電機缺相保護器的工作原理

缺相保護器是一種電路保護器，也就被稱為電機缺相保護器，或者是電源缺相保護器。這種缺相保護器主要是運用在三相電機電路上面。

缺相保護器對于三相電機電路來說，具有非常良好的保護作用。主要就是保護電機或者是保護和電機有關的設備。那么現(xiàn)在市場上的缺相保護器的工作原理是什么呢?

缺相就是三相電源供電，實際到的不是三相，而是兩相或只有一相電。三相電機電源缺相后電機無法正常工作，長時間缺一相電會燒壞電機線圈繞組，使用三相380V電源變220V控制電源，會因為缺相沒有220V電壓?？梢允褂萌f用表測量三相電源相間電壓，如果不都是380V左右，說明電源缺相。

三相低壓斷路器，如果是空氣開關，帶欠壓保護的跳閘線圈，那么，可以實現(xiàn)欠壓保護，當供電電壓低于正常值的75-70%時，為了保證設備的安全運行，帶有欠壓保護的回路，必須跳閘。

在低電壓時，繼續(xù)運行會導致運行電流大大增加，可能燒毀電機。那么把三相電線同時繞在一個鐵芯上，三相平衡時，鐵芯的磁通量為0，當三相不平衡時，鐵芯的磁通量不為0.同樣繞在這個鐵芯上的檢測線圈就產生了感生電動勢，經過放大處理，就控制接觸器脫扣保護。

三相缺相、相序錯誤保護器是為三相電源缺相或錯相引起三相系統(tǒng)故障而設計的保護器，主要應用在三相系統(tǒng)異?？赡芤鸸I(yè)生產發(fā)生嚴重事故的場所，比如相序錯誤影響并網(wǎng)逆變器設備正常工作，電氣控制電動機反轉等。

電動機正反轉控制原理圖

在三相交流電氣控制系統(tǒng)中，正常三相相序情況下，三相供電電壓為ABC，供電相電壓220V，相電壓380V，工作頻率50Hz，當合上刀閘開關QF1時，系統(tǒng)帶電，PLC等控制器控制KM1接觸器吸合，KM2接觸器斷開時，電動機M開始正向轉動，轉動頻率為50Hz，合計3000轉/分鐘。當控制KM2接觸器吸合，KM1接觸器斷開時，電動機M開始反向轉動。

運行控制設備可以是礦井提升機，物料傳送帶等設備，當三相系統(tǒng)相序反向時，會使提升機反向運行，必定危機生產安全。

并網(wǎng)逆變器原理圖

在三相并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)情況下，需要檢測電網(wǎng)正常三相相序，只有在電網(wǎng)相序正常情況下，才允許逆變器并網(wǎng)發(fā)電運行，而當三相相序不正?；蛉嗳毕嗲闆r下，逆變器需要停止運行。當然，這些保護功能，逆變器本身都會集成，但在工程驗收發(fā)電調試期間，需要檢測正確的電網(wǎng)相序才能夠進行發(fā)電調試。

三相缺相保護器特點：

1 三相電壓經過串聯(lián)電阻接入保護器。

2 工作電源為9~36V供電范圍;

3 當三相電源不缺相或相序正常時，保護器上綠燈亮，當缺相或相序錯誤時，保護器上紅燈亮。并驅動繼電器動作，給外部保護設備提供保護接入觸點。

4 適用于三相相序檢測缺相報警，保護三相交流電動機，應用在使用三相交流電的工業(yè)領域進行相序監(jiān)控和保護。

三相缺相相序保護器原理分析：

相序檢測原理圖

設三相電源分別為UA，UB，UC，經過電阻R接入到保護器，保護器內部由三個元器件對接入電壓進行檢測，分別是電容C接到A相，電阻R1接到B相，電阻R2接到C相。

檢測三個元器件的電壓UaNo, UbNo, UcNo，根據(jù)三個元器件的電壓值就可以判斷是否發(fā)生了電壓相序故障。

1 當發(fā)生缺相時，對應的元器件不流過電流，因此，與發(fā)生缺相相連接的元器件，如果是電阻器，則電阻兩端的電壓為0V。如果是電容器，可通過檢測電容電流為0A判斷，可知，缺相是一種非常好判斷的故障。

2 當發(fā)生相序錯誤時，三個元器件的端電壓必然與相序正常情況下元器件端電壓不同。通過判斷元器件兩端的電壓變化情況即可判斷相序是否正常。

根據(jù)KCL，KVL理論可求解三個元器件的電壓值：

運用復阻抗方法表示電容阻抗為1/Cω，應用節(jié)點電壓法，列寫KCL方程：

用相量表示電壓，

令UA=220∠0 V，UB=220∠240 V，UC=220∠120 V，

R=10K，1/ Cω=R1=R2=1K，帶入公式中，計算Unon：

知道了中心點電壓后，就可以求出電阻R1兩端的電壓：

同樣的方式，可求出R2兩端的電壓：

這里假設電容所接的一相為A相，當相序正常情況下，電阻R1所接的B相電壓，對應的R1兩端電壓幅值為25.565V，電阻R2所接的C相電壓，對應的R2兩端電壓幅值為15V，可見電阻R1兩端的電壓大于電阻R2兩端的電壓;而當相序反向的時候，會使得電阻R2兩端的電壓大于電阻R1兩端的電壓。這樣就可以通過簡單的阻容網(wǎng)絡判斷電壓的相序。

到目前為止，我們討論了一種利用硬件實現(xiàn)電壓相序判斷的方法，是一種簡單低成本的檢測相序方法，現(xiàn)實中，是否所有的三相設備都需要配備這種相序保護器哪?

當然不是，有些設備可以就地取材來判斷相序，比如并網(wǎng)用逆變器設備。

并網(wǎng)用逆變器設備由于自身具有采樣網(wǎng)側電壓的需求，因此，通過數(shù)字處理器(DSP)已經知道了三相電壓的大小，那么是否存在一種方法來計算是否電網(wǎng)存在缺相和相序錯誤，下面來介紹一種軟件檢測電壓缺相的方法：

三相電壓從靜止坐標變換到旋轉坐標，可獲得直流電壓Ud+，即三相交流電壓的正序分量幅值。當三相電壓相序反向時，旋轉坐標的正序直流電壓分量為0，而負序直流電壓分量的幅值Ud-等于當三相電壓相序正常情況下的Ud+值。這樣，僅僅通過軟件計算就完全可以知道是否發(fā)生了相序錯誤。

什么是靜止坐標：簡單講，就是變量按時間順序進行變化，坐標軸不變化。

三相交流電壓是隨著時間按正弦波的形式變化的物理量，可以用幅相坐標曲線表示。橫軸為相角ωt坐標軸，角度隨時間做線性變化，縱軸為幅值坐標軸，幅值隨著角度按正弦規(guī)律變化。

如果把ωt包含在坐標軸變量里，那么這個關于ωt的時間坐標，就變化為關于αβ的兩相靜止坐標，兩相靜止坐標中αβ都是關于ωt的函數(shù)變量。

如果把一個正弦波電壓量u表示成復指數(shù)形式：

那么，復指數(shù)形式電壓的實部就是該正弦波電壓量，虛部是與正弦波電壓成90度關系的電壓量。把橫坐標定義為α軸，表示實部值，縱坐標定義為β軸表示虛部值，這個新的坐標就是兩相靜止坐標。那么，Ua的幅值只在α軸上變化，此時，如果把Ub和Uc兩個電壓也在一個坐標下表示，那么，就得到了三相電壓的兩相靜止坐標表示方式。

假設Ua初相角為0度，Ub初相角滯后Ua120度，Uc初相角超前Ua120度，那么，他們在兩相靜止坐標空間上按順時針排列。任意時刻，三相電壓都能夠合成一個電壓矢量，而合成電壓也是按逆時針方向旋轉的相量。

如果把這個合成電壓矢量當做旋轉坐標的d軸，把與d軸垂直的軸當做q軸，那么就得到了兩相靜止坐標到旋轉坐標的轉換。顯然Ud相對于旋轉坐標的d軸是靜止的，而旋轉坐標d軸相對于α軸是旋轉的，即旋轉坐標是坐標軸在旋轉。

因此，如果坐標中沒有正序分量進行旋轉，只存在負序分量旋轉，則Ud+=0，只有負序旋轉電壓Ud-。

通過程序計算Ud-，即可判斷是否發(fā)生了相序翻轉。