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摘 要：异步电动机的故障一是机械的原因， 二是电磁故障，二者互有关连。电磁故障的原因很多而且复杂，过载、断相、欠电压、单相接地和短路都足以使电动机受损和毁坏。本文中仅针对电动机在实际使用中的电磁故障的保护进行分析，按照电动机的容量、型式、控制方式和配电设备等不同来配置和选择相适应的保护装置及起动设备，并供同行交流。
关键词：异步电动机；电磁故障；保护；交流
引 言
电动机的故障大体分为两部分：一是机械的原因，比如轴承和风机的磨损或损坏；二是电磁故障，二者互有关连。比如因轴承损坏引起电动机的过载，甚至堵转，导致风叶损坏，电动机绕组散热困难，温升提高，绝缘物老化。电磁故障的原因很多，电动机的过载、断相、欠电压、单相接地和短路都足以使电动机受损和毁坏。电动机保护是个复杂的问题，在实际使用中我国电动机保护装置大约经历了：热继电器、熔断器和电磁式电流继电器；模拟电子式电动机保护器；数字电子式电动机保护器这几个发展过程。
1.电动机的保护与控制关系
电动机的保护与其控制方式有一定关系，互为协调。如电动机直接起动时，在启动时约产生（单鼠笼电机5.5—7倍In、双鼠笼电机3.5—4倍In、绕线式电机2—2.5倍In）的起动电流。若由接触器或断路器来控制，则电器触头应能承受起动电流的接通和分断考验，即使是可频繁操作的接触器也会引起触头磨损加剧，以致损坏电器；对塑料外壳式断路器，即使是不频繁操作，也很难达到要求。因此，使用中常与起动器串联在主回路中一起使用，此时由起动器中的接触器来承载接通起动电流的考验，而其他电器只承载通常运转中出现的电动机过载电流分断的考验，至于保护功能，由配套的保护装置来完成。此外，对电动机的控制还可以采用软起动控制系统，电动机主回路由晶闸管来接通。为了避免在这些元件上的持续损耗，正常运行中采用真空接触器承载主回路（并联在晶闸管上电机启动）负载（比如矿山输送矿石的皮带电机）。这种控制有程控或非程控；慢速起动或快速起动等多种方式。另外，依赖电子元器件，很容易实现各种保护功能。
2.电动机保护装置
电动机的损坏主要是绕组过热或绝缘性能降低引起的，而绕组的过热往往是流经绕组的电流过大引起的。对电动机的保护主要有电流、温度检测两大类型。
2.1.电流检测型保护装置
2.1.1. 热继电器利用负载电流流过经校准的电阻元件，使双金属热元件加热后产生弯曲，从而使继电器的触点在电动机绕组烧坏以前动作。其动作特性与电动机绕组的允许过载特性接近。热继电器虽则动作时间准确性一般，但对电动机可以实现有效的过载保护。随着结构设计的不断完善和改进，除有温度补偿外，它还具有断相保护及负载不平衡保护功能等。其动作电流按电动机额定电流的1.1-1.25倍选择。
2.1.2. 带有热—磁脱扣的电动机保护用断路器热式作过载保护用，结构及动作原理同热继电器，其双金属热元件弯曲后有的直接顶脱扣装置，有的使触点接通，最后导致断路器断开。电磁铁的整定值较高，仅在短路时动作。其结构简单、体积小、价格低、动作特性符合现行标准、保护可靠，故目前仍被大量采用.特别是小容量断路器尤为显著。
2.1.3. 电子式过电流继电器通过内部各相电流互感器检测故障电流信号，经电子电路处理后执行相应的动作。电子电路变化灵活，动作功能多样，能广泛满足各种类型的电动机的保护。其特点是：①多种保护功能。主要有三种：过载保护，过载保护+断相保护，过载保护十断相保护+反相保护。②动作时间可选择（符合GBl4048.4—93标准）。标准型（10级）：7.2In（In为电动机额定电流），4—1Os动作，用于标准电动机过载保护，速动型（10A级）：7.2In时，2—1Os动作，用于潜水电动机或压缩电动机过载保护。慢动型（30级）：7.2In时，9—30s动作，用于如鼓风机电机等起动时间长的电动机过载保护。③电流整定范围广。其最大值与最小值之比一般可达3—4倍，甚至更大倍数（热继电器为1.56倍），特别适用于电动机容量经常变动的场合（例如建筑施工现场等）。④有故障显示，便于检修。
2.1.4. 固态继电器它是一种从完成继电器功能的简单电子式装置发展到具有各种功能的微处理器装置。其成本和价格随功能而异，最复杂的继电器实际上只能用于较大型、较昂贵的电动机或重要场合。它监视、测量和保护的主要功能有：①最大的起动冲击电流和时间；②热记忆；⑤大惯性负载的长时间加速；④断相或不平衡相电流；⑤相序；⑥欠电压或过电压；⑦过电流（过载）运行；⑧堵转；⑨失载（机轴断裂，传送带断开或泵空吸造成工作电流下跌）；⑩电动机绕组温度和负载的轴承温度；⑩超速或失速。上述每一种信息均可编程输入微处理器，主要是加上需要的时限，以确保在电动机起动或运转过程中产生损坏之前，将电源切断。还可用发光二极管或数字显示故障类别和原因，也可以对外向计算机输出数据。
2.1.5.带有电子式脱扣的电动机保护用断路器其动作原理类同上述电子式过电流继电器或固态继电器。功能主要有：电路参量显示（电流、电压、功率、功率因数等），负载监控（按规定切除或投入负载），多种保护特性（指数曲线反时限、I2t曲线反时限、定时限或其组合），故障报警，试验功能，自诊断功能，通信功能等。
2.1.6.软起动器软起动器的主电路采用晶闸管，控制其分断或接通的保护装置一般做成故障检测模块，用来完成对电动机起动前后的异常故障检测，如断相、过热、短路、漏电和不平衡负载等故障，并发出相应的动作指令。其特点是系统结构简单，采用单片机即可完成，适用于工业控制。
2.2. 温度检测型保护装置
2.2.1. 双金属片温度继电器直接埋入电动机绕组中。当电动机过载使绕组温升度高至接近极限值时，带有一触头的双金属片受热产生弯曲，使触点断开而切断电路。 2.2.2. 热保护器是装在电动机本体上使用的热动式过载保护继电器。与温度继电器不同的是带2个触头的碗形双金属片作为触桥串在电动机回路，既有流过的过载电流使其发热，又有电动机温度使其升温，达到一定值时，双金属片瞬间反跳动作，触点断开，分断电动机电流。它可作小型三相电动机的温度、过载和断相保护。
2.2.3. 检测线圈测温电动机定子每相绕组中埋入1—2个检测线圈，由自动平衡式温度计来监视绕组温度。
2.2.4. 热敏电阻温度继电器它直接埋入电动机绕组中，一旦超过规定温度，其电阻值急剧增大10—1000倍。使用时，配以电子电路检测，然后使继电器动作。
3.电动机保护的种类
3.1. 相间短路设电流保护和差动保护。对1000V电压以下的电动机：容量大的使用自动空气开关，设专用保护；容量小的用熔断器保护。
3.2. 防止过载，设电流保护和热力保护
3.3. 防止发生单相接地装设零序电流保护
3.4. 欠电压保护
4.电动机保护的配置及计算公式
4.1. 对2000KW及以上的高压电动机相间短路（如发电厂的送风、引风机等），或电流速断保护灵敏度不符合要求的2000KW以下高压电动机，应装设纵差保护，动作于跳闸。整定计算：Idz=Kk*Ie 其中Kk：可靠系数，再根据电流互感器折算。
4.2. 2000KW以下高压电动机，宜采用电流速断保护。
a. 反时限速断保护动作电流整定：Idz.j=（ Kk*Kjx/nLH ）1.8Iqd
Iqd –电动机起动电流周期分量的最大值 其中 Kk：可靠系数 1.3 Kjx=继电器接线系数
b. 定时限速断保护动作电流整定：Idz.j=（ Kk*Kjx/nLH ）Iqd 其中Kk：可靠系数 1.5
4.3. 对生产过程中易发生过负荷的电动机，应装设过负荷保护。过载保护动作电流整定：按电动机的额定电流整定
Idz.j=（ Kk*Kjx/ Kf）（Ie/ nLH） 其中Kk：可靠系数 1.05-1.2 Kf=继电器返回系数 0.85
4.4. 当接地电流大于5A时，才在电动机上装设有选择性的单相接地保护，当接地电流大于5A时动作于跳闸。计算 Idz= Kk*Ic Ic-该线路的电容电流 其中Kk：可靠系数，只要是为了躲过弧光接地故障所产生的不稳定过程电流而设的。不带时限Kk：取4-5，带0.5S时限Kk：取1.5-2。
4.5. 保证重要电动机的自启动。对于电压短时降低或中断情况，根据自起动条件，必须切除部分不重要的电动机。保证工艺技术条件，在电压长时降低或中断情况下，切除不允许自起动的电动机。具体如下：
4.5.1 .按保证电动机自起动的条件整定：Udz=Umin/ Kk Kf≈（0.45-0.55）Ue （Kk：可靠系数 Umin-母线允许最低电压（0.55-0.65）Ue Kf=继电器返回系数）整定值均取0.5S动作时限，以躲过速断保护动作及电压回路断线引起的误动作。
4.5.2. 按切除不允许自启动条件整定（0.6-0.7）Ue 整定值均取0.5S动作时限，以躲过速断保护动作及电压回路断线引起的误动作。
4.5.3. 根据保安条件，在电压长时间消失后不允许自起动的电机，电压保护动作值一般取（0.25-0.4）Ue，失压保护时限取6-10S。
4.5.4. 有备用电源而断开的电动机，失压保护整定为（0.25-0.4）Ue，保护时限取0.5S。
4.6. 低压电动机保护，一般主要保护它的短路，通常用自动空气开关和熔丝来保护。
4.6.1.对起动次数不频繁且在轻工作条件下起动的鼠笼电动机（起动时间为2-5秒），熔丝的额定电流可选为Iers≥Iqdq/2.5
4.6.2. 对在重载条件下起动（起动时间为5-10秒）或虽然轻载但频繁起动电动机，熔丝的额定电流可选为Iers≥Iqdq/1.6 ～ 2
4.6.3. 对绕线式电动机（起动时间为2-5秒），熔丝的额定电流可选为Iers≥（1-1.25）Ied
5.高、低压异步电动机的继电保护
5.1. 低压电动机的继电保护
5.1.1. 低压电动机应装设短路保护，过负荷保护，缺相运行保护和低电压保护，对同步电动机还应装设失步保护，失磁保护等，作用于断路器跳闸，具有时限性。
5.1.2. 低压直流电动机应装设短路保护和失磁保护，并根据具体情况分别装设起速保护，过负荷或堵转保护，作用于断路器跳闸，且有时限性。
5.2. 高压电动机的继电保护：对于高压异步电动机应对其下列故障及异常运行方式装设相应的装置。
5.2.1.定子绕组相间短路：装设高压电动机电流速断和过电流保护， 中、小容量高压电动机，一般采用电流速断保护作为相间短路的主保护。对不易过电流的高压电动机，通常采用电磁型（如DL—11型）电流继电器构成的电流速断保护。对于可能会产生过电流的高压电动机，可采用感应型（如GL型）过电流继电器构成的电流速断保护和过电流保护，其反时限部分作用于过电流保护并作用于信号，一般时限为15～20S，其速断部分作用于相间短路保护并作用于跳闸。
5.2.2. 定子绕组单相接地： 装设电动机的单相接地保护， 高压电动机单相接地电流大于5A时，应装设单相接地保护，小于10A时，作用于信号或跳闸，大于10A时，作用于跳闸。
5.2.3. 定子绕组过负载、定子绕组低电压： 装设电动机的低电压保护， 当电动机电源短时显著降低或暂短中断后又恢复时，为保证电动机不自起动而保护设备及人身安全，应装低电压保护装置，其整定值为额定低压的-15%。
5.2.4. 高压异步电动机综合保护：电流速断保护和过电流保护，作用于跳闸；单相接地保护，作用于跳闸和信号；有系统故障保护，作用于跳闸。
6.结束语
随着科技的日益发展，异步电动机保护产品及措施日臻完善，但由于电动机保护涉及面广泛，各种原因烧毁电动机的案例并不少见， 电机无法启动及异常运行等情况也很常见。综上所述，做好电动机的日常检查和维护工作，制定合理的保护配置方案，并选取得当得保护方法及措施，是确保异步电动机安全运行的重要前提。
关键词：异步电动机；电磁故障；保护；交流
引 言
电动机的故障大体分为两部分：一是机械的原因，比如轴承和风机的磨损或损坏；二是电磁故障，二者互有关连。比如因轴承损坏引起电动机的过载，甚至堵转，导致风叶损坏，电动机绕组散热困难，温升提高，绝缘物老化。电磁故障的原因很多，电动机的过载、断相、欠电压、单相接地和短路都足以使电动机受损和毁坏。电动机保护是个复杂的问题，在实际使用中我国电动机保护装置大约经历了：热继电器、熔断器和电磁式电流继电器；模拟电子式电动机保护器；数字电子式电动机保护器这几个发展过程。
1.电动机的保护与控制关系
电动机的保护与其控制方式有一定关系，互为协调。如电动机直接起动时，在启动时约产生（单鼠笼电机5.5—7倍In、双鼠笼电机3.5—4倍In、绕线式电机2—2.5倍In）的起动电流。若由接触器或断路器来控制，则电器触头应能承受起动电流的接通和分断考验，即使是可频繁操作的接触器也会引起触头磨损加剧，以致损坏电器；对塑料外壳式断路器，即使是不频繁操作，也很难达到要求。因此，使用中常与起动器串联在主回路中一起使用，此时由起动器中的接触器来承载接通起动电流的考验，而其他电器只承载通常运转中出现的电动机过载电流分断的考验，至于保护功能，由配套的保护装置来完成。此外，对电动机的控制还可以采用软起动控制系统，电动机主回路由晶闸管来接通。为了避免在这些元件上的持续损耗，正常运行中采用真空接触器承载主回路（并联在晶闸管上电机启动）负载（比如矿山输送矿石的皮带电机）。这种控制有程控或非程控；慢速起动或快速起动等多种方式。另外，依赖电子元器件，很容易实现各种保护功能。
2.电动机保护装置
电动机的损坏主要是绕组过热或绝缘性能降低引起的，而绕组的过热往往是流经绕组的电流过大引起的。对电动机的保护主要有电流、温度检测两大类型。
2.1.电流检测型保护装置
2.1.1. 热继电器利用负载电流流过经校准的电阻元件，使双金属热元件加热后产生弯曲，从而使继电器的触点在电动机绕组烧坏以前动作。其动作特性与电动机绕组的允许过载特性接近。热继电器虽则动作时间准确性一般，但对电动机可以实现有效的过载保护。随着结构设计的不断完善和改进，除有温度补偿外，它还具有断相保护及负载不平衡保护功能等。其动作电流按电动机额定电流的1.1-1.25倍选择。
2.1.2. 带有热—磁脱扣的电动机保护用断路器热式作过载保护用，结构及动作原理同热继电器，其双金属热元件弯曲后有的直接顶脱扣装置，有的使触点接通，最后导致断路器断开。电磁铁的整定值较高，仅在短路时动作。其结构简单、体积小、价格低、动作特性符合现行标准、保护可靠，故目前仍被大量采用.特别是小容量断路器尤为显著。
2.1.3. 电子式过电流继电器通过内部各相电流互感器检测故障电流信号，经电子电路处理后执行相应的动作。电子电路变化灵活，动作功能多样，能广泛满足各种类型的电动机的保护。其特点是：①多种保护功能。主要有三种：过载保护，过载保护+断相保护，过载保护十断相保护+反相保护。②动作时间可选择（符合GBl4048.4—93标准）。标准型（10级）：7.2In（In为电动机额定电流），4—1Os动作，用于标准电动机过载保护，速动型（10A级）：7.2In时，2—1Os动作，用于潜水电动机或压缩电动机过载保护。慢动型（30级）：7.2In时，9—30s动作，用于如鼓风机电机等起动时间长的电动机过载保护。③电流整定范围广。其最大值与最小值之比一般可达3—4倍，甚至更大倍数（热继电器为1.56倍），特别适用于电动机容量经常变动的场合（例如建筑施工现场等）。④有故障显示，便于检修。
2.1.4. 固态继电器它是一种从完成继电器功能的简单电子式装置发展到具有各种功能的微处理器装置。其成本和价格随功能而异，最复杂的继电器实际上只能用于较大型、较昂贵的电动机或重要场合。它监视、测量和保护的主要功能有：①最大的起动冲击电流和时间；②热记忆；⑤大惯性负载的长时间加速；④断相或不平衡相电流；⑤相序；⑥欠电压或过电压；⑦过电流（过载）运行；⑧堵转；⑨失载（机轴断裂，传送带断开或泵空吸造成工作电流下跌）；⑩电动机绕组温度和负载的轴承温度；⑩超速或失速。上述每一种信息均可编程输入微处理器，主要是加上需要的时限，以确保在电动机起动或运转过程中产生损坏之前，将电源切断。还可用发光二极管或数字显示故障类别和原因，也可以对外向计算机输出数据。
2.1.5.带有电子式脱扣的电动机保护用断路器其动作原理类同上述电子式过电流继电器或固态继电器。功能主要有：电路参量显示（电流、电压、功率、功率因数等），负载监控（按规定切除或投入负载），多种保护特性（指数曲线反时限、I2t曲线反时限、定时限或其组合），故障报警，试验功能，自诊断功能，通信功能等。
2.1.6.软起动器软起动器的主电路采用晶闸管，控制其分断或接通的保护装置一般做成故障检测模块，用来完成对电动机起动前后的异常故障检测，如断相、过热、短路、漏电和不平衡负载等故障，并发出相应的动作指令。其特点是系统结构简单，采用单片机即可完成，适用于工业控制。
2.2. 温度检测型保护装置
2.2.1. 双金属片温度继电器直接埋入电动机绕组中。当电动机过载使绕组温升度高至接近极限值时，带有一触头的双金属片受热产生弯曲，使触点断开而切断电路。 2.2.2. 热保护器是装在电动机本体上使用的热动式过载保护继电器。与温度继电器不同的是带2个触头的碗形双金属片作为触桥串在电动机回路，既有流过的过载电流使其发热，又有电动机温度使其升温，达到一定值时，双金属片瞬间反跳动作，触点断开，分断电动机电流。它可作小型三相电动机的温度、过载和断相保护。
2.2.3. 检测线圈测温电动机定子每相绕组中埋入1—2个检测线圈，由自动平衡式温度计来监视绕组温度。
2.2.4. 热敏电阻温度继电器它直接埋入电动机绕组中，一旦超过规定温度，其电阻值急剧增大10—1000倍。使用时，配以电子电路检测，然后使继电器动作。
3.电动机保护的种类
3.1. 相间短路设电流保护和差动保护。对1000V电压以下的电动机：容量大的使用自动空气开关，设专用保护；容量小的用熔断器保护。
3.2. 防止过载，设电流保护和热力保护
3.3. 防止发生单相接地装设零序电流保护
3.4. 欠电压保护
4.电动机保护的配置及计算公式
4.1. 对2000KW及以上的高压电动机相间短路（如发电厂的送风、引风机等），或电流速断保护灵敏度不符合要求的2000KW以下高压电动机，应装设纵差保护，动作于跳闸。整定计算：Idz=Kk*Ie 其中Kk：可靠系数，再根据电流互感器折算。
4.2. 2000KW以下高压电动机，宜采用电流速断保护。
a. 反时限速断保护动作电流整定：Idz.j=（ Kk*Kjx/nLH ）1.8Iqd
Iqd –电动机起动电流周期分量的最大值 其中 Kk：可靠系数 1.3 Kjx=继电器接线系数
b. 定时限速断保护动作电流整定：Idz.j=（ Kk*Kjx/nLH ）Iqd 其中Kk：可靠系数 1.5
4.3. 对生产过程中易发生过负荷的电动机，应装设过负荷保护。过载保护动作电流整定：按电动机的额定电流整定
Idz.j=（ Kk*Kjx/ Kf）（Ie/ nLH） 其中Kk：可靠系数 1.05-1.2 Kf=继电器返回系数 0.85
4.4. 当接地电流大于5A时，才在电动机上装设有选择性的单相接地保护，当接地电流大于5A时动作于跳闸。计算 Idz= Kk*Ic Ic-该线路的电容电流 其中Kk：可靠系数，只要是为了躲过弧光接地故障所产生的不稳定过程电流而设的。不带时限Kk：取4-5，带0.5S时限Kk：取1.5-2。
4.5. 保证重要电动机的自启动。对于电压短时降低或中断情况，根据自起动条件，必须切除部分不重要的电动机。保证工艺技术条件，在电压长时降低或中断情况下，切除不允许自起动的电动机。具体如下：
4.5.1 .按保证电动机自起动的条件整定：Udz=Umin/ Kk Kf≈（0.45-0.55）Ue （Kk：可靠系数 Umin-母线允许最低电压（0.55-0.65）Ue Kf=继电器返回系数）整定值均取0.5S动作时限，以躲过速断保护动作及电压回路断线引起的误动作。
4.5.2. 按切除不允许自启动条件整定（0.6-0.7）Ue 整定值均取0.5S动作时限，以躲过速断保护动作及电压回路断线引起的误动作。
4.5.3. 根据保安条件，在电压长时间消失后不允许自起动的电机，电压保护动作值一般取（0.25-0.4）Ue，失压保护时限取6-10S。
4.5.4. 有备用电源而断开的电动机，失压保护整定为（0.25-0.4）Ue，保护时限取0.5S。
4.6. 低压电动机保护，一般主要保护它的短路，通常用自动空气开关和熔丝来保护。
4.6.1.对起动次数不频繁且在轻工作条件下起动的鼠笼电动机（起动时间为2-5秒），熔丝的额定电流可选为Iers≥Iqdq/2.5
4.6.2. 对在重载条件下起动（起动时间为5-10秒）或虽然轻载但频繁起动电动机，熔丝的额定电流可选为Iers≥Iqdq/1.6 ～ 2
4.6.3. 对绕线式电动机（起动时间为2-5秒），熔丝的额定电流可选为Iers≥（1-1.25）Ied
5.高、低压异步电动机的继电保护
5.1. 低压电动机的继电保护
5.1.1. 低压电动机应装设短路保护，过负荷保护，缺相运行保护和低电压保护，对同步电动机还应装设失步保护，失磁保护等，作用于断路器跳闸，具有时限性。
5.1.2. 低压直流电动机应装设短路保护和失磁保护，并根据具体情况分别装设起速保护，过负荷或堵转保护，作用于断路器跳闸，且有时限性。
5.2. 高压电动机的继电保护：对于高压异步电动机应对其下列故障及异常运行方式装设相应的装置。
5.2.1.定子绕组相间短路：装设高压电动机电流速断和过电流保护， 中、小容量高压电动机，一般采用电流速断保护作为相间短路的主保护。对不易过电流的高压电动机，通常采用电磁型（如DL—11型）电流继电器构成的电流速断保护。对于可能会产生过电流的高压电动机，可采用感应型（如GL型）过电流继电器构成的电流速断保护和过电流保护，其反时限部分作用于过电流保护并作用于信号，一般时限为15～20S，其速断部分作用于相间短路保护并作用于跳闸。
5.2.2. 定子绕组单相接地： 装设电动机的单相接地保护， 高压电动机单相接地电流大于5A时，应装设单相接地保护，小于10A时，作用于信号或跳闸，大于10A时，作用于跳闸。
5.2.3. 定子绕组过负载、定子绕组低电压： 装设电动机的低电压保护， 当电动机电源短时显著降低或暂短中断后又恢复时，为保证电动机不自起动而保护设备及人身安全，应装低电压保护装置，其整定值为额定低压的-15%。
5.2.4. 高压异步电动机综合保护：电流速断保护和过电流保护，作用于跳闸；单相接地保护，作用于跳闸和信号；有系统故障保护，作用于跳闸。
6.结束语
随着科技的日益发展，异步电动机保护产品及措施日臻完善，但由于电动机保护涉及面广泛，各种原因烧毁电动机的案例并不少见， 电机无法启动及异常运行等情况也很常见。综上所述，做好电动机的日常检查和维护工作，制定合理的保护配置方案，并选取得当得保护方法及措施，是确保异步电动机安全运行的重要前提。