浅谈三相交流异步电动机的保护

河南技师学院 李永际

引言

三相交流异步电动机是工厂生产的主要动力设备，对三相异步电动机的保护是保障它安全运行必要措施。在家庭和临时场合，用低压断路器QF就可以作为三相异步电动机的电源开关，兼做短路、过载保护，带漏电保护器的还可以进行漏电保护；在工厂生产中，用熔断器作为三相交流异步电动机的短路保护；用交流接触器作为三相交流异步电动机的失压、欠压保护；用热继电器作为三相交流异步电动机的过载保护。在生产中用交流接触器或中间继电器作为三相交流异步电动机的缺相保护；在机床电气检修中，要对三相异步电动机的主电路进行缺相故障的人为设置，在学生试车时为了不烧毁电动机，用双联双掷开关作为三相异步电动机的缺相保护；用电动机外壳接地线作为电动机的漏电保护，也叫接地保护。

如果三相交流异步电动机短路，巨大的电流会使导线产生异常高温或强烈电弧，会引起火灾，烧毁机器设备、房屋，烧伤、烧死工作人员，造成巨大的财产损失和人员伤亡，因此对电动机的短路保护十分必要。电动机的短路保护，一般用熔断器进行短路保护，现在的低压断路器也有短路保护的功能，同时还有过载保护的功能。熔断器属于保护电器，使用时串联在被保护的电路中，其熔体在过流时迅速融化切断电路，起到保护用电设备和电路安全运行的作用。熔断器在一般低压照明电路或电热设备作过载和短路保护，在电动机控制电路中主要作短路保护[1]。如图1所示。

图1 三相电动机的短路保护

图1左为用熔断器做短路保护的电动机控制电路，其中L1、L2、L3为三相电源，QS为负荷开关，FU为熔断器，U、V、W为三相异步电动机进线，M为电动机，PE为电动机外壳保护接地线。熔断器FU作短路保护；图1右为用低压断路器做短路保护的电动机控制电路，其中L1、L2、L3为三相电源，QF为低压断路器，U、V、W为三相异步电动机进线，M为电动机，PE为电动机外壳保护接地线。低压断路器QF作短路保护、过载保护。

1 三相交流异步电动机的失压、欠压保护

图2中L1、L2、L3为三相电源，QF为低压断路器、FU1为熔断器，作主电路短路保护，U、V、W为三相异步电动机进线，M为电动机，PE为电动机外壳接地保护线，防止电动机漏电对人身造成触电伤害。熔断器FU2作控制电路短路保护，SB1为电动机启动按钮，SB2为电动机停止按钮，KM为交流接触器，作为电动机控制开关和电动机的失压、欠压保护。

图2 三相电动机的短路及失压、欠压保护

交流接触器对电动机的失压、欠压保护原理如下：当电源突然断电时，正在运行的电动机停机，当再来电时，电动机不会自行启动，保证了生产人员和产品的安全，只有工作人员重新按下启动按钮，电动机才能重新启动；当电源电压过低时，一般低于电动机额定电压85%时，按下启动按钮SB1启动电动机时，交流接触器因电压过低将不能吸合，使得电动机不能启动，防止电动机在欠压情况下运行因电流过大而烧坏电动机，同时也防止电动机因动力输出不足而引起生产安全事故。

2 三相交流异步电动机的过载保护

三相交流异步电动机的过载保护，在家庭和临时场合用低压断路器QF就可以，如图3a）所示；在工厂生产中，大多用热继电器作为过载保护。热继电器是利用流过继电器的电流所产生的热效应而反时限的自动保护电气。所谓反时限动作，是指电气的延时动作时间随通过电路电流的增加而缩短。热继电器主要与交流接触器配合使用，用作电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制[2]。其控制电路图如图3b）所示。

图3 三相电动机的过载保护控制电路

图3b）中，QS为组合开关，作为电源开关；SB1为电动机启动按钮；SB2为电动机停止按钮；FU1、FU2为熔断器，分别作主电路和控制电路的短路保护；KH为热继电器，作为三相异步电动机的过载保护；M为三相异步电动机，KM为交流接触器，作为电动机控制开关和电动机的失压、欠压保护。

3 三相交流异步电动机的缺相保护

3.1 在生产中三相交流异步电动机的缺相保护

三相交流异步电动机的缺相运行是电动机烧毁的主要原因，因此对三相异步电动机的缺相保护就显得十分必要。带断相保护的热继电器串联在电动机的进线电路中，就可以在电动机缺相运行中断开电动机的控制电路，从而使得电动机主电路断电，保护电动机不被烧毁，如图4b）所示。但是这种方法需要一定的时间，热继电器的热元件上的热量经过一定时间才能积累到使热继电器常闭触头断开的程度，也可能这时候电动机已经烧毁了。图4的三相电动机的缺相保护设计电路，能在电动机缺相时的第一时间断开电动机的供电电路，确保电动机不被烧毁。

图4 三相电动机的缺相保护控制电路

在图4a）中，QF为低压断路器，作为电源开关用，同时也作为三相电动机的短路、过载保护用；交流接触器KM1、KM2作为电动机的缺相保护用，当三相电U11、V11、W11中任何一相缺相时，交流接触器KM1、KM2的一个线圈就不能得电，KM1、KM2交流接触器的一个主触头就不能吸合，三相电动机就不能得电，保护了电动机不会因为缺相运行而烧毁。

在图4b）中，QS为组合开关，作电源开关用，SB1为电动机启动按钮；SB2为电动机停止按钮；FU1、FU2为熔断器，分别作主电路、控制电路的短路保护；KH为热继电器，作为三相异步电动机的过载保护；KM为交流接触器，作为电动机的控制开关和电动机的失压、欠压保护，KA1、KA2为缺相保护用的中间继电器，当电动机有缺相故障时，中间继电器KA1、KA2的线圈至少有一个是不得电的，中间继电器KA1、KA2的常开触头触头至少有一个是断开的，0号线因有断点而不能使KM线圈得电，KM的主触头是断开的，电动机不能得电，这样就避免了电动机缺相运转而烧毁电动机。

3.2 在机床电气检修中三相异步电动机的缺相保护

在机床电气故障检修的教学过程中，要对三相异步电动机的主电路进行缺相故障的人为设置，在学生试车时为了不烧毁电动机，需要进行三相电动机的缺相保护，为此，设计了下面的三相电动机缺相保护控制电路。如图5所示。

图5 三相电动机缺相保护控制电路

在图5中，QS为组合开关，作电源开关用，SB1为电动机启动按钮；SB2为电动机停止按钮；FU1、FU2、FU3为熔断器，分别作主电路、控制电路的和故障联锁电路的短路保护；KH为热继电器，作为三相异步电动机的过载保护；KM1为交流接触器，作为电动机的控制开关和电动机的失压、欠压保护，K1、K2、K3是设置故障用的带有自锁功能的双联常闭触头开关，KM2为缺相保护用的交流接触器，当电动机设置有缺相故障时，K1、K2、K3的常闭触头触头至少有一对是断开的，零线因有断点而不能使KM2线圈得电，即使KM1线圈得电，KM1主触头闭合，因为KM2的主触头是断开的，电动机也不能得电，这样就避免了电动机缺相运转而烧毁电动机。

4 三相交流异步电动机的接地保护

电动机接地保护工作原理图如图6所示，图中T为变压器；X、Y、Z、为变压器初级绕组三相电源；L1、L2、L3为变压器次级绕组三相电源；N为零线；PE为保护接地线，M为三相交流异步电动机。

图6 电动机接地保护工作原理图

由于保护接地线电阻很小，所以漏电电流绝大部分通过保护接地线流回供电变压器，而人体电阻较大，只有很少的漏电电流通过人体和大地回到供电变压器，减少了对人体的伤害；如果三相交流异步电动机的电源开关是带漏电保护器的低压断路器，这时低压断路器就会跳闸，及时切断供电电源，保护了触电人员的人身安全。

随着科学技术的发展，有了更为先进的电动机保护器，具有堵转、启动超时、过载、过流、欠载、缺相、漏电、过压、欠压等多种保护功能，保护电动机能够安全运行。