張啟龍

（蘭州長城電工股份有限公司，甘肅蘭州730000）

1 概述

電動機(jī)作為拖動系統(tǒng)中的重要組成部分在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，它的使用幾乎滲透到了各行各業(yè)，是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防建設(shè)及人民生活正常進(jìn)行的重要保證，確保電動機(jī)的正常運(yùn)行十分重要，而在實(shí)際使用中造成電機(jī)燒毀甚至引發(fā)重大安全事故的事件屢見不鮮，因此做好電動機(jī)的保護(hù)對提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，保證安全生產(chǎn)具有重要意義。

我國的電動機(jī)保護(hù)裝置大約經(jīng)歷了全面仿蘇、技術(shù)引進(jìn)、跟蹤開發(fā)自行設(shè)計(jì)、電子式、智能化發(fā)展等幾個階段。值得一提的是由于近年來微處理器技術(shù)的發(fā)展，給電動機(jī)保護(hù)器向智能化、多功能化方向發(fā)展提供了硬件平臺，使得電動機(jī)保護(hù)進(jìn)入了一個飛速發(fā)展的階段。

電動機(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)。如電動機(jī)直接起動時，往往產(chǎn)生4—7倍額定電流的起動電流。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引起觸頭磨損，以致?lián)p壞電器；對塑料外殼式斷路器，即使是不頻繁操作，也很難達(dá)到要求。因此，使用中往往與起動器串聯(lián)在主回路中一起使用，此時由起動器中的接觸器來承載接通起動電流的考核，而其它電器只承載通常運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的電動機(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。

2 全面仿蘇階段

五十年代初引進(jìn)蘇聯(lián)技術(shù)開發(fā)的JR0—16系列熱繼電器是金屬片機(jī)械式電動機(jī)過載保護(hù)器。它在保護(hù)電動機(jī)過載方面具有反時限性能和結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。但存在功能少、無斷相保護(hù)，對電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)、長期過載、頻繁起動等故障不起保護(hù)作用。這主要是因?yàn)闊崂^電器動作曲線和電動機(jī)實(shí)際保護(hù)曲線不一致，失去了保護(hù)作用。且重復(fù)性能差，大電流過載或短路故障后不能再次使用，調(diào)整誤差大、易受環(huán)境溫度的影響誤動或拒動，功耗大、耗材多、性能指標(biāo)落后等缺陷。

3 技術(shù)引進(jìn)階段

八十年代初期引進(jìn)從法國TE公司引進(jìn)的LR1系列，ABB公司引進(jìn)的T系列，從西門子引進(jìn)的3UA5、3UA6系列等雙金屬片式熱過載繼電器，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、體積小、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。但也存在保護(hù)功能單一、精度低、動作不穩(wěn)定、發(fā)熱時間常數(shù)小等缺陷。

4 跟蹤開發(fā)自行設(shè)計(jì)

JRS4-d系列雙金屬片熱過載繼電器，是國內(nèi)一些知名的低壓電器制造企業(yè)跟蹤國外先進(jìn)技術(shù)自主開發(fā)，它除結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)外，它還具有斷相保護(hù)、溫度補(bǔ)償及負(fù)載不平衡保護(hù)功能等。

熱過載繼電器利用負(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)在電動機(jī)繞組燒壞以前動作，其動作特性與電動機(jī)繞組的允許過載特性接近。但是熱過載繼電器的發(fā)熱時間常數(shù)小，對于大慣量重載起動的電動機(jī)非常不適應(yīng)，常采用起動時短接熱繼電器的方法，這樣不但使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本增加，同時也存在了保護(hù)的死區(qū)，有的為了避免起動時誤動作，調(diào)大整定電流，使保護(hù)形同虛設(shè)。在電子業(yè)尚不發(fā)達(dá)的時代曾是電動機(jī)過載保護(hù)的首選產(chǎn)品，但熱過載繼電器存在致命的缺陷，包括檢測元件是雙金屬片，由于起動電流及過載電流沖擊，很容易使雙金屬片產(chǎn)生疲勞效應(yīng)，造成刻度值偏移，動作不穩(wěn)定，電流整定粗糙、受環(huán)境影響大、重復(fù)性差、誤差大及功能單一等，已無法滿足越來越高的現(xiàn)代控制系統(tǒng)的要求。

5 電子式熱繼電器

電子式熱繼電器通過內(nèi)部各相電流互感器檢測故障電流信號，經(jīng)電子電路處理后執(zhí)行相應(yīng)的動作。電子式熱繼電器，檢測元件一般采用電流互感器，不存在發(fā)熱問題，其動作穩(wěn)定性與熱繼電器相比有了質(zhì)的飛躍。由于電流互感器采用了速飽和電流互感器，故一般具有冷態(tài)時允許起動時間長，熱態(tài)時過載動作迅速的特點(diǎn)。這正好與工礦企業(yè)的電動機(jī)實(shí)際保護(hù)要求相匹配，更能可靠地保護(hù)電動機(jī)過載。具有穿芯式結(jié)構(gòu)和接線式結(jié)構(gòu)兩種，穿芯式結(jié)構(gòu)不但具有使用方便，與主回路完全隔離，既不會影響主回路，又提高了自身的可靠性。同時，又徹底解決了接線端子發(fā)熱的問題，且互換性好。但目前國內(nèi)外一般只有大規(guī)格電子式熱繼電器采用穿芯式，而小規(guī)格只能采用接線式。電子式熱繼電器已由晶體管發(fā)展到集成電路至今已發(fā)展到微處理芯片厚模電路，從功能上一般分為斷相保護(hù)、綜合保護(hù)、溫度保護(hù)等。具有節(jié)能、動作靈敏、精確度高、耐沖擊振動、重復(fù)性好、保護(hù)功能齊全、功耗小等優(yōu)點(diǎn)。其特點(diǎn)是如下。

5.1 多種保護(hù)功能

多種保護(hù)功能，主要有三種：過載保護(hù)；過載保護(hù)+斷相保護(hù)；過載保護(hù)+斷相保護(hù)+反相保護(hù)。

5.2 動作時間可選擇

動作時間可選擇（符合GBl4048.4-2003標(biāo)準(zhǔn)）。標(biāo)準(zhǔn)型（10級）：7.2In（In為電動機(jī)額定電流），4-1Os動作，用于標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)過載保護(hù)；速動型（10A 級）：7.2In時，2-1Os動作，用于潛水電動機(jī)或壓縮電動機(jī)過載保護(hù)；慢動型（30級）：7.2In時，9-30s動作，用于如鼓風(fēng)機(jī)、水泵等電動機(jī)起動時間長的過載保護(hù)。

5.3 電流整定范圍廣

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），特別適用于電動機(jī)容量經(jīng)常變動的場合（例如礦井等）。

5.4 有故障顯示

有故障顯示。由發(fā)光二極管顯示故障類別，便于檢修。

5.5 有熱記憶功能

電子式熱繼電器解決了熱過載繼電器功能單一的問題，新產(chǎn)生了需工作電源的弊端。雖然電子線路放大、驅(qū)動需工作電源的要求在情理之中，但是對電子式熱繼電器的應(yīng)用帶來了一系列的問題，如用戶使用前必須認(rèn)準(zhǔn)電源接線端子，了解電源電壓等級等諸多不便。另外，由于電子式熱繼電器需要連續(xù)工作，這樣因電網(wǎng)電壓的波動、干擾、自身的發(fā)熱等因素，使其的故障率也很高。另外，電子式熱繼電器由于執(zhí)行元件采用電磁式繼電器，存在了兩個難以克服的矛盾。一是采用繼電器的常開觸點(diǎn)實(shí)行保護(hù)方案，其特點(diǎn)主回路不工作時觸點(diǎn)常開，所以其觸點(diǎn)必須串接于接觸器的自?；芈?，這樣既使用戶感到安裝不便，又無法用于自動控制的電路；二是用繼電器的常閉觸點(diǎn)動作實(shí)行保護(hù)方案，雖然其控制觸點(diǎn)可象熱過載繼電器一樣直接串接于控制回路，但由于其自動復(fù)位，同樣也無法適用于自動控制系統(tǒng)。這大大限制了電子式熱繼電器的使用范圍。一方面替代熱過載繼電器時需改變控制線路，另一方面不能使用于因無人看守、長期工作、故障率相對較高的需自動控制的設(shè)備如水泵、壓縮機(jī)等。

6 智能型電動機(jī)保護(hù)器

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電動機(jī)保護(hù)器正朝著綜合化、高精度、高可靠、智能化方向發(fā)展。智能型電動機(jī)保護(hù)器主要以單片機(jī)作為控制器，可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的智能化綜合保護(hù)，有的還具有遠(yuǎn)程通訊功能，可在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)對多臺聯(lián)網(wǎng)的電動機(jī)實(shí)現(xiàn)在線綜合監(jiān)視與控制。在采樣和整定精度方面有質(zhì)的飛躍，可對采樣信號進(jìn)行軟件非線性校正，并可實(shí)現(xiàn)真有效值計(jì)算，從而極大地降低了被測信號波形畸變的影響，真正實(shí)現(xiàn)了高精度采樣。在整定方面采用數(shù)字設(shè)定，通過鍵盤由用戶自行現(xiàn)場設(shè)定，不存在誤差，還可為過載保護(hù)設(shè)置多條更科學(xué)的反時限曲線。因?yàn)椴捎昧藛纹瑱C(jī)就使得在相同硬件條件下集多種功能與一體的綜合保護(hù)器的出現(xiàn)成為可能。其特點(diǎn)是：

①檢測線電流的變化（包括采取、正序、負(fù)序、零序和過流）為原則，可檢測斷相或過載信號，具有斷相保護(hù)、過載保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)等功能。

②具有遙測、遙控、遙調(diào)、通訊與一體的智能保護(hù)功能，對電動機(jī)發(fā)生斷相、過載、短路、欠壓、過壓和漏電等故障時實(shí)現(xiàn)保護(hù)；具有電流電壓顯示、時間控制、軟件自診斷、來電自恢復(fù)、自起動順序、故障記憶、自瑣和遠(yuǎn)傳報警、故障時的電流電壓故障顯示等，配置RS485通訊接口，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。同時可監(jiān)控、監(jiān)測多臺電動機(jī)工作。

③采用交流采樣技術(shù)、多點(diǎn)線性校正技術(shù)、量程自動切換技術(shù)，使其在電流測量范圍內(nèi)都能保持很高的采樣精度。

7 結(jié)束語

同所有的產(chǎn)品一樣，電動機(jī)保護(hù)器經(jīng)歷了由低級到高級、由簡單到復(fù)雜逐漸科學(xué)完善的發(fā)展過程，在這個過程中一批批技術(shù)人員傾注了大量的熱情與心血。雖然電動機(jī)保護(hù)器已發(fā)展到了微電子智能型時代，但對電動機(jī)保護(hù)器的課題的研究還有待于進(jìn)一步提高。