淺談異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)與控制

李延海

異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)是個(gè)復(fù)雜的問題。在實(shí)際使用中，應(yīng)按照電動(dòng)機(jī)的容量、型式、控制方式和配電設(shè)備等不同來選擇相適應(yīng)的保護(hù)裝置及起動(dòng)設(shè)備。

電動(dòng)機(jī)的保護(hù)與控制關(guān)系

電動(dòng)機(jī)的保護(hù)往往與其控制方式有一定關(guān)系，即保護(hù)中有控制，控制中有保護(hù)。如電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，往往產(chǎn)生4—7倍額定電流的起動(dòng)電流。若由接觸器或斷路器來控制，則電器的觸頭應(yīng)能承受起動(dòng)電流的接通和分?jǐn)嗫己耍词故强深l繁操作的接觸器也會(huì)引起觸頭磨損加劇，以致?lián)p壞電器；對(duì)塑料外殼式斷路器，即使是不頻繁操作，也很難達(dá)到要求。因此，使用中往往與起動(dòng)器串聯(lián)在主回路中一起使用，此時(shí)由起動(dòng)器中的接觸器來承載接通起動(dòng)電流的考核，而其他電器只承載通常運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)過載電流分?jǐn)嗟目己?，至于保護(hù)功能，由配套的保護(hù)裝置來完成。

電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置

電動(dòng)機(jī)的損壞主要是繞組過熱或絕緣性能降低引起的，而繞組的過熱往往是流經(jīng)繞組的電流過大引起的。對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)主要有電流、溫度檢測(cè)兩大類型。下面結(jié)合產(chǎn)品作些介紹。

1.電流檢測(cè)型保護(hù)裝置

（1）熱繼電器利用負(fù)載電流流過經(jīng)校準(zhǔn)的電阻元件，使雙金屬熱元件加熱后產(chǎn)生彎曲，從而使繼電器的觸點(diǎn)在電動(dòng)機(jī)繞組燒壞以前動(dòng)作。其動(dòng)作特性與電動(dòng)機(jī)繞組的允許過載特性接近。熱繼電器雖則動(dòng)作時(shí)間準(zhǔn)確性一般，但對(duì)電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)有效的過載保護(hù)。隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷完善和改進(jìn)，除有溫度補(bǔ)償外，它還具有斷相保護(hù)及負(fù)載不平衡保護(hù)功能等。例如從ABB公司引進(jìn)的T系列雙金屬片式熱過載繼電器； JR20型、JR36型熱過載繼電器，其中Jn36型為二次開發(fā)產(chǎn)品，可取代淘汰產(chǎn)品JRl6型。

（2）帶有熱—磁脫扣的電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器熱式作過載保護(hù)用，結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理同熱繼電器，其雙金屬熱元件彎曲后有的直接頂脫扣裝置，有的使觸點(diǎn)接通，最后導(dǎo)致斷路器斷開。電磁鐵的整定值較高，僅在短路時(shí)動(dòng)作。其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價(jià)格低、動(dòng)作特性符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、保護(hù)可靠，故日前仍被大量采用.特別是小容量斷路器尤為顯著。例如從ABB公司引進(jìn)的M611型電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器，國產(chǎn)DWl5低壓萬能斷路器（200—630A）、S系列塑殼斷路器（100、200、400入）。

（3）電子式過電流繼電器通過內(nèi)部各相電流互感器檢測(cè)故障電流信號(hào)，經(jīng)電子電路處理后執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。電子電路變化靈活，動(dòng)作功能多樣，能廣泛滿足各種類型的電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。其特點(diǎn)是：

①多種保護(hù)功能。主要有三種：過載保護(hù)，過載保護(hù)十?dāng)嘞啾Ｗo(hù)，過載保護(hù)十?dāng)嘞啾Ｗo(hù)+反相保護(hù)。

②動(dòng)作時(shí)間可選擇（符合GBl4048.4—93標(biāo)準(zhǔn)）。

標(biāo)準(zhǔn)型（10級(jí)）：7.2In（In為電動(dòng)機(jī)額定電流），4—10s動(dòng)作，用于標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)，速動(dòng)型（10A級(jí)）：7.2In時(shí)，2—10s動(dòng)作，用于潛水電動(dòng)機(jī)或壓縮電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)。慢動(dòng)型（30級(jí)）：7.2In時(shí)，9—30s動(dòng)作，用于如鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)等起動(dòng)時(shí)間長的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)。

③電流整定范圍廣。其最大值與最小值之比一般可達(dá)3—4倍，甚至更大倍數(shù)（熱繼電器為1.56倍），特別適用于電動(dòng)機(jī)容量經(jīng)常變動(dòng)的場(chǎng)合（例如礦井等）。

④有故障顯示。由發(fā)光二極管顯示故障類別，便于檢修。

（4）帶有電子式脫扣的電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器其動(dòng)作原理類同上述電子式過電流繼電器或固態(tài)繼電器。功能主要有：電路參量顯示（電流、電壓、功率、功率因數(shù)等），負(fù)載監(jiān)控（按規(guī)定切除或投入負(fù)載），多種保護(hù)特性（指數(shù)曲線反時(shí)限、I2t曲線反時(shí)限、定時(shí)限或其組合），故障報(bào)警，試驗(yàn)功能，自診斷功能，通信功能等。產(chǎn)品如施耐德電氣公司生產(chǎn)的M系列低壓斷路器。

2.溫度檢測(cè)型保護(hù)裝置

（1）雙金屬片溫度繼電器它直接埋入電動(dòng)機(jī)繞組中。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載使繞組溫度升高至接近極限值時(shí)，帶有一觸頭的雙金屬片受熱產(chǎn)生彎曲，使觸點(diǎn)斷開而切斷電路。產(chǎn)品如JW2溫度繼電器。

（2）熱保護(hù)器它是裝在電動(dòng)機(jī)本體上使用的熱動(dòng)式過載保護(hù)繼電器。與溫度繼電器不同的是帶2個(gè)觸頭的碗形雙金屬片作為觸橋串在電動(dòng)機(jī)回路，既有流過的過載電流使其發(fā)熱，又有電動(dòng)機(jī)溫度使其升溫，達(dá)到一定值時(shí)，雙金屬片瞬間反跳動(dòng)作，觸點(diǎn)斷開，分?jǐn)嚯妱?dòng)機(jī)電流。它可作小型三相電動(dòng)機(jī)的溫度、過載和斷相保護(hù)。產(chǎn)品如sPB、DRB型熱保護(hù)器。

（3）檢測(cè)線圈測(cè)溫電動(dòng)機(jī)定子每相繞組中埋入1—2個(gè)檢測(cè)線圈，由自動(dòng)平衡式溫度計(jì)來監(jiān)視繞組溫度。

（4）熱敏電阻溫度繼電器它直接埋入電動(dòng)機(jī)繞組中，一旦超過規(guī)定溫度，其電阻值急劇增大10—1000倍。使用時(shí)，配以電子電路檢測(cè)，然后使繼電器動(dòng)作。產(chǎn)品如JW9系列船用電子溫度繼電器。

保護(hù)裝置與異步電動(dòng)機(jī)的協(xié)調(diào)配合

為了確保異步電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行及對(duì)其進(jìn)行有效的保護(hù)，必須考慮異步電動(dòng)機(jī)與保護(hù)裝置之間的協(xié)調(diào)配合。特別是大容量電網(wǎng)中使用小容量異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，保護(hù)的協(xié)調(diào)配合更為突出。

1.過載保護(hù)裝置與電動(dòng)機(jī)的協(xié)調(diào)配合

（1）過載保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)比電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間略長一點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)裝置的特性只有躲開電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的特性，才能確保其正常運(yùn)轉(zhuǎn)；但其動(dòng)作時(shí)間又不能太長，其特性只能在電動(dòng)機(jī)熱特性之下才能起到過載保護(hù)作用。

（2）過載保護(hù)裝置瞬時(shí)動(dòng)作電流應(yīng)比電動(dòng)機(jī)起動(dòng)沖擊電流略大一點(diǎn)。如有的保護(hù)裝置帶過載瞬時(shí)動(dòng)作功能，則其動(dòng)作電流應(yīng)比起動(dòng)電流的峰值大一些，才能使電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)。

（3）過載保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)比導(dǎo)線熱特性小一點(diǎn)，才能起到供電線路后備保護(hù)的功能

2.過載保護(hù)裝置與短路保護(hù)裝置的協(xié)調(diào)配合一般過載保護(hù)裝置不具有分?jǐn)喽搪冯娏鞯哪芰ΑＲ坏┰谶\(yùn)行中發(fā)生短路，需要由串聯(lián)在主電路中的短路保護(hù)裝置（如斷路器或熔斷器等）來切斷電路。若故障電流較小，屬于過載范圍，則仍應(yīng)由過載保護(hù)裝置切斷電路。故兩者的動(dòng)作之間應(yīng)有選擇性。

短路保護(hù)裝置特性是以熔斷器作代表說明的，與過載保護(hù)特性曲線的交點(diǎn)電流為Ij，若考慮熔斷器特性的分散性，則交點(diǎn)電流有Is及IB兩個(gè)，此時(shí)就要求 Is及以下的過電流應(yīng)由過載保護(hù)裝置來切斷電路，Ib及以上直到允許的極限短路電流則由短路保護(hù)裝置來切斷電路，以滿足選擇性要求。顯然，在Is—IB范圍內(nèi)就很難確保有選擇性.因此要求該范圍應(yīng)盡量小。從現(xiàn)行IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定來看，極限值為Is=0.75Ij，Ib=1.25IJ。目前過載保護(hù)裝置的額定接通和分?jǐn)嗄芰?.75IJ考核，顯然偏低一些，從IEC標(biāo)準(zhǔn)修改的動(dòng)向，今后有可能按 IJ考核，以提高其可靠性。因此上述的協(xié)調(diào)配合應(yīng)既考慮其選擇性，又考慮其額定接通和分?jǐn)嗄芰?。endprint