機可靠性最直接、最有效的方法，對任何原因造成的繞組溫度過高均能實現(xiàn)有效的保護。因此，特別適用于由于通風不良、環(huán)境溫度過高、起動次數(shù)過于頻繁、變動或沖擊性負載等原因引起的電動機過熱保護。但是，由于其體積較大，安裝工藝比較復雜，動作緩慢、返回時間長，不適合在小型電動機中使用。第二代是采用電子元件和中小規(guī)模集成電路的電子式電動機保護器。它包括電子式電動機綜合保護器及電子式溫度繼電器等等。電子式電動機保護裝置是隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展應運而生。2電子式電動機綜合保護裝置是由電子元器件組成，基本上無可動部件（故稱靜止型），不存在機械誤差和磨損。因此，動作速度快、精度和靈敏度高，壽命較長，耐沖擊和振動，整定簡便。但仍存在著擴展功能不夠靈活，保護特性不易改變，靈敏度及電流的整定范圍受到硬件的限制和電動機運行狀態(tài)的監(jiān)控不夠完善等一些缺陷。電子式溫度繼電器是一種將溫度傳感器埋置于電機繞組內(nèi)，借助于電子裝置對電機繞組溫度進行保護的一種電動機保護電器。溫度傳感器多采用溫度系數(shù)大、靈敏度高、體積小和具有明顯的開關(guān)特性正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻。由于傳感器安置在電動機內(nèi)部溫升較高的部位，直接反映電動機內(nèi)部的溫度。因此，從理論上講，電子式溫度繼電器可以保護由各種原因引起的繞組溫度過高的電機。另外，安裝位置的復雜性（至今未見有繞組溫度最高點的確切描述）、保護溫度選擇的不確定性和傳感器維護的困難，使得其應用受到一定的限制。第三代是采用微處理器的智能型電動機保護器。進入80年代以來，微電子技術(shù)的發(fā)展和應用對電動機保護在原理上的概念更新、裝置上的結(jié)構(gòu)變革、性能上的完善、功能上的擴展等方面起著強大的推動作用。微處理器技術(shù)進入電動機保護領域后，使基于微處理器的電動機保護裝置具有了優(yōu)異的保護特性、完善的功能擴展和智能化的監(jiān)視與控制。進入20世紀90年代以來，由于微機通訊技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，國外一些公司又提出了兼有監(jiān)控、保護功能的智能化保護器。它能與中央控制系統(tǒng)進行雙向通訊，形成監(jiān)控、保護與信息網(wǎng)絡；也能監(jiān)視電動機各種運行參數(shù)，不但能測量當前數(shù)據(jù)，并能對過去的運行參數(shù)及故障情況做出統(tǒng)計，幫助操作人員做出決策定以減少線路和設備的停機和維修時間。大大提高了整個系統(tǒng)的可靠性。把微處理器技術(shù)引入電動機保護系統(tǒng)，大大地提高了對電動機的保護特性，實現(xiàn)了對信息的采集、處理、顯示全部自動化，性能穩(wěn)定可靠，顯示直觀準確，各項保護參數(shù)可根據(jù)電動機性能由用戶設定，動作前可預警顯示，動作后可顯示故障原因，實現(xiàn)了對電動機的可靠保護和監(jiān)控。這是電動機保護系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。2 電動機故障分析對于異步電動機來說，其故障形式主要分為繞組損壞和軸承損壞兩方面。造成繞組損壞的主要原因有：(1) 由于電源電壓太低使得電動機不能順利啟動，或者短時間內(nèi)重復啟動，使得電動機因長時間的大啟動電流而過熱。(2) 長期受電、熱、機械或化學作用，使繞組絕緣老化和損壞，形成相間或?qū)Φ囟搪贰?3) 因機械故障造成電動機轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)。(4) 三相電源電壓不平衡或波動太大，或者電動機斷相運行。3(5) 冷卻系統(tǒng)故障或環(huán)境溫度過高。造成電動機軸承損壞的原因主要有：機械負荷太大、潤滑劑不合適，或者惡劣的工作環(huán)境，如多塵、腐蝕性氣體等給軸承帶來的損壞。由于電動機的微機保護主要是通過測量電量(電流、電壓以及開關(guān)狀態(tài)等)來監(jiān)測電動機的運行狀況，因此面對的主要是繞組故障。引起電動機繞組損壞的常見故障可分為對稱故障和不對稱故障兩大類。對稱故障主要有：三相短路、堵轉(zhuǎn)和對稱過載等；不對稱故障主要有：斷相、三相不平衡、單相接地或相間短路。當因為各種原因，如機械故障、負荷過大、電壓過低等，使電動機的轉(zhuǎn)子處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時，由于散熱條件差，電流大，特別容易損壞電機。其它不出現(xiàn)顯著過流的不對稱故障，如斷相、不平衡運行等，過流保護常常不能及時動作。對于電動機的各類內(nèi)部繞組故障，如匝間短路、接地短路等，往往是由于運行環(huán)境差、長期運行不當引起的，故障最初并不引起顯著的電流增大，若不及時處理會導致事故擴大，進而引起電動機機端過熱、轉(zhuǎn)子及啟動力矩降低等一系列問題，嚴重損壞電動機。各種短路故障還會造成供電網(wǎng)絡電壓的顯著波動，因此對電動機形成過壓欠壓故障。根據(jù)異步電動機的運行過程，將異步電動機的故障分為三類：1、電動機的啟動故障異步電動機投入電網(wǎng)，從靜止狀態(tài)轉(zhuǎn)動起來，升速并達到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程，稱為啟動過程。 剛起動時，轉(zhuǎn)子n=0，轉(zhuǎn)差率s=1，由于激磁電流相對較小，啟動時，把電源電壓直接加到電動機的定子繞組，顯然，這時啟動電流會很大，可達額定電流的47倍，根據(jù)對國產(chǎn)電動機的實際測量，某些籠型異步電機甚至可達812倍對于經(jīng)常啟動的電動機，過大的啟動電流將會造成電動機發(fā)熱，影響電動機的壽命：同時電動機繞組在電動力的作用下，將會發(fā)生變形，可能造成短路而燒壞電動機在啟動過程中，電動機出現(xiàn)的故障，通常稱為啟動故障，一般是指啟動時間過長故障。也就是說，在規(guī)定的時間內(nèi)，如果啟動電流仍舊維持在一個很大的值，而不是降到額定電流的附近，這就認為電動機發(fā)生了啟動時間過長的故障。這種故障通常采用定時限保護。2、電動機的堵轉(zhuǎn)故障如果負載轉(zhuǎn)矩大于異步電動機可能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩，電動機將因承擔不了而停轉(zhuǎn)。電動機是用過載倍數(shù) 來表示它的過載能力的。tT就異步電機而言，堵轉(zhuǎn)就意味著轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)差率S=1，即在T形等效電路圖中的附加電阻為0的狀態(tài)。在這種情況下,電動機電子電流將會出現(xiàn)一個很大的值，因此同樣會燒壞電機，如果在規(guī)定的時間內(nèi)電流值，我們就認為出現(xiàn)了堵轉(zhuǎn)故障。3、過載故障過載是指電動機的負載很大，轉(zhuǎn)子電流加大，使得電動機定子電流很大。過載過大了就形成堵轉(zhuǎn)。其故障原理與堵轉(zhuǎn)相同。4、三相不平衡及其危害4在三相供電系統(tǒng)中，如果三相的電壓或電流幅值或有效值不等，或者三相的電壓或電流相位相差不為120時，則稱三相電壓或電流不平衡。不平衡的三相電壓或電流，按對稱分量法，可分解為正序分量、負序分量、和零序分量。具體原理如下所述：在計算電力系統(tǒng)不平衡情況下引用了對稱分量法，即任何三相不平衡的電流、電壓或阻抗都可以分解成為三個平衡的相量成分即正相序（ 、 、 ）、負相序1UAB1C（ 、 、 ）和零相序（ 、 、 ），即有：2UAB2C0UAB0C= + + ， =101+ + ， = + + ，其正相序的相序（順時方向）依次為 、2 UA、 ，大小相等，互隔120度；負相序的相序（逆時方向）依次為 、 、2B，大小相等，互隔120度；零相序大小相等且同相，各相序都是按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。2在對稱分量法中引用算子a，其定義是單位相量依逆時針方向旋轉(zhuǎn)120度，則有： )a(3/102UCBAU2/注意以上都是以A相為基準，都是矢量計算。知道了 實際也知道了 和 ，00UBC同樣知道了 也就知道了 和 ，知道了 也就知道了 和 而負序電1U1BC2A2壓有沒有線電壓和相電壓之分由于負序電壓的存在，就使三相系統(tǒng)中的三相感應電動機(也就是三相異步電動機)在產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩的同時，還產(chǎn)生一個相反方向的轉(zhuǎn)矩，從而降低電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，并使電動機繞組電流增大，溫度升高，縮短了電動機的實用壽命。電動機的不對稱故障主要有斷相、逆向、不平衡負載運行、匝間短路、相間短路、接地短路等引起的除了嚴重的短路會造成故障相電流明顯增大外，大多數(shù)的不對稱故障一般不會出現(xiàn)明顯的過電流。最明顯的特征是電動機中出現(xiàn)負序分量和零序分量電流。5、缺相及相不平衡故障分析斷相運行是造成電動機燒損的常見事故，當電動機負載不變而發(fā)生斷相時，剩余兩相繞組的電流將增大，造成電動機過熱而損壞。因此必須對電動機進行斷相及相不平衡保護。當電動機繞組以Y形連接時，斷相可能發(fā)生在引線上或者繞組內(nèi)部，電動機Y型連接時所斷相的線電流都為零，此時以線電流為零的原則可以加以保護。但當電動機以A形連接，其斷相也可能發(fā)生在外部引線（a類）或繞組內(nèi)部（b類），當發(fā)生( a)類斷相時，所斷相的線電流為零，以線電流為零的原則可以保護電動機。但當發(fā)生(b)類斷相時，電動機的線電流都不為零，此時再以線電流為零的原則就不能保護電動機。在這種情況下，對電動機的斷相保護應采用線電流不平衡的原則。5當電動機發(fā)生(b)類斷相時， 因此，若把相不平衡保護的動作值規(guī)c3ABII定為線電流最大值與最小值的比小于， 就能實現(xiàn)這種斷相保護?？紤]到電網(wǎng)電壓波動引起的線電流不平衡，本裝置以最大線電流不超過最小線電流的1.5倍為動作值，這樣，無論電動機以何種方式連接，只要發(fā)生斷相，在預定的時間內(nèi)都會準確地動作，而且，對于其它的非斷相的相不平衡故障，也能實施保護。由于本裝置采用了單片機作為其核心元件，因此，不用附加任何電路即可實現(xiàn)斷相保護。單片機把采樣來的各相電流值進行比較判斷，就能準確地發(fā)出動作信號。綜上所述電動機的保護可以分為對稱故障和不對稱故障。對稱故障包括過載、堵轉(zhuǎn)和三相短路等，這類故障對電動機的損害主要是機械力和電流增大引起的熱效應，使得繞組發(fā)熱甚至燒毀。其主要的特征是三相仍基本對稱，但同時出現(xiàn)過電流，故障的嚴重程度反應在過電流的大小，因此可以以過電流的判斷來作為此類故障的依據(jù)。下面列表2-1、2-2說明。表2-1 對稱故障特征故障類型 零序 負序 過電流過載 無 無 (1.2-5)In堵轉(zhuǎn) 無 無 (5-7)In短路 無 無 (7-10)In表2-2 不對稱故障特征故障類型 零序 負序 過電流斷相 無 Ic/ 3I03逆向 無 Ia 無不平衡運行 無 有 無相間短路 無 有(其值取決與位置) 有(其值取決與位置)單相接地 1/3I有 取決與位置兩相接地 1/3 有 取決與位置附：單相故障時，以A相為故障相；兩相故障時，設B、C相為故障相；I0表示故障前電流幅值，In表示額定電流；由以上表障又可進一步分為非接地和接地故障倆大類。非接地不對稱故障，主要包括斷相、相間短路、匝間短路及不平衡運行等，這類故障由于我國電動機中性點不接地，故定子電流無零序分量，所以就可以采用檢測負序分量為判斷依據(jù)。接地故障包括單相接地短路和兩相接地短路，發(fā)生接地性不對稱故障時，會出現(xiàn)零序電流分量，這是區(qū)別其它任何形式故障的特征。63 電動機保護原理分析根據(jù)以上特征分析，電動機發(fā)生對稱故障的主要特征是出現(xiàn)電流幅值增大，而發(fā)生不對稱故障時的主要特征是出現(xiàn)負序和零序電流分量。根據(jù)這一結(jié)論，可將電動機的保護分解為過電流保護、斷相保護、零序電流保護三個部分，由此可覆蓋電動機所有常見故障類型。1、 保護功能設置根據(jù)以上隊電動機故障得分析特設置電動機保護如下：A.投入電流速斷保護，用于保護電動機內(nèi)部定子繞組以及進線所發(fā)生的相短路故障B.投入零序電流保護，用于隊電動機產(chǎn)生接地故障時得保護C.投入反時限過負荷保護D.低電壓保護則根據(jù)第9.0.5條中“二、根據(jù)生產(chǎn)過程不允許或不需要自動的電動機，應裝設低電壓保護。”的規(guī)定投入E.堵轉(zhuǎn)保護用來作為轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)或者起動時間過長的保護，同時作為電動機流速斷保護失靈的后備保護F.負序過電流保護對電動機的斷相、反相及局部匝間短路等各類非接地性不對稱故障提供單獨保護。在這個配置方案中，電流速斷作為相間短路的主保護在電機的運行過程中一直投入；堵轉(zhuǎn)保護作為轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)或啟動時間過長的主保護，同時作為電機相間短路的后備保護；過負荷保護是電動機定子繞組過流發(fā)熱的主保護，同時又作為相間短路及轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)的后備保護。這樣的配合還是很符合電動機過流的實際情況的，同時輔以低電壓保護和負序保護，應該說很全面的覆蓋了電動機的應有保護范圍，也使得保護器的保護功能發(fā)揮的較為徹底。（1）電流速斷保護原理在過電流保護動作時間超過0.50.7時，應裝設瞬動的電流速斷保護裝置。（1）電流速斷保護的組成及其速斷保護的整定電流速斷保護是一種瞬時動作的過電流保護。其原理相當與定時限過電流保護中抽去時間繼電器，即在啟動用的電流繼電器后面直接接信號繼電器和中間繼電器，最后由中間繼電器觸點接通。在傳統(tǒng)電流速斷保護整定計算時，動作電流值除了要滿足躲過電動機的啟動流的要求，還需要保證靈敏度大2，微機保護的特點決定了只要動作電流值于電機的啟動電流就行了。電動機的最大啟動電流基本上就相當于其堵轉(zhuǎn)電流，另外還要考慮到接線7系數(shù)及保證足夠的可靠性等。對于動作時限，我們選擇不設置動作時限。（2）定時限堵轉(zhuǎn)電流保護定時限過電流保護也叫做堵轉(zhuǎn)保護，電動機在正常運轉(zhuǎn)中，由于各種原因使轉(zhuǎn)子處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于堵轉(zhuǎn)則相當與轉(zhuǎn)子開路，因此電流很大，容易燒毀電機。因此在檢測到電動機處于堵轉(zhuǎn)時，應及時動作，防止燒毀。電動機在啟動完成后，如果因機械原因或負載過重致使轉(zhuǎn)