电动机的保护

　　摘要：电动机作为拖动系统中的重要组成部分在国民经济中占有举足轻重的地位，它的使用几乎遍及各行各业，是工业、农业和国防建设及人民生活正常进行的重要保证，因而确保电动机的正常运行就显得十分重要。而在使用中造成电机烧毁甚至引发重大安全事故的事件屡见不鲜。因此做好电动机的保护具有节能显著、提高生产效率和经济效益及保证安全生产的重要意义。

　　关键词：电动机保护低压控制电器电动机保护器模拟电子式电动机保护器数字式电子式电动机保护器智能保护器

　　我国的电动机保护装置经历了全面仿苏、自行设计、更新换代、智能化发展等几个阶段。值得一提的是近年来微处理器技术的发展，给电动机保护器向智能化、多功能化方向发展提供了硬件平台，使得电机保护进入了一个飞速发展的阶段。

　　一、低压控制电器电动机保护器（熔断器和电磁式电流继电器保护装置）

　　在建国初期，我们引进了苏联的JR系列热继电器，从而开始了其在中国电机保护行业中长达近半个世纪的生涯，直到1996年国家八部委联合发文强制将其淘汰。热继电器在电子业尚不发达的时代曾是电机过载保护的首选产品，它是利用双金属片热效应工作的，双金属片由不同膨胀系数的两片金属铆合而成，当电流通过时它产生热量，并向膨胀系数小的一边弯曲，电流的大小和弯曲的程度成正比，当电流超过热继电器整定电流的一定倍数时就会启动其中的脱扣装置，从而切断主回路达到保护的目的。但热继电器存在致命的缺陷，包括整定粗糙、受环境影响大、重复性差、误差大、功能单一等，已无法满足越来越高的要求，因而也就无法避免被淘汰的命运。

　　很多人把熔断器作为电机的过载保护器，其实这是一种不科学的做法。因为受规格的限制，熔断器无法按电机额定电流进行准确设定，况且如果熔断器规格选得太小容易造成断路，使电机单相运行；如果熔断器规格选得太大，则达不到过载保护的效果。

　　电磁式电流继电器具有过载、堵转保护功能，有的还有缺相保护，其过载保护具有反时限特性，但其结构复杂，机械制造精度高，价格高且体积庞大，因而目前已被基本淘汰。

　　二、模拟电子式电动机保护器（电机保护器）

　　在上个世纪七八十年代，随着半导体模拟器件的兴起及普及，涌现出了一批性能比较可靠、功能多样化的电子式电动机保护器（电机保护器），为电机的可靠运行提供了较可靠的保障，其中得到公众认可且具有自己品牌特色的以韩国三和技研株式会社的产品为代表，在国内市场具有一定影响，他们的产品品种多样，规格齐全，主要功能包括：缺相，过载，欠流，相失衡，相序，接地，短路，过、欠压，电流显示，声光报警及变送输出，等等，但这类产品仍存在一些无法克服的缺陷，包括如下几个方面。

　　1.整定精度不高。模拟电子式电动机保护器（电机保护器）均采用电位器进行额定电流的整定，然而要使电位器滑动臂的旋转角度与其阻值成较好的线形关系比较困难，特别是在大批量生产中更是难以做到，另外，操作者的整定误差也是难以避免的，特别是对于那些没有设定值显示的产品。

　　2.采样精度不高。模拟线路对电流互感器的非线性问题束手无策，即使可以校正也会使线路变得非常复杂，甚至无法实际使用，因而大部分厂家只好将非线性问题依赖于提高电流互感器的线性，而实际上要想让由矽钢片做成的电流互感器在很宽的范围内保持线性是非常困难的，用于电动机保护器（电机保护器）采样的电流互感器需考虑的最大使用范围至少为被保护电机额定电流的7倍，因为电动机在堵转情况下会达到5―7倍的额定电流；另外，采样线路本身也存在非线性问题。基于这些技术难题，要实现高精度的采样自然就成了一句空话。

　　3.无法实现具有多种保护功能于一体的全保护。随着社会的发展，人们对电机保护的要求也越来越高，希望电动机保护器（电机保护器）的功能多样化，性能可靠，接线简单，界面直观且体积要小，这些都是纯粹的模拟线路根本无法实现的。

　　鉴于以上原因，纯粹模拟线路的电动机保护器（电机保护器）正逐渐被其它一些更先进的技术产品所代替。

　　三、数字电子式电动机保护器

　　1.目前的电动机保护器（电机保护器）普遍是根据电流的大小来决定是否需要保护，这显然没有考虑到环境因素对电机的影响。电机是否需要保护其根本的判断依据应该是电机绕组温度是否超过其绝缘等级温度，在相同电流的情况下，环境温度高的电机其烧毁的可能性显然要大于环境低的电机，这就说明单纯通过电流的大小来判断电机是否需要保护并不是十分科学的，不能达到对电机在各种环境下的完全保护。

　　2.另外还有一类采用直接测量电机绕组温度的温度型电动机保护器（电机保护器），该系列电动机保护器（电机保护器）是通过在绕组中埋入温度传感器而实现温度测量的，它具有温度测量准确，对频繁启动、通风不良、环温过高等情况下的电机都能可靠保护等优点。但这类电动机保护器（电机保护器）的使用前提是必须在电动机制造过程中将传感器装入电动机内部，因而对于现有的没装传感器的电动机就无能为力。另外，一旦传感器失效，维修十分困难，因此人们在使用中发现传感器损坏，一般就弃之不用。

　　3.智能电动机保护控制器

　　（1）保护控制原理

　　这类电动机保护器（电机保护器）主要以单片机作为控制器，可实现电机的智能化综合保护，有的还具有远程通讯功能，可在PC机上实现对多达256台联网的电机实现在线综合监视与控制，在采样和整定精度方面有质的飞跃，可对采样信号进行软件非线性校正，并可实现真有效值计算，从而极大地降低被测信号波形畸变的影响，真正实现高精度采样。在整定方面采用数字设定，通过键盘由用户自行现场设定，不存在误差，还可为过载保护设置多条更科学的反时限曲线。因为采用了单片机，在相同硬件条件下集多种功能于一体的综合保护器的出现成为可能。

　　采用分体式模块化设计结构，将保护测控模块与操作显示模块分开，可在各种低压控制柜和1/4模数及以上的抽屉中直接使用，在保护功能方面具有短路、堵转、过负荷、接地、缺相/不平衡、TE时间、漏电等保护功能，还可以实现电压测量与过/欠电压保护，以及电动机用电电能计量功能。具有5路继电器输出，实现显示、通讯及就地控制，具有多种起动控制输出方式实现电动机的控制运行。在供电辅助电源采用宽范围的交直流通用电源，同时具有智能报告维护功能以及具有两路现场总线通讯接口，采用创新式网络通讯控制方式实行电动机分批分段停车功能，采用SOE记录方式对电动机的运行及保护参数进行记录。

　　（2）硬件设计

　　采用分体式模块化设计结构：在工业应用，电动机保护器普遍应用在1/4抽屉柜，以及电动机旁的就地操作箱中，采用分体式安装，将装置本体采用导轨从产品安装上不受空间的限制，内部结构框图如下。

　　下图为丹东市华通测控PDM-810MR智能型电动机智能保护控制器内部原理框图：

　　（3）性能

　　电量测量优势：具有电量测量、三相电压/线电压、有功功率、无功功率、频率、电流不平衡度、高精度有功/无功电能的计量。

　　保护功能的优势：具有过/欠压、TE时间、零序/漏电、起动超时、无流起动，运行失电、RTC温度保护及故障输出保护功能，对电动机实现全面的保护。

　　通讯总线优势：为适应主备系统同时进行电动机监控，采用两种现场通讯总线接口，可以采用不同的通讯协议，实现双路现场总线与两个主站同时进行数据交换。

　　通讯控制：采用预设停车广播命令功能码，实现通过网络通讯控制方式实行电动机分批分段停车功能。