机电专业教学案例分析

徐翔

摘 要： 电动机保护教学在机电专业教学中有十分重要的作用。文章结合日常教学案例，论述只有真正理解电动机保护的目的及意义，掌握热保护、过电流保护和控制电路短路保护的工作原理，了解电动机运行过程中的常见故障及其原因，才能提高学生在实际操作中处理故障的能力。

关键词： 电动机保护 常见故障 原因 教学措施

电动机保护教学在机电专业教学中有十分重要的作用，是教学的难点。如何理论联系实际，深入浅出地向学生介绍抽象的内容，使学生真正听懂，已经成为很多职业学校教师多年来研究的课题。本文结合课堂实际教学案例，分析了解电动机运行过程中的常见故障及其工作原理，以期提高学生在实际操作中处理保护故障的能力。

一、运用启发式教学法，使学生了解学习电动机保护的意义

首先，启发学生思考以下几个问题：电动机运行时，如果绕组温度过高，则会对电动机产生什么影响？ 交流电动机运行时，如果有一相电源断相，则会对电动机产生什么影响？ 如果直流并励电动机的励磁回路断路，则会对电动机产生什么影响？通过提问，学生了解了在上述各种情况下如果不能及时采取有效保护措施让电动机继续运行下去，则会对电动机产生的不良影响：减少电机使用寿命，甚至损坏电机。因此对电动机的保护是电动机运行时必不可少的环节，对电动机采取有效的保护措施是一个很重要的问题。

二、运用讲授法介绍电动机运行过程中的常见故障及原因

电动机运行过程中的常见故障有：长期过载和过热保护；缺相保护；过电流保护； 短路保护；零电压保护；零激磁保护；热保护等。本文重点介绍导致电机过载过热的因素，如负载过大，电动机超过额定输出，电机绕组因电流增加而过热，特别是在堵转时，电机会在短时间内被烧毁；电网电压过低，会引起电机绕组中电流增大， 三相电压不对称，甚至一相电源中断；启动和停止的操作过于频繁、环境温度太高等。

三、运用图片演示法介绍电动机运行过程中的工作原理

（一）运用图片演示热保护的方法及具体电路的原理

图1 热继电器的热保护线路

图1是用热继电器作热保护的线路。热继电器FR的发热元件串联在电动机的主电路中，它的常闭触头与接触器KM的线圈相串联。电机过载时，流经FR发热元件的电流增大，经过一段时间，热继电器动作，它的常闭触头断开KM的线圈电路，KM释放，电机停转。正常情况下，发热元件中通过额定电流值，热继电器不会动作，以保证电动机正常工作。

如生产中不允许中途停车（停车会造成损失），则用热继电器发出警报。热继电器的报警线路见图2。

图2 热继电器的报警线路

对于容量较大的电动机，可以采用电流互感器，热继电器的发热元件接在电流互感器的二次回路中。电机过载时流经电流互感器的电流增大，它的二次回路电流也按一定比例增加，这样热继电器可用小规格的产品。原理图如图3：

图3 有电流互感器的热继电器的热保护线路

（二）用温度继电器作热保护的工作原理

温度继电器可以直接反映电动机的温度变化，它的测量元件埋在电动机发热部位（定子槽内及定子绕组的端部）。只要电动机绕组的温升超过允许值，温度继电器就立即动作，使电动机脱离电源。我国生产的温度继电器有两种：双金属片式温度继电器和热敏电阻式温度继电器。对过电流保护的要求是，当电动机产生过电流故障时，过电流继电器要立即动作，但在電动机起动或反接制动时，过电流继电器要保证电动机正常工作。

（三）过电流继电器作过电流保护线路

电路见图4。

图4 过电流继电器作过电流保护线路

原理分析：过电流继电器KA的线圈串联在直流电机M的电枢电路中，常闭触头与主接触器KM的线圈串联。电机正常运转时，KA不会动作。严重过载时，主电路中的电流超过KA的电流值，KA的常闭触头断开，KM释放并切断电机电源。

（四）鼠笼式电动机的堵转保护

鼠笼式电动机处于堵转状态时，它的电流等于起动电流，时间过长电动机就会烧毁，所以必须及时切断电源，但不能用瞬时动作的过电流保护，应与延时继电器配合。电流继电器的吸引电流小于电机的启动电流，大于正常运转的最大负载电流，释放电流大于正常运转的最大负载电流。时间继电器的延时值要大于电动机的启动时间。过电流继电器的返回系数不能太低。

图5 鼠笼式电动机的堵转保护

（五）短路保护

短路保护的作用就是在短路电流刚出现时，就立即切断电路电源，使电路和电器设备免受短路电流的损害。熔断器和空气开关是最重要的保护电器。熔断器作短路保护：线路简单，断开电流的任务由熔断器自己承担，但熔体容易老化，动作不准确，有时一相熔断，造成交流电机缺相运行，熔体熔断后需更换，手续麻烦。保护线路如下：

图6 线路工作原理

短路时，断开短路电流的任务由接触器的主触头来完成，因此只有当接触器的分断电流大于线路的短路电流时，才能用过电流继电器作短路保护。三相电动机由于种种原因缺相时，如果没有保护装置，则缺相的后果是十分严重的。例如，小型电机启动时缺相，如果没有负荷就会不均匀地慢转，同时发热，若不及时停车，不用多长时间就会烧毁。如果带上负荷启动，就转不起来，同样也会烧毁。小型电动机最容易缺相，因为有的启动装置简陋，接触不好，或使用普通保险丝，有一根熔断造成。大一点的电动机缺相启动，就会嗡嗡直叫，就得赶快停车。用接触器启动和热继电器保护，在缺相时，热继电器可以在过流时切断接触器。

四、布置课后作业

分析缺相保护工作原理，分组讨论多种缺相保护电路。

通过本章的讲授和线路展示，学生掌握了电动机保护的理论知识。结合实际工作中常见的故障分析，了解电动机运行过程中的常见故障及其正常的工作原理，是提高学生在实际操作中处理保护故障问题能力的有效途径。

参考文献：

[1]郭晓波.电动与电力拖动[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[2]张承慧.电动与电力拖动[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3]任致程.电动机保护器实用手册[M].北京：中国电力出版社，2008.