转自：黑龙江建筑职业技术学院 刘复欣，尹秀妍，张恬
摘要：三相交流异步电动机是带用机械设备主要的动力源，保证电动机正常运行是保证设备正常工作的关键环节。为此，分析了三相交流异步电动机在运行中经常出现故障的原因和故障分类，简述了各类故障对电动机的影响以及保护装置的工作原理和使用方法；同时，强调了对电动机各类故障进行保护的保护装置设置的原则及其各种保护装置之间的配合要求。
1、概述
一般情况下，电动机产生故障主要有两个方面的原因，即电气方面和机械方面电动机产生故障的原因和类型，如表1所示。
表1 电动机产生故障的原因和类型
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故障的原因 |
故障的类型 |
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电气方面 |
缺相、断相或电压超出允许值的范围等 |
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机械方面 |
电动机堵转和超负荷运行等，或由于负荷不匹配造成的电动机启动时间过长 |
过载故障 |
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其它 |
电动机绕组绝缘损坏或者接线错误等 |
短路故障 |
当短路故障产生后，会有超出正常电流值数倍的电流（通常称为短路电流）通过电动机，短路电流将产生一个强大的电热效应，致使电动机发热烧毁。同时，这个强大的电流会产生电动机效应，它的数值足以使电动机主回路中其它电气元件遭到摧毁和破坏。因此，当出现短路故障时，为了保护电动机，其保护装置应快速、可靠、准确地切断电动机主回路电源。
过载故障是一种常见的故障，它不容易被使用者发现，如果故障不及时处理，危害性很大。虽然这种故障出现时不是立即将电动机烧毁，但如果其长期存在将会导致电动机发热、使用寿命降低直至造成电动机无法使用。过载故障产生的热量由两个分量组成，一是超出正常电流值的电流量；二是该电流持续的时问。一般来说，故障电流持续的时问越长造成的危害越大。因此，设定过载保护装置动作的电流值时应考虑上述两个条件。
2、常见故障分析
2.1 常见电动机保护及控制环节的配置方式
1)刀熔开关起到电源通断、电动机的启动、停止控制和电动机短路及过载保护的作用，如图1(a)所示。
2)在图1(a)的基础上加入了接触器后，可实现电动机的异地控制，如图1(b)所示。
3)图1(b)加入了热继电器后，电动机的过载保护有了专门的保护装置，如图1(c)所示。
4)电动机的短路保护由断路器实现，过载保护由断路器和热继电器共同作用，如图1(d)所示。
5)隔离开关起到电源的隔离作用，电动机的短路保护由断路器实现，过载保护由断路器和热继电器共同作用，如图1(e)所示。
2.2 电动机保护装置的作用
1) 电动机主回路是否具有电源真正的隔离作用的判断。根据现行设计规范中有关规定，电动机的主回路中必须设置有着真正起到电源隔离作用的电气装置其目的是将电动机、控制装置如接触器等与带电导体有效地隔离。电源的隔离应同时满足两个条件：一是带电体与电源完全没有通路，也就是隔离电器元件在确保触点断开时，触点和带电体之间还要有一定的安全问距；二是隔离电器元件在断开电源后，该元件应有一个指示动触点位置的装置，以表明其工作状态。
在图1(a)、图l(b)、图l(c)和图1(d)所表示的配置中，无论是刀熔开关还是隔离开关均满足上述两个条件。对于图1(d)中所表示的配置，断路器是否能够起到电源的隔离作用完全取决于断路器本身的功能。不是所有的断路器都能达到要求，如DZ20系列和C65N系列的断路器是不满足上述要求的。所以，不能一概而论地说断路器具备电源的隔离功能。
2) 对电动机的短路保护是否符合其工作特点进行设置。从图1(a)～图1(e)中都具有短路保护功能的设置图。图1(a)～图1(c)的短路保护是由熔断器来完成由于熔体材料的不同和自身结构特点决定了引起熔体熔断的电流值不可能十分准确，当短路故障出现时可能会出现保护装置拒动作，或者没有出现短路故障时误动作（特别是电动机启动状态过程中）等现象。所以，熔断器仅为对短路保护的精度要求而设置。
图1(d)和图1(e)的短路保护是由断路器来完成的，其原理是利用断路器中电磁脱扣器的断开电源而起到保护作用。由于电磁脱扣器的结构特点造成了它具有动作电流值设定准确和调整方便等特点。因此，采用断路器作为要求较高的电动机短路保护非常适合。
3) 过载保护设置和过载保护装置的选择是否可以达到过载保护作用。一般认为所有电动机均要设置过载保护装置，当出现过载故障时，断开电动机的电源使得电动机停止，以确保电动机能够正常运行和延长使用寿命，降低经济损失。这往往忽视了另外的一个重要问题，有些电动机拖动的设备如果突然断电造成的损失会远远地大于电动机损失。故此类似这样的负荷的电动机不易设置过载保护装置，如果必须设置仅可以作用于信号，但不能动作。
对于电动机的过载保护装置有两种类型，一是热继电器；二是断路器中的热脱扣器。前者的精度要比后者低，造价也低，故此对于要求不高的过载保护可以使用前者；反之，则使用后者。
4) 保护电器、控制电器必须与电动机所拖动负载的特性相配合。电动机所拖动的负载按照其运行特性及启动特性分为如下几种类型，如表2所示。对于短路保护装置来说，其动作电流要大于起动电流；对于过载保护的装置来说，过载保护动作的时间要大于起动时间。
表2 电动机所拖动的负载类型
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类型 |
特点 |
举例 |
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轻载 |
启动时间短小于8s、启动电流小 |
多数风机、水泵等 |
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中载 |
启动时间较长8～16s、启动电流较大 |
少数风机等 |
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重载 |
启动时间较长16～26s、启动电流大 |
挖掘机等 |
3、电动机的各种保护装置之间的配合
电动机的各种保护装置的配合是指当电动机出现故障后，相应的保护装置按照自已的特点，有选择性的自动投入工作，可靠地保证电动机正常工作。
一般来讲，保护装置之间的配合包括两个内容：一是短路保护装置和过载保护装置之间的配合；二是采用了断路器和热继电器做过载保护时两者之间的配合。前者在配合时分工比较明确，短路保护是针对电动机的主回路出现较大的电流值时(也就是短路电流)而进行的保护。过载保护针对与电动机的主回路出现故障电流时，而目该电流出现要持续一段时间，电流值和时问共同作用而产生了热效应时的保护。两个保护装置均要达到一个共同的作用——过载保护，如何配合才能达到最佳效果是一个容易忽略的问题，也是容易产生错误的环节。通过前面对两个保护装置的分析和比较，了解到热继电器的极限过载能力小、动作电流值不是十分准确。断路器的极限过载能力较大、动作电流值准确。可以将热继电器作为前期保护使用并将断路器作为后备保护使用，这样的双重过载保护的配置，使得两者不发生冲突又有配合。 |
