電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在工業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

曹 科

（上海盛善電氣有限公司，上海 200331）

隨著我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)化程度的日益加深，工業(yè)系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的智能保護(hù)和自動(dòng)控制提出了新的要求，因此電動(dòng)機(jī)保護(hù)器這一新型的工業(yè)保護(hù)控制裝置日益為大家所重視，并得到了更廣泛的應(yīng)用。本文作者結(jié)合自身多年的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在工業(yè)系統(tǒng)中的典型應(yīng)用加以介紹，希望能起到拋磚引玉的作用，為大家提供一些有益的借鑒。

電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器的工作原理：電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器通過(guò)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的電參數(shù)和對(duì)應(yīng)的控制觸電的狀態(tài)，以判斷電動(dòng)機(jī)是否出現(xiàn)故障或異常工作狀態(tài)，并據(jù)此進(jìn)行對(duì)應(yīng)的自動(dòng)保護(hù)及起停控制，以達(dá)到無(wú)人值守時(shí)的自動(dòng)保護(hù)或遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。

目前市場(chǎng)上的電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器一般都由以下幾個(gè)部分組成：電源系統(tǒng)、采樣單元、信號(hào)處理及控制系統(tǒng)、控制及反饋回路、人機(jī)界面。其中，電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)為電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器提供獨(dú)立的工作電源；采樣單元負(fù)責(zé)采集電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，如電壓、電流、功率等等；信號(hào)處理及控制系統(tǒng)對(duì)采樣單元所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并以此為控制邏輯的判斷依據(jù)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)和控制；控制及反饋回路則是通過(guò)繼電器對(duì)外部的接觸器、斷路器等電氣元件進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)具體的保護(hù)和控制功能，并將電動(dòng)機(jī)的相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)反饋回電動(dòng)機(jī)保護(hù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；人機(jī)界面則是提供給使用者的交互界面，可以通過(guò)它進(jìn)行設(shè)定具體的保護(hù)參數(shù)、監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況、查詢故障記錄等操作。

目前市場(chǎng)上的電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器品牌眾多，不同廠家產(chǎn)品的功能都有所不同，但總的來(lái)說(shuō)可以分為以下幾類(lèi)：

1）電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能

這是電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器的主要功能，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)階段和運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種異常情況進(jìn)行自主判斷并采取相應(yīng)保護(hù)措施。如防止電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象的堵轉(zhuǎn)保護(hù)，防止電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱受損的過(guò)載保護(hù)，防止電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)意外故障的過(guò)壓保護(hù)、缺相保護(hù)等等。此類(lèi)保護(hù)功能均以電動(dòng)機(jī)為保護(hù)對(duì)象，目的是避免電動(dòng)機(jī)因故障或意外情況受損，使工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)更安全有效的運(yùn)行。

2）安全保護(hù)功能

除針對(duì)電動(dòng)機(jī)本身的保護(hù)功能外，電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器還具備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的保護(hù)措施，例如最常見(jiàn)的漏電保護(hù)功能。電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器通過(guò)漏電互感器采樣監(jiān)測(cè)回路中的漏電流大小，并根據(jù)預(yù)設(shè)的漏電保護(hù)參數(shù)進(jìn)行自主判斷，向上級(jí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)或直接切斷電氣回路，以避免因漏電導(dǎo)致觸電事故。此類(lèi)保護(hù)功能可以有效的保障現(xiàn)場(chǎng)操作人員的人身安全，因而日益得到使用者的重視。

3）自動(dòng)控制功能

電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器除了各種保護(hù)功能外，還具有一定的控制功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的起/?？刂?，能夠加強(qiáng)整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化程度。例如，操作人員可以通過(guò)保護(hù)器的人機(jī)界面對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行手動(dòng)起動(dòng)/停止操作，也可以通過(guò)控制及反饋回路中的開(kāi)關(guān)量輸入接口以遠(yuǎn)程控制方式實(shí)現(xiàn)上述操作，更可以通過(guò)數(shù)字通信口（一般為RS485接口）與主控制系統(tǒng)連接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。此外，部分電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器還具備自起動(dòng)、重起動(dòng)功能，可以在電氣系統(tǒng)出現(xiàn)短暫停電等意外情況后保存當(dāng)前電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，等系統(tǒng)恢復(fù)正常后按照設(shè)定的起動(dòng)時(shí)間按時(shí)間順序依次起動(dòng)，既可省去人工操作的繁瑣，也可以避免眾多電動(dòng)機(jī)同時(shí)起動(dòng)對(duì)回路的大電流沖擊，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

4）節(jié)能降耗功能

隨著國(guó)家對(duì)于節(jié)能降耗要求的提高，電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器在節(jié)能降耗方面的作用也開(kāi)始為大家所重視。部分電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器具有欠功率、低功率因數(shù)等保護(hù)功能，可以在電動(dòng)機(jī)處于輕載或低功率因數(shù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)做自動(dòng)停機(jī)，能夠有效的避免能源浪費(fèi)節(jié)省企業(yè)資金。

雖然電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器這一產(chǎn)品已經(jīng)較為成熟，但目前工業(yè)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的應(yīng)用仍處于起步階段，部分使用者仍然不熟悉它的具體應(yīng)用情況，下面就以SDM800型電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器為例，簡(jiǎn)單介紹一下相關(guān)應(yīng)用案例。

某公司有一臺(tái)110kW的電動(dòng)機(jī)，采用星三角起動(dòng)方式。之前由于常處于過(guò)載狀態(tài)運(yùn)行，熱繼經(jīng)常產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作，影響了生產(chǎn)調(diào)度。后經(jīng)過(guò)技術(shù)改造，采用電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器作為保護(hù)裝置，設(shè)定當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流大于額定電流的1.05倍時(shí)開(kāi)始進(jìn)行熱量累積計(jì)算（運(yùn)行電流越大則熱量累積越快），在熱量累積達(dá)到最大允許值的90%時(shí)向控制系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警信號(hào)（通過(guò)人機(jī)界面和RS485數(shù)字通信口兩種方式同時(shí)發(fā)送），在熱量累積達(dá)到最大允許值時(shí)則自動(dòng)將電動(dòng)機(jī)停機(jī)。這樣處理以后，用戶可以在發(fā)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)后及時(shí)對(duì)生產(chǎn)調(diào)度做出調(diào)整，將電動(dòng)機(jī)的負(fù)載降低以免熱過(guò)載后不得不停機(jī)影響生產(chǎn)，而即使沒(méi)有及時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)過(guò)載情況進(jìn)行有效處理，也可以在報(bào)警一段時(shí)間后在熱量累積達(dá)到最大允許值時(shí)自動(dòng)停機(jī)，避免無(wú)人狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)過(guò)熱受損。這一方案兼顧了生產(chǎn)流程的順暢和電動(dòng)機(jī)的安全，取得了很好的效果。圖1為此方案的接線圖。

圖1

圖1中，電動(dòng)機(jī)三相電壓信號(hào)直接接入電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器（3、4、5號(hào)端子），三相電流信號(hào)則以穿芯方式穿過(guò)電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器的電流進(jìn)線孔，電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器的三路繼電器輸出（DO1、DO2、DO3）分別接入接觸器CJ1、CJ2、CJ3的輔助觸點(diǎn)，同時(shí)電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入端口（DI1、DI2、DI3）監(jiān)測(cè)三個(gè)接觸器的當(dāng)前分合狀態(tài)以判斷當(dāng)前電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，DO1、DO2吸合，一段時(shí)間后DO3吸合并且DO1斷開(kāi)，完成整個(gè)星三角起動(dòng)過(guò)程。如果達(dá)到預(yù)設(shè)的報(bào)警條件而沒(méi)有達(dá)到保護(hù)條件時(shí)，則通過(guò)人機(jī)界面和RS485數(shù)字通信口發(fā)送報(bào)警指示。一旦接收到停機(jī)命令或者出現(xiàn)故障達(dá)到預(yù)設(shè)的保護(hù)條件時(shí)，則釋放三路繼電器，電動(dòng)機(jī)同時(shí)停止運(yùn)行。

從這個(gè)案例可以看出，電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器的使用相當(dāng)靈活，由于報(bào)警參數(shù)和保護(hù)參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行條件預(yù)設(shè)為不同的值，所以可以很好的適應(yīng)實(shí)際的工藝生產(chǎn)流程，避免過(guò)度保護(hù)影響生產(chǎn)的流暢，對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域的大規(guī)模流水化生產(chǎn)有很大的幫助。因此，隨著我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)化和智能化程度的不斷提高，相信諸如電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器這樣的智能化保護(hù)/控制裝置將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。