电力拖动设备在电力系统中已得到广泛应用，且以小型三相异步电动机为主，如断路器储能电机、主变压器冷却电机、隔离开关操动电机、发电厂中的传动电机和伺服电机等。在现场运行中这些电动机损坏率较高，其原因有：（1）电动机缺相运行；（2）长期过负荷运转；（3）运行维护不利；（4）电动机本身性能差。经分析：工作电源及电动机控制回路不可靠，造成电动机缺相运行是电动机损坏的主要原因。因此，电动机缺相保护已在相当范围内得到运用，同时，一些重要场合还采用双电源环供的备用电源方式，有效防止了电动机因某相电源故障而造成的缺相运行，保证了电动机在备用电源下继续运行。但在一些电动机的控制回路中存在较多引起缺相的因素，如熔断器断丝、控制回路断线、接触器触点接触不良等。针对这些原因，电动机缺相保护能可靠动作，切断其它2相电源使电动机停止运转，使电动机不受损坏。在普通场合电动机缺相保护已能保护电动机，但在一些特殊场合电动机的停转将危及系统运行安全，如断路器的储能电动机停转后将使断路器失去分合闸能量，事故时将造成断路器拒动。特别在无人值班变电站，当储能电动机缺相停转后因无法立即处理，将使断路器长时间处于闭锁状态，有可能使事故范围扩大甚至导致系统瓦解。本文介绍电动机缺相保护与补相再运行装置，提出一种利用健全相电压，根据磁耦合原理耦合出所缺相电压补入电动机使电动机继续运转的方法，对提高电力系统安全运行水平具有重要作用。
1基本原理
实现电动机缺相后补相再运行可有2种方案：（1）自动在电动机输入端投入备用电源；（2）自动由健全的2相电压耦合出所缺相电压补入电动机。第1种方案较易实现，但需要有双路电源，同时，对电动机控制回路引起的缺相无法正确投入工作，因此有一定的局限性；第2种方案虽然需要裂相装置，但无须双路电源，且能适用于各种原因引起的缺相故障，其原理如图1所示。
1．1工作电源
工作电源采用三相整流电容分压直稳式电源，简单、可靠、经济。由于采用三相整流，所以在缺相后工作电源不会消失仍将在2相电源下继续工作。工作电源输出为+24V和+12V。+24V用于执行继电器驱动，+12V用于逻辑电路。
1．2缺相保护
该部分由采样、整形编码、译码、延时、报警自锁、执行自保持6个单元组成；
1．2．1采样单元
缺相保护通常采用不平衡电压采样原理，电压采样较易实现。但电压采样原理构成的缺相保护对电动机内部的绕组断线无法反映。同时，由于大多数电动机缺相后仍在运转，缺相的绕组将继续切割磁力线产生感应电势，该感应电势和所缺的电源相相位基本相同且幅值约为80％Ue。，使得三相不平衡电压不明显，因此，电压采样原理构成的缺相保护灵敏度低，容易造成拒动。为得到较可靠的缺相保护，采用电流采样原理。虽然电流采样实现复杂，需要电流互感器，但由于其不受所缺相感应电势影响，且能反映电动机内部断线，因此灵敏度高，不易误动。
1．2．2整形编码单元
经电流互感器三相采样输出后，分别通过整流、电阻限幅、电容滤波后，送入三极管整形电路，整形输出3个直流电位。若某一电位为高电平“1”，表示相对应的相别缺相，低电平“0”表示该相别正常；若3个电位都为高电平“1”，则表示电动机正常停转；若3个电位都为低电平“0”，则表示电动机正常运转。
1．2．3译码单元
将整形后的电位送人由集成电路构成的译码单元，译码单元根据输入电位的高低组合译出缺相相别，如图2所示。a、b、c为译码器输入端，Y1、Y2、Y3为译码
器输出端。Y1高电平表示缺相相别为A相，Y2高电平表示缺B相，Y3高电平表示缺C相。译码器真值见表1。
延时单元采用阻容充放电方式，简单易行。延时1是为防止电动机的启动接触器触点三相不同步及其它干扰而造成的误动作；延时2是为保证补相元件先于保护元件动作，即在延时2的时间范围内，若补相成功则译码单元无输出，延时1返回后延时2也返回，保护不动作，若补相不成功则延时2时间到，保护动作断开接触器。
1．2．5报警自锁单元
该单元采用集成电路双稳态触发器，触发电位来自延时单元的延时1，即无论补相是否成功都将发出缺相告警信息，同时就地显示缺相相别。
1．2．6执行自保单元
由于可控硅具有良好的自保持性能，所以执行自保元件采用可控硅驱动高内阻小密封继电器。采用高内阻继电器是为降低功耗，简化工作电源构成。
1.3自动补相部分
该部分由选相固定、补相逻辑、补相器3个单元组成，如图3所示。
1．3．1选相固定单元
选相单元根据译码后延时1的输出，选出缺相的相别，送入补相逻辑单元，并固定延时1的输出结果直至整套装置复归。
1．3．2补相逻辑单元
该单元根据选相单元输出的故障相别进行逻辑判断，得出应输入补相装置的健全相电压相别和应断开的故障相相别。自动补相部分的动作过程如下：若电动机缺A相电压，来自选相固定单元的触点J1闭合，补相出口继电器Ja动作，常闭触点Ja-5将故障的A相断开，防止补相电源投入故障相后发生短路或出现过载现象。常闭触点Ja-1、Ja-4分别闭锁继电器Jc，Jb，防止任意2继电器同时动作而造成短路。
此时B相、C相的健全电压通过常开触点Ja-2、Ja-3，输入补相器，补相器的输出电压通过常开触点Ja-6加至电动机的A相，自动完成补相过程。触点J2闭合表示缺B相电压，触点J3闭合表示缺C相电压，补相过程同上。
1．3．3补相器单元
补相采用磁耦合原理，健全的2相电源借助电源中性线耦合出所缺相电压。其原理接线如图4所示。
补相器由2个磁路完全独立且大小相同的铁心构成一个特殊的变压器，绕组L1，L2，L3匝数相同．绕向相同，L3跨绕2个铁心。L1产生的磁通为Φ1，L2产生的磁通为Φ2，则穿过绕组L3的磁通和为Φl+Φ2。若在补相器l端子和2端子输入的电压幅值相同，相位相差120°，则Ll和L2产生的磁通Ф1和Ф2也幅值相同，相位相差120°。因此Ф1+Ф2的合成磁通应该是Φl、Φ2的矢量和，如图5（a）所示。假设电动机发生缺相，缺相相别为A相，电压向量图如图5（b）所示。
如图4所示，因为L3绕组与L1、L2绕组反极性输出，所以4端子输出的电压相位与U3反相即为-U3，向量图如图5（c）所示，可得出-U3与所缺相电压Ua幅值相等，相位相同。—U3、Ub、Uc幅值相等，相位互差120°构成三相对称电源，可使电动机继续正常运转。
1．3．4补相器的输出容量
铁心的大小、绕组的匝数及线径粗细与补相器的负载有关，即补相器的输出容量与电动机的功率有关，应根据电动机功率的大小选择铁心和线径。
由于补相器采用磁耦合原理，L3中的合成磁通是L1与L2产生磁通的矢量和，因此合成磁通的大小与单个铁心中磁通相同，所以单个铁心的工作效率是50％。若给功率为1.5kW的三相电动机补相，按其所缺1／3功率应补入0．5kW，则理想状态下补相器应由2个容量为0．5kW的铁心构成。考虑到铁心的损耗和补相器过载能力，应适当增加单个铁心的容量。
2现场应用
该装置在断路器储能电动机上的实际运行情况表明，该自动补相系统能正确与缺相保护配合，在各种缺相情况下都能正确、可靠地工作。该装置不仅可在电力系统中广泛运用，而且也可广泛应用于民用工业领域。
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