淺談異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)

薛貴平，許明華

(中國水利水電第七工程局有限公司第一分局，四川彭山 620860)

淺談異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)

薛貴平，許明華

(中國水利水電第七工程局有限公司第一分局，四川彭山 620860)

異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)是一個(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)備等的不同選擇與其相適應(yīng)的保護(hù)裝置及起動(dòng)設(shè)備。從經(jīng)濟(jì)性考慮，采用電流檢測加熱型繼電器更為有利。加熱繼電器是一種價(jià)廉、簡單、可靠的電動(dòng)機(jī)保護(hù)形式。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。

異步電動(dòng)機(jī);保護(hù)裝置;控制;協(xié)調(diào)配合

1 概述

異步電動(dòng)機(jī)是生產(chǎn)生活中的重要設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單，維修使用方便的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種電力拖動(dòng)場所。在水利水電工程建設(shè)中，異步電動(dòng)機(jī)的使用也十分廣泛，不論是按照電機(jī)的功率，還是使用范圍看，三相異步電動(dòng)機(jī)使用的程度最多最廣。在水利水電工程建設(shè)中的電動(dòng)機(jī)受使用環(huán)境差、負(fù)荷變化大、設(shè)備移動(dòng)頻繁、設(shè)備操作人員技術(shù)水平以及電網(wǎng)供電質(zhì)量的影響，常常引起設(shè)備中的電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障甚至燒毀。為了保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，就必須對(duì)電動(dòng)機(jī)的缺相、過載、過熱、欠壓、失壓以及相序等實(shí)行必要的保護(hù)，筆者就異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)做一簡單的分析和介紹。

2 異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)與控制的關(guān)系

異步電動(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)。如異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，往往產(chǎn)生4～7倍于額定電流的起動(dòng)電流。若由接觸器或斷路器進(jìn)行控制，電器的觸頭應(yīng)能承受起動(dòng)電流的接通和分?jǐn)嗫己?，既使是可頻繁操作的接觸器也會(huì)引起觸頭磨損的加劇，以致?lián)p壞電器;對(duì)于塑料外殼式斷路器，既使是不頻繁操作，也很難達(dá)到要求。因此，在其使用中往往與起動(dòng)器串聯(lián)在主回路中一起使用，此時(shí)，由起動(dòng)器中的接觸器來承載接通起動(dòng)電流，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)?。至于保護(hù)功能，則由配套的保護(hù)裝置來完成。

此外，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制還可以采用無觸點(diǎn)方式，即采用軟起動(dòng)控制系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)的主回路由晶閘管接通和分?jǐn)?。有時(shí)，為了避免在這些元件上的持續(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)的負(fù)載。這種控制的方式有程控或非程控;近控或遠(yuǎn)控;慢速起動(dòng)或快速起動(dòng)等多種方式。另外，依賴電子元件，很容易做到如電子式繼電器那樣的各種保護(hù)功能。

3 異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)裝置

異步電動(dòng)機(jī)的損壞主要是由于繞組過熱或絕緣性能的降低引起的，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、溫度檢測兩大類型。筆者結(jié)合各種常用的保護(hù)裝置進(jìn)行介紹。

3．1 電流檢測型保護(hù)裝置

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。熱繼電器雖然動(dòng)作時(shí)間的準(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T系列雙金屬片式熱過載繼電器;3UA5、3UA6系列雙金屬片式熱過載繼電器;JR20型、JR36型熱過載繼電器等，其中JR36型為二次開發(fā)產(chǎn)品，可取代淘汰產(chǎn)品JRl6型。

帶有熱磁脫扣的電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器，其結(jié)構(gòu)與動(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，最后導(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，故目前仍被大量采用，特別是小容量斷路器尤為顯著。如M611型電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器，DW16低壓萬能斷路器(200—630 A)、S系列塑殼斷路器(100A、200A、400A)。

電子式過電流繼電器通過內(nèi)部各相電流互感器檢測故障電流信號(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)+斷相保護(hù)，過載保護(hù)+斷相保護(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)，4～10s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)，2～10s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，用于如風(fēng)機(jī)電機(jī)等起動(dòng)時(shí)間長的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)。③電流整定范圍廣。其最大值與最小值之比一般可達(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)的場合。④有故障顯示。由發(fā)光二極管顯示故障類別，便于檢修。

固態(tài)繼電器是一種從完成繼電器功能的簡單電子式裝置發(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，最復(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)或重要場合。其具有的監(jiān)視、測量和保護(hù)的主要功能有:超速或失速保護(hù);熱記憶保護(hù);大慣性負(fù)載的長時(shí)間加速保護(hù);斷相或不平衡相電流保護(hù);相序保護(hù);欠電壓或過電壓保護(hù);過電流(過載)運(yùn)行保護(hù);堵轉(zhuǎn)保護(hù);失載(機(jī)軸斷裂，傳送帶斷開或泵空吸造成工作電流下跌)保護(hù);電動(dòng)機(jī)繞組溫度和負(fù)載的軸承溫度保護(hù)等功能。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)字顯示故障的類別和原因，也可以對(duì)外向計(jì)算機(jī)輸出數(shù)據(jù)。

帶有電子式脫扣的電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器的動(dòng)作原理類同于上述電子式過電流繼電器或固態(tài)繼電器，其功能主要為: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，如M系列低壓斷路器。

軟起動(dòng)器的主電路采用晶閘管控制其分?jǐn)嗷蚪油ūＷo(hù)裝置，一般做成故障檢測模塊，用來完成對(duì)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前后的異常故障檢測，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)簡單，采用單片機(jī)即可完成，適用于工業(yè)控制。

3．2 溫度檢測型保護(hù)裝置

雙金屬片溫度繼電器直接埋入電動(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，其產(chǎn)品如JW2溫度繼電器。

熱保護(hù)器為安裝在電動(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其為帶2個(gè)觸頭的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，當(dāng)其達(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，其可以作為小型三相電動(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。

在檢測線圈測溫電動(dòng)機(jī)定子每相繞組中埋入了1～2個(gè)檢測線圈，由自動(dòng)平衡式溫度計(jì)監(jiān)視繞組溫度。

熱敏電阻溫度繼電器是直接埋入電動(dòng)機(jī)繞組中的，一旦超過規(guī)定溫度，其電阻值將急劇增大10～1000倍。使用時(shí)，配以電子電路檢測，然后使繼電器動(dòng)作，其產(chǎn)品如JW9系列船用電子溫度繼電器。

4 過載保護(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)行并對(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。特別是在大容量電網(wǎng)中使用小容量異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，保護(hù)的協(xié)調(diào)配合就顯得更為突出。

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)的時(shí)間略長一點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)裝置只有具備躲開電動(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，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。

過載保護(hù)裝置的瞬時(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)裝置若帶過載瞬時(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，只有這樣，才能使電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)。

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。

過載保護(hù)裝置與短路保護(hù)裝置的協(xié)調(diào)配合。由于一般的過載保護(hù)裝置不具備分?jǐn)喽搪冯娏鞯哪芰?，一旦其在運(yùn)行中發(fā)生短路，就需要由串聯(lián)在主電路中的短路保護(hù)裝置(如斷路器或熔斷器等)切斷電路。若故障電流較小，屬于過載范圍，則仍由過載保護(hù)裝置切斷電路，故兩者的動(dòng)作之間應(yīng)有選擇性。

短路保護(hù)裝置的特性是以熔斷器為代表說明的，其與過載保護(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．因此而要求該范圍應(yīng)盡量小。從現(xiàn)行的IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定看，極限值為Is=0．75Ij，Ib=1．5Ij。目前過載保護(hù)裝置的額定接通和分?jǐn)嗄芰?．75Ij考核顯然偏低了一些，所以，在選擇短路保護(hù)裝置時(shí)Ij要考慮高一些，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?/p>

5 結(jié)語

異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)是決定電氣裝置和機(jī)械設(shè)備可靠、正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵之一，直接檢測電動(dòng)機(jī)繞組的溫度進(jìn)而保護(hù)過載引起的過熱是很有效的保護(hù)方式，但由于其需要直接埋入電動(dòng)機(jī)繞組里，價(jià)格較貴、維修困難等原因，目前僅在部分頻繁操作的場合使用。從經(jīng)濟(jì)性考慮，采用熱繼電器更為有利，加熱繼電器仍是一種價(jià)廉、簡單、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)于動(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)實(shí)施保護(hù)，可采用電子式或固態(tài)繼電器。對(duì)于一般要求，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。

TM3;TM307

B

1001-2184(2015)01-0028-03

薛貴平(1967-)，男，四川眉山人，高級(jí)技師，從事水利水電、市政工程項(xiàng)目施工現(xiàn)場用電管理工作;

(責(zé)任編輯:李燕輝>)

2014-12-05

許明華(1975-)，男，四川樂至人，技師，從事水利水電、市政項(xiàng)目現(xiàn)場施工用電管理工作．