電動機保護器

?

　　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(xiàn)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。

?

　　主要種類

?

　　（一）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。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。

?

　?。ǘ囟壤^電器是采用雙金屬片制成的盤式或其他形式的繼電器，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。如今在電風扇、電冰箱、空調壓縮機等方面大量使用。

?

　　溫度繼電器與熱繼電器不同。溫度繼電器是裝在電動機內部，靠溫度變化時期動作的。而熱繼電器裝在動力線上，靠電流熱效應動作的。

?

　?。ㄈ╇娮邮诫妱訖C保護器已由晶體管發(fā)展到集成電路至今已發(fā)展到微處理芯片厚模電路，從功能上一般分為斷相保護、綜合保護（多功能保護）、溫度保護和智能保護。此類保護器具有節(jié)能、動作靈敏、精確度高、耐沖擊振動，重復性好、保護功能齊全、功耗小等優(yōu)點。

?

　　1.電動機保護器（電機保護器）是以檢測線電流的變化（包括采取、正序、負序、零序和過流）為原則，可檢測斷相或過載信號。除具有斷相保護功能外，還具有過負荷、堵轉保護功能。

?

　　2.智能保護：集保護、遙測、通訊、遙控與一體的電動機保護裝置，對電動機發(fā)生斷相、過載、短路、欠壓、過壓和漏電等故障時實現(xiàn)保護，還具有電流電壓顯示，時間控制，軟件自診斷，來電自恢復，自啟動順序，故障記憶，自瑣和遠傳報警，顯示故障時的電流、電壓故障前后用代號閃爍示警，配置RS485通訊接口，實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)。同時可監(jiān)控、監(jiān)測256臺電動機工作等功能。

?

　?。ㄋ模╇妱訖C保護器在國民經濟和節(jié)能事業(yè)中的重要意義

?

　　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。幾乎滲透到所有用電領域；是工業(yè)、農業(yè)和國防建設及人民生活正常生產和安全工作的重要保證，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。

?

　　《中華人民共和國節(jié)約能源法》規(guī)定：“節(jié)能是指加強用能管理，采取技術上可行、經濟上合理以及環(huán)境和社會可以承受的措施，減少從能源生產到消費各個環(huán)節(jié)中的損失和浪費，更加有效、合理地利用能源”；“節(jié)能發(fā)展經濟的一項長遠戰(zhàn)略方針”。節(jié)能是系統(tǒng)工程。 據(jù)不完全統(tǒng)計，全國運行的1KW-320KW低壓電動機數(shù)量為6000萬臺，占電網(wǎng)用電量的70%以上，是工農業(yè)及商業(yè)系統(tǒng)中應用最為廣泛的動力設備。全國每年燒毀電動機數(shù)量約300萬臺，容量為10億千瓦，每年僅電動機在燒毀過程中就耗電為數(shù)億度，修理費高達數(shù)100億元左右，造成停工停產損失竟達數(shù)100億元。僅上述費用不算，還會造成電機修理后功率下降，耗電量大，性能變差直接影響企業(yè)正常生產。

?

　　注意事項

?

　　1．電機比過去更容易燒毀繞組，是由于絕緣技術的不斷發(fā)展，在電機的設計上既要求增加出力，又要求減小體積，使新型電動機的熱容量越來越小，過負荷能力越來越弱；再由于生產自動化程度的提高，要求電動機經常運行在頻繁的起動、制動、正反轉以及變負荷等多種方式，對電動機保護裝置提出了更高的要求。另外，電動機的應用面更廣。常工作于環(huán)境極為惡劣的場合，如潮濕、高溫、多塵、腐蝕等場合。再加上電動機制造上的不規(guī)范，設備管理上的疏漏。所有這些，造成了如今的電動機比過去更容易損壞，尤其是過載、短路、缺相、掃膛等故障出現(xiàn)頻率最高

?

　　2．傳統(tǒng)的保護裝置保護效果不甚理想，是傳統(tǒng)的電機保護裝置以熔斷器、熱繼電器為主。熔斷器主要用于短路保護，熔斷器電流的選擇需考慮電動機的起動電流，所以單獨使用熔斷器保護電動機是不可取的。熱繼電器是應用最廣的電機過載保護裝置，但熱繼電器靈敏度低、誤差大、穩(wěn)定性差，保護不可靠。事實也正是這樣，盡管許多設備安裝了熱繼電器，但電機損壞而影響正常生產的現(xiàn)象仍普遍存在。傳統(tǒng)的保護裝置還沒有能夠實現(xiàn)電動機的機械磨損監(jiān)測、定轉子偏心監(jiān)測的產品。

?

　　3、電機保護器如今已由過去的機械式發(fā)展為電子式和智能型，靈敏度高，可靠性高，功能多，調試方便?？芍苯语@示電動機的電流、電壓、溫度等參數(shù)，保護動作后故障種類一目了然，極大方便了故障的判斷，有利于生產現(xiàn)場的故障處理和縮短恢復生產時間。另外，根據(jù)電動機氣隙磁場進行電動機偏心檢測技術使電動機磨損狀態(tài)在線監(jiān)測成為可能，通過曲線顯示反映電動機偏心程度的值的變化趨勢，記錄兩年時間該值的變化情況，可早期發(fā)現(xiàn)軸承故障，做到早發(fā)現(xiàn)，早處理，避免掃膛事故發(fā)生。

?

　　3．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。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。具體的功能選擇應根據(jù)綜合考慮電動機的本身的價值、負載情況、環(huán)境好壞、電動機的重要程度、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。

?

　　4、 理想的電動機保護器不是功能最多，也不是所謂最先進的，而是應該最實用的。那么何為實用呢？實用應滿足可靠、經濟、方便等要素，具有較高的性能價格比。那么何為可靠呢？可靠首先應滿足功能的可靠，如過電流、斷相功能必須對各種場合、各種過程、各種方式發(fā)生的過電流、斷相均能可靠的動作。其次自身的可靠（既然保護器是保護別人的，尤其應具有很高的可靠性）必須具有對各種惡劣環(huán)境的適應性穩(wěn)定性、耐久性。經濟性：采用先進的設計、合理的結構，專業(yè)化、規(guī)?；纳a，降低產品成本，給用戶帶來極高的經濟效益。方便性：必須在安裝、使用、調整、接線等方面，盡可能的簡易方便。

?

　　選型方法

?

　　一、 選型基本原則

?

　　如今，市場上電動機保護產品沒有統(tǒng)一標準，型號規(guī)格五花八門。制造廠商為了滿足用戶不同的使用需求派生出很多的系列產品，種類繁多給廣大用戶選型帶來諸多不便，用戶在選型時應充分考慮電動機保護實際需求，合理選擇保護功能和保護方式，才能達到良好的保護效果，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。

?

　　二、選型的基本方法

?

　?。ㄒ唬┡c選型有關的條件：

?

　　電機保護的選型存在著電動機與保護器二者怎樣合理配用關系，以下提供幾個與保護有關的條件、因素，為用戶選型時提供參考。

?

　　1、電機方面：要先了解的型號規(guī)格、電動機功能特性、防護型式、額定電壓、額定電流、額定功率、電源頻率、絕緣等級等。這些內容基本能給用戶如何正確使用和維護及選型保護器提供了參考依據(jù)。

?

　　2、環(huán)境條件：主要指常溫、高溫、高寒、腐蝕度、震動度、風沙、海拔、電磁污染等。

?

　　3、電動機用途：主要指拖動機械設備要求特點，如風機、水泵、空壓機、車床、油田抽油機等不同負載機械特性。

?

　　4、控制系統(tǒng)方面：控制模式有手動、自動、就地控制、遠程控制、單機獨立運行、生產線集中控制等情況。啟動方式有直接、降壓、星三角、頻敏變阻器、變頻器、軟起動等啟動方式。

?

　　5、其他方面：用戶對現(xiàn)場生產監(jiān)護管理是比較隨意還是嚴謹，非正常性的停機對生產影響的嚴重程度等。

?

　　與保護器的選用有一定相關因素的還有很多，如安裝位置、電源情況、與配電系統(tǒng)的配合等；還要考慮是對新購電動機保護配置，還是對電動機保護升級，還是對事故電動機保護的完善等；還要考慮電動機保護方式改變的難度和對生產影響程度；需根據(jù)現(xiàn)場實際工作條件綜合考慮保護器的選型和調整。

?

　　（二）電動機保護器的常見類型

?

　　1、熱繼電器：普通小容量交流電機，良好工作條件，不存在頻繁啟動等惡劣工況，由于精度差，可靠性不能保證，不推薦使用。

?

　　2、電子型：檢測三相電流值，整定電流值采用電位器旋鈕或拔碼開關操作，電路一般采用模擬式，采用反時限或定時限工作特性。保護功能包括過載、缺相、堵轉等故障保護，故障類型采用指示燈顯示，運行電量采用數(shù)碼管顯示。

?

　　3、智能型：檢測三相電流值，保護器使用單片機，實現(xiàn)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(shù)字設定，通過操作面板按鈕來操作，用戶可以根據(jù)自己實際使用要求和保護情況在現(xiàn)場自行對各種參數(shù)修正設定，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，如ModBUS、ProfiBUS等，價格相對高些，用于較重要場合，如今高壓電動機保護均采用智能型。

?

　　4、熱保護型：在電動機中埋入熱元件，根據(jù)電動機的溫度進行保護，保護效果好，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。

?

　　5、磁場溫度檢測型：在電動機中埋入磁場檢測線圈和溫度探頭，根據(jù)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。

?

　?。ㄈ?保護器類型在電動機工作條件下的選擇

?

　　1、對于工作條件要求不高、操作控制簡單，監(jiān)護、管理比較隨意，停機對生產影響不大的單機獨立運行電動機，可選用普通型保護器，因普通型保護器結構簡單，在現(xiàn)場安裝接線、替換、操作簡單、方便，具有性價比高等特點。

?

　　2、對于工作條件要求很高，安全性和連續(xù)性又很關鍵的，而自動化程度高，且需要專人控制、監(jiān)護、管理，需組網(wǎng)監(jiān)控的MCC系統(tǒng)中，應選用中高檔、功能較全的保護器。

?

　　3、對于防爆電機，由于軸承磨損造成偏心，可能導致防爆間隙處摩擦出現(xiàn)高溫，產生爆炸危險，應選擇磨損狀態(tài)監(jiān)測功能。對于大容量高壓潛水泵，由于檢查維護困難，也應選擇磨損狀態(tài)監(jiān)測功能，避免發(fā)生掃膛事故造成重大經濟損失。

?

　　4、應用于有防爆要求場所的保護器，要根據(jù)應用現(xiàn)場的具體要求，選用相應的防爆型保護器，避免安全事故發(fā)生。

　　高速電機的命名定義：

　　高速電機，也稱主軸電機，廣義范圍來講，高速電機又可以被稱為電主軸，高速電主軸等等，通常是指轉速超過10000r/min的電機，目前最高轉速可達300000r/min

　　高速電機又分為：AC交流異步電機 、DC同步永磁電機、BLDC無刷電機、bldc變頻電機等

　　高速電機優(yōu)點：

　　一、由于轉速高，所以電機功率密度高，而體積遠小于同等功率的普通電機，可以有效的節(jié)約材料；

　　二、可與原動機相連，取消了傳統(tǒng)的減速機構，傳動效率高，噪音??；

　　三、高速電機轉動慣量小，所以動態(tài)響應快；

　　一、無刷直流電機工作原理

　　無刷直流電機的定子是線圈繞組電樞，轉子是永磁體。如果只給電機通以固定的直流電流，則電機只能產生不變的磁場，電機不能轉動起來，只有實時檢測電機轉子的位置，再根據(jù)轉子的位置給電機的不同相通以對應的電流，使定子產生方向均勻變化的旋轉磁場，電機才可以跟著磁場轉動起來。

　　如圖所示為無刷直流電機的轉動原理示意圖，為了方便描述，電機定子的線圈中心抽頭接電機電源 POWER，各相的端點接功率管，位置傳感器導通時使功率管的 G極接 12V，功率管導通，對應的相線圈被通電。由于三個位置傳感器隨著轉子的轉動，會依次導通，使得對應的相線圈也依次通電，從而定子產生的磁場方向也不斷地變化，電機轉子也跟著轉動起來，這就是無刷直流電機的基本轉動原理——檢測轉子的位置，依次給各相通電，使定子產生的磁場的方向連續(xù)均勻地變化。

　　

　　無刷直機電機的驅動方式按不同類別可分多種驅動方式，它們各有特點。

　　按驅動波形：

　　● 方波驅動，這種驅動方式實現(xiàn)方便，易于實現(xiàn)電機無位置傳感器控制；

　　● 正弦驅動，這種驅動方式可以改善電機運行效果，使輸出力矩均勻，但實現(xiàn)過程相對復雜。同時，這種方法又有SPWM 和 SVPWM（空間矢量PWM）兩種方式，SVPWM的效果好于SPWM。

　　二、永磁同步電機工作原理

　　永磁同步電機，英文名稱為permanent magnet synchronous motor，簡稱PMSM，它實際上是一種交流電機，其定子運行是三項的相差 的交流電，而轉子則是永磁體。但是這種電機最大的優(yōu)勢就是交流電能量由直流提供，這樣就可以對電機進行精確的控制，而且解決了電刷帶來的壽命問題。

　　永磁同步電機工作原理--特點

　　永磁同步電機可以將電機整體地安裝在輪軸上，形成整體直驅系統(tǒng)，即一個輪軸就是一個驅動單元，省去了一個齒輪箱。永磁同步電機的特點主要有以下幾種：

　?。?）PMSM本身的功率效率高以及功率因數(shù)高;

　　（2）PMSM發(fā)熱小，因此電機冷卻系統(tǒng)結構簡單、體積小、噪聲小;

　?。?）系統(tǒng)采用全封閉結構，無傳動齒輪磨損、無傳動齒輪噪聲，免潤滑油、免維護;

　?。?）PMSM允許的過載電流大，可靠性顯著提高;

　　（5）整個傳動系統(tǒng)重量輕，簧下重量也比傳統(tǒng)的輪軸傳動的輕，單位重量的功率大;

　　（6）由于沒有齒輪箱，可對裝向架系統(tǒng)隨意設計：如柔式裝向架、單軸轉向架，使列車動力性能大大提高。

　　首先永磁同步電機要建立主磁場，勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立極性相間的勵磁磁場;然后采用三相對稱的電樞繞組充當功率繞組，成為感應電勢或者感應電流的載體;在原動機拖動轉子旋轉的情況下，極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉并順次切割定子各相繞組，因此電樞繞組中將會感應出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。由于電樞繞組的對稱性，保證了感應電勢的三相對稱性。