主頁 > 技術(shù)文章 > 機(jī)電一體化電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的保護(hù)原理及應(yīng)用 2024-10-24

機(jī)電一體化電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的保護(hù)原理及應(yīng)用

摘要：機(jī)電一體化電動(dòng)機(jī)的廣泛使用，對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)提出了越來越高的要求。從原來的直接起動(dòng)，到星－三角起動(dòng)，到自耦降壓起動(dòng)，直到現(xiàn)在的電子式軟起動(dòng)器。電動(dòng)機(jī)保護(hù)器作為拖動(dòng)系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和運(yùn)行中保護(hù)起著至關(guān)重要的作用。本文分析了電動(dòng)機(jī)保護(hù)器保護(hù)及構(gòu)成原理，并闡述了電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在發(fā)展過程中的應(yīng)用及選擇原則。
一、概述：
   機(jī)電一體化設(shè)備中電動(dòng)機(jī)是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的動(dòng)力設(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)電一體化設(shè)備正常工作的前提，如今已被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國(guó)防等領(lǐng)域。電動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)載種類繁多，且往往是整個(gè)設(shè)備中的關(guān)鍵部分，因而確保電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行就顯得十分重要。電動(dòng)機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)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(jī)電產(chǎn)品[1]。電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的作用是給電機(jī)全面的保護(hù)控制，在電機(jī)出現(xiàn)過流、欠流、斷相、堵轉(zhuǎn)、短路、過壓、欠壓、漏電、三相不平衡、過熱、接地、軸承磨損、定轉(zhuǎn)子偏心時(shí)、繞組老化予以報(bào)警或保護(hù)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，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。造成繞組損壞的主要原因有：1.電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的電、熱、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)電壓波形畸變、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)間承受過大的啟動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)。5.某些大型電機(jī)冷卻系統(tǒng)故障或是長(zhǎng)時(shí)間工作在高溫高濕環(huán)境下造成電機(jī)故障。
   在機(jī)電一體化設(shè)備中電動(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)稱分量法的理論，三個(gè)不對(duì)稱的向量可以唯一分解成三組對(duì)稱的向量，分別為正序分量、負(fù)序分量和零序分量。對(duì)稱分量的計(jì)算公式如下：
    根據(jù)（1）式，電動(dòng)機(jī)在發(fā)生對(duì)稱故障和不對(duì)稱故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)的三相電流都會(huì)發(fā)生變化。電動(dòng)機(jī)故障條件流過繞組的電流過大，超過電動(dòng)機(jī)的額定電流，因此可根據(jù)這一特征來對(duì)電動(dòng)機(jī)過電流進(jìn)行保護(hù)。電機(jī)過載、斷相、欠壓都會(huì)造成繞組電流超過額定值。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(huì)大大超過額定電流。針對(duì)以上情況，在機(jī)電一體化設(shè)備中電動(dòng)機(jī)保護(hù)器可通過對(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(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的保護(hù)原理分析可以看出，理想的電動(dòng)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(dòng)機(jī)保護(hù)器一般由電流檢測(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、故障記錄電路、驅(qū)動(dòng)電路、電動(dòng)機(jī)控制電路組成。電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的構(gòu)成原理如圖l所示。
三、機(jī)電一體化設(shè)備中電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的類型及應(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)開發(fā)的金屬片機(jī)械式電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)器，它在保護(hù)電動(dòng)機(jī)過載方面具有反時(shí)限性能和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)[2]。但存在功能少，無斷相保護(hù)，對(duì)電機(jī)發(fā)生通風(fēng)不暢，掃膛、堵轉(zhuǎn)、長(zhǎng)期過載，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)作曲線和電動(dòng)機(jī)實(shí)際保護(hù)曲線不一致，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再次使用，調(diào)整誤差大、易受環(huán)境溫度的影響誤動(dòng)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)點(diǎn)，但動(dòng)作緩慢，返回時(shí)間長(zhǎng)，3KW以上的三角形接法電動(dòng)機(jī)不宜使用。目前在電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)壓縮機(jī)等方面大量使用。電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器通過檢測(cè)三相電流值和整定電流值，采用電位器旋鈕或拔碼開關(guān)操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，電路一般采用模擬式，采用反時(shí)限或定時(shí)限工作特性。
除了上述三種常見的電動(dòng)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)器通過在電動(dòng)機(jī)中埋入磁場(chǎng)檢測(cè)線圈和溫度探頭，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)，主要功能包括過載、堵轉(zhuǎn)、缺相、過熱保護(hù)和磨損監(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)線圈和溫度傳感器。智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化設(shè)備中電動(dòng)機(jī)智能化綜合保護(hù)，集保護(hù)、測(cè)量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數(shù)字設(shè)定，通過操作面板按鈕來操作，用戶可以根據(jù)自己實(shí)際使用要求和保護(hù)情況在現(xiàn)場(chǎng)自行對(duì)各種參數(shù)修正設(shè)定，采用數(shù)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(dòng)機(jī)保護(hù)均采用智能型
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)裝置的目的，既能使電動(dòng)機(jī)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(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)裝置，既能充分發(fā)揮電機(jī)的過載能力，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。具體的功能選擇應(yīng)綜合考慮電機(jī)的本身的價(jià)值、負(fù)載類型、使用環(huán)境、電機(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：
       如今機(jī)電一體化設(shè)備中電動(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)際需求，超前、準(zhǔn)確、及時(shí)地判斷電動(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)到提高設(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機(jī)電一體化設(shè)備。

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