異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)
該文闡述了異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)與控制關(guān)系，介紹了異步電動(dòng)機(jī)的各種保護(hù)裝置。電動(dòng)機(jī)保護(hù)主要有兩大類：采用電流檢測(cè)型的有熱繼電器，帶有熱—磁脫扣的電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器，電于式和固態(tài)繼電器，帶電子式脫扣的電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器以及軟起動(dòng)器；直接檢測(cè)電動(dòng)機(jī)繞組溫度的溫度檢測(cè)型有雙金屬片溫度繼電器、熱保護(hù)器、檢測(cè)線圈和熱教電阻溫度繼電器等，但由于需直接埋入電機(jī)繞組，價(jià)格較貴、維修困難等原因，僅在部分頻繁操作場(chǎng)合使用。*后指出不管采用何種保護(hù)裝置，必須考慮過載保護(hù)裝置與電動(dòng)機(jī)、過載保護(hù)裝置與短路保護(hù)裝置的協(xié)調(diào)配合。
關(guān)鍵詞 異步電動(dòng)機(jī) 保護(hù)裝置 控制
異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)是個(gè)復(fù)雜的問題。在實(shí)際使用中，應(yīng)按照電動(dòng)機(jī)的容量、型式、控制方式和配電設(shè)備等不同來(lái)選擇相適應(yīng)的保護(hù)裝置及起動(dòng)設(shè)備。
電動(dòng)機(jī)的保護(hù)與控制關(guān)系
電動(dòng)機(jī)的保護(hù)往往與其控制方式有一定關(guān)系，即保護(hù)中有控制，控制中有保護(hù)。如電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，往往產(chǎn)生4—7倍額定電流的起動(dòng)電流。若由接觸器或斷路器來(lái)控制，則電器的觸頭應(yīng)能承受起動(dòng)電流的接通和分?jǐn)嗫己?，即使是可頻繁操作的接觸器也會(huì)引起觸頭磨損加劇，以致?lián)p壞電器；對(duì)塑料外殼式斷路器，即使是不頻繁操作，也很難達(dá)到要求。因此，使用中往往與起動(dòng)器串聯(lián)在主回路中一起使用，此時(shí)由起動(dòng)器中的接觸器來(lái)承載接通起動(dòng)電流的考核，而其他電器只承載通常運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)過載電流分?jǐn)嗟目己?，至于保護(hù)功能，由配套的保護(hù)裝置來(lái)完成。
此外，對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制還可以采用無(wú)觸點(diǎn)方式，即采用軟起動(dòng)控制系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)主回路由晶閘管來(lái)接通和分?jǐn)唷Ｓ械臑榱吮苊庠谶@些元件上的持續(xù)損耗，正常運(yùn)行中采用真空接觸器承載主回路(并聯(lián)在晶閘管上)負(fù)載。這種控制有程控或非程控；近控或遠(yuǎn)控；慢速起動(dòng)或快速起動(dòng)等多種方式。另外，依賴電子線路，很容易做到如電子式繼電器那樣的各種保護(hù)功能。
電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置
電動(dòng)機(jī)的損壞主要是繞組過熱或絕緣性能降低引起的，而繞組的過熱往往是流經(jīng)繞組的電流過大引起的。對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)主要有電流、溫度檢測(cè)兩大類型。下面結(jié)合產(chǎn)品作些介紹。
1．電流檢測(cè)型保護(hù)裝置
(1)熱繼電器利用負(fù)載電流流過經(jīng)校準(zhǔn)的電阻元件，使雙金屬熱元件加熱后產(chǎn)生彎曲，從而使繼電器的觸點(diǎn)在電動(dòng)機(jī)繞組燒壞以前動(dòng)作。其動(dòng)作特性與電動(dòng)機(jī)繞組的允許過載特性接近。熱繼電器雖則動(dòng)作時(shí)間準(zhǔn)確性一般，但對(duì)電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)有效
的過載保護(hù)。隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷完善和改進(jìn)，除有溫度補(bǔ)償外，它還具有斷相保護(hù)及負(fù)載不平衡保護(hù)功能等。例如從ABB公司引進(jìn)的T系列雙金屬片式熱過載繼電器；從西門子引進(jìn)的3UA5、3UA6系列雙金屬片式熱過載繼電器；JR20型、JR36型熱過載繼電器，其中Jn36型為二次開發(fā)產(chǎn)品，可取代淘汰產(chǎn)品JRl6型。
(2)帶有熱—磁脫扣的電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器熱式作過載保護(hù)用，結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理同熱繼電器，其雙金屬熱元件彎曲后有的直接頂脫扣裝置，有的使觸點(diǎn)接通，*后導(dǎo)致斷路器斷開。電磁鐵的整定值較高，僅在短路時(shí)動(dòng)作。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、動(dòng)作特性符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、保護(hù)可靠，故日前仍被大量采用．特別是小容量斷路器尤為顯著。例如從ABB公司引進(jìn)的M611型電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器，國(guó)產(chǎn)DWl5低壓萬(wàn)能斷路器(200—630A)、S系列塑殼斷路器(100、200、400入)。
(3)電子式過電流繼電器通過內(nèi)部各相電流互感器檢測(cè)故障電流信號(hào)，經(jīng)電子電路處理后執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。電子電路變化靈活，動(dòng)作功能多樣，能廣泛滿足各種類型的電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。其特點(diǎn)是：
①多種保護(hù)功能。主要有三種：過載保護(hù)，過載保護(hù)十?dāng)嘞啾Ｗo(hù)，過載保護(hù)十?dāng)嘞啾Ｗo(hù)+反相保護(hù)。
②動(dòng)作時(shí)間可選擇(符合GBl4048．4—93標(biāo)準(zhǔn))。
標(biāo)準(zhǔn)型(10級(jí))：7．2In(In為電動(dòng)機(jī)額定電流)，4—1Os動(dòng)作，用于標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)，速動(dòng)型(10A級(jí))：7．2In時(shí)，2—1Os動(dòng)作，用于潛水電動(dòng)機(jī)或壓縮電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)。慢動(dòng)型(30級(jí))：7．2In時(shí)，9—30s動(dòng)作，用于如鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)等起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)。
③電流整定范圍廣。其*大值與*小值之比一般可達(dá)3—4倍，甚至更大倍數(shù)(熱繼電器為1．56倍)，特別適用于電動(dòng)機(jī)容量經(jīng)常變動(dòng)的場(chǎng)合(例如礦井等)。
④有故障顯示。由發(fā)光二極管顯示故障類別， 便于檢修。
（4）固態(tài)繼電器它是一種從完成繼電器功能的簡(jiǎn)單電子式裝置發(fā)展到具有各種功能的微處理器裝置。其成本和價(jià)格隨功能而異，*復(fù)雜的繼電器實(shí)際上只能用于較大型、較昂貴的電動(dòng)機(jī)或重要場(chǎng)合。它監(jiān)視、測(cè)量和保護(hù)的主要功能有：
①*大的起動(dòng)沖擊電流和時(shí)間；
②熱記憶；
⑤大慣性負(fù)載的長(zhǎng)時(shí)間加速；
④斷相或不平衡相電流；
⑤相序；
⑥欠電壓或過電壓；
⑦過電流(過載)運(yùn)行；
⑧堵轉(zhuǎn)；
⑨失載(機(jī)軸斷裂，傳送帶斷開或泵空吸造成工作電流下跌)；
⑩電動(dòng)機(jī)繞組溫度和負(fù)載的軸承溫度；
⑩超速或失速。
上述每一種信息均可編程輸入微處理器，主要是加上需要的時(shí)限，以確保在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生損壞之前，將電源切斷。還可用發(fā)光二極管或數(shù)字顯示故障類別和原因，也可以對(duì)外向計(jì)算機(jī)輸出數(shù)據(jù)。
(5)帶有電子式脫扣的電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器其動(dòng)作原理類同上述電子式過電流繼電器或固態(tài)繼電器。功能主要有：電路參量顯示(電流、電壓、功率、功率因數(shù)等)，負(fù)載監(jiān)控(按規(guī)定切除或投入負(fù)載)，多種保護(hù)特性(指數(shù)曲線反時(shí)限、I2t曲線反時(shí)限、定時(shí)限或其組合)，故障報(bào)警，試驗(yàn)功能，自診斷功能，通信功能等。產(chǎn)品如施耐德電氣公司生產(chǎn)的M系列低壓斷路器。
(6)軟起動(dòng)器軟起動(dòng)器的主電路采用晶閘管，控制其分?jǐn)嗷蚪油ǖ谋Ｗo(hù)裝置一般做成故障檢測(cè)模塊，用來(lái)完成對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前后的異常故障檢測(cè)，如斷相、過熱、短路、漏電和不平衡負(fù)載等故障，并發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作指令。其特點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用單片機(jī)即可完成，適用于工業(yè)控制。
2．溫度檢測(cè)型保護(hù)裝置
（1)雙金屬片溫度繼電器它直接埋入電動(dòng)機(jī)繞組中。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載使繞組溫度升高至接近極限值時(shí)，帶有一觸頭的雙金屬片受熱產(chǎn)生彎曲，使觸點(diǎn)斷開而切斷電路。產(chǎn)品如JW2溫度繼電器。
(2)熱保護(hù)器它是裝在電動(dòng)機(jī)本體上使用的熱動(dòng)式
過載保護(hù)繼電器。與溫度繼電器不同的是帶2個(gè)觸頭的碗形雙金屬片作為觸橋串在電動(dòng)機(jī)回路，既有流過的過載電流使其發(fā)熱，又有電動(dòng)機(jī)溫度使其升溫，達(dá)到一定值時(shí)，雙金屬片瞬間反跳動(dòng)作，觸點(diǎn)斷開，分?jǐn)嚯妱?dòng)機(jī)電流。它可作小型三相電動(dòng)機(jī)的溫度、過載和斷相保護(hù)。產(chǎn)品如sPB、DRB型熱保護(hù)器。
(3)檢測(cè)線圈測(cè)溫電動(dòng)機(jī)定子每相繞組中埋入1—2個(gè)檢測(cè)線圈，由自動(dòng)平衡式溫度計(jì)來(lái)監(jiān)視繞組溫度。
(4)熱敏電阻溫度繼電器它直接埋入電動(dòng)機(jī)繞組中，一旦超過規(guī)定溫度，其電阻值急劇增大10—1000倍。使用時(shí)，配以電子電路檢測(cè)，然后使繼電器動(dòng)作。產(chǎn)品如JW9系列船用電子溫度繼電器。
保護(hù)裝置與異步電動(dòng)機(jī)的協(xié)調(diào)配合
為了確保異步電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行及對(duì)其進(jìn)行有效的保護(hù)，必須考慮異步電動(dòng)機(jī)與保護(hù)裝置之間的協(xié)調(diào)配合。特別是大容量電網(wǎng)中使用小容量異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，保護(hù)的協(xié)調(diào)配合更為突出。
1．過載保護(hù)裝置與電動(dòng)機(jī)的協(xié)調(diào)配合
(1)過載保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)比電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間略長(zhǎng)一點(diǎn)。由附圖可見，電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)裝置的特性只有躲開電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的特性，才能確保其正常運(yùn)轉(zhuǎn)；但其動(dòng)作時(shí)間又不能太長(zhǎng)，其特性只能在電動(dòng)機(jī)熱特性之下才能起到過載保護(hù)作用。
(2)過載保護(hù)裝置瞬時(shí)動(dòng)作電流應(yīng)比電動(dòng)機(jī)起動(dòng)沖擊電流略大一點(diǎn)。如有的保護(hù)裝置帶過載瞬時(shí)動(dòng)作功能，則其動(dòng)作電流應(yīng)比起動(dòng)電流的峰值大一些，才能使電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)。
(3)過載保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)比導(dǎo)線熱特性小一點(diǎn)，才能起到供電線路后備保護(hù)的功能。
2．過載保護(hù)裝置與短路保護(hù)裝置的協(xié)調(diào)配合一般過載保護(hù)裝置不具有分?jǐn)喽搪冯娏鞯哪芰?。一旦在運(yùn)行中發(fā)生短路，需要由串聯(lián)在主電路中的短路保護(hù)裝置(如斷路器或熔斷器等)來(lái)切斷電路。若故障電流較小，屬于過載范圍，則仍應(yīng)由過載保護(hù)裝置切斷電路。故兩者的動(dòng)作之間應(yīng)有選擇性。
附圖中短路保護(hù)裝置特性是以熔斷器作代表說(shuō)明的，與過載保護(hù)特性曲線的交點(diǎn)電流為Ij，若考慮熔斷器特性的分散性，則交點(diǎn)電流有Is及IB兩個(gè)，此時(shí)就要求Is及以下的過電流應(yīng)由過載保護(hù)裝置來(lái)切斷電路，Ib及以上直到允許的極限短路電流則由短路保護(hù)裝置來(lái)切斷電路，以滿足選擇性要求。顯然，在Is—IB范圍內(nèi)就很難確保有選擇性．因此要求該范圍應(yīng)盡量小。從現(xiàn)行IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定來(lái)看，極限值為Is＝O．75Ij，Ib＝1．25IJ。目前過載保護(hù)裝置的額定接通和分?jǐn)嗄芰?．75IJ考核，顯然偏低一些，從IEC標(biāo)準(zhǔn)修改的動(dòng)向，今后有可能按IJ考核，以提高其可靠性。因此上述的協(xié)調(diào)配合應(yīng)既考慮其選擇性，又考慮其額定接通和分?jǐn)嗄芰Α?/div>
結(jié) 語(yǔ)
異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)是涉及電氣裝置和機(jī)械設(shè)備可靠、正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵之一。直接檢測(cè)電動(dòng)機(jī)繞組的溫度來(lái)保護(hù)過載引起的過熱是很有效的保護(hù)方式，但由于需直接埋入電動(dòng)機(jī)繞組里，價(jià)格較貴、維修困難等原因，僅在部分頻繁操作場(chǎng)合使用；從經(jīng)濟(jì)性考慮，采用電流檢測(cè)型更為有利，加熱繼電器仍是一種價(jià)廉、簡(jiǎn)單、可靠的電動(dòng)機(jī)保護(hù)形式(從實(shí)際使用情況看，目前使用量占大多數(shù))；對(duì)動(dòng)作性能要求較高及功能要求全或價(jià)格昂貴的大容量電動(dòng)機(jī)保護(hù)，則可采用電子式或固態(tài)繼電器；對(duì)一般要求，則采用帶熱—磁脫扣的電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器更為實(shí)用。但不管采用何種保護(hù)裝置，必須考慮過載保護(hù)裝置與電動(dòng)機(jī)、過載保護(hù)裝置與短路保護(hù)裝置的協(xié)調(diào)配合。