起重機械電動機過熱保護功能探討*

袁曉金，段志梅，姚 鍇，段艷濤

（1.紅河州質量技術監督綜合檢測中心，云南蒙自 661199；2.紅河學院，云南蒙自 661199）

0 引言

新版起重機械檢驗規則（TSG Q7015-2016[1]/TSG Q7016-2016[2]，簡稱“新檢規”）于2016年7月1日頒布實施。較上一版檢規（TSG Q7015-2008/TSG Q7016-2008，簡稱“老檢規”）而言，電氣保護方面變化比較明顯之處是增加了“電動機的保護”這一檢驗項目。新檢規的“電動機的保護”來源于GB 6067.1-2010[3]中8.1“電動機的保護”要求。根據GB 6067.1-2010中8.1項目的實際內容表述可以判斷出，“電動機的保護[3]”是一種錯誤或者不恰當的表述方式，該詞過于寬泛。根據GB/T 5226.32-2017[4]中7.3的表述要求，“電動機的保護”一詞應更改為“電動機的過熱保護[4]”，這樣才更準確且嚴謹。本文所述的“電動機的過熱保護”就是“新檢規”和GB 6067.1-2010中8.1所提及的“電動機的保護”。

針對“電動機的保護”/“電動機的過熱保護”功能而言，無論是GB 6067.1-2010中8.1還是GB/T 5226.32-2017中7.3都只是籠統、簡單的描述，并沒有講明具體該如何實現，沒有電學基礎的檢驗人員會一頭霧水。本文首先把“電動機的過熱保護”功能分解為3種實現方式，即熱過載保護、超溫度保護和限流保護；其次，通過結合具體實例圖紙，把3種實現方式的實現原理和使用的關鍵電器元件逐一詳細地解釋清楚，能夠讓廣大的一線非電類檢驗人員更容易接受。檢驗人員只需對照圖紙，找到每種電動機保護方式的關鍵電器元件（熱繼電器、過電流繼電器、溫度繼電器）即可，為起重機械的安全檢驗把好關。

1 電動機過熱保護功能

1.1 設置條件

額定功率超過2 kW的電動機應配備電動機過熱保護功能[4]。

1.2 實現方式

結合GB/T 5226.32-2017中7.3和GB 6067.1-2010中8.1的要求可知，電動機過熱保護可由以下方式實現：（1）熱過載保護[3]；（2）超溫度保護[4]；（3）限流保護[4]。

電動機應具有如上1種或1種以上的保護功能（電動葫蘆除外），具體選用應按電動機及其控制方式確定。

1.3 熱過載保護

圖1所示為一起重機大車運行電機控制原理，采用變頻調速控制系統。大車運行電機為4M1、4M2，制動器為4Y1、4Y2。大車運行電機4M1、4M2的熱過載保護功能是靠熱繼電器4F1、4F2來實現的。

4F1、4F2是雙金屬片式熱繼電器，且均為三相式，有帶斷相保護和不帶斷相保護兩種形式[5]。熱繼電器是一種利用電流熱效應原理工作的電器。熱繼電器4F1、4F2的熱元件和雙金屬片分別串接于電動機4M1、4M2的定子電路中。當電動機4M1、4M2發生過載、斷相、三相電源嚴重不平衡等故障使電動機過流且超過整定值時，雙金屬片會因受熱而產生彎曲變形，通過內部連桿機構使其常閉觸頭（453～455、455～457）打開。其常閉觸頭（453～455、455～457）通常串接在電動機4M1、4M2控制電路中的相應接觸器線圈回路中，常閉觸頭（453～455、455～457）打開時，接觸器線圈電源斷開，進而就切斷電動機4M1、4M2的工作電源，電動機4M1、4M2就得到了保護。熱元件也因電動機4M1、4M2的失電而逐漸降溫并冷卻，直至恢復到原始狀態。經過手動或自動復位，熱繼電器4F1、4F2返回到原來狀態，為下次動作做好了準備。

電動機在實際運行中，常會發生因異常工作狀態導致電動機過載運行，從而使電動機繞組中電流增大，溫度升高。若過載時間長，過載電流大，電動機繞組的溫升就會超過允許值，輕則會加速電動機繞組絕緣老化，嚴重時會使電動機繞組燒毀。因此電動機熱過載保護是一種非常重要的電動機保護方式。

1.4 限流保護

圖2所示為一起重機大車運行電機控制原理，采用轉子串接電阻調速控制系統。大車運行電機為1Md、2Md，制動器為1Td、2Td。大車運行電機1Md、2Md的限流保護功能靠過電流繼電器3LJ、4LJ來實現。

大車運行電機1Md、2Md是繞線式三相異步電動機，通過在電動機1Md、2Md的轉子外電路上串接可變電阻來實現調速功能。通過對可變電阻的調節，使電動機1Md、2Md的轉差率加大，改變電動機的機械特性斜率，使電動機1Md、2Md在較低的轉速下運行，以實現調速的一種方式。串接的電阻越大，電動機1Md、2Md的轉速越低。這種調速方式設備結構簡單、控制方便、價格便宜，但轉差功率以發熱的形式消耗在調速電阻上，效率隨轉差率增加而等比下降。

過電流繼電器3LJ、4LJ在電路正常工作時不動作，電流整定值應約為電動機1Md、2Md最大啟動電流的1.25倍[3]。過電流繼電器3LJ、4LJ的線圈串接在電動機1Md、2Md定子電路中。當線圈的電流高于額定值，且達到過電流繼電器3LJ、4LJ的整定值時，過電流繼電器3LJ、4LJ的銜鐵吸合，觸頭機構動作，此時過電流繼電器3LJ、4LJ的常閉觸頭將打開[6]。過電流繼電器3LJ、4LJ的常閉觸頭通常串接在電動機1Md、2Md控制電路中的相應接觸器線圈回路中，常閉觸頭打開時，接觸器線圈電源斷開，進而切斷1Md、2Md電動機的工作電源，電動機1Md、2Md就得到了保護。

1.5 超溫度保護

圖1 變頻調速

圖2 串接電阻調速

超溫度保護功能的實現通常是在起重機械被保護的電動機內設置熱傳感元件來實現。溫度繼電器是實現超溫度保護功能理想的電器元件。溫度繼電器又稱溫度開關，用于當測量點介質的溫度達到設定值時，輸出一路或多路開關量控制信號，以控制被控對象。溫度繼電器分為雙金屬片式和熱敏電阻式兩種。雙金屬片式溫度繼電器的工作原理類似于熱繼電器，體積偏大而多置于電動機繞組的端部，故很難及時反映溫度上升的情況，以致發生動作滯后的現象。熱敏電阻式溫度繼電器有正溫度系數和負溫度系數兩種，正溫度系數熱敏電阻具有明顯的開關特性、電阻溫度系數大、體積小、靈敏度高等優點而得到廣泛應用，其熱元件（熱敏電阻）直接埋置于起重機械被保護的電動機定子槽內或繞組的端部[5]。當電動機繞組的溫度超過設定值時，其常閉觸頭將打開。溫度繼電器的常閉觸頭通常串接在被保護電動機控制電路中的相應接觸器線圈回路中，常閉觸頭打開時，接觸器線圈電源斷開，進而切斷被保護電動機的工作電源，被保護電動機就得到了保護。

溫度繼電器的觸頭在電路圖中的圖形符號與電壓或電流繼電器相同，只是在符號旁標注字母“θ”[7]。

2 結束語

本文對熱過載保護、超溫度保護和限流保護這3種電動機過熱保護方式進行了詳盡剖析，把電動機復雜的電氣原理圖簡單化。廣大一線非電類專業的檢驗人員只需對照所檢起重機械的電動機主電路部分，直接尋找相應電動機保護方式的關鍵電器元件（熱繼電器、過電流繼電器、溫度繼電器），然后對號入座，就可以很容易地弄清楚“電動機過熱保護”的具體實現方式，為起重機械的檢驗把好安全關。