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2013.11.29

电机控制系统的保护-用电流型保护

为了使电动机 能够安全可靠地运行,在实际运行中,需 要对电动机进行安全 保护。 保护环节是所有电气控制系统中不可缺少的组成部分, 可靠的保护装置应能防止或减轻对电动机、其他电气设备和人身安全的损害。用于电动机的安全 保护装置,按其所起的保护作用 来分, 主要有机械保护和电气保护两类。机械保护主要用于大功率电动机的轴承保护,一般需要对轴承的温度、润滑情况及振动等方面进行检测并采取相应的保护措施,以防止可能发生的轴承烧坏事故。另外,还可用于电动机过转速及过转矩保护。电 气保护是对电动机电气方 面的故障或异常情况的保护, 如短路保护 、过载保护、欠压保护 、漏电保护等。

为了能够 在故障发生初期实现及时而有效的保护, 防止故障扩大 ,电动机的保护装置应该能够在电动机出现故障情况时自动动作 ,尤其 对电气故障。也就是说, 保护装置应具有自动保护功能。一些电器具 有这样的功能,如熔断器、 过电流继电器、热继电器、 欠电压继电器 、带 脱扣器的低压断路器等。对 比较复 杂或要求保护精度及可靠性较髙的 电动机拖动系统,可 以采用 性能更好的保护手段 ,如用由电子电路构成的保护继电器等。总之,电动机 的保护 应根据电动机 的类型、功率大小、 使用场合及所拖动的生产机械的工作情况与重要程度等因素来综合考虑。保护装置不能影响电动机 拖动生产机械的正常工作。一般来说,从安全角度考虑, 凡是有可能因故障而烧坏电动机的场合、 外壳可能漏电危及生命的场合均应尽可能采用电动机 保护装置或报警装置 ;对每台电动 机至少应采取短路保护措施;对功率在 lkW 以上连 续运行的电动 机还应进行过载保护;对频繁启动、制动的电动机也应进行过载保护,以防止电动机因堵转而损坏。下面简要介绍异步电动机的几种常见保护措施。
电动机 在正常工作时 , 绕组 中的电 流一般不会超过其额定值。 这里所说的电流异常情况 ,就是 指电流超过电动机额定电流(不 包括启动时电流超过额定值的情况)。 电动机绕组电流超过其额定值时,电动机发热就会增加,温度就会升高,但只要温升不超过其最 大允许值,在短时间内超过额定电流是允许的。也就是说,电动机本身具有一定的过载能 力。然而若时间长了,就有可能使温升过高而造成电动机的损坏。因此,电流型保护与过 电流的时间长短是密切相关的,这就需要根据实际情况来选用适当的保护方法。概括起 来,电流型保护都要通过保护装置检测电流的大小,当电流达到整定值时,使保护装置动 作。按照过电流大小及其影响的不同,吋以分为如下几种保护。
1.短路保护
在电动机有严重的绝缘损坏、接线错误等故障情况下,有可能产生短路现象。短路时 电流流过的是非正常路径,瞬时短路电流可能达到电动机额定电流的几十倍甚至上百倍, 如果不很快地切断电源,就有可能造成严重的绝缘损坏、导线熔化、起电弧乃至引起火灾, 同时在电动机中可能产生很大的电磁力作用,使绕组或机械部件产生不能修复的变形。
短路保护应满足以F要求:一是应具有瞬时动作特性,即必须在很短时间内切断电 源;二是当电动机正常启、制动时,保护装置不应误动作。
常用的短路保护电器元件是熔断器和断路器。
(1)熔断器保护。熔断器的熔体串联在被保护的电路屮,当电路发牛短路或严重过载 时自动熔断,从而切断电路,起到保护作;H。由于熔断器熔体受很多因素影响,其动作值 不太稳定,因此比较适用于动作准确度和自动化程度较差的系统中,如小容量的鼠笼式电 动机、一般的普通交流电源等。
(2)过电流继电器保护或断路器保护。过电流继电器是测量元件,过电流保护要通过 执行元件接触器来完成,因此为了切断短路电流,接触器触头的容量不得不加大。断路器 把测量元件和执行元件装在一起,有短路、过载和欠压保护功能,这种开关能在电路发生 上述故障时快速地自动切断电源,排除故障后只要重新合上断路器即能重新工作。
在对主电路采用二相四线制或对变IE器采用中性点接地的三相三线制的供电电路 中,必须采用三相短路保护。若主电路容量较小,其电路中的熔断器可同时作为控制电路 的短路保护;若主电路容量较大,则控制电路一定要单独设贾短路保护熔断器。
2.过电流保护
过电流是指电动机的工作电流超过其额定值,时间久了,就会使电动机过热而损坏电 动机的绝缘,因此需要采取保护措施。过电流时,电流仍经由正常工作时的路径流通,其 值要比短路电流小。过电流常常是由于负载过大或启动不正确而引起的,一般在电动机 运行中出现过电流比发生短路的可能性要大,尤其是在频繁正、反转的重复短时工作制电 动机中更易出现。因此,过电流保护的动作值应比正常的启动电流略大一些(如可取为它 的1. 2倍),以免影响电动机的正常运行。
过电流保护也要求保护装置能瞬时动作,即只要过电流值达到整定值,保护装置就应 立刻动作切断电源。过电流保护一般可以采用过电流继电器,用其常闭触头太•控制接触 器的动作。还可以采用电流传感器来检测电动机电流,经电子电路对检测到的电流信号 变换后,产生控制信号太•驱动接触器动作。
3.过载保护
电动机过载是指其工作电流超过额定值使绕组过热。引起过载的原因是多样的,如 负载的突然增加、电源电压降低、电动机轴承磨损等。过载时间长了,就会使电动机温升超过允许值而损坏绝缘,因此要进行过载保护。
过载保护与上面介绍的过电流是类似的,但过载保护与过电流保护却有差别,它们的 不同之处在于其动作效应不同,EP:过电流保护是由电磁效应来引发保护装置动作的(即 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。因此,过载保护的电流整定值一般要比过电流保护时的小,通常在电动 机的额定电流的1. 5倍以内。由于有这种差別,所以不能采用过电流保护方法来进行过 载保护,否则就会出现这样的情况:当电动机因负载的暂时增大而短时过载、之后又恢复 正常时,电动机温升并未超出允许值而仍可继续工作,如果用过载保护,只要整定值合适, 就不会使电动机停止运行;而如果对此用过电流保护,在同样的整定值下就会切断电源而 影响生产机械的正常工作。
过载保护应采用热继电器或电动机保护器作为保护元件。
热继电器具有与电动机相似的反时限特性,但由于热惯性的关系,热继电器不会受短 路电流的冲击而瞬时动作。当有6倍以上的额定电流通过热继电器时,需经5s后才动 作,这样,在热继电器动作前,就可能使热继电器的发热元件先烧坏,因此,在使用热继电 器作过载保护时,还必须装有熔断器或低压断路器配合使用。
电动机过载保护还可以采用带长延时脱扣器的低压断路器或具有反时限特性的过电 流继电器。采用带长延时脱扣器的低压断路器时,脱扣器的整定电流一般可取为电动机 的额定电流值或略大一些(如1.1倍),并应考虑到电动机实际启动时间的长短。采用过 电流继电器时,它应该有延时作用,以保证产生过电流的时间长于启动时间时继电器才 动作。
最后需要强调指出的是,上述的过电流和过载保护虽然都是在过电流故障下进行的 保护,但是由于故障电流大小与电流整定值的差异以及保护特性和所用保护装置的不同, 它们之间是不能互相代替的,应根据电动机的保护要求正确使用。



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