電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的保護(hù)原理及應(yīng)用分析

摘要：電動(dòng)機(jī)保護(hù)器是作為電機(jī)的供電電源系統(tǒng)中重要組成部分，對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和運(yùn)行中起著至關(guān)重要的保護(hù)控制作用。因此，分析了電動(dòng)機(jī)保護(hù)器保護(hù)原理和構(gòu)成，闡述了電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在發(fā)展過(guò)程中的應(yīng)用及選擇原則。

一．電動(dòng)機(jī)是當(dāng)前生產(chǎn)力應(yīng)用不可缺少的傳動(dòng)設(shè)備，是其他機(jī)電設(shè)備的動(dòng)力源泉，電動(dòng)機(jī)正常的輸出是其驅(qū)動(dòng)的機(jī)電設(shè)備正常工作的前提，如今電機(jī)又廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、國(guó)防、交通、礦山、化工、航天航空領(lǐng)域中。電動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)荷種類(lèi)繁多，且往往是整個(gè)設(shè)備中的關(guān)鍵部分，因而確保電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行就顯得十分重要性。電動(dòng)機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)裝置）是發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)的重中之重元件，是跨行業(yè)、量大面廣、節(jié)能效果顯著的節(jié)能機(jī)電產(chǎn)品。

電動(dòng)機(jī)保護(hù)器是給電機(jī)起了全方位的保護(hù)控制作用，在電機(jī)基本常會(huì)出現(xiàn)過(guò)載（過(guò)流）、欠流（輕載）、斷相、堵轉(zhuǎn)、短路、漏電、三相不平衡、過(guò)熱、過(guò)壓、欠壓、接地、功率、電量分析、繞組絕緣、軸承磨損、轉(zhuǎn)子偏心、繞組老化予以報(bào)警提示后保護(hù)動(dòng)作得到控制。如今電動(dòng)機(jī)保護(hù)器幾乎滲透到所有用電領(lǐng)域中，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和節(jié)能事業(yè)中有著不可替代的重要地位和作用。

二.電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的保護(hù)原理與構(gòu)成

對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，其故障形式從機(jī)械角度可以分為繞組損壞和軸承損壞兩方面。造成電機(jī)損壞的主要原因如下：1.電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的電量、熱量、機(jī)械和化學(xué)作用下，繞組的絕緣老化損壞，定轉(zhuǎn)子繞組匝間短路或是對(duì)地短路。2.電網(wǎng)供電質(zhì)量差，電源電壓三相不平衡、電壓波動(dòng)大、電網(wǎng)電奪波形畸變，高次諧波嚴(yán)重或者電動(dòng)機(jī)斷相運(yùn)行。3.電源電壓過(guò)低使得電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不夠，電動(dòng)機(jī)不能順利啟動(dòng)或者是在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間承受過(guò)大的啟動(dòng)電流導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱。4.因機(jī)械故障或其它原因造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子阻堵。5.某些大型電機(jī)冷卻系統(tǒng)故障或者是長(zhǎng)時(shí)間工作在高溫高濕條件下造成電機(jī)故障。

電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理的研究是保證電動(dòng)機(jī)保護(hù)器性能高低的關(guān)鍵，根據(jù)三相對(duì)稱(chēng)分量法的理論，三個(gè)不對(duì)稱(chēng)的向量可以唯一分解成三組對(duì)稱(chēng)的向量，分別為正序分量、負(fù)序分量和零序分量。對(duì)稱(chēng)分量的計(jì)算公式如下：

根據(jù)（1）式，電動(dòng)機(jī)在發(fā)生對(duì)稱(chēng)故障和不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)三相電流都會(huì)發(fā)生變化。電動(dòng)機(jī)故障電源流過(guò)繞組的電流過(guò)大，超過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定電流，因此可根據(jù)這一特征來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)過(guò)電流保護(hù)。電機(jī)過(guò)載、斷相、欠壓都會(huì)造成繞組電流超過(guò)額定電流值。電源電壓欠壓，運(yùn)行電流上升的比例將等于電壓下降的比例；電機(jī)過(guò)載時(shí)，常造成堵轉(zhuǎn)，此時(shí)的運(yùn)行電流會(huì)大大超過(guò)額定電流。針對(duì)以上情況，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器可通過(guò)對(duì)三相運(yùn)行電流進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)運(yùn)行電流的不同性質(zhì)來(lái)確定不同的保護(hù)方式，從而對(duì)電機(jī)予以的斷電保護(hù)。電動(dòng)機(jī)的故障類(lèi)型分為過(guò)流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)、零序電流保護(hù)、電壓保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)等幾種。

通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的保護(hù)原理上分析可以看出，理想的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器應(yīng)滿(mǎn)足可靠、經(jīng)濟(jì)、方便等要素，具有較高的性能價(jià)格比。經(jīng)過(guò)發(fā)展和更新，如今電動(dòng)機(jī)保護(hù)器一般由電流檢測(cè)電路、絕緣檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路、基準(zhǔn)電壓電路、邏輯處理電路、時(shí)序處理電路、啟動(dòng)封鎖及復(fù)位電路、故障記憶電路、驅(qū)動(dòng)電路、工作電源電路、動(dòng)作控制電路、參數(shù)顯示電路、數(shù)字放大電路、信號(hào)采集電路組成。

三、電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的類(lèi)型及應(yīng)用分析

       目前我國(guó)普遍采用的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器主要有熱繼電器、溫度繼電器和電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。熱繼電器是五十年代初引進(jìn)蘇聯(lián)技術(shù)開(kāi)發(fā)的金屬片機(jī)械式電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)器，它在保護(hù)電動(dòng)機(jī)過(guò)載方面具有反時(shí)限性能和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。但存在功能少，無(wú)斷相保護(hù)，對(duì)電機(jī)發(fā)生通風(fēng)不暢、掃膛、堵轉(zhuǎn)、長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載，頻繁啟動(dòng)等故障不起保護(hù)作用。這主要是因?yàn)闊崂^電器動(dòng)作值和電動(dòng)機(jī)實(shí)際保護(hù)值不一致，失去了保護(hù)作用，且重復(fù)性能差，大電流過(guò)載或短路故障后不能及時(shí)再次使用，設(shè)定誤差大，易受環(huán)境溫度的影響或拒動(dòng)，功耗大、耗材多、性能指標(biāo)落后等缺陷。溫度繼電器是采用雙金屬片制成的盤(pán)式或其他形式的繼電器，在電動(dòng)機(jī)中埋入熱元件，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的溫度進(jìn)行保護(hù)，但電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)，需與電流監(jiān)測(cè)型配合使用，避免電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)溫度急劇上升，由于測(cè)溫元件的滯后性，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組受損。溫度繼電器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠，保護(hù)范圍廣泛等優(yōu)勢(shì)，但動(dòng)作緩慢，返回時(shí)間長(zhǎng)，在大電流三角形接法電動(dòng)機(jī)不宜使用。目前在排風(fēng)扇、電冰箱等方面大量使用，電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器通過(guò)檢測(cè)三相電流值和整定電流值，采用電位器旋鈕或拔碼開(kāi)關(guān)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，電路一般采用模擬式反時(shí)限或定時(shí)限工作特性，無(wú)法顯示運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)定參數(shù)，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理平臺(tái)。

除了上述三種常見(jiàn)的電機(jī)保護(hù)器，磁場(chǎng)溫度檢測(cè)型繼電器和智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器也在電動(dòng)機(jī)故障保護(hù)中得到普遍應(yīng)用。磁場(chǎng)溫度檢測(cè)型保護(hù)器通過(guò)在電動(dòng)機(jī)里埋入磁場(chǎng)檢測(cè)線(xiàn)圈和溫度探頭，根據(jù)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的變化和溫度的變化進(jìn)行保護(hù)，主要功能包括過(guò)載、過(guò)熱、過(guò)欠壓、堵轉(zhuǎn)、短路、缺相、磨損監(jiān)測(cè)，保護(hù)功能完善，缺點(diǎn)是需在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部安裝磁場(chǎng)檢測(cè)線(xiàn)圈和溫度傳感器。智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)智能化綜合保護(hù)，采集保護(hù)、測(cè)量、通訊、顯示機(jī)電一體化。整定參數(shù)采用數(shù)字設(shè)定，通過(guò)操作面板按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)操作，用戶(hù)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用要求和保護(hù)情況自行對(duì)各種參數(shù)作用修定，選擇開(kāi)放或關(guān)閉保護(hù)功能，還采用LCD大中英文顯示窗口，LED指示故障，查詢(xún)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間和故障記憶功能，支持多種通訊協(xié)議，變送電流輸出實(shí)際多方控制，目前高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)均采用格瑤防爆智能型。

四、電動(dòng)機(jī)保護(hù)器應(yīng)用選擇原則

選用電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的目的，既能使電動(dòng)機(jī)充分發(fā)揮過(guò)載能力，又絕免于損壞，而且還能提高電力拖動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。合理選用電機(jī)保護(hù)器裝置，既能充分發(fā)揮電機(jī)過(guò)載能力，又能免于損壞，從而提高電力拖動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。具體的功能選 擇綜合考慮電機(jī)本身的價(jià)值、負(fù)載、使用環(huán)境，電動(dòng)機(jī)主體設(shè)備的重要程度、電機(jī)退出運(yùn)行是否對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響等因素，力爭(zhēng)做到經(jīng)濟(jì)合理。在能滿(mǎn)足保護(hù)要求的情況下首先考慮最簡(jiǎn)單保護(hù)裝置，當(dāng)簡(jiǎn)單的保護(hù)裝置不能滿(mǎn)足要求時(shí)，或?qū)ΡＷo(hù)功能和特性提出更高要求時(shí)，才考慮應(yīng)用復(fù)雜的保護(hù)裝置，做到經(jīng)濟(jì)性和可靠性的統(tǒng)一。

五、結(jié)束語(yǔ)

如今電動(dòng)機(jī)保護(hù)器已發(fā)展到了微電子智能型時(shí)代，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器也朝著多元化方向發(fā)展。這就需要我們的工作人員在選型時(shí)應(yīng)充分考慮電動(dòng)機(jī)保護(hù)實(shí)際要求，超前、準(zhǔn)確及時(shí)判斷電動(dòng)機(jī)的故障，合理選擇保護(hù)功能和保護(hù)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的良好保護(hù)，達(dá)到理想設(shè)備運(yùn)行可靠性，減少非計(jì)劃停車(chē)，減少事故損失的目的