第四节 三相异步电动机保护设备及选择

一、有关低压电动机保护的规定和要求

（1）电动机的保护

交流电动机应装设短路保护和接地故障保护，并应根据具体情况分别装设过载保护、断相保护和低电压保护。同步电动机尚应装设失步保护。

（2）数台电动机共用一套短路保护电器的条件

每台交流电动机应分别装设相同短路保护，但符合下列条件之一时，数台交流电动机可共用一套短路保护电器：

1）总计算电流不超过20A，且允许无选择地切断时；

2）根据工艺要求，必须同时起停的一组电动机，不同时切断将危及人身设备安全时。

（3）电动机保护曲线及整定值的规定

当交流电动机正常运行、正常起动或自起动时，短路保护器件不应误动作。为此，应符合下列规定：

1）正确选择保护电器的使用类别，熔断器、低压断路器和过电流继电器，宜采用保护电动机型。

2）熔断体的额定电流应大于电动机的额定电流，且其安秒特性曲线计及偏差后略高于电动机起动电流和起动时间的交点。当电动机频繁起动和制动时，熔断体的额定电流应再加大1～2级。

3）瞬动过电流脱扣器或过电流继电器瞬动元件的整定电流，应取电动机起动电流的2～2.5倍。

（4）电动机接地故障保护规定

1）每台电动机应分别装设接地故障保护，但共用一套短路保护电器的数台电动机，可共用一套接地故障保护器件。

2）接地故障保护应符合现行国家标准《低压配电设计规范》的规定。

3）当电动机的短路保护器件满足接地故障保护要求时，应采用短路保护兼作接地故障保护。

（5）电动机过载保护装设规定

1）运行中容易过载的电动机、起动或自起动条件困难而要求限制起动时间的电动机，应装设过载保护。额定功率大于3kW的连续运行电动机，宜装设过载保护；但断电导致损失比过载更大时，不宜装设过载保护，或使过载保护动作于信号。

2）短时工作或断续周期工作的电动机，可不装设过载保护，当电动机运行中可能堵转时，应装设保护电动机堵转的过载保护。

（6）电动机断相保护规定

1）连续运行的三相电动机，当采用熔断器可护时，应装设断相保护；当采用低压断相断路器保护时，宜装设断器保护；当低压断路器兼作电动机控制电器时，可不装设断相保护。

2）短时工作或断续周期工作的电动机或额定功率不超过3kW的电动机，可不装设断相保护。

3）断相保护器件宜采用断相保护热继电器，也可采用温度保护或专用的断相保护装置。

（7）电动机低电压保护规定

1）按工艺或安全条件不允许自起动的电动机或为保证重要电动机自起动而需要切除的次要电动机，应装设低电压保护。

次要电动机宜装设瞬时动作的低电压保护。不允许自起动的重要电动机，应装设短延时的低电压保护，其时限可取0.5～1.5s。

2）需要自起动的重要电动机，不宜装设低电压保护，但按工艺或安全条件在长时间停电后不允许自起动时，应装设长延时的低电压保护，其时限可取9～20s。

3）低电压保护器件宜采用低压断路器的欠电压脱扣器或接触器的电磁线圈；必要时，可采用低电压继电器和时间继电器。

当采用电磁线圈作低电压保护时，其控制回路宜由电动机主回路供电；当由其他电源供电，主回路失电压时，应自动断开控制电源。

4）对于不装设低电压保护或装设延时低电压保护的重要电动机，当电源电压中断后在规定的时限内恢复时，其接触器应维持吸合状态或能重新吸合。

二、有关高压电动机保护的规定和要求

对电压为3kV及以上的异步或同步电动机，应装设以下保护装置：

1）定子绕组相间短路保护。

2）定子绕组单相接地保护。

3）定子绕组过负荷保护。

4）定子绕组低电压保护。

5）同步电动机失步保护。

6）同步电动机失磁保护。

7）同步电动机出现非同步冲击电流保护。

8）相电流不平衡保护。

3～10kV电动机的继电保护配置见表1-31。

表1-31 3～10kV电动机的继电保护配置

①当电动机有必要装设低电压保护装置时，可采用在线电压上的低电压继电器将电动机断开；必要时可采用两个继电器的低电压保护。

②下列电动机可以利用反映定子回路的过负荷保护兼作失步保护：短路比在0.8及以上且负荷平稳的同步电动机；负荷变动大的同步电动机，但此时应增设失磁保护。

③大容量同步电动机当不允许非同步冲击时，宜装设防止电源短时中断再恢复造成非同步冲击的保护。

三、电动机保护设备的选用、计算以及保护器的选择

1.电动机主要保护用电气元件的选用和计算（见表1-32）

表1-32 电动机主要保护用电气元件的选用和计算

（续）

2.重负载用热继电器的选择

对于驱动惯性矩大的负载（如鼓风机、卷扬机、空压机等），其起动时间较长（5s以上），为使热继电器在起动过程中不动作，可采用以下几种方法：

1）采用间接加热的热继电器。如JR9系列热继电器，其6I_e的动作时间大于15s。

2）在大容量情况下，可采用带饱和电流互感器的热继电器。如JR14-1502系列等，由于互感器的非线性，其二次电流增加比较慢，热继电器不致误动作。

饱和电流互感器与普通电流互感器的主要区别是：铁心具有较大磁通密度，其特性曲线不是线性的。就是说，饱和电流互感器的一、二次电流比是不固定的，随电流大小而变化。一次电流大时，电流比减小。

3）短接热继电器的方法。在起动过程中，用接触器的触点将热继电器短接，起动结束后热继电器才投入运行。

4）对于超重载起动的电动机，因起动加速时间长达几分钟，可选用两只热继电器，分别整定于电动机的起动电流和满载额定电流。

3.常用热继电器的技术数据

JR36系列热继电器的技术数据见表1-33。T系列热继电器的技术数据见表1-34。

表1-33 JR36系列热继电器技术数据

表1-34 T系列热继电器技术数据

4.使用电流互感器和热继电器的电动机过电流保护元件的选择

使用电流互感器和热继电器的电动机过电流保护线路如图1-14所示。它适用于电动机功率较大、起动时负载惯性矩大，起动时间较长（8s以上）而又没有合适的热继电器时的场合。此线路能防止起动过程中热继电器动作。

（1）电流互感器TA的选择

电流互感器一次电流按电动机额定电流选取，即

I_1TA=I_ed

电流互感器二次电流用5A，即I_2TA=5A。

（2）热继电器FR的选择

热继电器的额定电流按电动机的额定电流选择（折算到电流互感器二次侧），即

【例1-3】 一台Y225M-6型、30kW异步电动机采用如图1-14所示的过电流保护装置，试选择电流互感器TA和热继电器FR。

解：（1）电流互感器TA的选择

该电动机的额定电流为I_ed=59.5A，此电流互感器一次电流可选用标准额定电流为75A，二次电流选5A。

可选择LQG-0.5 75/5A电流互感器。

（2）热继电器FR的选择热继电器的额定电流为

因此可选择整定范围为3.2～4.8A的JR20-10型热继电器。

图1-14 使用电流互感器和热继电器的电动机过电流保护线路

5.电动机保护器

（1）电动机断相保护开关

JS1、JS3和JS4系列断相保护开关的技术数据见表1-35。

表1-35 JS1、JS3和JS4系列断相保护开关的技术数据

（2）BHQ系列断相、过载、短路保护器

该产品由上海瓦屑电表厂生产，其技术数据见表1-36。

表1-36 BHQ系列断相、过载、短路保护器技术数据

（3）CDB-Ⅱ型断相、过载保护器

该产品由陕西省咸阳市明强电器厂生产，其技术数据见表1-37。

表1-37 CDB-Ⅱ型断相、过载保护器技术数据

（4）GDBT6-BX系列电动机全保护器

该保护器属于温度检测型，以代替热继电器，其主要技术参数如下：

1）输入电压：交流220V或380V。

2）保护功能及特点：适用于发电机、电动机、变压器、电焊机的各种断相、过电流、堵转、欠电压、过电压、扫膛、轴承磨损、通风受阻、环境温度过高等故障的保护。

3）电压在170～450V波动时能正常工作。

（5）DBJ系列、JL系列、GBB、GDH系列、JRDZ系列、YDB型等电动机保护器

上述系列电动机保护器属于电流检测型或电流检测+温度检测型，以代替热继电器。其主要技术参数如下：

1）输入电压。分为两种：一种为交流220V、380V或660V，另一种为无源（自供电）。

2）保护功能及特点。断相起动、运行断相、过电流、堵转、相序、不平衡、欠电压、过电压等故障保护及故障显示、报警、自锁等。

（6）UL-M210F型电动机保护器

该产品由浙江省宁波市巨龙电气厂生产，具有断相及因过载、过电压、欠电压、堵转而引起的过电流保护。该保护器为穿心式，常闭输出，安装位置任意，断相动作时间小于或等于2s，1.5I_e过电流动作时间小于2min（热态）。由于采用集成模块式全封闭结构，可用于潮湿、多尘、需防爆的场合。过电流整定用刻度盘指示，准确度超过5%。

（7）M611系列电动机保护开关

该产品为苏州电气控制设备厂引进ABB公司技术而生产的，它适用的交流电压有220V、380V、660V等，直流电压有110V、220V、440V等，额定电流为0.1～32A，可作为电动机的过载和短路保护，也可作为电动机全电压起动器。

（8）多达牌3DB系列和DZ15B系列电动机保护开关

这两个系列的产品由四川眉山岷江电器厂生产。3DB系列电动机多功能保护开关具有断相、过载、堵转、过电压、欠电压、漏电、故障分辨、记忆显示等多种功能；DZ15B系列电动机保护开关集电动机起动与多种保护功能于一体，分断能力强，保护功能全，安装、使用方便。

（9）DZJ型电动机智能监控器

DZJ型电动机智能监控器集电流互感器、电流表、电压表、热继电器和时间继电器的功能于一体，主要用于对运行中的电动机进行自动检测、保护、监控，也可实现与微机联网。

DZJ型监控器共有A、B、D三种型号，其功能见表1-38。

表1-38 DZJ型监控器的功能

注：“●”表示基本功能；“○”表示可选功能；“√”表示只能单选其中一种，且该功能由用户提出要求，由厂家特制。

其中，A型可实现对电动机的监测、监控、保护和就地显示；B型由主体单元及显示单元组成，适用于主体置于板后而显示设备置于面板上的装置，功能与A型相同；D型具有RS485通信接口，可实现与计算机的远程通信，通信距离可达1200m。其具体规格见表1-39。

表1-39 DZJ型监控器的规格

（10）GDH-30系列智能化电动机保护器

1）该保护器的特点如下：

GDH_-30系列电动机保护器是以单片机为核心的纯数字化电动机保护器。输入信号直接由12位A-D转换器读入单片机，单片机对数字信号进行分析和比对，判断出故障原因及错误信号。由于它是纯数字信号处理，在信号分析过程中不会出现模拟电路带来的不稳定、热漂移、误差、干扰等问题，大大提高了工作的可靠性和准确性。

用户可以根据自己的需要、用途、使用环境而设定电动机的工作参数及条件，从而可使电动机工作在最佳状态，既能可靠地保护电动机，又能使电动机发挥最佳效率。

2）该保护器的功能如下：

①具有断相保护、过电流保护和三相不平衡保护功能。

②具有起动时间长、欠电流、热累积等保护功能。

③具有故障预报警、远距离预报警、故障动作状态指示等显示功能。

④可对过电流、堵转、欠电流的动作时间进行设定。

⑤具有手动、自动延时复位功能。

⑥具有定时限、反时限特性的任意设定等功能。

⑦对非必用功能可进行关闭。

另外，厂家还可以根据用户提出的某些特殊功能进行设计，如可以把保护器设计为-△起动型、分时起动型。

（11）JD5型电动机综合保护器

JD5型电动机综合保护器采用集成模式全封闭结构。该产品集过载、断相、内部-△断相（适用电动机-△起动保护）、堵转及三相不平衡保护和故障、运行特性指示等功能于一体，且具有极其良好的反时限特性，其断相速断保护时间小于2s，过电压1～40s，过载3～80s，这是热继电器不能实现的。由于采取全封闭结构，可在灰尘杂质多、污染较严重的场合下使用。

四、异步电动机直接起动功率的确定

笼型异步电动机能否直接起动，取决于下列条件：

1）电动机自身要允许直接起动。对于惯性较大，起动时间较长或起动频繁的电动机，过大的起动电流会使电动机老化，甚至损坏。

2）所带动的机械设备能承受直接起动时的冲击转矩。

3）电动机直接起动时所造成的电网电压下降不致影响电网上其他设备的正常运行。一般情况下要求经常起动的电动机引起的电网压降不大于10%；不经常起动的电动机不大于15%；当能保证生产机械要求的起动转矩，且在网络中引起的电压波动不致破坏其他电气设备工作时，电动机引起的电网压降允许为20%或更大；由一台变压器供电给许多不同特性的负载，而有些负载要求电压变动小时，则允许直接起动的异步电动机的功率就要小一些。

4）当公用电网供电的农用电动机采用全电压起动时，应满足：

①单台笼型电动机的功率不大于配电变压器容量的30%。

②起动时，电动机的端子剩余电压不应低于额定电压的60%。

③起动时，在同一台配电变压器供电范围内运行的其他用电设备，其端子剩余电压不应低于额定电压的75%。

5）电动机起动不能过于频繁。因为频繁起动会给同一电网上的其他负载带来较大影响。

6）起动容量应不超过供电变压器的过负荷能力。如电动机每昼夜起动6次，起动时间为15s，当变压器负载率小于90%时，最大起动电流可为变压器额定电流的4倍。

7）起动时的动稳定电流和热稳定电流应能符合电动机和起动设备规定的要求。

建议参考表1-40和表1-41予以确定。

表1-40 按电源容量估算笼型异步电动机直接起动时的功率

表1-41 6（10）/0.4kV变压器允许直接起动的笼型电动机最大功率

注：表中系指变压器低压母线与电动机直接相连时的情况，若经过馈线与电动机相连，允许直接起动的最大功率应低于表中所列数据。

五、采用并联电容器改善异步电动机起动条件的计算

异步电动机直接起动时的起动电流可达到额定电流的6～7倍，即使采用减压起动法，起动电流仍可达到额定电流的2.5～5倍，对供电网络造成较大的冲击。

在异步电动机起动时，投入一定的并联电容器，作为专门用于起动之用。用起动并联电容器产生的容性电流来补偿异步电动机起动时的感性电流，以达到降低起动电流的目的。待电动机起动完毕转入正常运行时，再根据供电部门对用户的功率因数考核要求，对电容器进行必要的投、切，使功率因数达到所需要的要求。

【例1-4】 某乡办企业供电系统电压为380/220V，配有一台S9-100kVA的变压器，该企业的异步电动机需要频繁起动。试分别计算未采用和采用起动并联电容器时的允许直接起动的异步电动机最大功率。

解：（1）未采用起动并联电容器时，根据运行经验可知，当用电单位具有专用配电变压器时，若异步电动机需要频繁起动，允许直接起动的电动机最大功率约为配电变压器额定容量的20%，因此该企业允许直接起动异步电动机最大功率为20kW。此时供电系统提供的起动电流为

式中，k_q为异步电动机最大起动电流与额定电流之比，取k_q=7；P为允许直接起动的异步电动机额定功率（kW）；U为异步电动机及供电网络的额定电压（kV）。

（2）采用起动并联电容器时

a.起动并联电容器容量的确定：确定电容器容量的原则是，并联电容器补偿电流（电容电流）I₂为配电变压器低压侧额定电流的90%左右，如取90%，则有

式中，S为变压器额定容量（kVA）。

补偿电容值为

补偿电容容量为

Q=2πfCU²=I₂U=130×0.4kvar=52kvar即应装设总容量为52kvar的起动并联电容器（分为若干组，一般可分为3～5组）。

b.允许直接起动的异步电动机最大功率计算：在保持该供电网络提供的起动电流为202A不变的前提下，接入52kvar的起动并联电容器后，由供电网络和电容器提供给电动机的电流为

允许直接起动的异步电动机最大功率为

可见，采用起动并联电容器后，该供电网络所允许直接起动的异步电动机最大功率由原来的20kW提高到了33kW。

六、起动时电动机端电压能否保证生产机械要求的起动转矩的计算

在整个起动过程中，电动机的驱动转矩必须能够克服生产机械的阻转矩，即

式中，u_q为起动时电动机端子电压相对值（即与额定电压的比值）（或称标幺值，下同）；m_j为生产机械静阻转矩的相对值（即与电动机额定转矩的比值）；m_q为电动机起动转矩的相对值（即与电动机额定转矩的比值），可由产品样本查得；1.1为可靠系数。

m_j的数值在许多设计技术资料中都可查到，可参见表1-42；m_q的数值可从电动机产品样本中查到。

对于异步电动机，在起动过程中要保持稳定运行，必须使电动机在下降了的端电压下和临界转差率时产生的最大转矩m_Mx能克服生产机械此时的阻转矩m_jx，即

m_Mx≥1.1m jx

则

即

式中，m_Mm为电动机额定最大转矩相对值（即与电动机额定转矩的比值）；u_Me，u_q为电动机额定电压、端电压相对值（即与电动机额定电压的比值）。

生产机械阻转矩可按以下方法计算：

对于恒定阻转矩机械为

m_jx=m j=常数

对于离心式机械为

m_jx=m_j+（1-m_j）n²=m_j+（1-m_j）（1-s_jx）2式中，s_jx为极限转差率；n为转速。

对于笼型异步电动机，极限转差率可按下式计算

式中，s_e为电动机额定转差率。

由此可求出保持电动机稳定运行所需的最低端电压。

表1-42 不同传动机械各转矩相对值

【例1-5】 一台离心式水泵电动机功率为40kW，额定转速n_e为980r/min，电动机额定最大转矩的相对值m_Mm为2，试求保持此电动机稳定运行所需的最低端电压。

解：查有关资料，得离心式水泵的起动阻转矩m_j为0.3。

异步电动机临界转差率为

电压降低后离心式水泵起动阻转矩相对值为

m_jx=m_j+（1-m_j）（1-s_jx）2=0.3+（1-0.3）×（1-0.075）2=0.9

满足水泵电动机平稳起动的最低端电压相对值为

如果电动机的额定电压为380V，则最低端电压为

380V×70%=266V

七、异步电动机全电压起动配套设备及导线的选择

YX3系列电动机轻载全电压起动保护设备及导线的选择见表1-43。其他系列异步电动机也可参照此表选择。

配管可采用钢管（镀锌焊接钢管）G（管径指内径），PVC塑料阻燃电线管（管径指外径）和碳素钢电线管DG（管径指外径）。

八、电动机直接起动器的类型和使用场合

直接起动器有电磁起动器、手动起动器和综合起动器几种。

（1）磁力起动器 又称电磁起动器。主要型号有QC10系列、QC12系列。

QC10系列：用于远距离直接控制三相笼型异步电动机起动、停止、可逆运转。它带有失电压保护、热继电器过载保护。起动器由交流接触器和JR36热继电器组成。

QC12系列：其用途同QC10系列。起动器由交流接触器和JR36热继电器组成。

（2）手动起动器 主要型号有QS5系列和QS6系列等。手动起动器用于远距离控制三相笼型异步电动机起动、停止、可逆运转。它带有失电压保护、热继电器过载保护及继相运转保护。

（3）综合起动器 主要型号有QZ610系列、QZ73系列。

QZ610系列（农用型）：用于三相笼型异步电动机作不频繁直接起动、停止。它带有失电压保护、热继电器过载保护和断相运转保护。该起动器也适用于农业机械及潜水泵作保护起动器用。

QZ73系列：用于远距离直接起动、停止，功率至13kW的三相笼型异步电动机。它带有失电压、短路和过载等保护。

直接起动器的型号及主要技术数据，见表1-44。直接起动的起动设备，一般可按表1-45选择。

表1-43 YX3系列电动机轻载全电压起动保护设备及导线选择

（续）

注：电动机起动电流约为额定电流的6～7倍。功率小取小值，功率人取人值。

表1-44 直接起动器的型号及主要技术数据

表1-45 直接起动的起动设备选择

注：1.HK—刀开关；TK—封闭式开关熔断器组；ZK—断路器；CQ—磁力起动器；JLC—交流接触器；JR—热继电器。

2.很少起动—平均几天起动一次；不常起动—平均每班起动一次；经常起动—平均每班起动两次以上。

3.用CQ和JLC时，其保护设备可用刀开关（HK）或封闭式开关熔断器组（TK）。

九、各种磁力起动器的规格及技术数据

1.各种磁力起动器规格

QC10、QC12系列磁力起动器的规格见表1-46。QC12系列磁力起动器的技术数据见表表1-47。QC25系列磁力起动器的技术数据见表1-48。

表1-46 QC10、QC12系列磁力起动器的规格

（续）

注：1.磁力起动器型号后括弧内数字为起动器控制380V电动机的最大功率。

2.热元件额定电流值后括弧内数字是热元件整定电流调节范围。

表1-47 QC12系列磁力起动器的主要技术数据

表1-48 QC25系列磁力起动器技术数据

2.磁力起动器的主要技术性能

1）机械寿命在额定条件下不低于300万次，电寿命不低于60万次，其热继电器的寿命不低于1000次过载动作。

2）操作频率：

①在额定条件下控制笼型异步电动机，正常起动功率因数为0.35～0.4，TD=40%，额定电压时接通6倍额定电流，17%额定电压下分断额定电流，其操作频率不低于600次/h（不带热继电器）；在减轻负载时可提高到1200次/h。

②一般在带热继电器时，不应超过60次/h。

3）起动器的接通和分断能力：与组成起动器的交流接触器相同；在工作环境恶劣的场合，宜适量降低。

4）具有过载保护特性：带热继电器的起动器，允许过载不超过5%（视电动机的过载能力而定），一般过载20%时，在20min内即动作。

十、异步电动机减压方式的选择

如果三相异步电动机不允许直接起动，就应该选择适当方式减压起动。所采取减压起动方式，必须使电动机的起动转矩大于负载的阻力矩。因此，电动机所拖动负载的性质是选择减压起动方式的依据。根据一些负载的性质选择减压起动方式，见表1-49；各种起动方式的比较见表1-50。

表1-49 起动方式的选择

表1-50 各种起动方式的比较

注：U_e—电动机额定电压；I_e—电动机额定电流；I_q—电动机起动电流；M_e—电动机额定转矩；M_q—电动机起动转矩；K—起动电压与额定电压之比。

【例1-6】 有一台笼型三相异步电动机，已知额定功率P_e为55kW，额定电压U_e为380V，额定电流I_e为103A，起动电流为额定电流的倍数K为6.5，起动转矩为额定转矩的倍数k_qe为1.2。生产机械要求最小起动转矩为额定转矩的倍数K_q为0.5，连续起动次数n为3，每次起动时间t_q不大于15s，电网要求起动电流不大于300A。试选择自耦减压起动器。

解：（1）选择自耦变压器容量。自耦变压器容量（起动容量）一般可按不低于电动机的额定功率P_e来估算自耦减压起动器的功率P_b。按题意，可暂选P_b=55kW。

（2）验算自耦变压器的电压比k：

选择k=n%=65%电压比即可。

（3）验算起动时间T。三次起动时间总和为3×15=45（s），小于表1-51中55kW自耦减压起动器允计承载时间T=60s。

表1-51 电动机接在65%或80%额定电压抽头时自耦减压起动器承载时间

（4）验算最大起动电流I_1q。采用电压比n%=65%，电网电路中最大起动电流为

I_1q=k²I_qe=k²KI_e=0.65²×6.5×103=283（A）能满足电网对最大起动电流不大于300A的要求。通过以上验算，选用55kW自耦减压起动器，抽头电压比选用65%能满足要求。

十一、常用星-三角减压起动器的技术数据

（1）QX2系列和QJ3X系列手动星-三角起动器的技术数据（见表1-52和表1-53）。

表1-52 QX2系列手动星-三角起动器技术数据

表1-53 QJ3X系列手动星-三角起动器技术数据

（2）QX3系列和QX4系列自动星-三角起动器的技术数据（见表1-54和表1-55）。

表1-54 QX3系列自动星-三角起动器技术数据

表1-55 QX4系列自动星-三角起动器技术数据

（3）LC3-D系列自动星-三角起动器的技术数据

LC3-D系列星-三角减压起动器，适用于交流50Hz或60Hz、电压660V及以下、电流95A以下的电路中，作为电动机的重载起动装置。它设有定时器，以控制“星-三角”转换。该起动器为引进法国TE公司技术生产。起动器内设有LC1-D系列交流接触器和LR1-D系列热继电器。

LC3-D系列星-三角减压起动器的技术数据见表1-56，其所控制电动机的功率及技术数据见表1-57。

起动器的热继电器当电动机绕组接成三角形时，是接在三角形内，故表中热元件选择及整定应以被控电动机额定线电流的为依据；起动器最高操作频率为每小时30次，两次连续起动的间隔时间不得小于90s。

起动器接触器线圈能保证在其额定电压为85%～105%内正常工作，其释放电压约为额定电压的50%或以下。

表1-56 LC3-D系列星-三角减压起动器技术数据

注：表中KM₁、KM₂、KM₃为接触器的三种工作状态，即KM₁—Y运行；KM₂—隔离；KM₃—△运行。

表1-57 LC3-D系列星-三角减压起动器在不同电压下控制电动机功率及技术数据

十二、异步电动机减压起动配套设备及导线的选择

YX3系列电动机减压起动保护设备及连接导线的选择见表1-58。其他系列异步电动机也可参照此表选择。

表1-58 YX3系列电动机减压起动时的电气设备选型表

（续）

十三、机床设备电源线及其保护的选择

机床设备的电源线及其保护用熔体的选择不但取决于设备的总功率，还与设备中最大一台电动机的功率有关，具体选择见表1-59。

表1-59 机床设备电源线及其保护的选择

（续）

（续）

注：1.本表按三相交流380V机床设备用电动机编制。

2.G为钢管，DG为电线管，也可选用硬塑料管SG。

3.若选用铜芯线，则截面和管径均可取小一级。

十四、高压电动机保护用氧化锌压敏电阻的选择

氧化锌压敏电阻是一种无灭弧间隙的避雷器，在正常工作电压下阻值很大，电流很小。当出现过电压时，阻值剧降，能有效地抑制截流过电压。

压敏电阻的接法有星形和三角形两种。对于定子绕组为星形的电动机，压敏电阻应采用三角形接法。

压敏电阻的选择应根据系统的工作电压、电动机的容量及电动机的耐压水平而定。一般来说，电动机的容量大，选择的压敏电阻通流值也要大，否则通流容量不够，容易引起压敏电阻爆炸。标称电压值的选取，应使残压在设备耐压水平以下。可按以下经验公式选取

U_1mA≥（2～2.5）U_g

I_e≥5kA式中，U_1mA为压敏电阻的标称电压（V）；U_g为工作电压（V），如接于线电压上，U_g=U_uw=380V；I_e为压敏电阻的通流容量（kA）。

对于6kV高压电动机，压敏电阻可采用MY31 G-6型（6kV）或ZNR-LXQ-Ⅱ型（6kV）等。要求残压比（U_100A/U_mA）尽可能小些。对于低压电动机，压敏电阻可采用MY31系列。

【例1-7】 一台Y315L1-4型异步电动机，额定功率为160kW，额定电压380V，额定电流为289A，采用CKJ-400型真空接触器控制。为抑制操作过电压，采用压敏电阻保护，试选择压敏电阻。

解：压敏电阻的选择

U_1mA≥（2～2.5）U_g=（2～2.5）×380V=760～950V

I_e≥5kA

可选用标称电压为820V或910V、通流容量为10kA的MY31-820/10型或MY31-910/10型压敏电阻。

十五、高压电动机保护用RC浪涌抑制器的选择

采用压敏电阻和RC浪涌抑制器保护高压电动机，其抑制过电压的效果更好，其接线如图1-15所示。

例如，6kV高压电动机，真空断路器QF采用ZN4-10/1000-16型，RC浪涌抑制器（阻容吸收器）可选用FW-10.5/3-0.1-1型，压敏电阻可选用ZNR-LXQ-Ⅱ（6kV）型。

十六、异步电动机制动方式的选择

对于像电梯、起重机、提升机、机床等设备，为防止停机后由于机械设备的惯性作用而产生滑行，应采取制动控制，以便使电动机迅速而准确地停机。常用的制动方式有机械制动（包括电磁抱闸）、反接制动、发电制动、能耗制动和电容制动等。

图1-15 RC浪涌抑制器与 压敏电阻并用的接线

机械制动是利用摩擦阻力来达到制动目的的，其中应用最多的是电磁抱闸制动器。电磁抱闸制动的特点是：行程小，机械部分的冲击小，能承受频繁动作，制动可靠，一般用于起重、卷扬设备。

反接制动就是在断电的同时，把输入电源的相序变换一个，改变电动机定子旋转磁场的方向，使转子产生一个逆旋转的制动力矩。经过短暂的时刻，再把输入的电源切断，电动机就会很快停止转动。反接制动方法简单可靠，常用于4kW以下的电动机。

能耗制动又称动力制动，是指在供电电源切除后，立即向电动机定子绕组通以直流电流，形成一个固定（静止）的磁场，以消耗因惯性仍按原方向转动的转子动能，使电动机减速停转。能耗制动对电网无冲击作用，应用较为广泛。

反接制动与能耗制动的优缺点比较见表1-60。

表1-60 反接制动与能耗制动的比较

发电制动双称再生制动。发电制动发生在电动机转速高于旋转磁场同步转速的时候（如起重设备当重物下降时就可能发生），转子导体产生感应电流，并在旋转磁场的作用下产生一个反方向的制动力矩，电动机便在发电制动的状态下运转。这种制动方式可限制重物下降的速度，并可将储藏的机械能或位能转变为电能，反馈到电网。

电容制动就是断电时，定子绕组接入三相电容器，电容器产生的自励电流建立磁场，与转子感应电流作用，产生一个与旋转方向相反的制动转矩。电容制动需配备电容器，易受电压波动影响，一般用于10kW以下的电动机。

十七、异步电动机反接制动限流电阻的计算

反接制动电阻可采用两相串接法或三相串接法。异步电动机三相电阻反接制动线路如图1-16所示。

反接制动限流电阻的计算方法如下。

1.两相串接法

1）如果要求反接制动最大电流等于该电动机直接起动时的起动电流，是反接制动限流电阻为

式中，R为限流电阻（Ω）；U_e为电动机额定电压（V）；I_q为电动机直接起动时的起动电流（A）。

2）如果反接制动最大电流取I_q/2，则限流电阻的限值可估算为

3）限流电阻的功率为

P=kI²_fR

式中，P为限流电阻的功率（W）；I_f为反接制动时的制动电流（A）；k为系数，1/4～1/2（实际选用时，如果仅用于制动，而且不频繁反接制动，可取1/4；如果用于限制起动电流，并且起动较频繁，可取1/3～1/2）。

图1-16 异步电动机三相电阻反接制动线路

【例1-8】 一台额定功率P_e为11kW的三相异步电动机，已知额定电流I_e为21.8A，起动电流I_q为152A，额定电压U_e为380V，采用两相串接限流电阻，要求反接制动最大电流为I_q/2，试求反接制动限流电阻。

解：限流电阻的阻值为

电阻功率为

2.三相串接法

三相串接限流电阻时，其阻值应较两相串接法时的要小，可分别取上述电阻值的0.67倍左右。

【例1-9】 一台Y180M-2型异步电动机，已知额定功率P_e为22kW，额定电流I_e为42.2A，额定电压U_e为380V，采用三相串接限流电阻，要求反接制动最大电流等于I_q，试求反接制动限流电阻。解：由产品样本查得

I_q=7I_e=7×42.2A=295.4A反接制动限流电阻的阻值为

电阻功率为

十八、异步电动机电容制动阻容元件的计算

异步电动机电容制动线路如图1-17所示。

（1）电容C容量的计算

C△≥4.85K_CI₀（电容器为△形接法）

C_Y≥8.4K_CI₀（电容器为Y形接法）式中，C△、C_Y为△、Y形接法电容器的容量（μF）；K_C为强迫系数，取4～6；I₀为电动机空载电流（A），一般小容量电动机的I₀为额定电流的35%～50%。

（2）放电电阻R阻值的确定

放电电阻R（Ω）可有较大的调整范围，一般可取：

式中，f为电源频率，50Hz。

不同功率的电动机，电容C和电阻R的选择参见表1-61。

图1-17 异步电动机电容制动线路

表1-61 不同功率电动机电容C和电阻R的选择

由于该电动机低速绕组为△形接法，所以电容器组也接成△形。电容器组必须接在低速绕组上。

【例1-10】 一台1.5kW三相异步电动机，绕组为星形接线，已知电动机的空载电流为2A，采用电容制动，试求制动电容和放电电阻。

解：C_Y≥8.4K_CI₀=8.4×6×2μF=100.8μF

可选用100μF、450V的电容器。

可选择5kΩ、5W的电阻。

注意，电动机制动停机时间与电容C和电阻的数值有关，如不符合要求，可作适当调整。

十九、异步电动机短接制动防接触器触点粘连的去磁电容器的选择

异步电动机短接制动线路如图1-18所示。接触器KM线圈上并联电容C的作用是这样的：接触器线圈继电后，由于铁磁材料的磁滞特性，铁心中仍有剩余磁通，若不采取措施，有可能会发生接触器断电后不能释放的现象。为了使短接制动更为可靠，设置了电容C，用以去磁。电容C对消除接触器触点火花也有好处，以防触点粘连。

电容C的容量可按下式计算：

式中，C为电容器的电容量（μF）；I₀为接触器线圈的额定电流，即吸持电流（A）；U_e为接触器线圈的额定电压（V）。

电容器的耐压值应按接触器线圈额定电压的2～3倍选取。

图1-18 异步电动机短接制动线路

【例1-11】 一台1.5kW异步电动机采用短接制动线路，采用CJ20-10A交流接触器，为了防止其断电后不能释放及触点粘连，试选择去磁电容量。

解：CJ20-10A交流接触器线圈的吸持功率为P₀=12W。

线圈的吸持电流为

电容器的电容量为

电容器耐压为

U_C=（2～3）U_e=（2～3）×380V=（760～1140）V

因此可选用CBB22或CJ41型0.47μF、耐压800V的电容器。若没有这样高的耐压值，也可用两只1μF/400V电容串联代替。

二十、50Hz、420V或346V电动机用于50Hz、380V电源的分析

引进国外设备时可能会遇到此问题。国外有些地区的电源频率虽然与我国所使用的工频50Hz相同，但配电电压为420V或346V等。

当50Hz、420V电动机用在50Hz、380V电源上时，其出力约为原来的380/420（即90%）；起动电流也约为原来的90%，但由于出力降低，故起动电流倍数仍与原来一样；最大转矩和起动转矩约为原来的（380/420）2，即81%；电动机的效率略差些；功率因数及温升则有所改善。如考虑这些因数，则50Hz、420V电动机在50Hz、380V电源上应是可以使用的。

当50Hz、346V电动机在50Hz、380V电源上使用时，磁通密度为原来的380/346（即110%），空载电流将大大增加，若空载电流接近或超过原来的额定电流，则不能使用。同时电动机功率至少比原来降低10%以上，并应以负载电流不超过原来的额定电流为度。

【例1-12】 一台22kW、50Hz、420V、6极（970r/min）国外生产的电动机，已知额定电流为42A，效率为92%，功率因数为0.85，试分析用于50Hz、380V电源上的情况。

解： 1）磁通密度。当该电动机直接接在50Hz电源上时，其电压误差为

可见，电压误差稍大于规定的±5%的要求，由于是负误差，所以电动机绕组电流密度和各部分磁通密度会减小，电动机不易发热，但输出功率将减小。

2）额定功率（输出功率）。约为原来的380/420≈90%，即

P_e≈0.9×22kW=19.8kW

3）起动电流。约为原来的90%；由于输出功率降低至90%，故起动电流倍数与原来相同。

4）最大转矩M_max和起动转矩M_q。约为原来的（380/420）2≈81%。

5）转速。由于极数和电源频率都不变，所以转速不变，为970r/min。

6）电动机效率η。较原来稍低，约为90%。

7）功率因数及温升。较原来有所改善，功率因数约为0.86。

二十一、60Hz、380V电动机用于50Hz、380V电源的分析

国外有些地区的电源频率为60Hz，电压有380V和440V等。

60Hz、380V电动机用于50Hz、380V电源时，其磁通密度要增加20%，空载电流将远大于20%（与电动机极数及功率有关），极数多的电动机所占的比例要比同功率极数少的为大；功率小的电动机所占的比例要比功率大的为大。如果空载电流接近或超过原来的额定电流时，则不能使用；如果空载电流比原来的额定电流小而尚有较大差距，则可勉强使用。但一般说来，功率至少比原来降低20%以上，并应以负载电流不超过原来的额定电流为度。

起动电流和起动转矩均比原来增大约20%；最大转矩和最小转矩也会相应增大；效率一般要有所下降；功率因数也会有所下降；由于通风效果因转速下降而变坏，以及磁通密度增加20%，铁心磁通将饱和，故温升要比原来高许多；转速下降17%[n₁′=（f₂/f₁）n₁=（50/60）n₁=0.83n₁]。n₁、f₁和n₁′、f₂是分别对应于60Hz、380V和50Hz、380V的转速和电源频率。

要使60Hz、380V电动机用于50Hz电源上不发热，可采用降低电源电压的方法加以解决。

为了使电动机不过电流，就要维持磁通密度不变。在用于50Hz电源中时，维持磁通密度不变的电压U₂′=（f₂/f₁）U₂=（50/60）×380=317（V）。也就是说，只要把电源电压降到317V，即可使60Hz、380V电动机在50Hz电源上使用而不发热。这里f₁、U₂和f₂、U₂′是分别对应于60Hz、380V和50Hz、380V的电源频率和磁通密度维持电压。

使用时需注意：

1）如前所述，电动机转速将降低17%。

2）由于电压为原来的83%，根据，可知降压使用后的功率仅为铭牌功率的83%。

实现降压的方法及可能性。解决降压17%的方法有两种：

1）对于电源电压较低的地区，可调节供电变压器的分接开关挡位来达到。通常电力变压器调压范围为±10%。

2）增加一台调压器。因为增加一台调压器的费用约为更换一台电动机费用的30%～60%，因此在经济上是合算的。

然而，需注意降压后电动机的转速和功率都将下降到原来的83%，如果不妨碍机械设备的正常使用，就可采用降压的方法。

一般来说，机械设备在配备电动机时都具有20%～30%的余量，甚至更大，以防电压降低后电动机产生堵转。另外，许多机械设备都具有转速下降、力矩下降的负载特性，所以可以用降压的方法，只不过转速下降会对产量（加工机械）或风量（风机）稍有影响。

【例1-13】 一台10kW、60Hz、380V、4极（1750r/min）三相异步电动机，已知额定电流为20.6A，空载电流为10A，效率为88%，功率因数为0.84，试分析用于50Hz电源上的情况。

解：用下角“1”代表60Hz的各量，下角“2”代表50Hz的各量。该电动机用于50Hz电源时，有：

1）每极磁通

即每极磁通相应增加20%。

2）空载电流。由于每极磁通增加20%。电动机各部分的磁通密度要增加20%，电动机设计时磁通余量很小，故空载电流的增加将大大超过20%。即

I_o2≫I_o1=10A

如果空载电流接近或超过10A，则电动机不能使用。

3）电动机功率。一般来说，电动机功率至少比原来减少20%以上，即

P_o2＜0.8P_o1=0.8×10kW=8kW

4）转速。转速将下降约为

n₂≈0.83n₁=0.83×1750r/min≈1450r/min

5）起动电流。电动机是感性负载，其电抗值x正比于电源频率（x=2πfL），电源频率变低，x变小，而起动电流反比于电抗值x，因此电动机起动电流会相应地比原来增大20%左右，即

I_q2≈1.2Iq1

6）转矩。转矩大小反比于电源频率的二次方，即，因此当电源频率由60Hz变成50Hz时，转矩增加了，即

即增加了44%左右。

同理，电动机最大转矩和最小转矩也会相应增加。

7）电动机各损耗。

①铁耗：约与磁通密度二次方及频率的1.3次方成正比，故铁耗P_Fe约比原来增加14%。

②定子铜耗：如果负载电流相同，则定子铜耗P_Cu1不变。

③转子铜耗：由于磁通密度增加了20%，为维持同样转矩，则转子电流将减少16.6%，故转子铜耗P_Cu2有所下降。

④附加损耗：风磨损耗P_f因转速下降而降低，约为原来的60%；附加损耗（杂散损耗等）下降很多。

8）效率。由于电动机的输出功率大为降低，所以效率一般要下降。即

η₂＜η₁=88%

9）功率因数。因空载电流增大很多，虽然电动机的电抗值下降，但仍不足以补偿，因此功率因数也会有所下降。即

cosφ₂＜cosφ₁=0.84

10）额定电流。根据公式，由于P、cosφ、η均下降，而P下降更多，因此额定电流有较大减小，约为

I_e2≈0.7I_e1

11）温升。由于磁通密度比原来增大20%，铁心磁通密度将饱和，另外，通风效果随转速的下降而变坏，因此电动机温升要比原来的高许多。

二十二、60Hz、480V、460V、440V、420V和380V电动机用于50Hz、380V电源的情况及降压使用要求

60Hz、480V、460V、440V、420V和380V电动机用于50Hz、380V电源的情况及降压使用要求，见表1-62。

表1-62 60Hz电动机用于50Hz电源要求

二十三、50Hz、380V电动机用于60Hz、380V、420V和440V电源的情况

50Hz、380V电动机用于60Hz、380V、420V和440V电源时各参量情况，见表1-63。另外，电动机的功率、功率因数、温升及起动电流等均比原50Hz时有所改善。

表1-63 50Hz、380V电动机用于60Hz电源情况

【例1-14】 一台11kW、50Hz、380V、4极（1460r/min）的三相异步电动机，已知额定电流为22.6A，空载电流为9A，效率为88%，功率因数为0.84，试分析用于60Hz电源上的情况。

解：1）每极磁通

即每极磁通相应减少17%。

2）空载电流

I_o1≪I_o2=9A

3）电动机功率。约比原来增加17%以上，即

P_o1＞1.17P_o2=1.17×11kW≈12.9kW

4）转速。转速将提高约为

n₁=1.2n₂=1.2×1460r/min≈1750r/min

5）起动电流。相应地比原来减小17%左右，即

I_q1≈0.83I_q2

6）转矩

即减小了31%左右。

二十四、50Hz、420V、400V和200V电动机用于50Hz、380V电源的分析

1.50Hz、420V电动机用于50Hz、380V电网时的分析当直接接在我国380V电网时，其电压误差时

可见，电压误差稍大于规定的±5%的要求，由于是负误差，所以电动机绕组电流密度和各部分磁通密度会减小，电动机不易发热，但输出功率将减小。

根据前面的分析方法，可知：

1）输出功率P₂，约为原来的380/420≈90%。

2）起动电流I_q，约为原来的90%；由于输出功率降低至90%，故起动电流倍数与原来相同。

3）最大转矩M_max和起动转矩M_q，约为原来的（380/420）2≈81%。

4）电动机效率η，较原来稍低。

5）功率因数及温升，较原来有所改善。

综上所述，50Hz、420V电动机可以用在50Hz，380V电源上。

2.50Hz、400V电动机用于50Hz、380V电网时的分析

当直接接在380V电网时，其电压误差为

可见，电压误差符合小于5%的要求，其定子绕组电流密度和各部分磁通密度变动不大，基于属于正常应用。

3.50Hz、200V，且定子绕组为△接法的电动机能否用于我国380V电网的分析若将△接线改为Y接线，则电动机线电压便变为

当接在我国380V电网时，其电压误差为

可见，电压误差稍大于规定的±5%的要求，由于是正误差，所以电动机绕组电流密度和各部分磁通密度会增大，电动机易发热。因此要略降低电动机额定输出功率使用。