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來源：Digi-Key 作者：Art Pini 在加熱、通風和空調 (HVAC) 系統、水處理、材料處理、機床、船舶和航空應用中常見的商業和工業機器大多數都是由三相電機驅動的。這些可靠的設備可能會遭到一系列的故障條件損壞，如果不迅速解決，可能導致故障或至少縮短運行壽命，從而導致大量停機時間和維修費用。 相位監控繼電器可用于檢測這些故障，并在造成永久性損害之前通知操作員停止機器。這些繼電器可以檢測到所有三個相位都存在，具有正確的序列，并讓相位電壓處于正確范圍內。如果發生錯誤，繼電器可以打開一組觸頭，啟動報警狀態或關閉機器。 有各種各樣的相敏繼電器可用于處理廣泛的電壓、三相配置和出錯狀態。本文簡要討論了潛在的電機故障模式以及相敏繼電器的工作原理。然后使用 Carlo Gavazzi 的實際樣件，介紹三相監控繼電器的選擇和應用。 三相電機故障模式 在眾多行業中，其常見故障基本都與三相電源及其對電機的影響有關。失去三相中的一相或相電壓的不平衡會導致電機剩余相的電流高于正常值，導致機械功率損失，以及機械振動過大。同樣，欠壓和過壓會迫使電機增加電流，以驅動相同的負載，這會縮短電機的壽命。 另一種可能性是相序不正確，可能導致電機反轉，這對電機的負載端會產生災難性的結果。 相位監控繼電器功能 相位監控繼電器具有一系列與三相電源狀態有關的功能塊。它們由其監控的三相線路供電。所有這些功能塊都在監控著相序和任何相電壓損失。當所有相位都存在，并且電源序列正確時，繼電器就會啟動。在任何一個相位丟失或相位序列不正確的情況下，繼電器就會斷電。一些相位監控繼電器還監控所有三相的電壓水平。電壓測定使用真正的均方根 (TRMS) 測量，當振幅下降到預設閾值以下時就停用繼電器。有些設備提供相同的振幅檢測，但有用戶可調的限制設置。很多繼電器型號都可以監控相位不對稱和容差。所有繼電器在由于電壓水平或不對稱問題而啟動之前都會提供一個延遲，以防止虛假激活。在某些型號中，延遲是可編程的。 相位監控繼電器選擇 Carlo Gavazzi 的 DPA01CM44 是一個用于三線配置的相位敏感繼電器的實例（圖 1）。該系列由三相電源供電，提供在 230、400、600 和 690 伏交流 (VAC) 電壓下工作的型號。這些繼電器用于安裝在 DIN 導軌上，也有提供插件版本。繼電器輸出配置采用單刀雙擲 (SPDT) 或雙 SPDT 觸頭。 
圖 1：DPA01CM44 是一個 DIN 導軌安裝式相位監控繼電器，用于 208 至 480 VAC 三相線路，帶有一個 SPDT 繼電器觸頭輸出。（圖片來源：Carlo Gavazzi Inc.） 在正常電壓條件下，繼電器激活意味著繼電器輸出的常開 (NO) 觸頭是關閉的，而常閉 (NC) 輸出觸頭是打開的。繼電器操作發生在 100 毫秒 (ms) 之內。前面板上的狀態 LED 用于指示電源開啟和繼電器激活。 DPA01 相位監控繼電器可以用來監控任何三相線路（圖 2 中的例 1），也可以與三相電機相關聯（例 2）。
圖 2：DPA01 系列三相監控繼電器的應用實例。例 1（左）顯示其連接來監控三相線。例 2（右）展示了其在監控三相電機方面的應用。（圖片來源：Carlo Gavazzi Inc.） 當這兩種應用出現錯誤情況時，以適當方式連接到繼電器的接觸器就會打開通電的三相電路，而監控繼電器仍會與電源連接。當連通后監控沒有電機的三相線路時，檢測死相是沒有問題的，因為缺失的輸入電平會明顯下降。當監控器連接到電機時，由于內部電感耦合，電機的運行將傾向于再生缺失的相位。繼電器的設定是，只要振幅小于額定三相電壓的 85% 就判定檢測到失相。因此，重要的是要驗證電機的再生能力要低于額定線路電壓的 85%。 在需要自定義過壓或欠壓閾值的應用中，可以使用 Carlo Gavazzi 的 DPB01CM48 多功能相位監控繼電器。該繼電器可以檢測到過壓和欠壓情況，以及失相和不當相序。過壓和欠壓閾值水平可由用戶通過前面板的開關進行調節（圖 3）。
圖 3：DPB01CM48 多功能相位監控繼電器使用前面板控制裝置監控失相、相序以及可選擇的過壓和欠壓閾值。過壓和欠壓啟動的操作延遲可由用戶調整，以盡量減少瞬時激活。（圖片來源：Carlo Gavazzi Inc.） 這款繼電器也是 DIN 導軌安裝式，支持三角和星形/Y 形三相拓撲結構。它有用戶可編程的電壓范圍，可選擇 380、400、415、480 VAC 線對線電壓，以及 220、230、240、277 VAC 線對中性點電壓。電路拓撲結構和電壓范圍是通過一個內部 DIP 開關設置的。DPB01 系列中有一個單獨的型號來處理較低的電壓范圍。 該繼電器的前面板上有三個控制旋鈕。上按鈕用于設置 -2 至 -22% 的額定電壓下限電壓閾值，中按鈕用于設置 2 至 22% 的額定電壓上限電壓閾值，下按鈕用于設置 10 ms 至 30 秒 (s) 之間的操作延遲。延時用來防止短時電壓瞬變造成繼電器意外跳閘。 繼電器的前面板上有三個 LED 燈來顯示其狀態。綠色 LED 用于指示電源已打開。黃色 LED 用于指示繼電器已通電。如果有一個報警事件，那么黃色 LED 就會關閉，繼電器在超時后就會斷電，紅色 LED 會閃爍。如果錯誤是過壓或欠壓情況，紅色 LED 會以 2 赫茲 (Hz) 的頻率閃爍，超時后繼電器將被斷電。如果發生失相或相序不正確，繼電器會在 200 ms 內斷電，紅色 LED 會在錯誤狀態持續期間以 5 Hz 的速度閃爍。 DPC01DM69 相位監控繼電器具有 Carlo Gavazzi 最完整的功能集（圖 4）。這款 DIN 導軌安裝式繼電器可監控相序和失相，以及欠壓和過壓、相位對稱和容差。
圖 4：DPC01DM69 是一款 DIN 導軌安裝式相位監控繼電器，左側邊緣的 LED 指示繼電器狀態（黃色）、報警狀態（紅色）和電源狀態（綠色）。控制裝置用于設置容差/不對稱或過壓/欠壓閾值，以及繼電器延遲。（圖片來源：Carlo Gavazzi Inc.） 在選擇工作電壓范圍和三相拓撲結構方面，DPC01DM69 的操作與 DPB01CM48 類似。它有額外的 DIP 開關選擇，用于開機延遲（1 秒或 6 秒）、輸出配置（雙組 SPDT 觸頭或單組雙極雙擲 (DPDT) 觸頭），以及過壓/欠壓或不對稱/容差的監控功能。 DPC01CM69 根據報警類型以三種不同的模式運行。失相或相序不正確會導致輸出繼電器 1 和 2 斷電。過壓或不對稱事件會導致輸出 1 繼電器在預設延遲 1 結束時斷電，而欠壓或超限事件會導致輸出 2 繼電器在預設延遲 2 結束時斷電。這種雙輸出排列方式使得對不同報警事件的反應更加靈活。 不對稱性是衡量電源質量的一個指標，定義為線路電壓最大偏差的絕對值除以三相系統的額定電壓。容差是衡量電源質量的另一個指標，定義為線路電壓與額定電壓最大偏差的絕對值除以三相系統的額定電壓（圖 5）。
圖 5：三相電源的不對稱性和容差方程。（圖片來源：Carlo Gavazzi Inc.） 一般來說，三相線的不平衡度應小于 2%，以避免三相電機的過熱。請注意，DPC01CM69 封套上的不對稱性和容差標示為 2% 到 22% 不等。 結語 在各行各業中，三相交流電監控對于避免因電機損壞而造成昂貴的停機時間至關重要。為確保這一點，Carlo Gavazzi 推出了廣泛的三相監控繼電器，其設計采用了最先進的測量技術，且設置簡單。這些繼電器涵蓋監控失相和相序的簡單設備到更復雜的監控器，并且還能感知過壓和欠壓情況，以及相位不對稱和容差。這些相位監控繼電器保證了三相電源問題不會對昂貴的機器造成損害。 |
