三相异步电动机断相运行及其热继电器保护分析

三相异步电动机断相运行及其热继电器保护分析

李帅

华电国际莱城发电厂 山东莱芜 271100

摘要：三相异步电动机目前在工农业生产中有着广泛的应用，但是也存在自身特点，使其在运行中容易出现断相故障，影响到电动机运行的稳定性以及使用寿命。本文主要对三相异步电动机断相运行及其热继电器保护的有关问题展开分析，通过对三相异步电动机特点、三相异步电动机断相运行原因等分析，并从双金属片热继电器保护措施以及其它运行保护措施方面加以分析，旨在更好地指导三相异步电动机运行与管理，提升其运行稳定性。

关键词：三相异步电动机；断相运行；热继电器保护；保护措施

三相异步电动机当前在众多行业有应用，且应用价值较高，但同时在运行中易出现断相运行问题。结合三相异步电动机断相运行研究分析，当出现断相运行时，可能是绕阻内部任一相断开或者三相电源线中任一相出现断开，此时原有的三相电动机将以两相或单相运行，很容易引起电机绕组损坏，对正常的生产生活产生影响。基于此，需要明确三相异步电动机的特点，并结合断相运行的原因，从多角度采取保护措施，提升运行稳定性。

一、三相异步电动机特点分析

掌握三相异步电动机特点对进一步剖析断相运行原因、采取保护措施具有重要价值。从三相异步电动机固有机械特性方面分析，电动机在无负载情况下空转时的转速最大，也就是电动机的理想空载点；电动机在有负载情况下正常运转，此时即为电动机额定工作点；电动机还有临界工作点，即拖动负载达到最大转矩，且运行速度适中，此时如果电压过低或出现较大的冲击负载，可造成电动机停机。三相异步电动机在运行期间还存在人为机械特点，电动机运行期间，如果电压降低太多，此时的过载能力、启动转矩会明显降低，存在电动机无法启动或者无法带动负载运行，容易出现电机烧坏问题。资料统计显示三相异步电动机发生的故障70.00%左右与断相运行有关，三相异步电动机发生断相运行后，此时接触器线圈电压等于电动机端线电压，加之电磁感应影响，所以电动机端线的电压并不会在较短时间内降为零，同时也不会降低到接触器释放电压，这些均是三相异步电动机在运行以及出现断相运行期间应注意的一些问题[1]。

二、三相异步电动机断相运行原因分析

通过分析三相异步电动机断相运行的常见原因，有助于从不同角度采取措施加强预防处理。从三相异步电动机运行特点方面分析，电动机的运行速率会受到内部定子绕组接法的影响。三相异步电动机在运行期间，某一条电源线发生断相，或者三相绕组中的某一相发生断相，则其他两相电流会受到影响，表现出电流的快速增加。影响铜损的因素包括通过的电流以及绕组自身电阻，增加的电流会增加铜损，使其达到正常运行状态下的2倍，很容易烧毁三相异步电动机。

结合三相电源的三角形连接特点，电源线位置发生断线，同时分布在与断线电源无直接相连的绕组中，此时相电流可达到稳定运行状态的2倍，而其他两相电流则没有发生变化，而断线中的电流则可达到正常的倍。当断相发生在定子绕组内部的情况下，此时无断线两相电流可达到正常运行情况下的1.5倍左右，线电流为正常运行电流的0.867倍，与断线未直接连接的一端电流可达到正常电流的1.6倍。三相异步电动机启动期间如果发生断相，一般情况下电流会呈现出逐步下降趋势，不过整体电流会超过额定电流，电流的增加会影响三相异步电动机的运行。如果出现电源断相或绕组断线情况，此时三相异步电动机整体运行效率会下降，运行稳定性较差，易出现电机烧毁现象。结合三相异步电动机断相运行原因的总结，其原因较多，比如配线或者电缆中一相出现断线；断路器、接触器、刀闸等存在一相接触不良问题；熔断器一相发生熔断；外部接线端子等发生一相接触不良[2]；电机绕组线圈因焊接不良或脱焊等，造成三相异步电动机断相运行。总之，三相异步电动机断相运行原因较多，并增加三相异步电动机运行故障风险，需要有效采取措施加以处理。

三、双金属片热继电器保护措施分析

结合关于三相异步电动机断相运行原因分析，断相保护属于一种过负载保护，可通过选择使用双金属片热继电器作为保护措施。双金属片热继电器保护的主要工作原理如下：双金属片中所使用的金属片存在不同的线膨胀系数，利用机械辗压制作而成，其中一端处于固定状态，另一端则处于自由。双金属片在温度升高的情况下，因为不同金属线膨胀系数不同，所以整体会呈现出弯曲。当电动机正常运行的情况下，此时虽然热元件可产生热量，并造成双金属片发生弯曲，但是热量总体可控，不会引起继电器动作；在电动机过载的情况下，热元件产生更大的热量，此时热量会进一步加大双金属片的弯曲，使其发生较大位移，利用双金属片推动导板，依靠补偿双金属片与推杆实现闭合或断开触点，触点在断开的情况下可使得电动机等负载回路断开，实现对三相异步电动机运行的有效保护。

双金属片热继电器保护措施在应用期间还需要注意不同的情况，可将Y接电动机一相电源或者一相绕组断开。Y接电动机在出现断相运行的情况下，此时绕组电流与供电线路电流相同，电机保护中可选择普通的二极、三极热继电器即可。使用普通三极热继电器过程中，一相断路的情况下，两个双金属片会被加热，延长动作时间，同时增加最小动作电流；动作时间较长的情况下会损害电动机；如果使用的是普通二极热继电器，发生断相位置在装有热元件对应的一相时，此时被加热的金属片只有一个 ，对应的动作时间也会进一步延长。

如果是连接电动机发生断相运行，此时有两种情况。如果连接电动机一相绕组出现断开，结合电学知识，电动机会成为V型接线，三组线路中的电流均会升高，通过使用普通二极热继电器、三极热继电器能够实现对电机的保护。连接电动机电源一相发生断相时，如果使用的是普通三极热继电器，当负载率处于50.00%-58.00%的情况下，此时线路中的电流较额定电流下降，而另一相绕组电流会增加，超过额定电流，热继电器无动作，造成电动机出现过热问题，即如果连接电动机的负载率更好处于上述范围的情况下，普通三极热继电器在使用期间存在不足。对此，需要使用存在断相保护功能的三极热继电器，从理论上通过使用该热继电器，能够改善上述不足，实现对电动机的保护。断相保护功能的三极热继电器可在差动导板差动作用下加快继电器的动作，对应的动作电流为负载动作电流的80.00%-85.00%。当负载率处于50.00%-58.00%的情况下，此时的电机绕组电流较小，相应地不会引起绕组过热，实现断相保护[3]。

四、三相异步电动机运行的保护措施分析

针对三相异步电动机运行除了采取热继电器保护外，还需要从其他方面采取措施，共同帮助并提升对三相异步电动机的运行保护。如在三相异步电动机运行期间，做好发热情况的监测，了解在不同状况下运行过程中的发热特点，更好地指导并进行继电器调整，达到断相保护目的；了解三相异步电动机运行期间的电压变化特点，如果定子绕组采取星形连接，电动机断相后可引起中性点偏移，此时需要使用低电压继电器。

结束语

三相异步电动机断相运行会增加电机烧毁风险，需要知晓断相运行的常见原因，分析不同状态下不同线路中的电流变化特点与趋势，进而结合热继电器的工作原理与特点，灵活选择并达到预期保护目的。当然在实际三相异步电动机断相运行保护方面还需要考虑其他的预防与保护措施，综合性提升保护效果。

参考文献

[1]吴牮.三相异步电动机运行分析中的教学方案设计[J].集成电路应用,2022,39(08):286-288.

[2]张晟.浅谈三相异步电动机常见故障维修及维护[J].新疆有色金属,2022,45(06):97-98.

[3]高涛,余志勇,雷艳.三相异步电动机断相分析及保护[J].居舍,2020(04):28.