實用可靠的電動機保護控制器的應用

摘要：介紹了一種新型電動機保護器，兼有電流、電壓、過載、短路保護功能。它集電流型和電壓型電動機保護器優點于一身，對電源欠電壓、過電壓、斷相起閉鎖作用，它結構簡單，性能可靠，操作使用方便。

關鍵詞：電動機，電壓，電流，過載，速斷，反時限

        目前，常見的電動機保護器多為電流型的，近期也有電壓型的問世但以上兩種保護器在使用過程中均存在不同的缺點，如電流型只反應電流增加，這樣在電動機啟動過程中須躲過電動機的啟動電流，在正常運行中仍存在躲過啟動時間的問題，因此對電動機局部短路或保護器到電動機的線路出現短路達不到迅速切斷電源的作用。電壓型的，在保護器以后部分斷相亦起不到保護作用。鑒于以上兩種保護器存在的缺點，設計了一種可靠的新型電動機保護器，該保護器集過電壓、欠電壓、斷相、過載、短路保護于一體，在電動機運行的全過程中均有保護作用，對各種故障情況均能達到理想的保護，并通過兩種顯示，起到對斷線相的記憶作用。

1 工作原理

        主控制電路原理圖如圖。所示。啟動電動機前，先合上刀閘開關QS，而后按啟動按鈕SB2，接觸器線圈KM得電，其主回路中的觸點接通電動機電源而啟動。其輔助觸點KM并聯于啟動按鈕，當SB2松開后，KM線圈仍通過其輔助觸點繼續保持通電，這是所謂的“自鎖”。由于自鎖觸點的存在，當電網電壓消失(如斷電)而又重新恢復來電時，只有重新按啟動按鈕SB2，電動機才會重新啟動，這自鎖電路構成了電動機的失壓保持環節。在啟動后和運行期間，若按停止按鈕SB。，其常閉觸點斷開，KM線圈的供電回路斷路，接觸器失電，電機停止。斷電器K。、K2、K3分別起欠壓保護、電流保護和過載及短路保護。

圖1主控電路原理圖

2  電動機保護器的作用

        電動機運行保護器原理框圖如圖2所示。

2.1電壓保護的作用

        在圖2a中，取自交流電源側的三相交流電壓經電壓變換器、整流器后(取任意相兼做保護器工作電變為直流電壓，通過電源指示發光二管，一路經欠壓保護穩壓二管、放大器放大后送可控與門輸入，當三相交流電源電壓低于額定電壓的。0～5時，欠壓保護穩壓二管截止，放大器輸出低電平，可控與門輸出低電平，繼電器K1的線圈動作，主控制回路常閉觸點K1斷開，電動機不能啟動，起到欠壓保護作用;另一路經過壓保護穩壓二管、取樣電阻經或非門后作為可控與門的控制端。當三相交流電源電壓中的任意一相高于額定電壓的。0時，穩壓二管工作，取樣電阻兩端的有電壓，或非門翻轉輸出低電平，閉鎖與門，迫使與門輸出低電平，繼電器K1動作，電動機不能啟動，起到過壓保護作用。當三相電源都未斷相且電壓在要求的范圍內時，三只電源指示發光二管同時亮，指示電源正常，同時經放大器、可控與門輸出一高電平，繼電器K1不動作，與主控制回路交流接觸器線圈KM相串接的常閉觸點K1閉合，給電動機啟動創造了條件；相反，當三相電源任一相發生斷相時，該相電源指示發光二管熄滅，同時與非門輸出一低電平，繼電器K1動作，其常閉觸點K1斷開，電動機不能啟動，從而起到了電源電壓斷相保護作用。

圖2電動機斷相保護器原理框圖

2.2電流保護的作用

        在圖2b中,當電源電壓正常時,通過主控制回路啟動電動機。電動機運轉全過程中電流經電流變換器、整流器后一路送給放大器,經與門輸出一高電平,使繼電器K2不動作,常閉觸點K2閉合,給主控制回路提供通路;另一路送給斷相記憶電路,發出無電流相即斷線相指示。若任一相斷線,無論斷點在什么位置,來自斷線相的電流為0,經整流后送給放大器對應的輸入也為0,則與門輸出一低電平信號,繼電器K2動作,常閉觸點K2斷開,同時斷開主控制回路,使電動機停止運行,由斷相記憶電路記下斷線相,與之相對應的斷相指示燈點亮。

電流的作用,不僅對線路斷線能起到保護作用,同時對電動機繞組斷線也能起到保護作用,且保護處于電動機運行的全過程,沒有時間延時,可實現速動的目的。

2.3反時限延時保護的作用

        圖2b中,利用反時限作用原理,實現電動機的過載及短路保護，工作過程如下:

圖3反時限特性取自電流變換器的電流信號經整流后得到一組電壓信號，該電壓信號作用一反時限元件經放大后，由放大器輸出一低電平，并使繼電器K3動作，K3動作后，串接于主控回路的常閉觸點斷開，切斷電動機主控電源，實現過載及短路保護的目的，反時限部分的調節過程，依據反時限原理工作曲線及不同的電動機以不同的電流額定值倍數對應不同的動作時間進行調節,曲線如圖3所示。

圖3反時限特性

        該保護器中的電流保護部分的反時限保護采用的電子元件,當經電流變換器整流器得到的電壓信號值作用到反時限動作元件時,反時限元件開始工作,其動作時間隨電流的變大而縮短,如圖3反時限區所示。電流倍數繼續變大到B點后進入一定時限區,即反時限元件進入穩定區,如圖3中b、c段所示。若電流繼續變大則保護器進入速動工作區如圖3中c點以后,保護器迅速動作,切斷電動機電源。如果電動機電流在圖3曲線b點前降低,則反時限元件延時動作時間加長,若在a、b段恢復正常工作狀態,即i/in≤1后 ,反時限保護元件不動作。同理 ,如果在b、c段電流降低，保護器的動作時間將延長，進入反時限區，直到恢復正常工作。該保護器在電動機電流恢復到正常值即i/in≤1后 ,反時限保護元件立即復位，不影響電動機負載下一個波動區間的保護。

3 安科瑞ARD系列智能電動機保護器介紹與綜合選型

3.1產品簡介

        ARD該系列低壓電動機保護器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉等保護功能。可與接觸器、電動機起動器等電器元件構成電動機控制保護單元，具有遠程自動控制、現場直接控制、面板指示、信號、現場總線通信等功能。應用范圍：可廣泛應用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業的配電領域。

3.2產品選型

產品功能

說明：“√”表示具備“■”表示可選

4 結束語 

        該保護器適合于不同電壓等級的三相交流電動機斷相、欠壓、過壓及過載和短路保護。該斷相保護器結構簡單，性能可靠，裝操作方便。該保護器經一年多的使用，被保護電動機無一臺出現被燒毀現象。

【參考文獻】

[1] 陳德樹. 計算機繼電保護原理與技術.武漢:華中理工大學出版社,1992 

[2] 許實章.電機學(下冊).北京:機械工業出版社,1989 

[3] 曹坤，劉雨剛.實用可靠的電動機保護器

[4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊2020.06版