淺談低電氣控制系統(tǒng)中低壓電動機(jī)常用保護(hù)環(huán)節(jié)的作用

高飛翔　楚金澄　孟凡鈺　丁成

摘 要：在污水處理廠管理中，電氣控制系統(tǒng)的安全始終占有重要地位，直接關(guān)系著人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，應(yīng)該加強(qiáng)對電氣控制系統(tǒng)的安全重視。在生產(chǎn)工藝流程中，只有保證電氣控制系統(tǒng)的安全，才能使工藝順利進(jìn)行，為此，需要在滿足生產(chǎn)工藝的前提下，必須考慮在電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中可能發(fā)生的各種非正常工作情況和系統(tǒng)故障，在電氣控制系統(tǒng)中，安裝各種保護(hù)裝置、設(shè)計(jì)各種保護(hù)環(huán)節(jié)是所有電氣控制系統(tǒng)中不能缺失的組成成分，它們對電氣系統(tǒng)的安全保護(hù)分管監(jiān)工，各盡其責(zé)，時刻保護(hù)著電氣系統(tǒng)的安全運(yùn)作，但系統(tǒng)中各種保護(hù)裝置數(shù)目較多，安裝繁瑣，因此，需要尋找一種可以代替多種保護(hù)裝置的保護(hù)器顯得尤為重要。下面主要談?wù)劦蛪弘妱訖C(jī)保護(hù)控制器及其在常用電氣控制系統(tǒng)中的保護(hù)作用。

關(guān)鍵詞：電氣控制系統(tǒng) 低壓電動機(jī) 保護(hù)環(huán)節(jié)

中圖分類號：TM307 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（a）-0131-03

眾所周知，在電動機(jī)的運(yùn)行過程中，都會產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，并且這是造成電動機(jī)損壞的重要原因。有報(bào)道稱，發(fā)熱是致使70%左右電動機(jī)損壞的罪魁禍?zhǔn)譡1-3]。另外，在電動機(jī)運(yùn)行過程中，其他故障的出現(xiàn)也會導(dǎo)致電動機(jī)發(fā)熱燒毀，從而造成生產(chǎn)線停產(chǎn)給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[4-7]。因此，對電動機(jī)開設(shè)保護(hù)裝置顯得尤為重要。隨著社會的進(jìn)步，科技的發(fā)展，出現(xiàn)了各種新型的、先進(jìn)的、安全的電動機(jī)保護(hù)裝置，而這些裝置在很大程度上對電動機(jī)都發(fā)揮了重要的保護(hù)作用。下面就為大家簡單介紹一下低壓電動機(jī)保護(hù)控制器及其在電氣控制系統(tǒng)中的作用。

1 低壓電動機(jī)保護(hù)控制器性能

低壓電動機(jī)是科技進(jìn)步的產(chǎn)物，與普通電動機(jī)相比，它在增加安全性、提高運(yùn)行效率等方面都具有很大的優(yōu)勢[8-11]。因此，低壓電動機(jī)正在逐漸取代傳統(tǒng)電動機(jī)的地位。在電氣控制系統(tǒng)中所使用的低壓電動機(jī)的保護(hù)控制器采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，與接觸器、軟啟動器、塑殼斷路器等配套裝置，使低壓電動機(jī)擁有了一整套的集測量、控制、保護(hù)功能、計(jì)量及通信于一體的專業(yè)化解決方案，從而使新型的低壓交流電動機(jī)取締了熱保護(hù)器、剩余電流動作保護(hù)器、熱繼電器等多種獨(dú)立的保護(hù)器，與此同時，還取消了測量儀表、電流互感器、輔助繼電器、時間繼電器、中間繼電器、可編控制器、控制和選擇開關(guān)、指示燈、變送器等設(shè)備，基于傳統(tǒng)電動機(jī)基礎(chǔ)上的這些完善，使得低壓電動機(jī)成為智能化電動機(jī)的優(yōu)先搭配選擇。

隨著低壓電動機(jī)的廣泛應(yīng)用，其保護(hù)控制器產(chǎn)品也隨之發(fā)展迅速，在市場上也占有了較大的比例和份額。目前國際上較突出的品牌有ABB、SIEMENS、Sehneider等[12-13]，這些都是專業(yè)制造低壓電動機(jī)的生產(chǎn)廠家，已經(jīng)在業(yè)內(nèi)取得了良好的口碑。另外，除了國外品牌外，近年來我國也涌現(xiàn)出了較多的研發(fā)與制造低壓電動機(jī)的產(chǎn)品生產(chǎn)商，而且通過強(qiáng)大的市場推廣、技術(shù)革新，不僅使生產(chǎn)成本極大降低，同時還有逐漸取代傳統(tǒng)電動機(jī)保護(hù)裝置的趨勢。不過隨著生產(chǎn)廠家的增多，導(dǎo)致競爭愈演愈烈，從而產(chǎn)品的質(zhì)量也是魚龍混雜，價格差別較大，因此，這就要求人們在選取低壓電動機(jī)保護(hù)裝置時，需掌握熟練的理論知識及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2 低壓電動機(jī)在電氣控制系統(tǒng)中保護(hù)環(huán)節(jié)的作用

2.1 短路保護(hù)

如果電器或線路絕緣受到損壞、負(fù)載短路、接線錯誤時，就會產(chǎn)生短路現(xiàn)象。而短路保護(hù)是隨之應(yīng)運(yùn)而生的一種保護(hù)措施。一旦發(fā)生短路情況，就會產(chǎn)生瞬時高于電動機(jī)額定電流十幾倍至幾十倍不等的故障電流。在這種電流過于強(qiáng)大的情況下，會造成配電線路或電氣設(shè)備發(fā)生損壞，嚴(yán)重的還可引起火災(zāi)，釀成巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失。因此，對短路加以保護(hù)顯得尤為重要。由于短路過程可以產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬時電流，這就要求保護(hù)裝置必須具備在很短時間內(nèi)迅速切斷電源的能力。目前，電路短路常用的保護(hù)方法兩種，即低壓電路器保護(hù)和熔印電路器。不同電動機(jī)所處環(huán)境不同，造成的短路原因也不一樣，因此要針對電動機(jī)短路的具體原因進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際環(huán)境采取不同的保護(hù)措施[14]。

如果電動機(jī)經(jīng)常在潮濕的環(huán)境下工作時，就會發(fā)生繞組過熱現(xiàn)象，由于定子繞組相間的絕緣環(huán)節(jié)薄弱，就會發(fā)生電擊穿，從而嚴(yán)重?fù)p壞機(jī)器。特別是在污水處理過程中使用的電動機(jī)，由于長期置于潮濕環(huán)境，加上定子繞組間的絕熱保護(hù)層隨著工作時間的延長而不完全牢固，因此很容易發(fā)生電擊穿故障。特別是電動機(jī)槽中的上、下兩相繞組，由于層間的繞組相對薄弱更加容易造成電擊穿現(xiàn)象的發(fā)生。相間短路故障表現(xiàn)為定子電流不平衡、電動機(jī)聲音異常、熔斷器或保護(hù)電器動作燒斷，嚴(yán)重的還會引發(fā)繞組燒斷。根據(jù)相間短路故障的發(fā)生原因，只要認(rèn)真分析電流中正序和負(fù)序電流是否異常，就可及時發(fā)現(xiàn)異步電動機(jī)相間的短路故障，進(jìn)而對電動機(jī)采取及時的保護(hù)措施。

2.2 過電流保護(hù)

過電流保護(hù)是與短路保護(hù)不同的另一種保護(hù)方法。過電流現(xiàn)象也是不同于短路現(xiàn)象的一種故障，其主要是指電動機(jī)或電器元件電流超過其額定電流的運(yùn)行狀態(tài)。而過電流保護(hù)則是在超過電動機(jī)額定電流之后所應(yīng)用的一種保護(hù)措施。電動機(jī)發(fā)生過電流之后，要在允許最大升溫、電氣元件損壞之前采取一定的措施將不正常電流恢復(fù)到正常狀態(tài)。過電流保護(hù)常用的方法是采用過電流繼電器，在電流達(dá)到電動機(jī)所規(guī)定的額定電流之前，將電流繼電器線圈按接在被保護(hù)的電路中，然后電流繼電器主觸頭斷開，從而發(fā)揮切斷電動機(jī)電源的作用。這種過電流保護(hù)環(huán)節(jié)，在三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)和直流電動機(jī)的控制電路中經(jīng)常用到，當(dāng)過電流繼電器動作電流是電動機(jī)額定電流的1.2倍時，則過電流繼電器也能夠起到短路保護(hù)的作用[15]。

2.3 熱過載保護(hù)

針對不同的過熱載現(xiàn)象，采取不同的保護(hù)措施，具體方法如下：（1）電機(jī)啟動時間過長的保護(hù)：在規(guī)定的時間內(nèi)假如電機(jī)沒有啟動，又或是在允許啟動時間內(nèi)電機(jī)沒有從啟動狀態(tài)轉(zhuǎn)換為正常的運(yùn)行狀態(tài)，電機(jī)很容易因啟動時間過長而發(fā)生燒毀，因此，需要對啟動時間過長的電機(jī)進(jìn)行及時保護(hù)。（2）電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的保護(hù)：如果發(fā)現(xiàn)電流超過電機(jī)正常運(yùn)作的額定電流數(shù)倍時，除了考慮過電流故障外，還需要判斷是否是由于電機(jī)發(fā)生了堵轉(zhuǎn)故障，而長時間的運(yùn)行堵轉(zhuǎn)也會致使電機(jī)燒毀。故此，一旦在運(yùn)行過程中，電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)故障時，就應(yīng)立即啟動電機(jī)保護(hù)功能對電機(jī)進(jìn)行及時保護(hù)。（3）電機(jī)三相電流不平衡的保護(hù)：如果電機(jī)電流出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象時，首先可以考慮是否是電機(jī)內(nèi)部線圈發(fā)生了相間短路故障。由于三相電流不平衡對低壓電動機(jī)本身造成的危害并不大，但是，如果不采取措施就會導(dǎo)致不平衡電流所引起的發(fā)熱區(qū)域逐漸擴(kuò)大，致使更嚴(yán)重的電機(jī)故障發(fā)生。所以，必須重視低壓電動機(jī)三相電流不平衡所帶來的潛在安全隱患，及時查出，并進(jìn)行正規(guī)處理，進(jìn)一步杜絕事故的發(fā)生。所謂三相電流不平衡保護(hù)就是針對電機(jī)三相電流檢測出的不平衡度來判斷是否發(fā)生不平衡現(xiàn)象而啟動的功能。

2.4 失電壓保護(hù)

只有在一定的額定電壓下才能夠使電動機(jī)正常工作。在電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，若電壓不穩(wěn)定，如出現(xiàn)過高、過低或工作運(yùn)行時出現(xiàn)的非人為因素而導(dǎo)致的突然斷電，致使電壓的瞬間消失，造成機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行停止，嚴(yán)重的還會發(fā)生人身事故。因此，應(yīng)用必要的措施來減少或杜絕此類事故的發(fā)生顯得相當(dāng)重要。所謂的失電壓保護(hù)是在非正常電壓恢復(fù)過程中，電動機(jī)自主運(yùn)行而采取的一種自我保護(hù)措施，如采用接觸器、按鈕控制等相關(guān)的機(jī)器設(shè)備來停轉(zhuǎn)或重新啟動電動機(jī)的動作。在電壓消失的情況下，接觸器能夠做到自動釋放，接著切斷電動機(jī)電源；而在電壓重新恢復(fù)正常穩(wěn)定之后，由于先前動作中接觸器鎖頭發(fā)生了自行斷開，因此電動機(jī)并不會在電壓正常后自行運(yùn)作。采用控制開關(guān)、手動開關(guān)等不能自動復(fù)位的控制接觸器時，要采用零電壓繼電器使用裝置進(jìn)行專業(yè)化的安裝。故而，如果在運(yùn)行過程中電動機(jī)存在失電現(xiàn)象時，零電壓繼電器就會自動釋放，又因?yàn)樽枣i電路斷開，所以電動機(jī)即使在電源電壓自動恢復(fù)后也不會自主運(yùn)行。

2.5 弱磁保護(hù)

當(dāng)直流電動機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行時，就會出現(xiàn)磁場消失或減弱的情況，進(jìn)而電樞電流的繞組絕緣保護(hù)裝置就會在運(yùn)行速度過快的電樞電流下發(fā)生薄弱繼而出現(xiàn)損耗現(xiàn)象。另外，如果直流電動機(jī)運(yùn)行時處于輕負(fù)荷狀態(tài)，就會出現(xiàn)磁場消失現(xiàn)象，致使電動機(jī)發(fā)生飛車或超速狀況。不管是超負(fù)荷運(yùn)行還是輕負(fù)荷運(yùn)行，都會對電機(jī)造成損害，因此，可以根據(jù)其所特有的磁場性質(zhì)來采取弱磁保護(hù)措施，從而達(dá)到電機(jī)保護(hù)的目的。在輕負(fù)荷運(yùn)載的情況下發(fā)生磁場消失現(xiàn)象就會導(dǎo)致電動機(jī)超速或飛車，這兩種情況下都會對電動機(jī)產(chǎn)生損害，因而針對其所具有的磁場特性可以采取弱磁保護(hù)措施，達(dá)到電氣控制系統(tǒng)中低壓電動機(jī)保護(hù)的目的。

2.6 其他保護(hù)

除了上面所述的一些保護(hù)外，還有油壓保護(hù)、水壓保護(hù)、超速保護(hù)、行程保護(hù)等，都是在控制電路中，通過串接一個受這些參數(shù)控制的常閉觸頭或常開觸頭來實(shí)現(xiàn)對控制電路的電源控制。而這些裝置主要包括：壓力繼電器、測速發(fā)電機(jī)、離心開關(guān)、行程開關(guān)等。

3 結(jié)語

低電氣控制系統(tǒng)是儀器運(yùn)行過程中的安全保障，在污水處理廠的運(yùn)行安全管理中占有非常重要的地位。因此，低電氣控制系統(tǒng)中低壓電動機(jī)常用保護(hù)環(huán)節(jié)必須在安全可靠的前提下，滿足生產(chǎn)工藝要求，為此在低電氣控制系統(tǒng)中低壓電動機(jī)常用保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理，必須考慮系統(tǒng)發(fā)生各種故障和不正常工作情況的可能性，在低電氣控制系統(tǒng)中低壓電動機(jī)常用保護(hù)環(huán)節(jié)中設(shè)置有各種保護(hù)裝置。在污水處理廠的運(yùn)行流程中有很多地方涉及到發(fā)電機(jī)，如何確保發(fā)動機(jī)的正常工作成為污水處理廠必須考慮事情之一。在電氣控制系統(tǒng)中，只有電動機(jī)處于安全運(yùn)作狀態(tài)下，才能保證生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，對電氣控制系統(tǒng)采取必要的安全保護(hù)措施顯得十分重要。在對電氣控制系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)中，不能單獨(dú)考慮一點(diǎn)，要結(jié)合多種因素進(jìn)行綜合考慮，這樣才能夠避免許多不必要的安全事故發(fā)生。在電路控制系統(tǒng)中，安裝各種安全保護(hù)裝置，如采用短路保護(hù)、過電流保護(hù)、過熱載保護(hù)、失電壓保護(hù)、弱磁保護(hù)等多種保護(hù)措施，從而達(dá)到對電氣控制系統(tǒng)中的低電壓電動機(jī)的保護(hù)。文章通過對低壓電動機(jī)的介紹及電氣控制系統(tǒng)中保護(hù)環(huán)節(jié)的分析，從而可以看出，在污水處理廠里，低壓電動機(jī)綜合器逐漸取代傳統(tǒng)電動機(jī)器是一種必經(jīng)的趨勢，在不久以后，低壓電動機(jī)綜合器可能會成為電氣控制系統(tǒng)中主要的電機(jī)保護(hù)設(shè)備。

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