三相異步電動機缺相的原因及處理方法

邱俊

（長沙民政職業技術學院 電子信息工程系，湖南 長沙 410004）

三相異步電動機在運行過程中最常見的故障就是缺相運行，例如斷一根火線或斷一相繞組。此時，如果軸上負載沒有改變，則電動機處于嚴重過載狀態，定子電流將大大超過額定值，時間稍長電動機就會燒毀。

1 電動機缺相運行時的現象及原因分析

1.1 缺相運行時的現象

對于三相異步電動機，正常運行時必須采用三相供電，而缺相是電動機正常運行的大忌。缺相時，原來停止的電動機，將無法啟動，且發出“嗡嗡”的聲音，此時，若用手撥動電機轉子軸，也許能慢慢轉動；原來旋轉的電動機缺相時，轉速下降且變慢，電流明顯增大，電機溫度上升，外殼燙手，并且發出異常聲音，若長時間缺相運行必然導致電機過熱而燒毀。

1.2 造成缺相運行的原因

造成電動機缺相運行的原因，通常分為外部原因和內部原因。

外部原因主要是外網供電質量問題，其一是電源缺相，由于供電線路故障，電源在到達電動機保護線路前，就已經少了一相或兩相，造成電動機無法啟動或啟動運轉異常；其二是配電變壓器高端側或低端側一相斷電造成電動機缺相運行，在這種情況下，由該變壓器供電的所有電動機都會缺相運行。

內部原因主要有保護線路中的控制開關、接觸器、繼電器的觸點氧化、燒傷、松動、接觸不良等造成缺相。某相熔斷器的熔體接觸不良，或熔絲擰得過緊而幾乎壓斷，或熔體電流選擇過小，造成通過的電流稍大就會熔斷。尤其是在電動機啟動電流的沖擊下，更容易發生熔體非故障性熔斷。有時電動機負荷線路斷線，一般是安裝不當引起的斷線，特別是單芯導線放線時產生的小圈扭結，接頭受損等都可能使導線在運行過程中發生斷線。由于電動機長期使用，使繞組的內部接頭或引線松脫或局部過熱將繞組燒斷，導致電動機出現缺相運行。

2 電動機缺相運行物理量分析[1]

2.1 定子Y接法缺相運行過程分析

如圖1所示，正常Y接法運行的定子，無論是一相繞組斷線，還是一相電源線斷線，都形成另兩相繞組反串聯接在電源單相線電壓UL下，如圖2所示。

圖1 Y接法一相繞組斷線示意圖

圖2 Y接法缺相分析示意圖

由上面分析可看出，在保證電流不超過額定值IN的條件下，正常Y接法缺相運行時電機的功率只能達到三相運行時的57.7%。若保證電動機輸出功率不變，則缺相運行電流將是額定電流的倍左右。帶有某一負載的電動機運行中突然缺相運行時，轉速會稍微下降，軸負載功率由兩相繞組承擔，缺相運行電流增大，此時，電機往往工作于過負載狀態，電流比一般的過負荷電流要大得多，足以導致定子繞組過熱而燒毀。

2.2 定子△接法缺相運行

2.2.1 定子一相相繞組斷線

如圖3所示，正常△接法運行的定子，當一相繞組斷線時，電機定子形成一相相電流為0，另兩相繞組有互差120°電角度的兩相電流存在，如圖4所示。

圖3 △接法一相繞組斷線示意圖

圖4 △接法繞組斷線分析示意圖

從上面分析可看出，在保證電流不超過額定值的條件下，正常△接法定子缺相運行時電機的功率只能達到三相運行時的66.7%。帶有某一負載的電機運行中突然缺相運行時，轉速會稍微下降，軸負載功率由兩相繞組承擔，缺相運行電流增大到三相正常運行電流Iz的1.5倍[3]。

2.2.2 定子一相電源線斷線

如圖5所示，正常△接法運行的定子，當一相電源線斷線時，電機定子形成兩相繞組順串聯和第三相繞組并聯接在電源單相線電壓下，如圖6所示。只有一相繞組回路中的電流比三相運行時大大增加，因此該相繞組必然會首先燒毀。

圖5 △接法一相電源線斷線示意圖

圖6 △接法電源線斷線分析示意圖

3 缺相運行的解決方法

電動機處于缺相時無啟動轉矩，電機不能轉動，容易被發現。而當電動機在運行中發生缺相時，常常不易被發現，以致產生過流，將電機燒壞。因而研制一種高可靠的電動機運行缺相保護裝置非常必要。

圖7所示為一種電動機啟動運行缺相雙重保護電路。保護電路工作的原理[3]：

按下啟動按鈕SB1，中間繼電器KAl通電，其常開觸點接通中間繼電器KA2的線圈，KA2常開觸點接通接觸器KM線圈，KM主觸點閉合，電機正常運行，同時KM輔助常開接通中間繼電器KA3的線圈，KA3常開閉合，使得啟動按鈕SB1在松開時，接觸器KM能夠自保。

當按下SB2時，KM線圈掉電。輔助常開斷開KA3線圈，使得SB2恢復后KM也不會得電，電機停止運轉。

當電機啟動時發生缺相故障，假設L1或L2缺相，顯然KA1不會得電，KA2和KM均不能通電，電機不會運行。如果缺L3相，KA1能夠得電，但KA2不會通電，電機也不會運行。從而實現了電機的缺相保護。

圖7 永不缺相啟動和運行的電動機控制線路圖

當電機在運行過程中，若主電路缺相，電動機將自動停機。因為，電路中所有中間繼電器和接觸器線圈額定工作電壓為380 V才能吸合。圖中KM線圈的電源是通過SB2、KA3觸點取自 U和 V端子，而 KA3線圈電源又是通過KM輔助觸點取自V和W端子。所以，無論是缺哪一相，電動機都將自動停止運行，有效地保護了電動機，使得電機不致在缺相故障狀態下運行而燒毀繞組。

另外，熔斷器FU2短路也能使電動機自動停轉，從而實現永不缺相運行。

缺相運行帶來的直接危害是電機一相或兩相繞組過熱甚至燒壞。在各行業中，因缺相運行而燒毀的電動機所占比重也是最大的。無論電動機是在靜態還是動態，由于動力電纜的過流運行加速了絕緣老化，特別是在靜態時，缺相會在電機繞組中產生幾倍于額定電流的堵轉電流，其繞組燒壞的速度比運行中突然缺相更快、更嚴重。因此，對電動機進行缺相保護是至關重要的。為了預防電動機出現缺相運行，除了正確選用和安裝低壓電器外，還應嚴格執行有關規范、增設保護電路、敷設饋電線路，同時加強定期檢查和維護。

[1]張曉寧.電動機缺相保護措施一例[J].電機技術，2004（4）.

[2]黃荷英，金永琪.電動機缺相運行后果及預防措施[J].水電能源科學，2008（3）.

[3]邱俊.工廠電氣控制技術[M].北京：中國水利水電出版社，2009.