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  • 电动机断相自动保护器的设计与制作

    更新时间:2019-03-31 15:38
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    详细介绍

          很多机械都广泛应用电动机来拖动,是工矿企业单位不可缺少的专用设备。电动机断相变成缺相运行是电动机常见的故障之一,通过对电动机断相原因危害进行分析,采取积极措施,保证电动机正常的运行,减少经济损失。

    1、三相电动机发生断相造成缺相运行的原因 
    (1)三相电动机的定子绕组一相断线或电动机的电源电缆、架空进线一相断线。
    (2)三相电动机电源的熔断器一相熔断或一相接触不良。
    (3)三相电动机的开关、刀闸一相接触不良或一相断开等。

    2、三相电动机发生断相造成缺相运行的现象 
    (1)原来停着的三相电动机发生断相时,一旦通电不但起动不起来,而且还会发出“唔唔” 作响的声音,用手拨一下电动机转子的轴,也许电动机能慢慢转动起来。
    (2)正常运转的三相电动机,发生断相造成缺相运行时,电动机转子的电流突然增大,电动机温升会由此加剧,严重时甚至烧毁电动机。

    3、三相电动机发生断相变成缺相运行的危害分析 
    (1)原来是停着的三相电动机,发生断相造成缺相时, 电动机的正向力矩等于反向力矩, 合成力矩为零, 说明电动机没有起动力矩, 这就是当电动机一相断电后起动不起来的原因。这时因为电动机部分定子绕组有电流通过, 因此电动机的铁芯中仍有磁通产生, 所以电动机发出“唔唔” 作响的声音。
    (2)正常运行的三相电动机发生断相造成缺相运行时, 它的转子上作用着两个电磁力矩: 一个正向力矩扭动着电动机的转子要使其继续转动, 另外出现一个反向力矩, 起制动作用, 使电动机总的合成力矩减小。但只要电动机的电磁合成力矩尚大于电动机转轴上的阻力力矩时, 电动机还是可以转动的, 只是电动机的转动速度陡然变慢罢了。
    ①若三相电动机在正常状况时的最大力矩倍数(最大力矩 / 额定力矩)大于 2, 那末三相电动机在一相断电后将能继续运行; 三相电动机变成缺相运行, 因反向磁场的存在, 电动机的无功电流上升、功率因数降低, 电动机的效率也就降低了。
    ②若三相电动机一相断电后仍带额定负载运行, 电动机的转子、定子电流将增大, 电动机的转子、定子损耗都会显著增加, 电动机的发热加剧而造成过热, 严重时将烧毁电动机。

    4、电动机断相自动保护器的设计 
    正常运行中的三相电动机缺一相电源后, 变成两相运行, 断相一相绕组的电流为零, 而其余两相的工作电流将增大很多, 其绕组出现发热现象, 如果运行时间过长严重时甚至会烧毁定子绕组。为了防止缺相运行烧毁电动机, 可以采用多种保护方案。这里介绍一款电子式电动机断相自动保护器, 如图 1 所示。
     
     

    图1电动机断自动保护电路

    4.1该保护电路的组成
    电源电路: 由电源变压器 T、整流二极管VD4、滤波电容C4、C5、限流电阻R8、稳压管 VS 等组成,该电路用来产生 +20V 电压, 供给继电器 K 以及驱动电路。
    电流检测电路: 由电流变换器 LA1 、LA2、LA3、整流二极管VD1~VD3、滤波电容 C1~C3 等组成。
    起动控制电路: 由起动按钮 S1 、停止按钮 S2 、继电器 K 、交流接触器 KM1 、KM2 等组成。
    保护控制电路:由电阻 R1 ~R7 、晶体管V1~V3、继电器K、交流接触器 KM1、KM2、等组成。
    4.2工作原理

    电动机断和自动保护器的电路板

    图2电动机断和自动保护器的电路板 
    合上刀开关,按动起动按钮 S1 后,交流接触器 KM1 通电工作, 其三个主触头接通, 使电动机 M 起动运转。
    三个电流变换器(LA1~LA3)分别套装在电动机三相电源的进线上, 将三相电流变换成三个电压信号,再经过 VD1~VD3、C1 ~ C3 的半波整流与滤波后, 分别加到V1~V3 的基极上。V1~V3 和其外围电阻器组成一个有三个输入端的与门电路。
    当电动机的三相电流均正常时,A、B、 C 三端对地的电压均相同(约为 -1.5V),此时 V1 ~V3 均导通, 继电器 K 吸合, 其常开触头闭合,使交流接触器 KM2 的触头在按起动按钮 S1 后维持闭合,将电动机 M 的三相电源接通。
    若由于某种原因造成三相电源中任一相断相时, 则该相电压信号为零, 相应的晶体管将截止, 使继电器 K 和交流接触器均释放, 切断电动机 M 的工作电源, 从而保护电动机不会因缺一相电源, 变成两相运行, 过热而损坏。
    4.3元器件选择
    R1~R7 选用 1/4W 或 1/8W 碳膜电阻器;R8 选用 2W 金属膜电阻器。
    C1 ~C3 均选用耐压值为 16V 的电解电容器;C4 和C5 均选用耐压值为 50V 的电解电容器。
    VD1~VD4 均选用 1N4007 硅整流二极管;VS 选用 1W 、20 ~ 24V2CW21K 或2CW115 稳压二极管。
    V1 ~V3 均选用 3AX81 或 3AX83 锗PNP 型晶体管。
    K选用吸合电流为22mA、动作电压为16.5V、额定电压为24V 的JRX 直流继电器。
    电流变换器LA1~LA3 可用声 0.23mm 的高强度漆包线在 MXO — 2000 磁环上绕650~800 匝。
    KM 选用 CJ20-63 型交流接触器。

    5、结语 
    通过仿真软件对该电路进行了仿真测试, 其结果是该保护器的设计动作可靠、成本低、使用性强。

     

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