電動機保護器在工業系統中的應用

曹 科

（上海盛善電氣有限公司，上海 200331）

隨著我國工業領域自動化程度的日益加深，工業系統對電動機的智能保護和自動控制提出了新的要求，因此電動機保護器這一新型的工業保護控制裝置日益為大家所重視，并得到了更廣泛的應用。本文作者結合自身多年的工作經驗對電動機保護器在工業系統中的典型應用加以介紹，希望能起到拋磚引玉的作用，為大家提供一些有益的借鑒。

電動機保護控制器的工作原理：電動機保護控制器通過監測電動機工作時的電參數和對應的控制觸電的狀態，以判斷電動機是否出現故障或異常工作狀態，并據此進行對應的自動保護及起停控制，以達到無人值守時的自動保護或遠程自動控制。

目前市場上的電動機保護控制器一般都由以下幾個部分組成：電源系統、采樣單元、信號處理及控制系統、控制及反饋回路、人機界面。其中，電源系統負責為電動機保護控制器提供獨立的工作電源；采樣單元負責采集電動機的運行參數，如電壓、電流、功率等等；信號處理及控制系統對采樣單元所采集的數據進行分析處理，并以此為控制邏輯的判斷依據對電動機進行保護和控制；控制及反饋回路則是通過繼電器對外部的接觸器、斷路器等電氣元件進行控制以實現具體的保護和控制功能，并將電動機的相關運行狀態反饋回電動機保護器進行實時監測；人機界面則是提供給使用者的交互界面，可以通過它進行設定具體的保護參數、監測電動機運行情況、查詢故障記錄等操作。

目前市場上的電動機保護控制器品牌眾多，不同廠家產品的功能都有所不同，但總的來說可以分為以下幾類：

1）電動機保護功能

這是電動機保護控制器的主要功能，可以對電動機起動階段和運行過程中出現的各種異常情況進行自主判斷并采取相應保護措施。如防止電動機起動過程中轉子堵轉現象的堵轉保護，防止電動機長時間過載導致電機發熱受損的過載保護，防止電網系統出現意外故障的過壓保護、缺相保護等等。此類保護功能均以電動機為保護對象，目的是避免電動機因故障或意外情況受損，使工業自動控制系統更安全有效的運行。

2）安全保護功能

除針對電動機本身的保護功能外，電動機保護控制器還具備對現場操作人員的保護措施，例如最常見的漏電保護功能。電動機保護控制器通過漏電互感器采樣監測回路中的漏電流大小，并根據預設的漏電保護參數進行自主判斷，向上級系統發出報警信號或直接切斷電氣回路，以避免因漏電導致觸電事故。此類保護功能可以有效的保障現場操作人員的人身安全，因而日益得到使用者的重視。

3）自動控制功能

電動機保護控制器除了各種保護功能外，還具有一定的控制功能，可以實現對電動機的起/停控制，能夠加強整個自動化系統的智能化程度。例如，操作人員可以通過保護器的人機界面對電動機進行手動起動/停止操作，也可以通過控制及反饋回路中的開關量輸入接口以遠程控制方式實現上述操作，更可以通過數字通信口（一般為RS485接口）與主控制系統連接實現自動控制。此外，部分電動機保護控制器還具備自起動、重起動功能，可以在電氣系統出現短暫停電等意外情況后保存當前電動機運行狀態，等系統恢復正常后按照設定的起動時間按時間順序依次起動，既可省去人工操作的繁瑣，也可以避免眾多電動機同時起動對回路的大電流沖擊，提高了系統的安全性和可靠性。

4）節能降耗功能

隨著國家對于節能降耗要求的提高，電動機保護控制器在節能降耗方面的作用也開始為大家所重視。部分電動機保護控制器具有欠功率、低功率因數等保護功能，可以在電動機處于輕載或低功率因數運行狀態時做自動停機，能夠有效的避免能源浪費節省企業資金。

雖然電動機保護控制器這一產品已經較為成熟，但目前工業系統中電動機保護器的應用仍處于起步階段，部分使用者仍然不熟悉它的具體應用情況，下面就以SDM800型電動機保護控制器為例，簡單介紹一下相關應用案例。

某公司有一臺110kW的電動機，采用星三角起動方式。之前由于常處于過載狀態運行，熱繼經常產生保護動作，影響了生產調度。后經過技術改造，采用電動機保護控制器作為保護裝置，設定當電動機運行電流大于額定電流的1.05倍時開始進行熱量累積計算（運行電流越大則熱量累積越快），在熱量累積達到最大允許值的90%時向控制系統發送報警信號（通過人機界面和RS485數字通信口兩種方式同時發送），在熱量累積達到最大允許值時則自動將電動機停機。這樣處理以后，用戶可以在發現報警信號后及時對生產調度做出調整，將電動機的負載降低以免熱過載后不得不停機影響生產，而即使沒有及時對電動機過載情況進行有效處理，也可以在報警一段時間后在熱量累積達到最大允許值時自動停機，避免無人狀態下電動機過熱受損。這一方案兼顧了生產流程的順暢和電動機的安全，取得了很好的效果。圖1為此方案的接線圖。

圖1

圖1中，電動機三相電壓信號直接接入電動機保護控制器（3、4、5號端子），三相電流信號則以穿芯方式穿過電動機保護控制器的電流進線孔，電動機保護控制器的三路繼電器輸出（DO1、DO2、DO3）分別接入接觸器CJ1、CJ2、CJ3的輔助觸點，同時電動機保護控制器通過開關量輸入端口（DI1、DI2、DI3）監測三個接觸器的當前分合狀態以判斷當前電動機運行狀態。電動機起動時，DO1、DO2吸合，一段時間后DO3吸合并且DO1斷開，完成整個星三角起動過程。如果達到預設的報警條件而沒有達到保護條件時，則通過人機界面和RS485數字通信口發送報警指示。一旦接收到停機命令或者出現故障達到預設的保護條件時，則釋放三路繼電器，電動機同時停止運行。

從這個案例可以看出，電動機保護控制器的使用相當靈活，由于報警參數和保護參數可以根據實際生產運行條件預設為不同的值，所以可以很好的適應實際的工藝生產流程，避免過度保護影響生產的流暢，對于工業領域的大規模流水化生產有很大的幫助。因此，隨著我國工業領域自動化和智能化程度的不斷提高，相信諸如電動機保護控制器這樣的智能化保護/控制裝置將得到越來越廣泛的應用。