淺談電動機保護控制器的原理及應(yīng)用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：電動機保護器作為拖動系統(tǒng)中的重要組成部分，對電動機的起動和運行中保護起著至關(guān)重要的作用。本文分析了電動機保護器保護及構(gòu)成原理，并闡述了電動機保護器在發(fā)展過程中的應(yīng)用及選擇原則。

關(guān)鍵詞：電動機；保護器；保護原理；應(yīng)用

        電動機是當前應(yīng)用廣泛的動力設(shè)備，是其他機電設(shè)備的動力源泉，電動機正常的輸出是其驅(qū)動的機電設(shè)備正常工作的前提，如今已被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、交通運輸、防等領(lǐng)域。電動機所帶的負載種類繁多，且往往是整個設(shè)備中的關(guān)鍵部分，因而確保電動機的正常運行就顯得十分重要。電動機保護器(電機保護器)是發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)的重要器件，是跨行業(yè)、量大面廣、節(jié)能*的節(jié)能機電產(chǎn)品[1]。電動機保護器的作用是給電機的保護控制，在電機出現(xiàn)過流、欠流、斷相、堵轉(zhuǎn)、短路、過壓、欠壓、漏電、三相不平衡、過熱、接地、軸承磨損、定轉(zhuǎn)子偏心時、繞組老化予以報警或保護控制。如今電動機保護器幾乎滲透到所有用電領(lǐng)域，在民經(jīng)濟和節(jié)能事業(yè)中有著不可替代的重要地位和作用。

        對電動機來說，其故障形式從機械角度可以分為繞組損壞和軸承損壞兩方面。造成繞組損壞的主要原因有：1．電動機長時間的電、熱、機械和化學(xué)作用下，繞組的絕緣老化損壞，定轉(zhuǎn)子繞組匝問短路或是對地短路。2．電網(wǎng)供電質(zhì)量差，電源電壓三相不平衡、電壓波動大、

        電網(wǎng)電壓波形畸變、高次諧波嚴重或者電動機斷相運行。3．電源電壓過低使得電動機啟動轉(zhuǎn)矩不夠，電動機不能順利啟動或者是在短時間內(nèi)重復(fù)啟動，電動機長時間承受過大的啟動電流導(dǎo)致電機過熱。4．因機械故障或其它原因造成電動機轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)。5．某些大型電機冷卻系統(tǒng)故障或是長時間工作在高溫高濕環(huán)境下造成電機故障。

        電動機保護原理的研究是保證電動機保護器性能高低的關(guān)鍵，根據(jù)三相對稱分量法的理論，三個不對稱的向量可以分解成三組對稱的向量，分別為正序分量、負序分量和序分量。

        根據(jù)對稱分量的計算公式式，電動機在發(fā)生對稱故障和不對稱故障時，電動機的三相電流都會發(fā)生變化。電動機故障條件流過繞組的電流過大，超過電動機的額定電流，因此可根據(jù)這特征來對電動機過電流進行保護。電機過載、斷相、欠壓都會造成繞組電流超過額定值。電源電壓欠壓，運行電流上升的比例將等于電壓下降的比例；電機過載時，常造成堵轉(zhuǎn)，此時的運行電流會大大超過額定電流。針對以上情況，電動機保護器可通過對三相運行電流進行檢測，根據(jù)運行電流的不同性質(zhì)來確定不同的保護方式，從而對電機予以的斷電保護。電動機的故障類型分為過流保護、負序電流保護、序電流保護、電壓保護和過熱保護等幾種。

        通過對電動機保護器的保護原理分析可以看出，理想的電動機保護器應(yīng)滿足可靠、經(jīng)濟、方便等要素，具有較高的性能價格比。經(jīng)過發(fā)展和更新，如今電動機保護器般由電流檢測電路、溫度檢測電路、基準電壓電路、邏輯處理電路、時序處理電路、啟動feng鎖及復(fù)位電路、故障記錄電路、驅(qū)動電路、電動機控制電路組成。

        目前我普遍采用的電動機保護器主要有熱繼電器、溫度繼電器和電子式電動機保護器。熱繼電器是五十年代初引進蘇聯(lián)技術(shù)開發(fā)的金屬片機械式電動機過載保護器，它在保護電動機過載方面具有反時限性能和結(jié)構(gòu)簡單的特點。但存在功能少，無斷相保護，對電機發(fā)生通風(fēng)不暢，掃膛、堵轉(zhuǎn)、長期過載，頻繁啟動等故障不起保護作用。這主要是因為熱繼電器動作曲線和電動機實際保護曲線不致，失去了保護作用。且重復(fù)性能差，大電流過載或短路故障后不能再次使用，調(diào)整誤差大、易受環(huán)境溫度的影響誤動或拒動，功耗大、耗材多、性能指標落后等缺陷。溫度繼電器是采用雙金屬片制成的盤式或其他形式的繼電器，在電動機中埋入熱元件，根據(jù)電動機的溫度進行保護，但電動機容量較大時，需與電流監(jiān)測型配合使用，避免電動機堵轉(zhuǎn)時溫度急劇上升，由于測溫元件的滯后性，導(dǎo)致電動機繞組受損。溫度繼電器具有結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠，保護范圍廣泛等點，但動作緩慢，返回時間長，3KW以上的三角形接法電動機不宜使用。目前在電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)壓縮機等方面大量使用。電子式電動機保護器通過檢測三相電流值和整定電流值，采用電位器旋鈕或拔碼開關(guān)操作來實現(xiàn)對電動機的保護，電路般采用模擬式，采用反時限或定時限工作特性。

        除了上述三種常見的電動機保護器，磁場溫度檢測型繼電器和智能型電動機保護器也在電動機故障保護中得到普遍應(yīng)用。磁場溫度檢測型保護器通過在電動機中埋入磁場檢測線圈和溫度探頭，根據(jù)電動機內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場的變化和溫度的變化進行保護，主要功能包括過載、堵轉(zhuǎn)、缺相、過熱保護和磨損監(jiān)測，保護功能完善，缺點是需在電動機內(nèi)部安裝磁場檢測線圈和溫度傳感器。智能型電動機保護器能實現(xiàn)電動機智能化綜合保護，集保護、測量、通訊、顯示為體。整定電流采用數(shù)字設(shè)定，通過操作面板按鈕來操作，用戶可以根據(jù)自己實際使用要求和保護情況在現(xiàn)場自行對各種參數(shù)修正設(shè)定，采用數(shù)碼管作為顯示窗El，或采用大屏幕液晶顯示，能支持多種通訊協(xié)議，目前高壓電動機保護均采用智能型。

        選用電動機保護裝置的目的，既能使電動機充分發(fā)揮過載能力，又能免于損壞，而且還能提高電力拖動系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。合理選用電機保護裝置，既能充分發(fā)揮電機的過載能力，又能免于損壞，從而提高電力拖動系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。具體的功能選擇應(yīng)綜合考慮電機的本身的價值、負載類型、使用環(huán)境、電機主體設(shè)備的重要程度、電機退出運行是否對生產(chǎn)系統(tǒng)造成嚴重影響等因素，力爭做到經(jīng)濟合理。在能滿足保護要求的情況下先考慮簡單保護裝置，當簡單的保護裝置不能滿足要求時，或?qū)ΡＷo功能和特性提出更高要求時，才考慮應(yīng)用復(fù)雜的保護裝置，做到經(jīng)濟性和可靠性的統(tǒng)。

5.1產(chǎn)品簡介

        ARD該系列低壓電動機保護器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護功能。可與接觸器、電動機起動器等電器元件構(gòu)成電動機控制保護單元，具有遠程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。應(yīng)用范圍：可廣泛應(yīng)用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領(lǐng)域。

5.2產(chǎn)品選型

產(chǎn)品功能