错相和缺相保护在矿山采掘设备中有着极其广泛和重要的应用,如国产的wk-4、wk-10 挖掘机等设备均有错相和缺相保护电路。它避免了这些移动设备在重新接线过程中对设备损 害、减少了系统故障和电机烧坏等事故,并大大加快了系统调试速度。在挖掘机中,错相将造 成电动机反转;某相脉冲将触发另一相电压,从而无法把全部机构的零位调出来。本文以wk- 4、wk-10挖掘机中的错相和缺相保护电路为例,分析其工作原理及其在实际应用中的线路。
1　原理分析
(1)相序判别
图1　相序指示原理图及等效电路图及电压矢量图
根据电工学原理,电路分析如下
图1中,a相复导纳为ga=,b相复导纳为gb=,c相复导纳为gc=jωc。
令ra=rb=xc==r=,则
ga=gb=g,gc=jg
式中　ω--角速度
　ra--a相电阻
　rb--b相电阻
　xc--c相电抗
　r--电阻
　c--电容
　g--导纳
根据节点电压法
　(1)
已知三相电源为初相相差120°的正弦电压。若以c相为参考正弦量,则
正相序时
a相电阻承受的电压
　(2)
a相电阻上的电流
　(3)
逆相序时
a相电阻承受的电压
(4)
a相电阻上的电流
　(5)
由式(2)、(3)、(4)、(5)可见,顺相序时a相电阻上的压降远远大于逆相序时a相电阻上的压 降,即正相序时a相电流远远大于逆相序时a相电流,由以上分析可见,利用a相电阻上的电流大 小即可判断三相电路的相序。
(2)缺相判别
线路负载尚未接通时,对于图1所示电路
①a相电路缺相时,a相电流为零,即
ia缺a=0　(6)
②b相电路缺相时,其等效电路如图2所示
图2　b、c相缺相时等效电路图
线路阻抗　z=ra-j
在ra=rb=xc=r的条件下
线路中电流
(7)
③缺c相时,其等效电路如图2所示
线路中电流
(8)
根据式(6)、(7)、(8)的计算结果可知,在三相电路中缺a相时,a相电流为零,来判断缺相,但 三相电路缺b、c相时,因ia缺b、ia缺c均小于正相序时a相电流,故不能用来可靠地判断是否是缺相,可在b、c两相之间接入一个电压继电器,当b、c中任一相缺相时,其线圈上的电压均低于吸合值,用电压继电器动作与否来判断b、c相的缺相故障。 　
2　实际应用
图3是wk-4、wk-10挖掘机上错相和缺相保护的实际电路。电路参数如下。
ka:522型通用电流继电器,dc 42ma,吸合电流不大于37ma,释放值不小于12ma,电阻1000ω,匝 数7500匝。
kv:522型通用电压继电器,ac380v,吸动值323v。
其他参数如图3所示。
图3　wk-4、wk-10挖掘机中错相和缺相保护电路
ra=r1+ka的线圈内阻
　=(7.5+1)kω=8.5kω
可见　ra≈rb≈≈8kω。
根据式(3)可以求得正相序时a相电阻上的电流　ia正=1.5=41.2ma。
根据式(5)可以求得逆相序时a相电阻上的电流　ia逆=0.4=11ma。
同样,可以用式(7)、(8)求得b、c相缺相时a相电流
由此可见,正相序时a相电流大于电流继电器ka的吸动值,ka吸合;逆相序时,a相电流远远小于 电流继电器ka的吸动值,ka不吸合。即正相序时,ka吸合,逆相序时,ka不吸合,而ia缺b、ia缺c均小于电流继电器ka的吸动值,但已接近吸动值,并且其值大于ka的标准释放值12ma,故ka不能作为b相、c相缺相时的保护。b相或c相有一相缺相时,可以用两相间的电压继电器kv作为缺相保护,当b相或c相缺相时kv上的压降都小于kv的吸动值323v,故用kv继电器可做为线路的缺相保护电路。正相序时,且不缺相指示灯被接通,表明线路接线正确,可以接通负荷。
对于线间电压不是交流380v的对称三相电源,该线路只需重选电流继电器的电流动作值、电压继电器的动作值就可使用。
例如:线电压为交流220v的三相对称电源
ia正=1.5=23.8ma
ia逆=0.4=6.35ma
电流继电器选用动作值大于22ma,释放电流小于7ma的继电器,电压继电器动作值选用220v的继电器,上述电路就可以用来进行错相和缺相保护。
3　结　论
综上所述,图3是一种工作稳定性很高的错相和缺相保护电路,它与现成的相序继电器相比,具 有更加耐用、直观、容易维修等特点,很适合条件恶劣的矿山等场合。在wk-4、wk-10等挖掘机上被广泛应用,调整通用继电器的型号,即选择其动作值,该电路还可以很方便地用到不同电压等级的三相电路中作为错相和缺相保护。