電動機保護器發展綜述

張啟龍

（蘭州長城電工股份有限公司，甘肅蘭州730000）

1 概述

電動機作為拖動系統中的重要組成部分在國民經濟中占有舉足輕重的地位，它的使用幾乎滲透到了各行各業，是工業、農業和國防建設及人民生活正常進行的重要保證，確保電動機的正常運行十分重要，而在實際使用中造成電機燒毀甚至引發重大安全事故的事件屢見不鮮，因此做好電動機的保護對提高生產效率和經濟效益，保證安全生產具有重要意義。

我國的電動機保護裝置大約經歷了全面仿蘇、技術引進、跟蹤開發自行設計、電子式、智能化發展等幾個階段。值得一提的是由于近年來微處理器技術的發展，給電動機保護器向智能化、多功能化方向發展提供了硬件平臺，使得電動機保護進入了一個飛速發展的階段。

電動機的保護往往與其控制方式有一定關系，即保護中有控制，控制中有保護。如電動機直接起動時，往往產生4—7倍額定電流的起動電流。若由接觸器或斷路器來控制，則電器的觸頭應能承受起動電流的接通和分斷考核，即使是可頻繁操作的接觸器也會引起觸頭磨損，以致損壞電器；對塑料外殼式斷路器，即使是不頻繁操作，也很難達到要求。因此，使用中往往與起動器串聯在主回路中一起使用，此時由起動器中的接觸器來承載接通起動電流的考核，而其它電器只承載通常運轉中出現的電動機過載電流分斷的考核，至于保護功能，由配套的保護裝置來完成。

2 全面仿蘇階段

五十年代初引進蘇聯技術開發的JR0—16系列熱繼電器是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構簡單的特點。但存在功能少、無斷相保護，對電機發生堵轉、長期過載、頻繁起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一致，失去了保護作用。且重復性能差，大電流過載或短路故障后不能再次使用，調整誤差大、易受環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。

3 技術引進階段

八十年代初期引進從法國TE公司引進的LR1系列，ABB公司引進的T系列，從西門子引進的3UA5、3UA6系列等雙金屬片式熱過載繼電器，具有結構簡單、成本低廉、體積小、使用方便的優點。但也存在保護功能單一、精度低、動作不穩定、發熱時間常數小等缺陷。

4 跟蹤開發自行設計

JRS4-d系列雙金屬片熱過載繼電器，是國內一些知名的低壓電器制造企業跟蹤國外先進技術自主開發，它除結構簡單、成本低廉、體積小、使用方便等優點外，它還具有斷相保護、溫度補償及負載不平衡保護功能等。

熱過載繼電器利用負載電流流過經校準的電阻元件，使雙金屬熱元件加熱后產生彎曲，從而使繼電器的觸點在電動機繞組燒壞以前動作，其動作特性與電動機繞組的允許過載特性接近。但是熱過載繼電器的發熱時間常數小，對于大慣量重載起動的電動機非常不適應，常采用起動時短接熱繼電器的方法，這樣不但使控制系統結構復雜、成本增加，同時也存在了保護的死區，有的為了避免起動時誤動作，調大整定電流，使保護形同虛設。在電子業尚不發達的時代曾是電動機過載保護的首選產品，但熱過載繼電器存在致命的缺陷，包括檢測元件是雙金屬片，由于起動電流及過載電流沖擊，很容易使雙金屬片產生疲勞效應，造成刻度值偏移，動作不穩定，電流整定粗糙、受環境影響大、重復性差、誤差大及功能單一等，已無法滿足越來越高的現代控制系統的要求。

5 電子式熱繼電器

電子式熱繼電器通過內部各相電流互感器檢測故障電流信號，經電子電路處理后執行相應的動作。電子式熱繼電器，檢測元件一般采用電流互感器，不存在發熱問題，其動作穩定性與熱繼電器相比有了質的飛躍。由于電流互感器采用了速飽和電流互感器，故一般具有冷態時允許起動時間長，熱態時過載動作迅速的特點。這正好與工礦企業的電動機實際保護要求相匹配，更能可靠地保護電動機過載。具有穿芯式結構和接線式結構兩種，穿芯式結構不但具有使用方便，與主回路完全隔離，既不會影響主回路，又提高了自身的可靠性。同時，又徹底解決了接線端子發熱的問題，且互換性好。但目前國內外一般只有大規格電子式熱繼電器采用穿芯式，而小規格只能采用接線式。電子式熱繼電器已由晶體管發展到集成電路至今已發展到微處理芯片厚模電路，從功能上一般分為斷相保護、綜合保護、溫度保護等。具有節能、動作靈敏、精確度高、耐沖擊振動、重復性好、保護功能齊全、功耗小等優點。其特點是如下。

5.1 多種保護功能

多種保護功能，主要有三種：過載保護；過載保護+斷相保護；過載保護+斷相保護+反相保護。

5.2 動作時間可選擇

動作時間可選擇（符合GBl4048.4-2003標準）。標準型（10級）：7.2In（In為電動機額定電流），4-1Os動作，用于標準電動機過載保護；速動型（10A 級）：7.2In時，2-1Os動作，用于潛水電動機或壓縮電動機過載保護；慢動型（30級）：7.2In時，9-30s動作，用于如鼓風機、水泵等電動機起動時間長的過載保護。

5.3 電流整定范圍廣

電流整定范圍廣。其最大值與最小值之比一般可達3-4倍，甚至更大倍數（熱繼電器為1.56倍），特別適用于電動機容量經常變動的場合（例如礦井等）。

5.4 有故障顯示

有故障顯示。由發光二極管顯示故障類別，便于檢修。

5.5 有熱記憶功能

電子式熱繼電器解決了熱過載繼電器功能單一的問題，新產生了需工作電源的弊端。雖然電子線路放大、驅動需工作電源的要求在情理之中，但是對電子式熱繼電器的應用帶來了一系列的問題，如用戶使用前必須認準電源接線端子，了解電源電壓等級等諸多不便。另外，由于電子式熱繼電器需要連續工作，這樣因電網電壓的波動、干擾、自身的發熱等因素，使其的故障率也很高。另外，電子式熱繼電器由于執行元件采用電磁式繼電器，存在了兩個難以克服的矛盾。一是采用繼電器的常開觸點實行保護方案，其特點主回路不工作時觸點常開，所以其觸點必須串接于接觸器的自?；芈?，這樣既使用戶感到安裝不便，又無法用于自動控制的電路；二是用繼電器的常閉觸點動作實行保護方案，雖然其控制觸點可象熱過載繼電器一樣直接串接于控制回路，但由于其自動復位，同樣也無法適用于自動控制系統。這大大限制了電子式熱繼電器的使用范圍。一方面替代熱過載繼電器時需改變控制線路，另一方面不能使用于因無人看守、長期工作、故障率相對較高的需自動控制的設備如水泵、壓縮機等。

6 智能型電動機保護器

隨著微電子技術的發展，電動機保護器正朝著綜合化、高精度、高可靠、智能化方向發展。智能型電動機保護器主要以單片機作為控制器，可實現電動機的智能化綜合保護，有的還具有遠程通訊功能，可在PC機上實現對多臺聯網的電動機實現在線綜合監視與控制。在采樣和整定精度方面有質的飛躍，可對采樣信號進行軟件非線性校正，并可實現真有效值計算，從而極大地降低了被測信號波形畸變的影響，真正實現了高精度采樣。在整定方面采用數字設定，通過鍵盤由用戶自行現場設定，不存在誤差，還可為過載保護設置多條更科學的反時限曲線。因為采用了單片機就使得在相同硬件條件下集多種功能與一體的綜合保護器的出現成為可能。其特點是：

①檢測線電流的變化（包括采取、正序、負序、零序和過流）為原則，可檢測斷相或過載信號，具有斷相保護、過載保護、堵轉保護等功能。

②具有遙測、遙控、遙調、通訊與一體的智能保護功能，對電動機發生斷相、過載、短路、欠壓、過壓和漏電等故障時實現保護；具有電流電壓顯示、時間控制、軟件自診斷、來電自恢復、自起動順序、故障記憶、自瑣和遠傳報警、故障時的電流電壓故障顯示等，配置RS485通訊接口，實現計算機聯網。同時可監控、監測多臺電動機工作。

③采用交流采樣技術、多點線性校正技術、量程自動切換技術，使其在電流測量范圍內都能保持很高的采樣精度。

7 結束語

同所有的產品一樣，電動機保護器經歷了由低級到高級、由簡單到復雜逐漸科學完善的發展過程，在這個過程中一批批技術人員傾注了大量的熱情與心血。雖然電動機保護器已發展到了微電子智能型時代，但對電動機保護器的課題的研究還有待于進一步提高。