04kv交流电动机综合保护器设计__毕业设计论文(编辑修改稿)

04kv交流电动机综合保护器设计__毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

是中性点不引出的星型接法，三相电流之和总为零，没有零序电流分量。 根据前面对故障的分析，电动机在发生对称故障和不对称故障时，电动机的三相电流都会发生变化。 根据这一结论论文对发电机常见故障的保护措施进行了分析。 电动机故障特征分析及保 护判据 短路故障特征分析及保护判据 电动机的短路故障是比较严重的一种故障，危害性很大．短路故障包括定予绕组的相间短路和一相绕组匝间短路。 定子绕组的相间短路是电动机最严重的故障，它会引起电动机本身的严重损坏，使供电网络的电压显著下降，影响其它用电设备的正常工作。 一相匝间短路是较常见的短路故障，该故障初期仅表现为三相电流不对称，使故障相的相电流增大，严重的情况会导致匝间线圈绝缘全部烧毁，使电动机的一相绕组全部短接．此时，负载星形联接的非故障相将承受线电压，负载三角形联接的将产生相间短路，这会使电动机 遭受严重损坏． 电动机相间短路故障最明显的特征是三相供电线路的故障相会出现大电流，危害性很大，应进行速断保护。 短路保护的整定值应大于电动机最2020 届 测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 10 大稳定启动电流，一般取电动机额定电流的 8～ lO倍。 在进行短路保护时，通过检测电动机 A， B， C三相线电流来实现，超过整定值后，直接进行断电保护． 设 maxI 为检测到电动机三相电流 cba III ， 的最大值，即 （ ） 短路保护的原则是，当在很短的时限内检测到 eZD kIII max （ k为短路过流倍数，一般取 8～ 10， eI 为电动机额定线电流）时，就认为电动机有短路故障，应进行速断保护。 堵转故障特征分析及保护判据 电动机因机械原因、负荷过大等转子被卡死或低速运转而进入堵转状态时，会造成过热而烧坏。 电动机堵转是最轻的对称短路故障，也是最严重的过载故障。 堵转电流一般可以达到电动机额定电流的 4～ 7倍，这么高的故障电流极易把电动机烧损。 因此在检测到电动机处于堵转故障时，保护系统应及时动作，保证电动 机不因堵转而烧坏． 堵转保护信号可取自于电动机线电流，当线电流超过堵转电流整定值，并达到整定时限时，立即进行断电保护。 堵转保护的电流整定值一般可取电动机的稳定启动电流，即额定电流的 4～ 7倍。 由于电动机起动电流也能达到额定电流的 4～ 7倍，为区分电动机的堵转故障与正常启动，保护算法上要能够判别电动机是起动时间内还是在起动时间后，一般采用躲过电动机起动时间 (8～ 16秒 )的方法来实现。 从而 可有效地躲过电动机的起动电流，以免误动作，使电动机无法正常启动。 断相故障特征分析及保护判据 电动机断相故障是最常 见、最严重的一种不对称故障。 电动机对称运行时，其转轴所受到的转矩平稳， 没有振动。 当电动机绕组断相，启动电动机时就会有嗡嗡声而不能启动。 根据对称分量法，电动机断相运行时的），（ CIIII bam a x m a x2020 届 测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 11 三相不对称电流可分解为正序、负序和零序电流。 正 序电流产生正向转矩，负序电流产生反向制动转矩，零序电流增加损耗。 带动同样负载的正向转矩要克服负载转矩和由负序电流产生的反向制动转矩，因此电动机负担加重，电流剧增，引起损耗增加，导致电动机烧损。 根据电动机定子绕组的不同接法，断相故障电流表现也不同，详见表 所示， 其中： SI — 电动机正常启动电流； CBA III , — 电动机线电流； eI — 电动机额定线电流； e。 I — 电动机额定相电流； CBA III。 , — 电动机定予绕组相电流。 表 电动机断相故障电流表值 由表 ，电动机断相故障主要有三类情况：①当电动机绕组以 Y形连接时，无论断相发生在线路上或者绕组内部，故障相的线电流均为零；②对于△形连接的电动 机，发生外部线路断相时，故障相的线电流为零；③若△形连接的电动机发生绕组内部断相时，电动机故障相的相电流为零，但线电流不为零。 根据以上分析，断相故障出现后，电动机的线电流不平衡，因此可以通过检测线电流来作为断相故障的信号源。 由于断相故障类型不同，线电2020 届 测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 12 流表现也各异，因此保护判据也不一样。 通常有以下方法： (1)对于前两种情况可以通过在一定时限内检测电动机线电流是否为零的方法来 实现，即对某相电流一个周波内连续采样 n点的瞬时值均为零，或通过计算某相电流的有效值为零，则为断相故障； (2)对于第 ③ 种断相故障，可以 通过检测不对称电流计算出正序、负序、零序电流。 通过负序电流来反映断相等不平衡故障。 实际上对于第③类断相故障可以通 过计算得出 A相的正、负序电流有如下关系： e2 33231 IIIII CBAA  ）（。  （ ） e2 33131 IIIII CBAA  ）（。  （ ） 即 2/  AA II。 ， 因此可以通过正、负序电流的这个比值来判断电动机的第③类断相故障。 过载故障特征分析及保护判据 电动机过载也称过负荷，是指电动机正常运行中因负荷过大所引起的过热现象。 其突出特点是电动机的工作电流大于额定电流，温升高于额定值，如果电动机长时 间 过载运行会引起电动机绕组过热而烧损。 电动机过载运行主要由以下几种原因造成： (1)负荷增加： (2)机械设备故障或未安装好； (3)电动机本身机械故障；(4)电动机容量选择偏小； (5)电动机修理时绕组线径选择偏小； (6)双机拖动负荷分配不均； (7)电动机端电压过低等。 a．电动机温升特性 电动机定子绕组温度高出周围环境温度的值称为温升。 电动 机温升特性的数学模型是推导电动机容许过载特性数学模型的基础性工作，是电动机反时限过载保护的理论基础，有利于分析电动机定子绕组的发热特点。 电动机在运行过程中能量损耗主要有铜损、铁损和机械损耗，它们会转变为热量，一部分通过机体散失到周围空气中，一部分积存在机体中加2020 届 测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 13 热电动机，使其温度上升，最终超过环境温度。 电动机是由多种材料组成的非均质发热体，其发热情况比较复杂。 但实际测定表 明，电动机的发热曲线与均质发热体的发热曲线只有较小的差别。 为了便于计算和分析，一般将电动机认为是一个均质发热体，且忽略电动机的铁损和机械 损耗，即电动机的温升主要取决于其铜损。 因此，依据均质固体发热理论，异步电动机定子绕组过负荷运行时的热平衡微分方程为： dtdr d tdt 2e2  SCGIIQ  ）（ （ ） 式中： Q—— 定子物体每秒钟内所产生的热量 (W)； I—— 电动机过载状态下的定子电流 (A)； eI —— 电动机额定定子电流 (A)； r—— 电动机定子绕组电阻 ( )； C—— 定子物体材料的比热，即 使 lkg物体温度升高 1C 所需的热量(J/Kg C )； G—— 定子物体的质量 (kg)；  —— 散热系数，即每平方米表面．每度温差、每秒时间内所散发的热量焦耳数 (W／ 2m C )； S—— 散热表面积 ( 2m )；  — — 定子绕组温升 (C )。 式 ()左边是在时间间隔 dt中，定子绕组由于过负荷而发出的热量Qdt。 右边 CGd 是电动机温度升高 d 度所吸收的热量，  S dt是 dt时间内散失在周围介质中的热量。 式 ()为一阶线性微分方程，其通解为 ： tCGSASQ   e （ ） 式中 A—— 待定常数，由初始条件 00 t 确定，即认为负荷不变化时，定子绕组温度与周围介质的温度相等，初始温升为零。 将初始条件代入式2020 届 测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 14 ()得出待定常数 A为 : S rIISQA e )( 22  将 A代入式（ ）可得 ）（ tCGSe eS rII   1)( 22 （ ） 这就是异步电动机 的温升数学模型，其特性曲线如图。 图 电动机的温升特性曲线可以用如下原理来解释：当时间 t=O时，电动机的温度与环境温度相同，两者之间不存在热传导，这时电动机产生的全部损耗都用来提高电机的温度，所以电机温度上升很快。 随着电动机温度上升的增加，它与周围介质的温度差越来越大，散发到周围介质中的热量也逐渐增加，温升增加变慢，直到散热量等于发热量时，电动机的温度就不再升高，它所产生的全部热量散发到周围介质中，即达到稳定温升。 b．电动机反时限过载保护特性 对式 ()中的指数项进行泰勒级数展开，取前两项可得 ： 2020 届 测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 15 tCGSe tCGS  1 （ ） 将式（ ）代入式（ ）并整理可得 11)/(t 222e   TII T () 式中： eII/ 称为电动机的过载倍数 rICGT e2为一常数，若电动机的 最大容许温升为 max ，则式（ ）为 111 22m a x2   rI CGTt e （ ） 式（ ）反应了电动机过载倍数  与电动机容许过载时间 t的关系，即  ft ， 我们把这种关系称为电动机的容许过载特性，如图 1所示。 从图中可以看出，电动机过载倍数越大，其容许过载时间就越短，即呈现反时限特性。 图 动机过载保护特性曲线 1—— 电动机容许过载特性； 2—— 定时限过载保护特性； 3—— 阶段式定时限过载保护特性； 4—— 反时限过载保护特性； 2020 届 测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 16 电动机在设计时往往留有一定余量，因此电动机可以容许有一定的短时过载能力。 其实在实际生产中，电动机负载往往会有 一定的波动，这也要求电动机具有一定短时过载能力，不会因短时过载而 停机，影响正常生产。 电动机过载保护动作时问 t与过载倍数  的关系称为电动机过载保护特性。 设计过载保护特性时，要充分利用电动机本身的过载能力，不要因为电动机一过载 就立即进行保护，频繁的断电保护将影响正常生产，这样的保护也就失去意义了。 图 ，定时限过载保护和阶段式定时限过载保护都不能像反时限过载保护特性那样充分利用电动机的过载能力，因此在设计过载保护特性时应具有优良的反时限特性。 c．电动机反时限过载保护的实现 对于图 4所表示的连续的反时限过载保护特性，可以通过取有限个有代表性的特征点来实现，即对电动机过载区间划分为若干个子过载区间，对于每一个子过载区间采用定时限的保护方法来实现，如表 示。 表 某电动机反时限过载保护的分段式实现 过 流 反 时 限 保 护 e/II 动作时间 t/s（具体可设定为某一列）  60 120 180 120 300  48 96 144 192 220  36 72 120 168 200  24 60 96 120 180  8 20 30 40 60  6 10 20 30 40  7 14 20 25 欠压和过压故障特征分析及保护判据 根据三相异步电动机的电磁转矩公式 ： 2020 届 测控技术与仪器专业 毕业设计（论文） 17 22022212)s(s XR URKT  式中 :T—— 电磁转矩 K—— 常数 1U —— 定子电压 202 XR， —— 电动机转子电阻和启 动感抗 s—— 转差率 电动机的电磁转矩与电网供电电压有关。 当电网电压上下波动时，电动机的电磁转矩相应发生变化，进而影响到定子电流变化，从而影响到电动机正常运行。 a．欠压保护 在电动机负载和转子电阻一定的条件下，电网电压降低时，电磁转矩下降，电动机转速下降，旋转磁场对转子的相对转速增大，磁通切割转子导条的速度增大，因此转子绕组中感应出的电动势和产生的转子电流都将增大。 和变压器的原理一样，转子电流增大，定子电流必然相应增大乜”，温升增高。 如果电动机长时间在低电压工作会使电动机过热甚至烧坏，严重时还会造成 堵转。 低电压也会使电动机起动转矩下降，当电压降低到能使起动转矩小于负载转矩时，电动机就无法启动。 电动机要不要装设欠压保护有一定原则。 对电源电压短时降低或短时中断后又恢复需要自动起动的重要电动机，不装设低压保护。 下列电动机一般需装设欠压保护： (1。