電動機保護器選型的基本方法 - 電機智能保護器

目前，市場上電機保護器未有統(tǒng)一標準，幾乎每個廠家都有自己的型號規(guī)格。制造廠商為了滿足不同客戶的需求派生出很多的不同用途的產(chǎn)品，種類繁多給廣大用戶選型帶來諸多不便，用戶在選型時應充分考慮電動機保護實際需求，合理選擇保護功能和保護方式，才能達到良好的保護效果，達到提高設備運行可靠性，減少非計劃停車，減少事故損失的目的。  

一、與選型有關(guān)的條件：電動機保護的選型存在著電動機與保護器二者怎樣合理配用關(guān)系，以下提供幾個與保護有關(guān)的條件、因素，為用戶選型時提供參考。 

1、電動機方面：要先了解的型號規(guī)格、電動機功能特性、防護型式、額定電壓、額定電流、額定功率、電源頻率、絕緣等級等。（這些內(nèi)容基本能給用戶如何正確選擇與使用電機保護器提供了參考依據(jù)） 

2、環(huán)境條件：主要指常溫、高溫、高寒、腐蝕度、震動度、風沙、海拔、電磁污染等。  

3、電動機用途：如風機、水泵、空壓機、車床、油田抽油機等不同負載機械特性，如水泵電機保護器，就應該具備欠載功能，當水泵將水抽完時，保護器需要給出保護指令。  

4、控制系統(tǒng)方面：控制模式有手動、自動、就地控制、遠程控制、單機獨立運行、生產(chǎn)線集中控制等情況。啟動方式有直接、降壓、星三角、頻敏變阻器、變頻器、軟起動等啟動方式。  

5、其他方面：用戶對現(xiàn)場生產(chǎn)監(jiān)護管理是比較隨意還是嚴謹，非正常性的停機對生產(chǎn)影響的嚴重程度等。  

注：與電機保護器的選用有一定相關(guān)因素的還有很多，如安裝位置、電源情況、與配電系統(tǒng)的配合等；還要考慮是對新購電機保護器，還是對電動機保護升級，還是對事故電動機保護的完善等；還要考慮電動機保護方式改變的難度和對生產(chǎn)影響程度；需根據(jù)現(xiàn)場實際工作條件綜合考慮電機保護器的選型和調(diào)整。  

二、電動機保護器的常見類型  

1、熱繼電器：普通小容量交流電動機，良好工作條件，不存在頻繁啟動等惡劣工況，由于精度差，缺少缺相保護功能，可靠性不能保證，不推薦使用。 

2、電機保護器：檢測三相電流值和三相電壓值，整定電流值采用按鍵數(shù)碼式操作，電路一般采用集成電路（單片機），采用反時限工作特性。保護功能包括過載、缺相、三相不平衡、堵轉(zhuǎn)、過壓、欠壓、漏電等故障保護，故障類型采用指示燈指示液晶屏（數(shù)碼管）顯示，如GY100系列便是此類電機保護器。 

3、綜合智能型：檢測三相電流值，電機保護器使用單片機，實現(xiàn)電動機智能化綜合保護，集保護、測量、顯示為一體。整定電流采用數(shù)字設定，通過操作面板按鈕來操作，用戶可以根據(jù)自己實際使用要求和保護情況在現(xiàn)場自行對各種參數(shù)修正設定，采用數(shù)碼管作為顯示窗口，或采用大屏幕液晶全漢字中英文顯示價格相對高些，用于較重要場合，是目前低壓電動機保護均采用智能型。  

4、熱保護型：在電動機中埋入熱元件，根據(jù)電動機的溫度進行保護，保護一般，并且具有溫度滯后性，但電動機容量較大時，需與電流監(jiān)測型配合使用，避免電動機堵轉(zhuǎn)時溫度急劇上升，由于測溫元件的滯后性，導致電動機繞組受損。 

5、磁場溫度檢測型：在電動機中埋入磁場檢測線圈和溫度探頭，根據(jù)電動機內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場的變化和溫度的變化進行保護，主要功能包括過載、堵轉(zhuǎn)、缺相、過熱保護和磨損監(jiān)測，保護功能完善，缺點是需在電動機內(nèi)部安裝磁場檢測線圈和溫度傳感器，難以在復雜的現(xiàn)場環(huán)境使用，目前只適合于實驗室使用。 

三、電動機保護器類型在電動機工作條件下的選擇 

1、對于工作條件要求不高、操作控制簡單，監(jiān)控、管理比較隨意，停機對生產(chǎn)影響不大的單機獨立運行電動機，可選用普通型保護器，因普通型保護器結(jié)構(gòu)簡單，在現(xiàn)場安裝接線、替換、操作簡單、方便，具有性價比高等特點。  

2、對于工作條件要求很高，安全性和連續(xù)性又很關(guān)鍵的，而自動化程度高，且需要專人控制、監(jiān)護、管理，需組網(wǎng)監(jiān)控的MCC系統(tǒng)中，應選用中高檔、功能較全的電機保護器。 

3、對于防爆電動機，由于軸承磨損造成偏心，可能導致防爆間隙處摩擦出現(xiàn)高溫，產(chǎn)生危險，應選擇磨損狀態(tài)監(jiān)測功能。對于大容量高壓潛水泵，由于檢查維護困難，也應選擇磨損狀態(tài)監(jiān)測功能，避免發(fā)生掃膛事故造成重大經(jīng)濟損失。 

4、應用于有防爆要求場所的電機保護器，要根據(jù)應用現(xiàn)場的具體要求，選用相應的防爆型保護器，避免安全事故發(fā)生。  

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電（動）機保護器分類型 

從電動機工作條件來看，電動機保護器類型分為以下幾種：

1、對于工作條件要求不高、操作控制簡單，監(jiān)護、管理比較隨意，停機對生產(chǎn)影響不大的單機獨立運行電動機，可選用普通型保護器（如:GY100），因普通型保護器結(jié)構(gòu)簡單，在現(xiàn)場安裝接線、替換、操作簡單、方便，具有性價比高等特點。

2、對于工作條件要求很高，安全性和連續(xù)性又很關(guān)鍵的，而自動化程度高，且需要專人控制、監(jiān)護、管理，需組網(wǎng)監(jiān)控的MCC系統(tǒng)中，應選用中高檔、功能較全的電動機保護器（如:GY600）。

3、對于防爆電機，由于軸承磨損造成偏心，可能導致防爆間隙處摩擦出現(xiàn)高溫，產(chǎn)生危險，應選擇磨損狀態(tài)監(jiān)測功能。對于大容量高壓潛水泵，由于檢查維護困難，也應選擇磨損狀態(tài)監(jiān)測功能，避免發(fā)生掃膛事故造成重大經(jīng)濟損失(如:GY205)。

  4、應用于有防爆要求場所的保護器，要根據(jù)應用現(xiàn)場的具體要求，選用相應的防爆型電動機保護器，避免安全事故發(fā)生(如GY202).

電(動)機保護器的安裝步驟

電(動)機保護器的工作原理是經(jīng)典的電機星三角啟動方式，主要是保護熱繼電器，若使用熱繼電器對大型電機作保護，就會使大電線出現(xiàn)斷點，也就是進出熱繼電器的螺絲接線問題，容易出現(xiàn)發(fā)熱點和故障點。如果不用熔斷器和熱繼電器，而采用電機綜合保護器來實現(xiàn)，因為保護器是穿心式，就可以減少大電線的斷點，從而減少發(fā)熱點和故障點。 使用電動機保護器時必須注意控制線路的接線問題，以確保機器的正常運行，它可以代替斷路器、接觸器、熱繼電器、熔斷器等低壓電器的一項產(chǎn)品。

電動機保護器的安裝步驟如下：

1、根據(jù)安裝部位要求方式和保護功能的需要，合理選擇電動機保護器型號及其各項保護動作參數(shù)設置；

2、按產(chǎn)品使用說明書要求正確安裝，應按各接線端子用途正確無誤連接，工作電源應接在控制回路前，并注意標稱電壓與實際電壓相符合；

3、電動機保護器配用電流變比互感器時，若設備現(xiàn)場或控制室需電流表顯示時，最好另配一個電流互感器，不然對配帶電流表的那相電流顯示會有影響；

4、安裝分體式的保護器不要將不同編號的配套互感器和顯示部分共同使用；

5、可以按用戶要求改進，模擬量4-20毫安接口輸出量應與連接設備相匹配使用；

6、正確接地，低壓系統(tǒng)為TN-C保護系統(tǒng)時，保護器負載側(cè)的設備的接地保護線必須改為按TT系統(tǒng)的獨立保護接地，中性線不得重復接地，不得作為保護線.

電(動)機保護器電路原理分析和維修

上世紀八十年代之前，電子技術(shù)的應用尚處于初級階段，對電動機的保護任務多由熱繼電器承擔，國內(nèi)型號為JR20-XX系列、JR36-XX系列等。其保護機理如下：熱繼電器由發(fā)熱元件、雙金屬片、觸點及一套傳動和調(diào)整機構(gòu)組成。發(fā)熱元件是一段阻值不大的電阻絲，串接在被保護電動機的主電路中。雙金屬片由兩種不同熱膨脹系數(shù)的金屬片輾壓而成。當電動機過載時，通過發(fā)熱元件的電流超過整定電流，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當形變達到一定距離時，就推動連桿動作，使控制（常閉）觸點斷開，進而控制主電路接觸器因線圈失電而釋放，斷開主電路，實現(xiàn)電動機的過載保護。熱繼電器以其體積小，結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點得到了廣泛應用。但同時存在不易克服的下述缺點：雙金屬片受熱彎曲過程中，熱量的傳遞需要較長的時間，因此，熱繼電器不能用作短路保護，而只能用作過載保護。對電動機的短路保護，通常采用在電源回路中串接熔斷器的方法來實施；熱繼電器依賴于機械結(jié)構(gòu)所形成的機械動作來實現(xiàn)停機保護，當動作結(jié)構(gòu)產(chǎn)生機械疲勞（老化）、機型形變時，會使動作閥值偏離設定值，造成誤動作或保護失效；普通的熱繼電器，不具備斷相保護功能。用熱繼電器對電動機進行保護的典型電路見下圖：

用熱繼電器組成的電動機過載保護電路熱繼電器FR1串接于主電路中，FR1的常閉觸點串接于控制回路，過載故障發(fā)生時，FR1控制觸點斷開，交流接觸器KM1線圈失電，KM1開斷，起到過載停機保護作用。

1、電動機在啟動和運行過程中可能發(fā)生的故障和保護特點：

1）

電動機過載保護反限保護特性曲線過載保護運行閥值的整定點在電動機額定電流的0.95～1.05左右，即運行電流在額定電流的1.1倍以下時，電動機能長期運行不應該產(chǎn)生保護停機動作；過載程度繼續(xù)加大時，保護動作時間應隨過流程度而縮短。一般認為，電動機的起動電流為額定電流的4～7倍，保護動作應該既能避開正常的起動電流，又能在過載時，實施有效的停機保護（比如在4倍額定電流時，延時10s產(chǎn)生保護動作，在7倍額定電流時，延時2s即應產(chǎn)生保護動作）。對運行中的短時過載，有一定的時間延時處理，不會產(chǎn)生誤保護動作，對長時間過載，則能作出有效的反應。

2）電動機的短路保護是過載保護的一個極限情況。三相交流電動機的短路故障，有單相接地短路故障、相間短路故障等，當電纜短路時，更直接造成對三相電源的短路。電機內(nèi)部短路大都是電機絕緣損壞引起的，表現(xiàn)為線圈匝間短路、層間短路、相間短路和對地(電機外殼、轉(zhuǎn)子)短路等。單相對地短路，一般不會燒毀電機，據(jù)外殼接地電阻的不同，形成大小不同的接地電流;(兩相或三相)相間短路時，會形成較大的短路電流，通常會使電機嚴重燒毀。一般，將大于電動機8倍額定電流，視為短路電流。對電動機的短路保護，要求實施速斷保護，時間常數(shù)越小越好(動作越快越好).另外，當電動機在運行中因機械原因出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)時，其堵轉(zhuǎn)電流有可能達到額定電流的5～8倍，在運行中出現(xiàn)5倍以上額定電流時，視為電動機堵轉(zhuǎn)故障，也應實施相應的反時限保護。

3）電機機的斷相電動機的斷相運行，可分為以下幾種情況：

a、供電電源缺相。在電動機起動前斷相，會造成起動困難或無法起動，起動聲音異常，無保護時電機因堵轉(zhuǎn)極易燒毀；在運行中斷相，輕載時尚能運轉(zhuǎn)，但運行電流嚴重不平衡，可能出現(xiàn)過流運行。重載時易發(fā)生堵轉(zhuǎn)、嚴重過載而損壞。

b、電動機繞組斷路故障。供電電源正常，因電動機繞組斷路故障出現(xiàn)斷相運行，運轉(zhuǎn)無力，電動機振動大，故障現(xiàn)象同a；

c、電動機電纜斷路故障。故障現(xiàn)象同供電電源缺相。電子式電動機保護器的出現(xiàn)，為完善地實施電動機的過載、短路和斷相保護提供了可能，一定程度上取代了熱繼電器，提升了控制功能和保護效果。本章內(nèi)容的重點是對各種電子式電動機保護器電路的原理分析和故障維修指導，對電子式電動機保護器以下簡稱為電動機保護器。

2、電動機保護器對故障信號的采樣方法：

1）對過載、短路故障信號的采樣。電動機起動運行中的過載和短路故障，體現(xiàn)在流經(jīng)電動機繞組的異常增大的電流值上，一般電動機保護器電路是采用3只電流互感器采樣運行電流信號，將采樣信號與電流基準信號相比較，判斷是否處于過載或短路故障狀態(tài)，故障時輸出停機信號。電路采集處理的為模擬電壓信號——電流互感器輸出的電流信號經(jīng)負載電阻轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘栯妷?，送入電壓比較器電路，得到故障信號輸出。當產(chǎn)生單相對地短路故障信號的采樣，可通過零序電流互感器取得，原理同漏電保安器?；虿蓸与姍C外殼電壓，取得漏電信號。

2）對斷相故障信號的采樣。如上所述，電動機的斷相故障表現(xiàn)為電源缺相、電動機電纜斷路、電動機繞組斷路等不同故障內(nèi)容，若采用對三相電源電壓進行采樣的方法，僅能對電源缺相故障進行保護，無法完成對后兩種缺相故障的檢測，是不究竟的一個方法。根本的方法，是采用對三相電流進行采樣來判斷缺相故障的方法，對三種缺相故障都能做出準確反應，采取相應的技術(shù)措施，還能對三相電流不平衡作出判斷。一般對缺相運行的判斷，不是著眼于電流信號幅度的大小，而是著重于三相電流信號的有無，比較三相電流信號的有無，得到斷相故障信號。因而通常是將電流檢測信號處理為數(shù)字信號，經(jīng)邏輯運算，得到斷相故障保護信號。

3、電動機的保護器的典型電路結(jié)構(gòu)：

電動機保護電路的典型結(jié)構(gòu) 從上圖可以看到，3只電流互感器LH1～LH3，將電動機的三相運行電流信號取出，分別送入后級過載、短路信號采樣處理電路和斷相信號采樣處理電路，處理成開關(guān)量信號再送入信號輸出電路和故障信號指示電路，輸出電路的形式也有多種，一般為繼電器接點信號輸出，或晶閘管器件開關(guān)信號輸出，或晶體管開路集電極信號輸出等。需要說明的是：部分電動機保護器，采用微控制器處理電流采樣和電壓采樣信號（但電流信號采樣電路的前級電路同本章所述電路相似），可從操作顯示面板設置故障動作電流值，并可以監(jiān)看運行電流值、電壓電壓值等，其功能更為強大，智能化程度更高，但應用面不夠廣泛。另外有的產(chǎn)品，如變頻器，軟起動器等產(chǎn)品，其過載、短路及斷相保護電路作為控制電路的一個有機組成部分。本章所述電動機保護器，系全部采用模擬或數(shù)字電路硬件電路的，作為一個獨立部件被應用的保護裝置（產(chǎn)品）。這類保護器在電動機起動柜的生產(chǎn)和組裝中得到了廣泛的應用。但缺點是該類產(chǎn)品的控制接線稍嫌復雜。在停機狀態(tài)，顯示斷相故障，處于斷相保護中。輸出控制接點為常閉型觸點，過載或斷相故障發(fā)生時動作，觸點開斷，送出停機信號。從各個工控網(wǎng)站眾多網(wǎng)友的發(fā)帖中，可以得知，不少人對這類電動機保護器的接線和控制原理不甚了解，故據(jù)手頭所繪（實物）電路圖，對其電路原理和控制特點，做一個較為深入的分析，希望能對大家提供一點有益的參考。