三相异步电动机换相组件设计

2024.05.04

杨勇

摘要：本文设计了一种三相异步电动机换相组件。它采用专用固体继电器做为换相电路的开关，取代了交流接触器等机械触点式开关，是无触点开关在电机控制领域中的又一次应用。可大大提高设备的使用寿命，减少维修工作量。尤其是在易燃易爆等危险场合应用，更具有机械开关无法比拟的优点。

关键词：三相异步电动机；换相组件

0 引言

三相异步电动机正反向运行控制在工矿企业，港口运输及建筑工程领域被广泛应用。由于换相电路的普遍工作特点是转换频繁，使三相电机的起动，停止及反向起动的操作频率很高。因此在使用传统的换相电路过程中，其机械开关的触头在吸合和分断时，既要承受电机起动电流的冲击，又要承受电弧的灼烧，造成设备故障率较高，严重影响了机械触头的使用寿命。若不及时维修和定期检修，还有烧毁电机的危险，影响生产的正常进行，带来不必要的经济损失，所以设计一种无触点开关具有重要意义。

1 换相组件工作原理

该组件采用专用固体继电器（SSR）构成五路交流开关，电路连接图见图1，其中S2和S3的控制端相串联，S4和S5的控制端相串联。当S1和S2、S3导通时三相电动机将工作在顺相运转状态，当S1和S4、S5导通时三相电动机将工作在逆相运转状态。但S2、S3与S4、S5必须互锁，否则将使B相和C相的相间短路，造成可控硅的损坏。

2 换相组件设计

（一）可控硅额定电压的选取：可控硅的额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压。考虑到电源电压波动等原因，可控硅的额定电压必须大于线路实际承受电压2～3倍。

（二）可控硅额定电流的选取：由于固体继电器是用两支反并联的可控硅构成的交流开关，所以合理选用可控硅的额定电流是保证装置可靠运行的关键。可控硅通态平均电流（额定电流）IT（AV）可用下式估算：

IAV=≥

式中： ITn---可控硅通态电流有效值；Ie---电机额定工作电流；K---由电机起动电流的过载倍数（一般取5～7倍）和可控硅器件能允许的过载能力所决定。

（三）过电压保护：凡是超过可控硅正常工作时所承受的最大峰值电压（UM）的电压，即为过电压。产生过电压的一种原因是由于雷击等原因从电网侵入的偶然性的浪涌电压；另一种过电压是操作过电压，是由可控硅装置的拉闸，合闸和元件关断等电磁过程引起的过电压（其中电动机所产生的感应电动势是造成可控硅过电压损坏的主要原因之一）。

（1）阻容吸收回路：电容器可把磁场释放出来的磁场能量，转化为电容器电场的能量贮存起来。由于电容器两端的电压不能突变，所以可以有效地抑制过电压。串联电阻可防止电容与电感产生谐振，并在能量转化过程中消耗一部分能量。阻容吸收电路中电阻、电容的计算方法与其在电路中的接法有关。若在交流电输入侧构成三角形接法时，电容器C通常取0.1～1uF，电阻R通常取10～几十欧姆无感或微感电阻。

（2）非线性电阻----压敏电阻保护：当发生雷击或从电网侵入更高的浪涌电压时，虽有阻容保护，过电压仍会突破允许值。所以，在采用阻容保护的同时，还应增加压敏电阻保护，把浪涌电压抑制在可控硅允许的范围以内。同时，为防止电动机所产生的感应电动势对可控硅的冲击，在换相组件的输出端也应安装压敏电阻，防止造成可控硅的损坏。

可按下式选取压敏电阻的额定电压UIMA

U≥×压敏电阻承受的额定电压峰值

式中：ε---电网电压升高系数，一般取ε=1.05～1.10

3 换相组件的使用方法及注意事项

（1）适用方法：该换相组件在使用时与电源、电机等连接的电路图如图2所示。其中R、S、T：为换相组件的三相输入端，需经快速熔断（F1～F3）接入三相电；U、V、W：为换相组件输出端，接三相异步电动机；N：为供电系统的零线；+12V：为直流电源输出端，为操作按钮提供电源；A1，A2分别为顺相，逆相控制输入端，也可采12V电平信号直接控制，但A1，A2必须是互锁关系，禁止同时接入高电平信号。

（2）注意事项：由于可控硅器件在关断状态下，仍有微小的漏电流，所以在检修设备及电动机时应断开电源进线开关。

4 结语

这种三相异步电动机换相组件采用专用固体继电器做为换相电路的开关，取代了交流接触器等机械触点式开关，是无触点开关在电机控制领域中的又一次应用。可大大提高设备的使用寿命，减少维修工作量。尤其是在易燃易爆等危险场合应用，更具有机械开关无法比拟的优点。

参考文献：

[1] 大连理工大学电工学教研室.电机与自动控制[M]. 人民教育出版社. 2010.

[2] Nasar，S.A.[美]，Unnewehr，L. E.[美]，朱东起. 电机及其电子控制[M]. 科学出版社. 2012.6.