1、唐山工業職業技術學院畢業設計說明書設計題目：三相異步電動機斷相保護學生姓名：崔杰班級09電氣12專 業：電氣自動化 設計指導教師 石連文設計輔導教師（完成日期）2011 年12月10日目錄摘要2第1章系統概述31.1系統簡圖31.2方案選擇和設計思路 31.3原理圖4第2章主要元器件的選擇42.1熔斷器42.2接觸器52.3熱繼電器72.4中間繼電器7第3章單元電路設計 83.1斷相顯示電路 83.2控制電路83.3仿真圖9第4章 課程設計的體會和總結 10鳴謝10主要原器件參數11參考文獻11附圖 12摘要異步電動機在運行過程中經常發生電斷相的故障， 這主要是由某一相的熔斷 器斷造成的 另外

2、外部電源斷相、交流接觸器某一對主觸點接觸不良、接線松動 和電動繞組內部開路。也可能引起斷相故障。斷相出現負序分量，正序對稱電壓 和負序對稱壓分別產生兩個旋轉方向相反的旋轉磁場二者合成后為一橢圓形旋 轉磁場。負序電激發的負序磁場使電機輸出功率和電磁轉下降。 在空載或輕載時， 電源斷相后，電動般不會停止運行，但是剩下的兩相負載流明顯增大。 如果是重 載時斷相，斷相后電機的最大轉矩一般小于額定轉矩， 如果負轉矩大于此時的最 大輸出轉矩，電動機將斷減速，直至堵轉。對于恒轉矩和恒功率載電流將增大 至正常運行時的好幾倍，如沒有有效的保護，電動機的繞組將會很快毀。水泵風 機類負載的負載轉矩和轉速的方成正比，

3、 如果在重載時斷相，轉速下降后負載轉 矩下降得很多，斷相后可以穩定運行但是斷相后的穩態電流可能超過額定電流。 實踐表明，電源斷相是異步電動機燒毀的要原因，據統計，在異步電動機繞組燒毀的障中，70%以上是由電源斷相引起的，因此必要給異步電動機（特別是大中 型異步電機）設置可靠的斷相保護裝置。針對三相異步電動機定子繞組燒毀的原 因，一般米用的保護技術有過熱保護、 過流保護和斷相保護。斷相保護是指電動 機損壞，大多數是斷相運行造成的，而人們對斷相運行給電機造成什么樣的危害， 應采取什么樣的保護方式合適，至今尚沒有比較一致的意見。很長一段時間比較 普遍的觀點認為；斷相運行將導致電機繞組過熱而損壞。斷相

4、瞬間在斷相繞組兩 端產生高于額定電壓數倍的反.電勢給電機造成的危害遠大于過熱給電機造成的 危害，況且斷相故障又不能自動排除，因此對電機的斷相保護應瞬時動作保護而 不是反時限特性保護和過熱保護。電動機保護器（電機保護器）應采取動作靈敏 的電子式而不是動作緩慢的機電式.第1章系統概述1.1系統簡圖本系統具有斷相監測顯示功能，在斷相情況下先使故障顯示電路工作后， 再 切斷主電源電路。具有斷相切斷主回路電源，保證了電動機的安全功能.三相交流電源熔斷器FU11.2方案選擇和設計思路由于電網自身原因或電源輸入接線不可靠，時間一長，導致接頭氧化腐蝕， 還有開關、觸點發熱阻值變大，有時會出現缺（斷）相運行的情

5、況，而85%95% 以上的電動機燒毀，均因缺相引起的，其余是三相電源供電嚴重不平衡引起一般 用溶斷器作短路保護，熱繼電器進行過載保護。電動機啟動時缺相的話，會發出異常聲音，電機無法啟動.如果電機在運行時 缺相的話，電機也會發出異常聲音，而電動機會因為慣性的作用下繼續運轉，如果 不立即停機，而繼續運轉的話，電機的繞組會被燒壞.因此需在電動機的控制電路 設置斷相保護.用斷相保護繼電器獲取斷相信號，據輸出電壓變化構成斷相保護 電路實現保護。1.3原理圖第2章主要元器件的選擇2.1熔斷器熔斷器在工礦企業的生產過程中和日常生活中主要用于保護低壓電器設備， 由 于使用于不同的電氣設備，其容量、大小的選擇原

6、則差別很大，在實踐中必須嚴 格按照規程、規定選擇配置。否則，將失去其應有的保護作用。用于家用電器過流或過負荷保護的熔斷器。 通常家庭用電沒有獨立設置的過 載保護，僅設置熔斷器代替之，其配置原則是按家用電器全部使用時總電流的 1.051.15倍來置放。用于高、低壓斷路器電磁型合閘機構合閘回路的合閘熔斷器，由于斷路器合閘時間很短(毫秒級),根據熔斷器的電流反時限特性曲線：通入電流越大其熔爆 時間越短，若通入很大電流(數值在反時限特性曲線以上)的瞬間即刻熔爆；通入 電流越小、其熔爆時間越長，或者不會熔斷。通常按斷路器合閘電流的三分之一 配置。用于低壓電動機的瞬時型短路保護。 對于輕負荷啟動或啟動時間

7、短，例如啟 動時間小于3秒或風扇(機)電機，按電動機額定電流的45倍配置；對于啟動時 間為48秒或例如水泵等重負荷啟動的電動機，由于其啟動電流高達額定電流 的6倍左右，故其配置的熔斷器大小按電動機額定電流的56倍設置；對于啟動過程超過8秒甚至更長時間以及頻繁啟動的電動機， 熔斷器按電動機額定電流 的57倍配置。對于多臺小容量電動機共用線路熔斷器大小的配置是按其中那 臺最大容量的電動機額定電流的1.52.5倍和余下所有電動機額定電流之和來 整定。電動機保護用熔斷器的選用條件： 長延時動作整定值Izl等于電動機的額定電流 6倍長延時電流整定值的可返回時間大于或等于電動機的實際啟動時間.瞬時整定電流

8、對籠式電動機為815倍脫扣器額定電流，對繞線轉子電動機為36 倍脫扣器額定電流2.2接觸器交流接觸器由以下四部分組成：(1) 電磁機構 電磁機構由線圈、動鐵心(銜鐵)和靜鐵心組成，其作用是將電磁 能轉換成機械能，產生電磁吸力帶動觸點動作。(2) 觸點系統 包括主觸點和輔助觸點。主觸點用于通斷主電路，通常為三對常 開觸點。輔助觸點用于控制電路，起電氣聯鎖作用，故又稱聯鎖觸點，一般常開、 常閉各兩對。(3) 滅弧裝置 容量在10A以上的接觸器都有滅弧裝置，對于小容量的接觸器， 常采用雙斷口觸點滅弧、電動力滅弧、相間弧板隔弧及陶土滅弧罩滅弧。對于大 容量的接觸器，采用縱縫滅弧罩及柵片滅弧。(4) 其

9、他部件包括反作用彈簧、緩沖彈簧、觸點壓力彈簧、傳動機構及外殼等。圖1 CJ10-20型交流接觸器1 一滅弧罩2 一觸點壓力彈簧片3 一主觸點4 一反作用彈簧5 一線圈6 一短路 環7 一靜鐵心8 一彈簧9 一動鐵心10 輔助常開觸點11 一輔助常閉觸點 電磁式接觸器的工作原理如下： 線圈通電后，在鐵芯中產生磁通及電磁吸力。 此 電磁吸力克服彈簧反力使得銜鐵吸合， 帶動觸點機構動作，常閉觸點打開，常開 觸點閉合，互鎖或接通線路。線圈失電或線圈兩端電壓顯著降低時，電磁吸力小于彈簧反力，使得銜鐵釋放，觸點機構復位，斷開線路或解除互鎖。1. 額定電壓：銘牌額定電壓是指主觸點上的額定電壓，通常用的電壓等

10、級為直流接觸器：220V 440V 660V交流接觸器：220V 380V 500V如果某負載是380V的三相感應電動機，則應選用 380V的交流接觸器2. 額定電流：銘牌額定電流是指處觸點的額定電流。通常用的電流等級為：直流接觸器：25 40 60 100 150 250 400 600A交流接觸器：5 10 20 40 60 100 150 250 400 600A上述電流是指接觸器安裝在敞開式控制屏上，觸點工作不超過額定溫升，負載為間斷-長期工作制時的電流值。如果超過8小時，必須空載開閉三次以上，以消 除表面氧化膜。如果上述條件改變，就要做相應修正起電流值，具體如下： 當接觸器安裝在箱柜

11、內，由于冷卻條件差，電流要降低百分之十到百分之二十使 用。當接觸器工作于長期制，而且通電持續不超過百分之四十； 敞開安裝，電流允許 提高百分之十到百分之二十五；箱柜安裝，允許提高百分之五到百分之十。3. 線圈的額定電壓：通常的電壓等級為直流線圈：24 48 220 440V交流線圈：36 127 220 380V（選擇時一般交流對交流，直流對直流，但交流負載頻繁動作時可以采用直流吸 引線圈的接觸器；直流接觸器斷開時產生的過電壓高達十到20倍，所以不適合采用高電壓等級，電壓太低，接通線圈用的繼電器或接觸器的連鎖觸點不可靠）4. 操作頻率：指每小時接通的次數，交流接觸器最高為600次每小時，直流接

12、觸 器可達1200次每小時。5. 輔助觸頭的工作電流：輔助觸頭（或為輔助開關）的微動開關，它有兩個電流 參數，一是約定發熱電流，一是工作電流。工作電流有多種，而約定發熱電源只 有一個。約定發熱電流的定義：GB/T2900.18對約定發熱電源的定義是：在規定條件下實 驗時，開關電器在8小時工作制下，各部件的溫升不超過極限值時所能承受的最 大電流。工作電流：由它所控制的電磁鐵在閉合狀態下的負載功能來決定。輔助觸頭的工作電流的確定：GN14048.5-93低壓開關設備和控制設備 控制 電路電器和開關元件第一部分 機電式控制電路電器的附錄 C “某些使用類 別的輔助觸頭名義額定值舉例”中，列出目前使用

13、較多的AC-15和DC-13的動作 電流,AC-15類別中,輔助觸頭的Ith =2 . 5A時，控制電磁鐵閉合狀態下的功率（容量）為180VA;I th = 5A，控制功率為3 6 0 VA , I th=10A控制功 率為7 2 0 VA;DC-13（直流）Ith=1A,控制功率為2 8W.幾點補充經驗和參考：1）持續運行的設備，接觸器按6 7 7 5 %算，即100A的交流接觸器，只 能控制最大額定電流是6775A以下的設備.2）間斷運行的設備，接觸器按8 0%算，即10 0A的交流接觸器，只能控制 最大額定電流是80A以下的設備.3）反復短時工作的設備，接觸器按1 16 120%算，即1

14、00A的交流接 觸器，只能控制最大額定電流是1 16 120%A以下的設備.還要考慮工作環境和接觸器的結構形式.本系統中，主觸頭額定電流按經驗公式I=PE*1000/ （11.4） U計算，其中PE為電機功率，U=380V2.3熱繼電器它是用于電動機或其它電氣設備、電氣線路的過載保護的保護電器。電動機在實際運行中，如拖動生產機械進行工作過程中，若機械出現不正常 的情況或電路異常使電動機遇到過載，則電動機轉速下降、繞組中的電流將增大， 使電動機的繞組溫度升高。若過載電流不大且過載的時間較短，電動機繞組不超 過允許溫升，這種過載是允許的。但若過載時間長，過載電流大，電動機繞組的 溫升就會超過允許值

15、，使電動機繞組老化，縮短電動機的使用壽命，嚴重時甚至 會使電動機繞組燒毀。所以，這種過載是電動機不能承受的。 熱繼電器就是利用 電流的熱效應原理，在出現電動機不能承受的過載時切斷電動機電路，為電動機提供過載保護的保護電器。使用熱繼電器對電動機進行過載保護時，將熱元件和電動機的定子繞組串聯， 將熱繼電器的常閉觸頭串聯在交流接觸器的電磁線圈的控制電路中，并調節整定電流調節旋鈕，使人字形撥桿和推桿相距一適當距離。當電動機正常工作時，通過熱元件的電流即為電動機的額定電流， 熱元件發熱，雙金屬片受熱后彎曲，使推 桿剛好和人字形撥桿接觸，而又不能推動人字形撥桿。常閉觸頭處于閉合狀態， 交流接觸器保持吸合，

16、電動機正常運行。若電動機出現過載情況，繞組中電流增大，通過熱繼電器元件中的電流增大使雙 金屬片溫度升得更高，彎曲程度加大，推動人字形撥桿，人字形撥桿推動常閉觸 頭，使觸頭斷開而斷開交流接觸器線圈電路， 使接觸器釋放、切斷電動機的電源， 電動機停車而得到保護。可見，熱繼電器通常是直接斷開接觸器的控制回路來斷開主回路的。1)類型選擇：一般情況下，可選用兩相結構的熱繼電器，但當三相電壓的均衡性較差，工作環 境惡劣或無人看管的電動機，宜選用三相結構的熱繼電器。對于三角形接線的電 動機，應選用帶斷相保護裝置的熱繼電器。(2) 熱繼電器額定電流選擇：熱繼電器的額定電流應大于電動機額定電流。 然后根據該額定

17、電流來選擇熱繼電 器的型號。(3) 熱元件額定電流的選擇和整定：熱元件的額定電流應略大于電動機額定電流。當電動機啟動電流為其額定電流的6倍及啟動時間不超過5S時，熱無件的整定電流調節到等于電動機的額定電流； 當電動機的啟動時間較長、拖動沖擊性負載或不允許停車時，熱元件整定電流調 節到電動機額定電流的倍。一般情況，可按電動機的額定電流選取熱繼電器， 熱繼電器的整定值為電動機額定電流的0.951.05倍，則三相異步電動機的額定電流為 匸PE*100/UA .2.4中間繼電器它的特點是觸點數目較多，電流容量可增大，起到中間放大(觸點數目和電流容 量)的作用。中間繼電器分許多種，一般來說有一個電壓線圈

18、。以DZB-31B來說， 具有4付常開常閉接點，2付常開接點。電壓的正負對繼電器沒有影響。另外還 有的中間繼電器具有1個自保持電流線圈和一個電壓線圈。或者一個電壓自保持 線圈和一個電流線圈。中間繼電器的選擇應具備以下條件：控制電路的電源電壓，能提供的最大 電流；被控制電路中的電壓和電流；被控電路需要幾組、什么形式的觸點。 選用繼電器時，一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據。控制電路應能給繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩定的。第3章單元電路設計3.1斷相顯示電路三相指示部分由電阻R4R6及發光二極管VL1VL3等元件組成，三只發光二極管 發光表示電源不斷相.若電源斷相，則相應相的

19、發光二極管不亮。其中FU1FU3為熔斷器，起短路保護作用。3.2控制電路T為降壓變壓器，一次繞組接 380V線電壓，二次輸出9V,經整流橋整流，電容 濾波及三端穩壓器7806穩壓后，輸出6V直流供控制電路使用。電容器C6C8接成“人為中性點E”。合上開關，按下啟動按鈕，接觸器 KM得 電吸合并自鎖，電動機啟動運轉。當電動機正常運行且三相電源平衡時， “ E”點 電位為零，變壓器T2無輸出，三極管截止，繼電器 KA不閉合，其動觸點KA保 持閉合，電動機正常運行。當電源斷相或三相不平衡時， “ E”點電位升高，經變 壓器T2, D10整流，C5濾波，再經穩壓管VZ, R2C3延時，送至三極管VT基極， 使其導通，中間繼電器KA得電吸合，其動斷觸點KA斷開，使KM失電釋放，電 動機失電停轉，這就避免了電動機斷相運行。TRAli-：VD10 -T&rraC4 !=I C5CT EOTo - o3.3仿真圖元斷相時，三個發光二極管都同時亮麗；：弊：S?!-vr石嚴-i!痣:LEp-OREB s 訂啟g .,.4QK L 百TEE-i«*asr當某一相斷開時，其相應的發光二極管不亮第4章 課程設計的體會和總結通過幾周的課程設計，考察我們對三相異步電動機斷相保護電路的掌握情況。 同時也鍛煉我們使用儀器和計算機輔助設計的技