機電專業教學案例分析

徐翔

摘 要： 電動機保護教學在機電專業教學中有十分重要的作用。文章結合日常教學案例，論述只有真正理解電動機保護的目的及意義，掌握熱保護、過電流保護和控制電路短路保護的工作原理，了解電動機運行過程中的常見故障及其原因，才能提高學生在實際操作中處理故障的能力。

關鍵詞： 電動機保護 常見故障 原因 教學措施

電動機保護教學在機電專業教學中有十分重要的作用，是教學的難點。如何理論聯系實際，深入淺出地向學生介紹抽象的內容，使學生真正聽懂，已經成為很多職業學校教師多年來研究的課題。本文結合課堂實際教學案例，分析了解電動機運行過程中的常見故障及其工作原理，以期提高學生在實際操作中處理保護故障的能力。

一、運用啟發式教學法，使學生了解學習電動機保護的意義

首先，啟發學生思考以下幾個問題：電動機運行時，如果繞組溫度過高，則會對電動機產生什么影響？ 交流電動機運行時，如果有一相電源斷相，則會對電動機產生什么影響？ 如果直流并勵電動機的勵磁回路斷路，則會對電動機產生什么影響？通過提問，學生了解了在上述各種情況下如果不能及時采取有效保護措施讓電動機繼續運行下去，則會對電動機產生的不良影響：減少電機使用壽命，甚至損壞電機。因此對電動機的保護是電動機運行時必不可少的環節，對電動機采取有效的保護措施是一個很重要的問題。

二、運用講授法介紹電動機運行過程中的常見故障及原因

電動機運行過程中的常見故障有：長期過載和過熱保護；缺相保護；過電流保護； 短路保護；零電壓保護；零激磁保護；熱保護等。本文重點介紹導致電機過載過熱的因素，如負載過大，電動機超過額定輸出，電機繞組因電流增加而過熱，特別是在堵轉時，電機會在短時間內被燒毀；電網電壓過低，會引起電機繞組中電流增大， 三相電壓不對稱，甚至一相電源中斷；啟動和停止的操作過于頻繁、環境溫度太高等。

三、運用圖片演示法介紹電動機運行過程中的工作原理

（一）運用圖片演示熱保護的方法及具體電路的原理

圖1 熱繼電器的熱保護線路

圖1是用熱繼電器作熱保護的線路。熱繼電器FR的發熱元件串聯在電動機的主電路中，它的常閉觸頭與接觸器KM的線圈相串聯。電機過載時，流經FR發熱元件的電流增大，經過一段時間，熱繼電器動作，它的常閉觸頭斷開KM的線圈電路，KM釋放，電機停轉。正常情況下，發熱元件中通過額定電流值，熱繼電器不會動作，以保證電動機正常工作。

如生產中不允許中途停車（停車會造成損失），則用熱繼電器發出警報。熱繼電器的報警線路見圖2。

圖2 熱繼電器的報警線路

對于容量較大的電動機，可以采用電流互感器，熱繼電器的發熱元件接在電流互感器的二次回路中。電機過載時流經電流互感器的電流增大，它的二次回路電流也按一定比例增加，這樣熱繼電器可用小規格的產品。原理圖如圖3：

圖3 有電流互感器的熱繼電器的熱保護線路

（二）用溫度繼電器作熱保護的工作原理

溫度繼電器可以直接反映電動機的溫度變化，它的測量元件埋在電動機發熱部位（定子槽內及定子繞組的端部）。只要電動機繞組的溫升超過允許值，溫度繼電器就立即動作，使電動機脫離電源。我國生產的溫度繼電器有兩種：雙金屬片式溫度繼電器和熱敏電阻式溫度繼電器。對過電流保護的要求是，當電動機產生過電流故障時，過電流繼電器要立即動作，但在電動機起動或反接制動時，過電流繼電器要保證電動機正常工作。

（三）過電流繼電器作過電流保護線路

電路見圖4。

圖4 過電流繼電器作過電流保護線路

原理分析：過電流繼電器KA的線圈串聯在直流電機M的電樞電路中，常閉觸頭與主接觸器KM的線圈串聯。電機正常運轉時，KA不會動作。嚴重過載時，主電路中的電流超過KA的電流值，KA的常閉觸頭斷開，KM釋放并切斷電機電源。

（四）鼠籠式電動機的堵轉保護

鼠籠式電動機處于堵轉狀態時，它的電流等于起動電流，時間過長電動機就會燒毀，所以必須及時切斷電源，但不能用瞬時動作的過電流保護，應與延時繼電器配合。電流繼電器的吸引電流小于電機的啟動電流，大于正常運轉的最大負載電流，釋放電流大于正常運轉的最大負載電流。時間繼電器的延時值要大于電動機的啟動時間。過電流繼電器的返回系數不能太低。

圖5 鼠籠式電動機的堵轉保護

（五）短路保護

短路保護的作用就是在短路電流剛出現時，就立即切斷電路電源，使電路和電器設備免受短路電流的損害。熔斷器和空氣開關是最重要的保護電器。熔斷器作短路保護：線路簡單，斷開電流的任務由熔斷器自己承擔，但熔體容易老化，動作不準確，有時一相熔斷，造成交流電機缺相運行，熔體熔斷后需更換，手續麻煩。保護線路如下：

圖6 線路工作原理

短路時，斷開短路電流的任務由接觸器的主觸頭來完成，因此只有當接觸器的分斷電流大于線路的短路電流時，才能用過電流繼電器作短路保護。三相電動機由于種種原因缺相時，如果沒有保護裝置，則缺相的后果是十分嚴重的。例如，小型電機啟動時缺相，如果沒有負荷就會不均勻地慢轉，同時發熱，若不及時停車，不用多長時間就會燒毀。如果帶上負荷啟動，就轉不起來，同樣也會燒毀。小型電動機最容易缺相，因為有的啟動裝置簡陋，接觸不好，或使用普通保險絲，有一根熔斷造成。大一點的電動機缺相啟動，就會嗡嗡直叫，就得趕快停車。用接觸器啟動和熱繼電器保護，在缺相時，熱繼電器可以在過流時切斷接觸器。

四、布置課后作業

分析缺相保護工作原理，分組討論多種缺相保護電路。

通過本章的講授和線路展示，學生掌握了電動機保護的理論知識。結合實際工作中常見的故障分析，了解電動機運行過程中的常見故障及其正常的工作原理，是提高學生在實際操作中處理保護故障問題能力的有效途徑。

參考文獻：

[1]郭曉波.電動與電力拖動[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.

[2]張承慧.電動與電力拖動[M].北京：清華大學出版社，2006.

[3]任致程.電動機保護器實用手冊[M].北京：中國電力出版社，2008.