浅谈电动机保护器原理及发展前景

刘超 李瑞

中国建材国际工程集团有限公司 安徽 蚌埠 233018

引言

电动机保护设施主要的作用是在线路或者电动机存在故障时可以及时做出可靠动作，切开电源以及电动机的联系，使得电动机能够停止工作，以此来减轻故障带来的危害，避免事故的发生或者持续危害，保护相关设施以及电动机，有利于相关人员展开排查检修工作，快速地恢复生产，进一步减轻事故造成的损失。随着我国工农业迅速发展，电动机的数量逐渐增多，其工作的安全性以及稳定性等受到社会各界越来越重视，所以，对电动机保护器发展及性能要求也愈发严格。

1 三相异步电机常见故障分析

电动机出现故障的起因多种多样，其中，占比较大的是电动机的工作状态不正常导致的。电动机在正常工作的情况下，温度、电压和电流等参数都会在限定的范围内。一旦电动机发生故障，电机的电压、电流、温度等参数将出现较大变化，超出正常范围，如果得不到及时的处理可能烧毁电动机。此时，保护器的作用就体现出来了，合理的使用电动机保护器，可以在电动机工作异常时，及时做出可靠动作，保护电动机以及其他设施安全，减少经济和其他损失[1]。

电动机的故障一般来说包括对称故障以及不对称故障。电动机的对称故障分为堵转、过载、过电压等，对称故障的特点是发生故障的时候，电动机的二相基本处于对称的状态，但是故障电流、电压会增大，使得电动机发热增加从而发生故障，因此，我们一般以电流、电压的值作为判断对称故障的标准。过载是指电动机以高于额定功率的状态运行，一般来说，在过载倍数比较低的时候，电动机会工作一段时间不出现故障，但是不能长时间处于过载状态，否则容易发生故障，过载保护的方法多种多样，常见的有热继电器保护法、直接测温法、利用反时限过载数学模型保护等等，国外许多公司例如ABB, BBC等一般采用反时限方式实现过载保护。堵转是指当电动机出现机械故障，或者负载太大等，转子不能正常运转，电动机不能正常工作的状态。当全电压的时候，如果出现堵转，电流将极速上升，容易引发生产事故。过电压是指当主线路的电压高于规定的临界值的时候，电机容易烧毁。不对称故障主要包括二相不平衡、断相等等。在这些故障发生的时候，二个相的电流不对称。我们通常用二相电流最大差值与二相平均电流的比值来衡量不平衡的程度。断相是某一相断电或低于断相保护设定的临界值。不同的故障，表征量的变化也不一样，我们希望电动机保护器能根据不同故障的特征量进行故障判断，自动保护电动机。当特征量在正常工作范围之外时，电动机保护装置就能做出相应动作，断开电路，使电动机停止运行，防止事故发生。因此保护装置只有快速灵敏、可靠才能及时、正确、有效地完成保护功能[2]。

2 电动机保护器发展

新中国刚成立的时候，电动机的保护设备常常以熔断器、双金属片热继电器、电动机保护用自动开关、电磁型继电器等机械式保护装置为主。

熔断器是最古老的保护器，工作原理是电流大于一定值时，熔断器熔体将因为自身的热量而熔断，以此断开回路，原理相当于保险丝，使得电动机停止运行。熔断器安装简便，价格低廉，但其功能少，在电动机发生的过载等故障时，无法起到保护作用。另外，将熔断器用于保护二相异步电动机时，若其中一相的熔断器因电流过大而断开，则会导致二相异步电动机发生断相，引发一系列事故[3]。

热继电器是一个在中国20世纪50年代从苏联引进的产品。由于它有着结构简单、运用便利、价格便宜等一些优点，始终沿用到现阶段。然而，它还具有一个致命缺陷，主要包含受到环境的影响比较大、整体粗糙以及重复性较差等，而且在启动过程当中不可以有效地排除故障。在发生长时间轻微过载等问题，使得电动机的绕组形成热积累过程中，串其接到主电路当中，没有办法直接地检测绕组温度，没有办法对电动机进行保护。组成系统过程中，附带其他许多种控制的产品，进一步降低系统运行的可靠性。基于热继电器电动机这一保护的方案已然没有办法满足严格的要求。

三相异步电动机是很多系统中重要的动力源, 在风力发电厂、港口运输、矿山开采、自动化生产线等各大领域都有广泛的应用，对现代工业和经济的发展影响重大。正常运行时，电流经过三相绕组的时候，会因为电阻产生损耗，其中损耗的大部分转换成热量，导致电动机温度升高，正常情况不会影响电机的正常运行。但是当出现长时间过载、断相、三相不平衡、堵转等故障情况，就会引起电流迅速增大，温度迅速升高，更可能造成电动机烧毁，引发安全事故和经济损失[4]。

在20世纪80年代，半导体的模拟器件逐渐出现在大众的视野当中，进一步涌现出来性能可靠、多样化功能的一些电动机保护器，为其有效运行提供非常可靠的保障，然而，此类型产品仍旧具有没有办法克服的一些缺陷，主要包括整定的精度不够高，没有办法实现有着许多种的保护功能集一体的保护。随着我国现代电子信息技术的发展 ，电子式的电动机保护器已然从晶体管逐渐朝向集成电路发展，微处理芯片厚膜电路，产品集遥测、保护以及通信于一体，对其存在的故障得以保护。高级类型的产品还有着电压、电流显示启动时间监视，时间控制、软件诊断，来电自动恢复、启动顺序、运转报警，带通信接口等 ，运用到实际现场的总线系统当中，使得监视及控制与变得更加的方便，最大限度地提升控制及保护的可靠性[5]。

3 电动机保护器的保护原理

电动机保护器主要由三相电流的互感器、放大以及检测电路、执行继电器共同构成。在检测电路过程当中，检测出来电流互感器感应的电流缺相时，通过放大器放大之后，继电器才能够开始工作。其触头应当串接到线圈供电的回路中，随着继电器开始工作以后，使接触器和电流可以断开断电，这样一来，就可以起到保护电动机的作用。延时电路使用避开电动机起动的电流比较大，如果其保持的时间比较短需要按照实际的情况进行调节[6]。

热继电器的有效保护就是经典电机星三角的启动形式，在20世纪80年代之前进行运用的。因为热继电器技术较为落后，倘若运用到热继电器对大型的电机需要展开保护措施，就会使大电线存在断点的现象，也就是经常所说进出热继电器当中螺丝的接线问题，使它存在发热点以及故障点。倘若不运用熔断器以及热继电进行保护，使用到电机综合的保护器进行保护，因为保护器就是穿心式的，因此能够最大限度地减少大电线断点的问题， 进一步减少故障点和发热点。 在运用到电动机保护器过程当中，主要的问题就是应当处理好控制线路的接线，进一步地保证机器可以正常运行，它还能够代替接触器以及断路器等多种的低压电器。

热继电器主要就是由触点以及发热元件等组成的。热继电器只可以用来过载保护，并不可以使用短路保护。往往会运用在电源的回路当中，使用到串接熔断器方法，进一步地保护电动机短路。热继电器非常依赖机械结构所形成动作，进一步地实现停机的保护，当动作结构产生机械形变以及机械疲劳过程当中，使得动作阀值能够偏离设定值，从而导致保护失效。普通热继电器，并不具有断相保护的功能[7]。

电磁型的继电器主要就是运用到电磁感应的原理进行工作，当线圈的电流不断增加时，能够使电磁力比弹簧力要大许多，电磁式继电器大多数都会用到电流的保护当中，一般和主回路进行串联运用，通过判断电流的大小，以此来保护电动机。当电动机存在短路故障时，大电流可以流过继电器的线圈，从而形成很大电磁力，使继电器动作，断开回路，从而对电动机展开保护的工作。电磁型继电器运行比较可靠，但其保护的灵敏度也比较低，如果动作值和动作的时间没有进行合理地匹配，就会引发一系列的故障[8]。

4 电动机保护器的发展前景

随着我国社会经济水平不断地发展，工农业的生产也在朝向智能化的方向发展，电动机的有效运用变得更加的广泛。所以，对电动机保护器的性能要求也更为严苛。现阶段，中国市场上大多数电动机的保护器都会具有一定的缺陷，譬如保护的功能比较少、可靠性比较差、人机的界面不够友好等，所以，在运用到电动机保护器不可以在发生故障过程当中，马上有效保护设备，从而使得发生经济损失以及重大事故，然而一些国外电动机的保护装置尽管有着非常高的性能，然而，其价格比较昂贵，很难在中小型的工农业生产过程当中充分获得广泛推广，所以，研究智能的电动机保护器显得非常的重要。以后，智能电动机的保护器依旧是中国电动机重要的发展方向，主要具有下述几个方面：a.发展以及完善电动机保护基础理论，进一步探究故障的特性，使保护器具有清晰故障保护的根据；b.发展以及完善有关智能电动机保护装置方面的保护功能，使它的保护特性以及其规范要求能够充分吻合，有着比较宽以及连续可调的范围、有着高运行的可靠性及稳定性。c.发展以及应用现代电子信息等技术，以此来实现保护器能够由网络化以及故障诊断等功能朝向功能化方向发展[9]。

5 结束语

综上所述，随着我国科技不断地发展，电动机保护器也正朝向多元化的方向发展。在电动器具体运用过程当中，电机运营的状况能够影响到施工的进程。这就需要相关工作人员处理这种问题过程当中，需要充分地考虑其具体的情况，及时准确预判出来电动机内部各种的故障，合理科学地选择保护的功能以及方式，以此来实现对电动机良好的运行，达到提升设备设施运行可靠性。