三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行管理安全保護(hù)措施探究

　　文章依據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)、工作原理, 簡單對三相異步電動(dòng)機(jī)正常使用、日常管理中使用的安全保護(hù)措施進(jìn)行分析, 以期全面提高三相異步電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)效率和使用價(jià)值, 為三相異步電動(dòng)機(jī)的正常化使用和規(guī)范化管理提供幫助和便利。

　　《電機(jī)與控制應(yīng)用》(月刊)創(chuàng)刊于1959年，由上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司主辦。為電機(jī)行業(yè)的技術(shù)性刊物。刊登電機(jī)研究、設(shè)計(jì)、工藝制造技術(shù)及電機(jī)應(yīng)用技術(shù)方面的論文，報(bào)道國內(nèi)外動(dòng)態(tài)與信息。主要欄目有研究與設(shè)計(jì)、控制與保護(hù)、工藝與材料、測試與試驗(yàn)、運(yùn)行與維修、國外信息等。

　　隨著我國工業(yè)化的快速發(fā)展, 電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)力被各行各業(yè)廣泛使用。在我國的農(nóng)業(yè)科研領(lǐng)域, 大量小型三相異步電動(dòng)機(jī)被普遍使用著。然而, 因工作人員對三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理了解不夠透徹, 安全保護(hù)措施不到位, 使用監(jiān)管脫節(jié)等原因, 導(dǎo)致每年三相異步電動(dòng)機(jī)損壞、燒毀事件居高不下, 造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此, 對三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、安全保護(hù)措施、正常使用和規(guī)范管理進(jìn)行分析尤為重要。本文主要對小型三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、原理、應(yīng)用以及安全保護(hù)措施進(jìn)行簡單分析, 以期對三相異步電動(dòng)機(jī)使用壽命的延長、提高工作效率、經(jīng)濟(jì)效益起到促進(jìn)作用。

　　一、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

　　三相異步電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)簡單分析由兩部分組成, 即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。顧名思義, 首先固定不動(dòng)的部分叫做定子部分, 它包括機(jī)座、定子鐵芯、定子繞組、端蓋等部件;其次旋轉(zhuǎn)的部分叫做轉(zhuǎn)子部分, 它包括轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸、風(fēng)葉等部件。

　　由于三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)的不同, 它又分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子兩類。鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組像一個(gè)圓柱形的籠子, 在轉(zhuǎn)子鐵芯槽中放置著若干銅條或鋁條, 兩端用端環(huán)短接。而繞線式轉(zhuǎn)子繞組則與定子繞組相似, 在轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)放著對稱的三相繞組, 該三相繞組一般做星型聯(lián)結(jié), 轉(zhuǎn)子繞組的三相末端連接在一起, 三個(gè)首端分別連接到轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)彼此絕緣的銅制集電環(huán)上, 環(huán)與環(huán)、環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間相互絕緣, 是通過電刷與外電路的聯(lián)結(jié)開始工作。

　　二、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理

　　1. 三相異步電動(dòng)機(jī)磁路的產(chǎn)生

　　因?yàn)槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)底座是用鑄鐵制成, 機(jī)座內(nèi)裝有相互絕緣的硅鋼片, 并且疊制成桶型鐵芯, 鐵芯內(nèi)腔有分布均勻的槽, 槽內(nèi)放置定子三相繞組。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心也是用硅鋼片制成, 硅鋼片表面也有均勻分布的槽, 其作用是用來放置轉(zhuǎn)子繞組, 并且制成圓柱體安裝在轉(zhuǎn)軸上, 轉(zhuǎn)子鐵心與定子鐵心之間存在一定空隙, 如此的分布使三相異步電動(dòng)機(jī)的磁路自然就形成了。

　　2. 三相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的形成

　　為了理解方便, 我們假想把三相異步電動(dòng)機(jī)的三相對稱定子繞組放置理想的空間, 要求做成相同的三個(gè)繞組, 彼此擺放之間間隔120度, 并且三個(gè)相同的三相繞組做成星型聯(lián)結(jié)。當(dāng)給對稱三相定子繞組通入對稱的三相交流電流時(shí), 瞬間定子電流就會(huì)產(chǎn)生磁場, 并且以相同的轉(zhuǎn)速按照順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn), 和停止的轉(zhuǎn)子之間有著相對運(yùn)動(dòng), 相當(dāng)于磁場靜止, 此時(shí)轉(zhuǎn)子沿著逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)切割磁感應(yīng)線而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓, 其方向是用右手測定確定。由于轉(zhuǎn)子繞組電路是通過短路環(huán)自行封閉, 所以在感應(yīng)電壓作用下, 在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流, 而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體處于磁場之中, 將會(huì)受到電磁力的作用, 此時(shí)電磁力對轉(zhuǎn)軸形成了電磁轉(zhuǎn)矩, 于是轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)起來。其方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向一致, 這就是三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的原理。值得注意的是, 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同, 但是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速始終低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速, 這就是三相異步電動(dòng)機(jī)獨(dú)特之處。同時(shí)也只有必備這個(gè)條件, 三相異步電動(dòng)機(jī)才能轉(zhuǎn)動(dòng)起來。這也是為什么叫三相異步電動(dòng)機(jī)的原因。

　　三、三相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用

　　三相異步電動(dòng)機(jī)其實(shí)就是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種設(shè)備。并且它是利用電磁感應(yīng)原理工作, 因此也叫三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)與其他三相電動(dòng)機(jī)相比較, 其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:首先是工作效率高, 噪音低, 振動(dòng)小、結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價(jià)格便宜、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便;其次是三相異步電動(dòng)機(jī)過載能力要比其他三相電動(dòng)機(jī)過載能力強(qiáng), (電動(dòng)機(jī)過載能力大小是衡量電動(dòng)機(jī)性能優(yōu)差主要依據(jù)。根據(jù)資料和曲線圖分析得知, 一般電動(dòng)機(jī)過載能力為1.8~2.5, 而小型三相異步電動(dòng)機(jī)過載能力為2.2~2.4) 。因此, 三相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用廣泛性遠(yuǎn)超過其他類型的三相電動(dòng)機(jī)。但是, 三相異步電動(dòng)機(jī)也存在一些不足, 主要表現(xiàn)是功率因素低, 調(diào)速性能差。所以三相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用也受到了一定的限制。隨著我國科技技術(shù)不斷向前邁進(jìn), 不久會(huì)使得三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)得到進(jìn)一步完善, 應(yīng)用得到進(jìn)一步發(fā)展。

　　四、三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行管理安全保護(hù)措施

　　第一, 從三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行來看:三相異步電動(dòng)機(jī)故障大體可以分為兩部分, 一部分是機(jī)械原因, 主要表現(xiàn)為軸承和風(fēng)機(jī)的磨損與損壞, 另一部分是電磁故障, 二者相互關(guān)聯(lián)。軸承損壞, 引起三相異步電動(dòng)機(jī)過載, 甚至堵轉(zhuǎn), 致使風(fēng)機(jī)損壞, 導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)散熱困難, 溫度快速升高, 造成絕緣受損, 使用壽命縮短。解決方法就是對設(shè)備制定規(guī)范管理模式, 定期做維護(hù)保養(yǎng)。

　　第二, 從三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)看:鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)的空子鐵芯放置在繞組槽內(nèi)必須有良好的絕緣。繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組與空子繞組一樣, 繞組與鐵芯間有絕緣層, 三個(gè)端線所接的銅 (或鋁) 制滑環(huán), 環(huán)與環(huán)之間、環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間也是彼此存在可靠的絕緣性能。為了確保三相異步電動(dòng)機(jī)相與相之間、相與帶電體之間、帶電體和外殼之間的絕緣性能, 必須使用耐熱等級較好的絕緣材料。避免三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)異常溫差, 異常抖動(dòng), 異常磨損, 異常響聲等因素給三相異步電動(dòng)機(jī)帶來傷害。

　　第三, 三相異步電動(dòng)機(jī)日常使用、管理保護(hù)措施不到位: (1) 三相異步電動(dòng)機(jī)日常使用、管理保護(hù)措施經(jīng)常被人們忽視, 導(dǎo)致三相異步電動(dòng)機(jī)因管理不當(dāng)而縮短使用壽命甚至造成損壞情況較多。因此, 三相異步電動(dòng)機(jī)的使用單位要求管理人、使用人必須有足夠的業(yè)務(wù)技能知識, 有較強(qiáng)的工作責(zé)任心, 在使用前應(yīng)充分考慮周圍環(huán)境因素。否則, 會(huì)出現(xiàn)因使用環(huán)境惡劣, 如潮濕、有震動(dòng)、有腐蝕性氣體、散熱條件差等因素, 使得觸頭損壞、接線柱氧化或接觸不良, 造成三相異步電動(dòng)機(jī)缺相燒毀事件。為了避免三相異步電動(dòng)機(jī)使用環(huán)境因素和管理措施不到位造成的傷害, 在使用前必須選擇滿足環(huán)境要求的三相異步電動(dòng)機(jī)、電器元件, 符合要求的安全防護(hù)措施。必要時(shí)強(qiáng)制改善周圍環(huán)境, 定期更換電器元器件。使得三相異步電動(dòng)機(jī)的性能、使用價(jià)值得到充分利用。 (2) 三相異步電動(dòng)機(jī)在安裝中, 因安裝人員技能水平不高, 管理松散, 工作人員工作不認(rèn)真等因素導(dǎo)致三相異步電動(dòng)機(jī)安裝存在缺陷, 造成導(dǎo)線斷裂或絕緣受損等情況, 出現(xiàn)漏電、短路、缺相。因此在安裝施工過程中, 要嚴(yán)格遵循行業(yè)規(guī)范、認(rèn)真組織、文明施工、嚴(yán)格把關(guān), 待安裝完畢后驗(yàn)收合格后方可使用。在使用期間要做到定期檢查, 按照周期進(jìn)行保養(yǎng)。避免三相異步電動(dòng)機(jī)的接觸觸頭損壞嚴(yán)重, 而造成三相異步電動(dòng)機(jī)缺相短路運(yùn)行。 (3) 三相異步電動(dòng)機(jī)本身質(zhì)量不好。線圈繞組焊接工藝不達(dá)標(biāo), 引線和線圈接觸不良;電氣元件質(zhì)量不合格, 耐壓性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn), 造成觸點(diǎn)損壞、粘死等異常現(xiàn)象。因此三相異步電動(dòng)機(jī)在購置時(shí)應(yīng)選擇正規(guī)廠家、正規(guī)品牌、質(zhì)量有保證的電動(dòng)機(jī);選擇合格、合適的元器件, 安裝前應(yīng)該進(jìn)行認(rèn)真檢查、仔細(xì)核對、對號入座, 從而有效提高三相異步電動(dòng)機(jī)工作效率和使用價(jià)值。

　　五、三相異步電動(dòng)機(jī)安全保護(hù)措施

　　為了確保三相異步電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行, 延長使用壽命, 三相異步電動(dòng)機(jī)的安全保護(hù)措施一般分為機(jī)械保護(hù)和電氣保護(hù)措施。機(jī)械保護(hù)措施主要是指三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)對軸承、風(fēng)葉等的保護(hù), 做到多聽運(yùn)行聲音, 多觀察運(yùn)行情況, 對軸承、風(fēng)葉進(jìn)行定期保養(yǎng), 就會(huì)使三相異步電動(dòng)機(jī)最大化地延長使用壽命。三相異步電動(dòng)機(jī)本身和電氣設(shè)施安全保護(hù)措施主要有:短路保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、缺相保護(hù)、欠電壓保護(hù)和失壓保護(hù)、接零和接地保護(hù)。

　　1. 短路保護(hù)

　　為了防止三相異步電動(dòng)機(jī)線路、繞組、控制電氣等某絕緣部位受外力或其他原因?qū)е聯(lián)p壞設(shè)置的保護(hù)措施。三相異步電動(dòng)機(jī)發(fā)生短路故障時(shí), 如果不能自動(dòng)快速得到保護(hù), 迅速切斷電源, 將會(huì)立即出現(xiàn)很大的短路電流, 發(fā)生電動(dòng)機(jī)燒毀事故。因此, 在發(fā)生短路故障時(shí), 保護(hù)措施必須迅速切斷電源。通常短路保護(hù)設(shè)施是由熔斷器和自動(dòng)空氣斷路器來完成。熔斷器和自動(dòng)空氣斷路器串聯(lián)在被保護(hù)的電路中, 當(dāng)電路出現(xiàn)短路時(shí), 很大的短路電流流過熔體時(shí), 熔體立即熔斷, 切斷該相供電電源, 但是熔斷體在熔斷時(shí)并不能三相全部熔斷, 所以會(huì)造成三相異步電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行, 此時(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)至少有一相實(shí)際電流遠(yuǎn)超出電動(dòng)機(jī)額定電流, 而此時(shí)自動(dòng)空氣斷路器會(huì)立即自動(dòng)將三相電源同時(shí)斷開, 使三相異步電動(dòng)機(jī)停止, 完成電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù),

　　2. 過負(fù)荷保護(hù)

　　三相異步電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷運(yùn)行特點(diǎn)就是會(huì)出現(xiàn)較大工作電流, 三相異步電動(dòng)機(jī)如遇到軸承磨損嚴(yán)重, 外在阻力加大, 負(fù)載加重, 缺相運(yùn)行時(shí)都會(huì)使三相異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作電流超過允許的最大工作電流值, 此時(shí)電動(dòng)機(jī)本身絕緣和電氣部分絕緣均會(huì)受到傷害, 此時(shí)工作電流越大, 電動(dòng)機(jī)抗損能力越小, 時(shí)間越短, 三相異步電動(dòng)機(jī)損壞就越嚴(yán)重。為了避免電動(dòng)機(jī)過載超負(fù)荷運(yùn)行, 常使用過載保護(hù)器熱繼電器和斷路器對三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)實(shí)際工作電流較大時(shí), 熱繼電器在很短時(shí)間內(nèi)就會(huì)切斷電源, 電動(dòng)機(jī)超負(fù)荷 (就是大電流) 運(yùn)行保護(hù)措施完成。

　　3. 缺相保護(hù)

　　三相異步電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行分為以下幾種:一是三相異步電動(dòng)機(jī)外部電源線或電氣某環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常造成一相或兩相缺相;二是三相異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部定子或轉(zhuǎn)子某部位出現(xiàn)異常造成一相或兩相缺相。無論哪種情況, 都會(huì)使三相異步電動(dòng)機(jī)三相工作電壓迅速失去平衡, 至少有一項(xiàng)電流會(huì)快速增大, 導(dǎo)致三相異步電動(dòng)機(jī)受損或燒毀。保護(hù)措施一般選用三級熱繼電器和自動(dòng)空氣斷路器就可以迅速切斷電源, 使電動(dòng)機(jī)停機(jī)而達(dá)到保護(hù)目的。

　　4. 失壓保護(hù)和欠電壓保護(hù)

　　失壓保護(hù)是為了防止因人為或非人為原因?qū)е碌耐ｋ? 當(dāng)電源恢復(fù)后, 阻止電動(dòng)機(jī)再次自行啟動(dòng)的一種保護(hù)措施。欠壓保護(hù)是為了避免因某種原因?qū)е码娫措妷合赂∵^多, 而出現(xiàn)實(shí)際工作電流過大危害電動(dòng)機(jī)安全所采取的保護(hù)措施。失壓保護(hù)和欠壓保護(hù) (小功率電動(dòng)機(jī)) , 一般采用低電壓繼電器自行釋放即可自動(dòng)完成保護(hù)功能。

　　5. 接地保護(hù)和接零保護(hù)

　　在電源中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng) (即380V三相四線制供電系統(tǒng)) 中, 接地保護(hù)是指三相異步電動(dòng)機(jī)本身和其配套設(shè)施不應(yīng)該帶電的部位與接地裝置牢靠連接在一起, 防止人身傷害的一種保護(hù)措施。在供電系統(tǒng)中如果不采取該保護(hù)措施, 三相異步電動(dòng)機(jī)本身和其配套設(shè)施因帶電部分絕緣損壞導(dǎo)致不該帶電部位帶電, 當(dāng)人體接觸該部位時(shí), 接地電流全部經(jīng)過人體流過, 具有生命危險(xiǎn)。采用接地保護(hù)措施后, 接地電流沿著接地體和人體兩條途徑同時(shí)流過, 由于人體與接地體是并聯(lián)關(guān)系, 每條路徑的流過電流與本身電阻成反比關(guān)系, 因?yàn)槿梭w電阻比接地體電阻大很多, 所以經(jīng)過人體的電流很小。潮濕的地方及有必要時(shí)還要采取重復(fù)接地保護(hù)措施, 從而避免觸電傷害。在中性點(diǎn)接地系統(tǒng) (三相五線制供電系統(tǒng)) 中為預(yù)防由于其他原因?qū)е码妱?dòng)機(jī)自身和其他配套設(shè)施非帶電部位出現(xiàn)危險(xiǎn)電壓, 應(yīng)該根據(jù)電力有關(guān)規(guī)定, 采取保護(hù)接地和保護(hù)接零保護(hù)措施, 以保障人身和設(shè)備的安全。

　　六、三相異步電動(dòng)機(jī)線路和其配套保護(hù)電氣的選擇

　　1. 電動(dòng)機(jī)線路和其配套保護(hù)電氣選擇

　　可由熱繼電器、接觸繼電器和帶有靈敏度較高瞬間保護(hù)的自動(dòng)空氣斷路器組成。接觸器用來啟動(dòng)、停止三相異步電動(dòng)機(jī), 熱繼電器用來保護(hù)電動(dòng)機(jī)的超載過負(fù)荷, 帶有較高靈敏度瞬間保護(hù)的自動(dòng)空氣斷路器保護(hù)電動(dòng)機(jī)的短路故障。

　　2. 電動(dòng)機(jī)線路和其配套保護(hù)電氣選擇

　　可由熱繼電器, 接觸器和熔斷器 (FS) 組成并實(shí)施。熱繼電器保護(hù)電動(dòng)機(jī)過載, 接觸器用來停止和啟動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī), 熔斷器是用來避免三相異步電動(dòng)機(jī)短路故障。

　　3. 電動(dòng)機(jī)線路和其配套保護(hù)電氣選擇

　　可由保護(hù)性自動(dòng)空氣斷路器組成, 電動(dòng)機(jī)自動(dòng)空氣斷路器既用做電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止, 又可用作確保電動(dòng)機(jī)過載和短路故障產(chǎn)生的大電流保護(hù)。

　　4. 電動(dòng)機(jī)線路和其配套保護(hù)電氣選擇

　　可由接觸器和保護(hù)型斷路器組成。接觸器作為電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止使用, 電動(dòng)機(jī)保護(hù)性自動(dòng)空氣斷路器作為電動(dòng)機(jī)的過載和短路故障保護(hù)措施。

　　工作經(jīng)驗(yàn)結(jié)論:第一、第二種適合頻繁啟動(dòng)、停止的三相異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)措施使用, 但是不經(jīng)濟(jì), 適用于地下車庫污水泵、食堂和面機(jī)等三相異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)。第三種只能適用于不頻繁啟動(dòng)、停止的三相異步電動(dòng)機(jī)使用, 適合綠化抗旱水泵、垃圾場垃圾起吊箱等部位使用的三相異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù), 并且第三種最經(jīng)濟(jì)但是安全程度不高。第四種適用于不經(jīng)常不頻繁啟用的三相異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)措施使用, 適用于自動(dòng)伸縮門, 電動(dòng)升降機(jī)等三相異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。

　　工作實(shí)踐證明, 規(guī)范化、科學(xué)化、合理的選用和使用三相異步電動(dòng)機(jī)可以提高生產(chǎn)效率、獲取經(jīng)濟(jì)效益。在運(yùn)行中對三相異步電動(dòng)機(jī)科學(xué)化運(yùn)行、規(guī)范化管理、定期維護(hù)保養(yǎng)、安全保護(hù)措施落實(shí)到位, 使三相異步電動(dòng)機(jī)始終處于一個(gè)理想化的工作狀態(tài), 延長使用壽命、提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益是非常有必要的。三相異步電動(dòng)機(jī)安全保護(hù)措施是一個(gè)在實(shí)際工作中亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。目前市場已開發(fā)了智能型塑殼式斷路器, 更有科技含量較高的新型三相電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器研發(fā)問世, 如果能早日投入應(yīng)用, 則對三相異步電動(dòng)機(jī)延長使用壽命、提高經(jīng)濟(jì)效益、工作價(jià)值能起到保障作用。

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