浅谈异步电动机的保护和保护装置111.docx

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浅谈异步电动机的保护和保护装置111

浅谈异步电动机的保护和保护装置

介休市顺达碳素有限公司郝隆彪

　　三相异步电动机广泛应用在机械、农业、矿山、船泊、石油、化工等领域，在运行过程中，常常会因所带负荷增大，电压出现异常和机械故障而导致电机烧毁，严重时会造成重大事故。

加强对电动机的保护非常重要。

三相异步电动机保护通常采用热继电器型保护、电子电器综合保护和智能性保护。

实际中，根据电动机的容量、电压、控制方式，检测范围的不同，选用的保护种类和保护装置也有不同。

一、电动机保护种类：

（1）短路保护

短路由于绝缘损坏、接线错误等原因导致电流从非正常路径流过的现象，瞬时短路电流可能达到额定电流的几十倍甚至上百倍，可能引起电动机或供电线路的严重损坏。

短路保护应满足以下要求：

一是必须在很短的时间内切断电源。

二是当电动机正常启动、制动时，不应误动作。

（2）过流保护

过电流是指电动机的工作电流超过其额定值，如果时间久了，就会使电机过热损坏电机。

过流保护也要求保护装置瞬时动作，其值比短路电流值小。

（3）过载保护

电机过载是指其工作电流超过额定值使绕阻过热，烧毁电机。

过载保护是要求保护电动机绕阻工作时不超过允许温升，能躲过电动机的正常启动或自启动时间。

过载与过流类似，但也有差别。

主要的不同在于动作效应的不同。

过电流是由电磁效应来引发保护装置动作，针对电流的瞬时大小；而过载保护则是由电流的热效应，即电流对时间的累积结果来引发保护装置动作。

一般情况下同一电路中，过载保护动作电流值要比过电流小，而两者都比短路电流小。

短路保护、过电流保护和过载保护是不能互相代替的。

（4）失压保护

为防止电动机在正常工作时突然停电后，电压恢复时电动机自动启动投入运行而设置的保护。

（5）欠压保护

当电网电压降到额定电压的60%—80%时，能自动切除电源而停止工作的保护。

（6）温度保护

防止无论什么原因造成电动机定子绕阻过热而烧毁的保护。

对于大中型电动机，重要岗位的电动机安装温升监控和温度保护是必要的。

（7）断相保护

异步电动机在正常运行时，如果电源任一相突然断路，电动机就处在断相运行。

电动机定子电流会增大，转速会下降甚至会堵转，时间一长就会烧坏电机而进行的保护。

通常是根据电流或电压发生的变化特征检测出断相信号来构成断相保护装置。

　　二、电动机的保护装置

电动机的损坏主要是流经绕组的电流过大引起绕组过热或绝缘性能降低引起的。

对电动机的保护主要有电流、温度检测两大类型。

下面结合产品作些介绍。

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1电流检测型保护装置

（1）热继电器利用负载电流流过经校准的电阻元件，使双金属热元件加热后产生弯曲，从而使继电器的触点在电动机绕组烧坏以前动作。

其动作特性与电动机绕组的允许过载特性接近。

热继电器虽然动作时间准确性一般，但对电动机可以实现有效的过载保护。

随着结构设计的不断完善和改进，除有温度补偿外，它还具有断相保护及负载不平衡保护功能等。

Jn36型过载继电器为二代开发产品，可取代淘汰产品JRl6型。

（2）带有热-磁脱扣的电动机保护用断路器热式作过载保护用，结构及动作原理同热继电器，其双金属热元件弯曲后有的直接顶脱扣装置，有的使触点接通，最后导致断路器断开。

电磁铁的整定值较高，仅在短路时动作。

其结构简单、体积小、价格低、动作特性符合现行标准、保护可靠，故日前仍被大量采用。

特别是小容量断路器尤为显著。

例如DW15低压万能断路器。

（3）电子式过电流继电器通过内部各相电流互感器检测故障电流信号，经电子电路处理后执行相应的动作。

电子电路变化灵活，动作功能多样，能广泛满足各种类型的电动机的保护。

其特点是：

　　①多种保护功能。

主要有三种：

A过载保护，

B过载保护+断相保护，

C过载保护+断相保护+反相保护。

　　②动作时间可选择。

　　③电流整定范围广。

其最大值与最小值之比一般可达3-4倍，甚至更大倍数（热继电器为1．56倍），特别适用于电动机容量经常变动的场合。

　　④有故障显示。

由发光二极管显示故障类别，便于检修。

（4）智能型综合保护是一种具有各种功能的微处理器装置。

其成本和价格随功能而异，复杂的综合保护器实际上只能用于较大型、较昂贵的电动机或重要场合。

它监视、测量和保护的主要功能有：

1）最大的起动冲击电流和时间；2）热记忆；3）大惯性负载的长时间加速；4）断相或不平衡相电流；5）相序；6）欠电压或过电压；7）过电流（过载）运行；8）堵转；9）电动机绕组温度和负载的轴承温度；10）超速或失速。

　（5）软起动器的主电路采用晶闸管，控制其分断或接通的保护装置一般做成故障检测模块，用来完成对电动机起动前后的异常故障检测，如断相、过热、短路、漏电和不平衡负载等故障，并发出相应的动作指令。

其特点是系统结构简单，采用单片机即可完成，适用于工业控制。

　　2温度检测型保护装置

　　a双金属片温度继电器它直接埋入电动机绕组中。

当电动机过载使绕组温度升高至接近极限值时，带有一触头的双金属片受热产生弯曲，使触点断开而切断电路。

产品如JW2温度继电器。

b热保护器它是装在电动机本体上使用的热动式过载保护继电器。

与温度继电器不同的是带2个触头的双金属片作为触桥串在电动机回路，既有流过的过载电流使其发热，又有电动机温度使其升温，达到一定值时，双金属片瞬间反跳动作，触点断开，分断电动机电流。

它可作小型三相电动机的温度、过载和断相保护。

产品如DRB型热保护器。

　　c检测线圈测温,电动机定子每相绕组中埋入1-2个检测线圈，由自动平衡式温度计来监视绕组温度。

　　d热敏电阻温度继电器它直接埋入电动机绕组中，一旦超过规定温度，其电阻值急剧增大10-1000倍。

使用时，配以电子电路检测，然后使继电器动作。

产品如JW9系列船用电子温度继电器。

　　三、保护装置与三相交流异步电动机的协调配合

　　为了确保异步电动机的正常运行及对其进行有效的保护，必须考虑异步电动机与保护装置之间的协调配合。

　　1.过载保护装置与电动机的协调配合

（1）过载保护装置的动作时间应比电动机起动时间略长一点。

由附图可见，电动机过载保护装置的特性只有躲开电动机起动电流的特性，才能确保其正常运转；但其动作时间又不能太长，其特性只能在电动机热特性之下才能起到过载保护作用。

（2）过载保护装置瞬时动作电流应比电动机起动冲击电流略大一点。

如有的保护装置带过载瞬时动作功能，则其动作电流应比起动电流的峰值大一些，才能使电动机正常起动。

　　（3）过载保护装置的动作时间应比导线热特性小一点，才能起到供电线路后备保护的功能。

　　2.过载保护装置与短路保护装置的协调配合

一般过载保护装置不具有分断短路电流的能力。

一旦在运行中发生短路，需要由串联在主电路中的短路保护装置（如断路器或熔断器等）来切断电路。

若故障电流较小，属于过载范围，则仍应由过载保护装置切断电路。

故两者的动作之间应有选择性。

短路保护装置特性是以熔断器作代表说明的，与过载保护特性曲线的交点电流为Ij，若考虑熔断器特性的分散性，则交点电流有Is及IB两个，此时就要求Is及以下的过电流应由过载保护装置来切断电路，Ib及以上直到允许的极限短路电流则由短路保护装置来切断电路，以满足选择性要求。

显然，在Is-IB范围内就很难确保有选择性．因此要求该范围应尽量小。

　　结束语

　　三相交流异步电动机的保护是涉及电气装置和机械设备可靠、正常运转的关键之一。

直接检测电动机绕组的温度来保护过载引起的过热是很有效的保护方式，但由于需直接埋入电动机绕组里，价格较贵、维修困难等原因，仅在部分频繁操作场合使用；从经济性考虑，采用电流检测型更为有利，加热继电器仍是一种价廉、简单、可靠的电动机保护形式（从实际使用情况看，目前使用量占大多数）；对动作性能要求较高及功能要求全或价格昂贵的大容量电动机保护，则可采用电子式或智能型综合保护器；对一般要求，则采用带热-磁脱扣的电动机保护用断路器更为实用。

但不管采用何种保护装置，必须考虑过载保护装置与电动机、过载保护装置与短路保护装置的协调配合。