新型低壓電動機綜合保護裝置原理與實現

王勇 季一莉

摘 要：本文從低壓電動機面臨的問題出發，介紹了一種新型低壓電機的保護裝置的原理、軟硬件實現、抗干擾措施等。該裝置具有全面的功能和可靠的性能，采用模塊化系統，方便現場的維護和使用，能夠有效地保護低壓電動機。

關鍵詞：低壓電動機保護；原理和實現；抗干擾

0 引言

低壓電動機廣泛應用于諸多工業領域的380V系統中，生產效率和產品質量以及安全生產都與電動機的穩定運行息息相關。隨著工業水平的提高，電動機的安全可靠性也亟待提高。目前，我國低壓電動機主要靠電磁繼電器保護，其功能也只是過流保護和熱過載保護。但是卻存在保護功能有局限性、保護的調試、監測較為困難、保護不夠智能化、自動化水平差等問題，不能滿足企業管理和運行的需要。本文將簡述BDM-100型低壓電動機保護裝置的設計原理、運行性能及其保護功能等，并說明裝置軟件和硬件的設計及實現。

1 保護功能和原理

BDM-100型的保護裝置具有強大的控制功能和保護功能，可以完成各種型號的低壓電動機的需求，主要保護功能包括：啟動時間過長保護、斷相保護、堵轉保護、零序過電流保護、三相電流不平衡保護、低電壓再啟動等。

1.1 啟動時間過長保護

電動機啟動時會產生很大的啟動電流，如果持續時間過長，將會使得電動機發熱或燒毀，所以啟動時間過長保護是必須配置的，這個裝置可以根據啟動曲線判斷啟動過程狀態，從而起到保護電機的作用。

1.2 斷相保護

三相電源系統出現問題后，未發生故障的部分電流升高，更大的負序電流會通過定子回路，電機內部升溫，引起繞組升溫。所以，如果出現斷相要及時切除，其保護原理為：當電機處于常態時，若監測到某相電流IF小于設定值Id1，其余兩相INF都大于設定電流Id2時，則是發生斷相故障，判斷依據為：

1.3 堵轉保護

所謂堵轉即電動機的轉子被卡住不能轉動，電動機在堵轉和啟動時的發熱狀況非常相似，會產生很大的堵轉電流，產生大量的熱；同時，由于電動機轉子停止轉動，導致電動機的內部溫度比正常情況下更高，一定要盡快解除由于堵轉所引發的高溫狀態。在電動機正常運行時，如果發現電流超過額定電流Ie的Nr倍，則判斷有堵轉發生，經過延時Tr后，進行堵轉保護。判據為：

1.4 零序過電流保護

我國380 V 系統多為中性點直接接地系統，如果出現單相接地這種問題，系統就會出現比較大的零序電流。在電動機正常運行的時候，如果發現電動機內的零序電流I0 >Ie 的N0 倍，則認為電動機發生零序過電流，經過設定的時間后進行保護動作。保護判據為：

但是BDM-100內置了處理三相電流數據的裝置來計算零序電流，不再需要單獨配置外部零序互感器，降低了很多成本。

1.5 三相電流不平衡保護

電動機的繞組如果發生匝間短路，就會出現三相不平衡電流。系統的三相不平衡電流不平衡度大于設定值的時候，就會激發三相不平衡保護，其判據為：

1.6 低電壓再起動

我國的電網電壓質量不夠好，系統運行過程中經常出現短時間的電壓低谷，有可能會使電源接觸器跳開，從而導致電動機在短時間中丟失電源。這時，電動機轉動還沒有完全停止，在電壓恢復后，電動機需要重新啟動才能進入正常狀態。電動機處于常態時，接觸器處于閉合狀態，若系統電壓低于設定值Ud1，則解除器斷開，發生電壓陷落。如果設定時間內發現系統電壓高于設定值Ud2，就可以認為系統的電壓恢復了常態。

2 保護裝置的實現

2.1 硬件實現

雖然上面所說的低壓電動機保護的控制和保護效果比較有效，但是由于其在多數狀態下適用于380V系統，保護對象是低壓電動機，如果想要更廣泛地應用和推廣，就要在保證性能和功能的條件下，盡可能地考慮保護裝置的成本，既要硬件簡單，又要方便組裝。

因此，裝置設計思路采用模塊化，每個部分的功能相對獨立，能夠簡單地完成每個模塊之間的邏輯組合。

2.2 軟件實現

軟件的設計同樣采取模塊化思路，每個模塊的功能之間是相互獨立的。這樣的設計可以在一定程度上保證軟件運行過程中的可靠性和高效性，有利于軟件的升級和換代。軟件設計時將模塊分為主程序、定時中斷程序、保護程序等部分。主程序模塊部分是軟件的主干模塊，在沒有發生中斷時，會按照主程序的設定流程往復運行。定時中斷模塊程序則會對即時模擬量進行轉換，檢測開關量并進行模擬量的運算；最后根據運算結果和開關量的狀態得出判據，調用動作邏輯和保護程序。

3 抗干擾措施

低壓電動機保護用于生產一線，經常在惡劣環境下運行，不可避免地受到強電磁、高溫、高濕等條件的干擾，因此，要保證裝置的正常運行，就一定要有必要的抗干擾措施。為了減小互感器受到的干擾，裝置內安置了有效的濾波和放大電路，應對共模和差模的干擾影響，獲取有效的故障特征和信息，保障判據可用。裝置內部的看門狗可以在系統異常時，幫助系統自動恢復到正常狀態，還能夠監測電源電壓，出現異常值時發出警告。同時要合理布置低壓開關柜內的各種原件，減小各種原件之間的信號干擾，還要占用更小的空間。最后在關鍵的回路和電路中還要增加磁珠等器件減小干擾信號的影響。

4 結束語

BDM-100型低壓電機保護裝置，在實際應用中不僅具有全面的保護功能，滿足各種現場需求，可應用于防爆電機；更具優良的運行性能，在軟硬件和結構方面都有別出心裁的工藝，能夠保證優異的運行性能；而且各方面成本低廉，非常符合低壓電動機保護的要求。

參考文獻

[1]馬東海.低壓電機的保護和控制[J].電子技術與軟件工程，2015，（17）：237.

[2]劉玲.低壓電機的保護與控制[J].電工技術，2013，（5）：72-74.