三相电机工作原理

三相电机缺相保护电路设计工作原理及注意事项

专门的缺相保护装置多用在大型电机的启动运行电路中。

而对于大多数的中小型电机。只配备有短路和过负荷保护（如附图所示）。线路有短路故障时，空气断路器QF可以跳断，过负荷时，较大的电流可以使热继电器FR动作。从而使接触器KM线圈失电。起到保护作用。而当电机在运行过程中。由于某种原因导致缺相现象发生时，电机很快就会被烧毁。下面介绍一种较简单的电机缺相保护电路，与原线路连接方便，动作比较可靠。

一、工作原理缺相保护电路如图中的虚线框内所示。从三相线路中。

每相通过电容各引出一根线。并接在一点。形成人为的中性点，线路正常时。中性点电压为零。如果某一相开路。则中性点电压升高，其与N线构成的桥式整流电路有电压输出，经电容C4滤波后。使中间继电器KA吸合。

KA有一组常闭触点串接在原来的接触器线圈回路中。KA吸合后，其常闭触点断开，接触器KM失电，电机停止工作，起到了保护作用。与此同时，指示灯HL发光。提示维修人员是缺相保护动作，加快维修人员检查和排除故障的速度。

二、元器件选择Cl～C3：油浸纸电容器，1.5F/630V；VDl～VD5：整流二极管1N4007：

C4：电解电容器1201F/50V；

KA：DC24V小型中间继电器：

HL：24V的指永灯：

QF：空气断路器。根据电机容量大小选择：

KM：交流接触器。根据电机容量大小选择。线圈额定电压AC220V；FR：热继电器。根据电机容量大小选择。

三、注意事项1.本装置的整流部分利用到系统的中性线（N线），所以要求系统三相负荷比较平衡才行，如果因系统三相负荷不均致使中性线电压升高，会造成装置的误动作。

2.本电路中从三相电源中的取出点应尽量靠近电机一侧，最起码也应接在接触器的出线侧。

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文档 三相无刷直流电机系统结构及工作原理

2.1电机的分类

电机按工作电源种类可分为：

1.直流电机：

(1)有刷直流电机：

①永磁直流电机：

·稀土永磁直流电动机；

·铁氧体永磁直流电动机；

·铝镍钴永磁直流电动机；

②电磁直流电机：

·串励直流电动机；

·并励直流电动机；

·他励直流电动机；

·复励直流电动机；

(2)无刷直流电机：

稀土永磁无刷直流电机；

2.交流电机：

(1)单相电动机；

(2)三相电动机。

2.2 无刷直流电机特点

·电压种类多:直流供电交流高低电压均不受限制。

·容量范围大:标准品可达400Kw更大容量可以订制。

·低频转矩大:低速可以达到理论转矩输出启动转矩可以达到两倍或更高。

·高精度运转:不超过1 rpm.(不受电压变动或负载变动影响)。

·高效率:所有调速装置中效率最高比传统直流电机高出5～30%。

·调速范围:简易型/通用型(1:10)高精度型(1:100)伺服型。

·过载容量高:负载转矩变动在200%以内输出转速不变。

·体积弹性大:实际比异步电机尺寸小可以做成各种形状。

·可设计成外转子电机(定子旋转)。

·转速弹性大:可以几十转到十万转。

·制动特性良好可以选用四象限运转。

·可设计成全密闭型IP-54IP-65防爆型等均可。

·允许高频度快速启动电机不发烫。

·通用型产品安装尺寸与一般异步电机相同易于技术改造。

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文档 2.3 无刷直流电机的组成

直流无刷电动机的结构如图2.1所示。它主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。电动机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他起动装置。其定子绕组一般制成多相（三相、四相、无相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4，…）组成。

图2.1 直流无刷电动机的结构原理图

当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生的转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号，去控制电子开关电路，从而使定子各相绕组按一定顺序导通，定子相电流随转子位置转子位置的变化而按一定的次序换相。由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换相作用。如图2.2所示。

一普通异步电动机都是按恒频恒压设计的。 二、变频电动机的变频调速设计。

变频电动机的特点

1、电磁设计

对普通异步电动机来说，再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近1时直接启动，因此，过载能力和启动性能不在需要过多考虑，而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下：

1） 尽可能的减小定子和转子电阻。

减小定子电阻即可降低基波铜耗，以弥补高次谐波引起的铜耗增加

2）为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大，高次谐波铜耗也增大。因此，电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。

3）变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，二是考虑在低频时，为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。

2、结构设计

再结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响，一般注意以下问题：

1）绝缘等级，一般为F级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。

2）对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。

3）冷却方式：一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。

4）防止轴电流措施，对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损坏，所以一般要采取绝缘措施。

5）对恒功率变频电动机，当转速超过3000/min时，应采用耐高温的特殊润滑脂，以补偿轴承的温度升高。

普通同步电动机：

三相异步电机变频调速的工作原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

变频器选型：

变频器选型时要确定以下几点：

1) 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。

2) 变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。

3) 变频器与负载的匹配问题；

I.电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。

II. 电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。

III.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。

4) 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。

5) 变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。

6) 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。

变频器控制原理图设计：

1) 首先确认变频器的安装环境；

I.工作温度。变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。