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電動機(jī)保護(hù)器的保護(hù)原理及應(yīng)用分析
摘要：電動機(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，對電動機(jī)的起動和運(yùn)行中起著至關(guān)重要的保護(hù)控制作用。因此，分析了電動機(jī)保護(hù)器保護(hù)原理和構(gòu)成，闡述了電動機(jī)保護(hù)器在發(fā)展過程中的應(yīng)用及選擇原則。
一．電動機(jī)是當(dāng)前生產(chǎn)力應(yīng)用不可缺少的傳動設(shè)備，是其他機(jī)電設(shè)備的動力源泉，電動機(jī)正常的輸出是其驅(qū)動的機(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)、國防、交通、礦山、化工、航天航空領(lǐng)域中。電動機(jī)所帶的負(fù)荷種類繁多，且往往是整個(gè)設(shè)備中的關(guān)鍵部分，因而確保電動機(jī)的正常運(yùn)行就顯得十分重要性。電動機(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)基本常會出現(xiàn)過載（過流）、欠流（輕載）、斷相、堵轉(zhuǎn)、短路、漏電、三相不平衡、過熱、過壓、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)動作得到控制。如今電動機(jī)保護(hù)器幾乎滲透到所有用電領(lǐng)域中，在國民經(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.電動機(jī)保護(hù)器的保護(hù)原理與構(gòu)成
對電動機(jī)來說，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.電動機(jī)長時(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、電壓波動大、電網(wǎng)電奪波形畸變，高次諧波嚴(yán)重或者電動機(jī)斷相運(yùn)行。3.電源電壓過低使得電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩不夠，電動機(jī)不能順利啟動或者是在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)啟動，電動機(jī)長時(shí)間承受過大的啟動電流導(dǎo)致電機(jī)過熱。4.因機(jī)械故障或其它原因造成電動機(jī)轉(zhuǎn)子阻堵。5.某些大型電機(jī)冷卻系統(tǒng)故障或者是長時(shí)間工作在高溫高濕條件下造成電機(jī)故障。
電動機(jī)保護(hù)原理的研究是保證電動機(jī)保護(hù)器性能高低的關(guān)鍵，根據(jù)三相對稱分量法的理論，三個(gè)不對稱的向量可以唯一分解成三組對稱的向量，分別為正序分量、負(fù)序分量和零序分量。對稱分量的計(jì)算公式如下：
根據(jù)（1）式，電動機(jī)在發(fā)生對稱故障和不對稱故障時(shí)，電動機(jī)三相電流都會發(fā)生變化。電動機(jī)故障電源流過繞組的電流過大，超過電動機(jī)的額定電流，因此可根據(jù)這一特征來對電動機(jī)過電流保護(hù)。電機(jī)過載、斷相、欠壓都會造成繞組電流超過額定電流值。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)過載時(shí)，常造成堵轉(zhuǎn)，此時(shí)的運(yùn)行電流會大大超過額定電流。針對以上情況，電動機(jī)保護(hù)器可通過對三相運(yùn)行電流進(jìn)行檢測，根據(jù)運(yùn)行電流的不同性質(zhì)來確定不同的保護(hù)方式，從而對電機(jī)予以的斷電保護(hù)。電動機(jī)的故障類型分為過流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)、零序電流保護(hù)、電壓保護(hù)和過熱保護(hù)等幾種。
通過對電動機(jī)保護(hù)器的保護(hù)原理上分析可以看出，理想的電動機(jī)保護(hù)器應(yīng)滿足可靠、經(jīng)濟(jì)、方便等要素，具有較高的性能價(jià)格比。經(jīng)過發(fā)展和更新，如今電動機(jī)保護(hù)器一般由電流檢測電路、絕緣檢測電路、溫度檢測電路、基準(zhǔn)電壓電路、邏輯處理電路、時(shí)序處理電路、啟動封鎖及復(fù)位電路、故障記憶電路、驅(qū)動電路、工作電源電路、動作控制電路、參數(shù)顯示電路、數(shù)字放大電路、信號采集電路組成。
三、電動機(jī)保護(hù)器的類型及應(yīng)用分析
目前我國普遍采用的電動機(jī)保護(hù)器主要有熱繼電器、溫度繼電器和電子式電動機(jī)保護(hù)器。熱繼電器是五十年代初引進(jìn)蘇聯(lián)技術(shù)開發(fā)的金屬片機(jī)械式電動機(jī)過載保護(hù)器，它在保護(hù)電動機(jī)過載方面具有反時(shí)限性能和結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。但存在功能少，無斷相保護(hù)，對電機(jī)發(fā)生通風(fēng)不暢、掃膛、堵轉(zhuǎn)、長時(shí)間過載，頻繁啟動等故障不起保護(hù)作用。這主要是因?yàn)闊崂^電器動作值和電動機(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，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式或其他形式的繼電器，在電動機(jī)中埋入熱元件，根據(jù)電動機(jī)的溫度進(jìn)行保護(hù)，但電動機(jī)容量較大時(shí)，需與電流監(jiān)測型配合使用，避免電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)溫度急劇上升，由于測溫元件的滯后性，導(dǎo)致電動機(jī)繞組受損。溫度繼電器具有結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠，保護(hù)范圍廣泛等優(yōu)勢，但動作緩慢，返回時(shí)間長，在大電流三角形接法電動機(jī)不宜使用。目前在排風(fēng)扇、電冰箱等方面大量使用，電子式電動機(jī)保護(hù)器通過檢測三相電流值和整定電流值，采用電位器旋鈕或拔碼開關(guān)操作來實(shí)現(xiàn)對電動機(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)自動化管理平臺。
除了上述三種常見的電機(jī)保護(hù)器，磁場溫度檢測型繼電器和智能型電動機(jī)保護(hù)器也在電動機(jī)故障保護(hù)中得到普遍應(yīng)用。磁場溫度檢測型保護(hù)器通過在電動機(jī)里埋入磁場檢測線圈和溫度探頭，根據(jù)電動機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場的變化和溫度的變化進(jìn)行保護(hù)，主要功能包括過載、過熱、過欠壓、堵轉(zhuǎn)、短路、缺相、磨損監(jiān)測，保護(hù)功能完善，缺點(diǎn)是需在電動機(jī)內(nèi)部安裝磁場檢測線圈和溫度傳感器。智能型電動機(jī)保護(hù)器能實(shí)現(xiàn)電動機(jī)智能化綜合保護(hù)，采集保護(hù)、測量、通訊、顯示機(jī)電一體化。整定參數(shù)采用數(shù)字設(shè)定，通過操作面板按鈕來實(shí)現(xiàn)操作，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際使用要求和保護(hù)情況自行對各種參數(shù)作用修定，選擇開放或關(guān)閉保護(hù)功能，還采用LCD大中英文顯示窗口，LED指示故障，查詢電動機(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，目前高壓電動機(jī)保護(hù)均采用格瑤防爆智能型。
四、電動機(jī)保護(hù)器應(yīng)用選擇原則
選用電動機(jī)保護(hù)器的目的，既能使電動機(jī)充分發(fā)揮過載能力，又絕免于損壞，而且還能提高電力拖動系統(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)過載能力，又能免于損壞，從而提高電力拖動系統(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，電動機(jī)主體設(shè)備的重要程度、電機(jī)退出運(yùn)行是否對生產(chǎn)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響等因素，力爭做到經(jīng)濟(jì)合理。在能滿足保護(hù)要求的情況下首先考慮最簡單保護(hù)裝置，當(dāng)簡單的保護(hù)裝置不能滿足要求時(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
如今電動機(jī)保護(hù)器已發(fā)展到了微電子智能型時(shí)代，電動機(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)充分考慮電動機(jī)保護(hù)實(shí)際要求，超前、準(zhǔn)確及時(shí)判斷電動機(jī)的故障，合理選擇保護(hù)功能和保護(hù)方式，實(shí)現(xiàn)對電動機(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，減少事故損失的目的
