工業(yè)維護(hù)三相電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)的應(yīng)用

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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，有效保護(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

三相電動(dòng)機(jī)作為一種不可或缺的設(shè)備，在天車(chē)、消防泵、水泵、風(fēng)泵、油泵、空氣壓縮機(jī)、大型車(chē)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)[1]，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。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[2]，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?，F(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[3、4]，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)永不缺相啟動(dòng)和運(yùn)行的控制線(xiàn)路[5]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，有效保護(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(xiàn)路基礎(chǔ)上稍作調(diào)整，使其控制線(xiàn)路具有缺相保護(hù)作用[6]，電路如圖2（a）所示。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(xiàn)圈取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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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)到有效控制電動(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)永不缺相啟動(dòng)和運(yùn)行的控制線(xiàn)路技術(shù)進(jìn)行改造，歷時(shí)一年多竣工；經(jīng)性能鑒定，完全符合各類(lèi)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(chē)檢修，日常維護(hù)的影響。線(xiàn)路簡(jiǎn)單，改造方便，材料便宜，該技術(shù)實(shí)用性較強(qiáng)，完全可以滿(mǎn)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，有效保護(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(xiàn)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，有效保護(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(mǎi)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(xiàn)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(chē)間在維修該類(lèi)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(chē)上需檢修的重要設(shè)備，如天車(chē)、空氣壓縮機(jī)等。在技術(shù)改造前，此類(lèi)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?？梢?jiàn)，改造后效益顯著。安全效益：技術(shù)改造以前，由于各類(lèi)設(shè)備上的三相電機(jī)，在電源缺相情況下，發(fā)生各類(lèi)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)行得到了有效的保證，從根本上杜絕了因?yàn)殡娫慈毕喽鸬母黝?lèi)三相電機(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(xiàn)路改造前，各類(lèi)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(lèi)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)了全面改造三相電動(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)，全面性能鑒定后（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。

4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(xiàn)路基礎(chǔ)上稍作調(diào)整，使其控制線(xiàn)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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作者：高波 耿蕓仙 單位：云南省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院