主頁 > 技術文章 > 機電一體化電動機保護器的保護原理及應用 2024-10-24

機電一體化電動機保護器的保護原理及應用

摘要：機電一體化電動機的廣泛使用，對電動機的起動提出了越來越高的要求。從原來的直接起動，到星－三角起動，到自耦降壓起動，直到現在的電子式軟起動器。電動機保護器作為拖動系統(tǒng)中的重要組成部分，對電動機的起動和運行中保護起著至關重要的作用。本文分析了電動機保護器保護及構成原理，并闡述了電動機保護器在發(fā)展過程中的應用及選擇原則。
一、概述：
   機電一體化設備中電動機是當前應用最廣泛的動力設備，是其他機電設備的動力源泉，電動機正常的輸出是其驅動的機電一體化設備正常工作的前提，如今已被廣泛應用于工農業(yè)、交通運輸、國防等領域。電動機所帶的負載種類繁多，且往往是整個設備中的關鍵部分，因而確保電動機的正常運行就顯得十分重要。電動機保護器（電機保護器）是發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)的重要器件，是跨行業(yè)、量大面廣、節(jié)能效果顯著的節(jié)能機電產品[1]。電動機保護器的作用是給電機全面的保護控制，在電機出現過流、欠流、斷相、堵轉、短路、過壓、欠壓、漏電、三相不平衡、過熱、接地、軸承磨損、定轉子偏心時、繞組老化予以報警或保護控制。如今電動機保護器幾乎滲透到所有用電領域，在國民經濟和節(jié)能事業(yè)中有著不可替代的重要地位和作用。
二、電動機保護器的保護原理與構成：
   對電動機來說，其故障形式從機械角度可以分為繞組損壞和軸承損壞兩方面。造成繞組損壞的主要原因有：1.電動機長時間的電、熱、機械和化學作用下，繞組的絕緣老化損壞，定轉子繞組匝間短路或是對地短路。2.電網供電質量差，電源電壓三相不平衡、電壓波動大、電網電壓波形畸變、高次諧波嚴重或者電動機斷相運行。3.電源電壓過低使得電動機啟動轉矩不夠，電動機不能順利啟動或者是在短時間內重復啟動，電動機長時間承受過大的啟動電流導致電機過熱。4.因機械故障或其它原因造成電動機轉子堵轉。5.某些大型電機冷卻系統(tǒng)故障或是長時間工作在高溫高濕環(huán)境下造成電機故障。
   在機電一體化設備中電動機保護原理的研究是保證電動機保護器性能高低的關鍵，根據三相對稱分量法的理論，三個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、負序分量和零序分量。對稱分量的計算公式如下：
    根據（1）式，電動機在發(fā)生對稱故障和不對稱故障時，電動機的三相電流都會發(fā)生變化。電動機故障條件流過繞組的電流過大，超過電動機的額定電流，因此可根據這一特征來對電動機過電流進行保護。電機過載、斷相、欠壓都會造成繞組電流超過額定值。電源電壓欠壓，運行電流上升的比例將等于電壓下降的比例；電機過載時，常造成堵轉，此時的運行電流會大大超過額定電流。針對以上情況，在機電一體化設備中電動機保護器可通過對三相運行電流進行檢測，根據運行電流的不同性質來確定不同的保護方式，從而對電機予以的斷電保護。電動機的故障類型分為過流保護、負序電流保護、零序電流保護、電壓保護和過熱保護等幾種。
    通過對電動機保護器的保護原理分析可以看出，理想的電動機保護器應滿足可靠、經濟、方便等要素，具有較高的性能價格比。經過發(fā)展和更新，如今電動機保護器一般由電流檢測電路、溫度檢測電路、基準電壓電路、邏輯處理電路、時序處理電路、啟動封鎖及復位電路、故障記錄電路、驅動電路、電動機控制電路組成。電動機保護器的構成原理如圖l所示。
三、機電一體化設備中電動機保護器的類型及應用分析：
   目前我國普遍采用的電動機保護器主要有熱繼電器、溫度繼電器和電子式電動機保護器。熱繼電器是五十年代初引進蘇聯(lián)技術開發(fā)的金屬片機械式電動機過載保護器，它在保護電動機過載方面具有反時限性能和結構簡單的特點[2]。但存在功能少，無斷相保護，對電機發(fā)生通風不暢，掃膛、堵轉、長期過載，頻繁啟動等故障不起保護作用。這主要是因為熱繼電器動作曲線和電動機實際保護曲線不一致，失去了保護作用。且重復性能差，大電流過載或短路故障后不能再次使用，調整誤差大、易受環(huán)境溫度的影響誤動或拒動，功耗大、耗材多、性能指標落后等缺陷。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，在電動機中埋入熱元件，根據電動機的溫度進行保護，但電動機容量較大時，需與電流監(jiān)測型配合使用，避免電動機堵轉時溫度急劇上升，由于測溫元件的滯后性，導致電動機繞組受損。溫度繼電器具有結構簡單、動作可靠，保護范圍廣泛等優(yōu)點，但動作緩慢，返回時間長，3KW以上的三角形接法電動機不宜使用。目前在電風扇、電冰箱、空調壓縮機等方面大量使用。電子式電動機保護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操作來實現對電動機的保護，電路一般采用模擬式，采用反時限或定時限工作特性。
除了上述三種常見的電動機保護器，磁場溫度檢測型繼電器和智能型電動機保護器也在電動機故障保護中得到普遍應用。磁場溫度檢測型保護器通過在電動機中埋入磁場檢測線圈和溫度探頭，根據電動機內部旋轉磁場的變化和溫度的變化進行保護，主要功能包括過載、堵轉、缺相、過熱保護和磨損監(jiān)測，保護功能完善，缺點是需在電動機內部安裝磁場檢測線圈和溫度傳感器。智能型電動機保護器能實現機電一體化設備中電動機智能化綜合保護，集保護、測量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數字設定，通過操作面板按鈕來操作，用戶可以根據自己實際使用要求和保護情況在現場自行對各種參數修正設定，采用數碼管作為顯示窗口，或采用大屏幕液晶顯示，能支持多種通訊協(xié)議，目前高壓電動機保護均采用智能型
四、電動機保護器應用選擇原則：
        選用電動機保護裝置的目的，既能使電動機充分發(fā)揮過載能力，又能免于損壞，而且還能提高電力拖動系統(tǒng)的可靠性和生產的連續(xù)性。合理選用電機保護裝置，既能充分發(fā)揮電機的過載能力，又能免于損壞，從而提高電力拖動系統(tǒng)的可靠性和生產的連續(xù)性。具體的功能選擇應綜合考慮電機的本身的價值、負載類型、使用環(huán)境、電機主體設備的重要程度、電機退出運行是否對生產系統(tǒng)造成嚴重影響等因素，力爭做到經濟合理。在能滿足保護要求的情況下首先考慮最簡單保護裝置，當簡單的保護裝置不能滿足要求時，或對保護功能和特性提出更高要求時，才考慮應用復雜的保護裝置，做到經濟性和可靠性的統(tǒng)一。
五、結束語：
       如今機電一體化設備中電動機保護器已發(fā)展到了微電子智能型時代，電動機保護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應充分考慮電動機保護實際需求，超前、準確、及時地判斷電動機的故障，合理選擇保護功能和保護方式，實現對電動機的良好保護，達到提高設備運行可靠性，減少非計劃停車，減少事故損失的目的機電一體化設備。

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