電動機(jī)的保護(hù)

　　摘 要： 電動機(jī)作為拖動系統(tǒng)中的重要組成部分在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，它的使用幾乎遍及各行各業(yè)，是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防建設(shè)及人民生活正常進(jìn)行的重要保證，因而確保電動機(jī)的正常運(yùn)行就顯得十分重要。而在使用中造成電機(jī)燒毀甚至引發(fā)重大安全事故的事件屢見不鮮。因此做好電動機(jī)的保護(hù)具有節(jié)能顯著、提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益及保證安全生產(chǎn)的重要意義。
　　關(guān)鍵詞： 電動機(jī)保護(hù) 低壓控制電器電動機(jī)保護(hù)器 模擬電子式電動機(jī)保護(hù)器 數(shù)字式電子式電動機(jī)保護(hù)器 智能保護(hù)器
　　
　　我國的電動機(jī)保護(hù)裝置經(jīng)歷了全面仿蘇、自行設(shè)計(jì)、更新?lián)Q代、智能化發(fā)展等幾個階段。值得一提的是近年來微處理器技術(shù)的發(fā)展，給電動機(jī)保護(hù)器向智能化、多功能化方向發(fā)展提供了硬件平臺，使得電機(jī)保護(hù)進(jìn)入了一個飛速發(fā)展的階段。
　　一、低壓控制電器電動機(jī)保護(hù)器（熔斷器和電磁式電流繼電器保護(hù)裝置）
　　在建國初期，我們引進(jìn)了蘇聯(lián)的JR系列熱繼電器，從而開始了其在中國電機(jī)保護(hù)行業(yè)中長達(dá)近半個世紀(jì)的生涯，直到1996年國家八部委聯(lián)合發(fā)文強(qiáng)制將其淘汰。熱繼電器在電子業(yè)尚不發(fā)達(dá)的時代曾是電機(jī)過載保護(hù)的首選產(chǎn)品，它是利用雙金屬片熱效應(yīng)工作的，雙金屬片由不同膨脹系數(shù)的兩片金屬鉚合而成，當(dāng)電流通過時它產(chǎn)生熱量，并向膨脹系數(shù)小的一邊彎曲，電流的大小和彎曲的程度成正比，當(dāng)電流超過熱繼電器整定電流的一定倍數(shù)時就會啟動其中的脫扣裝置，從而切斷主回路達(dá)到保護(hù)的目的。但熱繼電器存在致命的缺陷，包括整定粗糙、受環(huán)境影響大、重復(fù)性差、誤差大、功能單一等，已無法滿足越來越高的要求，因而也就無法避免被淘汰的命運(yùn)。
　　很多人把熔斷器作為電機(jī)的過載保護(hù)器，其實(shí)這是一種不科學(xué)的做法。因?yàn)槭芤?guī)格的限制，熔斷器無法按電機(jī)額定電流進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)定，況且如果熔斷器規(guī)格選得太小容易造成斷路，使電機(jī)單相運(yùn)行；如果熔斷器規(guī)格選得太大，則達(dá)不到過載保護(hù)的效果。
　　電磁式電流繼電器具有過載、堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能，有的還有缺相保護(hù)，其過載保護(hù)具有反時限特性，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械制造精度高，價(jià)格高且體積龐大，因而目前已被基本淘汰。
　　二、模擬電子式電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）
　　在上個世紀(jì)七八十年代，隨著半導(dǎo)體模擬器件的興起及普及，涌現(xiàn)出了一批性能比較可靠、功能多樣化的電子式電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器），為電機(jī)的可靠運(yùn)行提供了較可靠的保障，其中得到公眾認(rèn)可且具有自己品牌特色的以韓國三和技研株式會社的產(chǎn)品為代表，在國內(nèi)市場具有一定影響，他們的產(chǎn)品品種多樣，規(guī)格齊全，主要功能包括：缺相，過載，欠流，相失衡，相序，接地，短路，過、欠壓，電流顯示，聲光報(bào)警及變送輸出，等等，但這類產(chǎn)品仍存在一些無法克服的缺陷，包括如下幾個方面。
　　1.整定精度不高。模擬電子式電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）均采用電位器進(jìn)行額定電流的整定，然而要使電位器滑動臂的旋轉(zhuǎn)角度與其阻值成較好的線形關(guān)系比較困難，特別是在大批量生產(chǎn)中更是難以做到，另外，操作者的整定誤差也是難以避免的，特別是對于那些沒有設(shè)定值顯示的產(chǎn)品。
　　2.采樣精度不高。模擬線路對電流互感器的非線性問題束手無策，即使可以校正也會使線路變得非常復(fù)雜，甚至無法實(shí)際使用，因而大部分廠家只好將非線性問題依賴于提高電流互感器的線性，而實(shí)際上要想讓由矽鋼片做成的電流互感器在很寬的范圍內(nèi)保持線性是非常困難的，用于電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）采樣的電流互感器需考慮的最大使用范圍至少為被保護(hù)電機(jī)額定電流的7倍，因?yàn)殡妱訖C(jī)在堵轉(zhuǎn)情況下會達(dá)到5—7倍的額定電流；另外，采樣線路本身也存在非線性問題。基于這些技術(shù)難題，要實(shí)現(xiàn)高精度的采樣自然就成了一句空話。
　　3.無法實(shí)現(xiàn)具有多種保護(hù)功能于一體的全保護(hù)。隨著社會的發(fā)展，人們對電機(jī)保護(hù)的要求也越來越高，希望電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）的功能多樣化，性能可靠，接線簡單，界面直觀且體積要小，這些都是純粹的模擬線路根本無法實(shí)現(xiàn)的。
　　鑒于以上原因，純粹模擬線路的電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）正逐漸被其它一些更先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品所代替。
　　三、數(shù)字電子式電動機(jī)保護(hù)器
　　1.目前的電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）普遍是根據(jù)電流的大小來決定是否需要保護(hù)，這顯然沒有考慮到環(huán)境因素對電機(jī)的影響。電機(jī)是否需要保護(hù)其根本的判斷依據(jù)應(yīng)該是電機(jī)繞組溫度是否超過其絕緣等級溫度，在相同電流的情況下，環(huán)境溫度高的電機(jī)其燒毀的可能性顯然要大于環(huán)境低的電機(jī)，這就說明單純通過電流的大小來判斷電機(jī)是否需要保護(hù)并不是十分科學(xué)的，不能達(dá)到對電機(jī)在各種環(huán)境下的完全保護(hù)。
　　2.另外還有一類采用直接測量電機(jī)繞組溫度的溫度型電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器），該系列電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）是通過在繞組中埋入溫度傳感器而實(shí)現(xiàn)溫度測量的，它具有溫度測量準(zhǔn)確，對頻繁啟動、通風(fēng)不良、環(huán)溫過高等情況下的電機(jī)都能可靠保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。但這類電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）的使用前提是必須在電動機(jī)制造過程中將傳感器裝入電動機(jī)內(nèi)部，因而對于現(xiàn)有的沒裝傳感器的電動機(jī)就無能為力。另外，一旦傳感器失效，維修十分困難，因此人們在使用中發(fā)現(xiàn)傳感器損壞，一般就棄之不用。
　　3.智能電動機(jī)保護(hù)控制器
　　（1）保護(hù)控制原理
　　這類電動機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）主要以單片機(jī)作為控制器，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能化綜合保護(hù)，有的還具有遠(yuǎn)程通訊功能，可在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)對多達(dá)256臺聯(lián)網(wǎng)的電機(jī)實(shí)現(xiàn)在線綜合監(jiān)視與控制，在采樣和整定精度方面有質(zhì)的飛躍，可對采樣信號進(jìn)行軟件非線性校正，并可實(shí)現(xiàn)真有效值計(jì)算，從而極大地降低被測信號波形畸變的影響，真正實(shí)現(xiàn)高精度采樣。在整定方面采用數(shù)字設(shè)定，通過鍵盤由用戶自行現(xiàn)場設(shè)定，不存在誤差，還可為過載保護(hù)設(shè)置多條更科學(xué)的反時限曲線。因?yàn)椴捎昧藛纹瑱C(jī)，在相同硬件條件下集多種功能于一體的綜合保護(hù)器的出現(xiàn)成為可能。
　　采用分體式模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將保護(hù)測控模塊與操作顯示模塊分開，可在各種低壓控制柜和1/4模數(shù)及以上的抽屜中直接使用，在保護(hù)功能方面具有短路、堵轉(zhuǎn)、過負(fù)荷、接地、缺相/不平衡、TE時間、漏電等保護(hù)功能，還可以實(shí)現(xiàn)電壓測量與過/欠電壓保護(hù)，以及電動機(jī)用電電能計(jì)量功能。具有5路繼電器輸出，實(shí)現(xiàn)顯示、通訊及就地控制，具有多種起動控制輸出方式實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的控制運(yùn)行。在供電輔助電源采用寬范圍的交直流通用電源，同時具有智能報(bào)告維護(hù)功能以及具有兩路現(xiàn)場總線通訊接口，采用創(chuàng)新式網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式實(shí)行電動機(jī)分批分段停車功能，采用SOE記錄方式對電動機(jī)的運(yùn)行及保護(hù)參數(shù)進(jìn)行記錄。
　　（2）硬件設(shè)計(jì)
　　采用分體式模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)：在工業(yè)應(yīng)用，電動機(jī)保護(hù)器普遍應(yīng)用在1/4抽屜柜，以及電動機(jī)旁的就地操作箱中，采用分體式安裝，將裝置本體采用導(dǎo)軌從產(chǎn)品安裝上不受空間的限制，內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下。
　　下圖為丹東市華通測控PDM-810MR智能型電動機(jī)智能保護(hù)控制器內(nèi)部原理框圖：
　　（3）性能
　　電量測量優(yōu)勢：具有電量測量、三相電壓/線電壓、有功功率、無功功率、頻率、電流不平衡度、高精度有功/無功電能的計(jì)量。
　　保護(hù)功能的優(yōu)勢：具有過/欠壓、TE時間、零序/漏電、起動超時、無流起動，運(yùn)行失電、RTC溫度保護(hù)及故障輸出保護(hù)功能，對電動機(jī)實(shí)現(xiàn)全面的保護(hù)。
　　通訊總線優(yōu)勢：為適應(yīng)主備系統(tǒng)同時進(jìn)行電動機(jī)監(jiān)控，采用兩種現(xiàn)場通訊總線接口，可以采用不同的通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)雙路現(xiàn)場總線與兩個主站同時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
　　通訊控制：采用預(yù)設(shè)停車廣播命令功能碼，實(shí)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式實(shí)行電動機(jī)分批分段停車功能。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　［１］曾萍，胡景泰.電動機(jī)保護(hù)器的發(fā)展與應(yīng)用.中國電工技術(shù)學(xué)會低壓電器專業(yè)委員會第十二屆學(xué)術(shù)年會論文集［C］.2005.