前言

    隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，智能馬達控制器、軟啟動器、變頻器、固態(tài)（電子式）熱繼電器等許多新型的電器控制元件也得到了廣泛應(yīng)用。它們不但具有過載、過流、缺相、電機過熱、漏電保護等多種功能，而且取代了原繼電器、電流表、互感器和操作按鈕。同時具備了更加完善的網(wǎng)絡(luò)通信功能，可以與計算機、工控機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)分布式控制。極大的改進了早期電動機的控制模式，方便了運行監(jiān)控。但使用時仍要考慮到各硬件之間整定時間和整定值的配合關(guān)系，及運用新型電器元件的網(wǎng)絡(luò)通訊的優(yōu)點，將電動機的重要參數(shù)加入到過程控制中，根據(jù)被測參數(shù)的重要程度，改進程序把電動機的控制分為：依靠硬件設(shè)定值的臨界點作為最終的可靠保護和正常運行工況下依據(jù)程序設(shè)計的“軟保護”動作報警兩個方面，同時兼顧與生產(chǎn)工藝流程的配合，這樣就可以既保護電動機及其電器元件，又能保證機械負載平穩(wěn)運行，減少經(jīng)濟損失。

    1  低壓交流異步電動機控制回路硬件方面整定值的配合 

    1.1   短路保護功能主要是監(jiān)測相間短路電流、單相接地電流或者電動機的堵轉(zhuǎn)電流，設(shè)定值通常為6倍的IN。

    它必須滿足相間短路或?qū)τ谥行渣c接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時短路保護裝置應(yīng)無時限斷開；必須滿足正常啟動、制動或自起動時不發(fā)生誤動作。一般采用熔斷器或具有瞬動（或短延時）脫扣器功能的低壓斷路器。在由接觸器組成的控制回路中，當(dāng)該電流大于接觸器的“彈開電流”時會造成接觸器觸頭損壞，小于“彈開電流”時，比低壓斷路器全部斷開時間短。由接觸器斷開了短路電流起不到短路保護目的，因此瞬間失電壓時，接觸器的失壓釋放時間應(yīng)大于低壓斷路器全部斷開時間。

    1.2   過載保護

    過載保護的功能是對于重載或空載啟動的電動機，啟動時間超過設(shè)定值；或者在正常運行中，電動機的電流突然升高接近額定電流且持續(xù)時間超過了設(shè)定值，過載保護就會動作。一般采用熱繼電器或帶長延時脫扣器的低壓斷路器做保護，對大功率重要電動機應(yīng)加 電流繼電器。通常熱繼的設(shè)定值為0.95~1.05倍的IN，設(shè)定時間為TF=(0.5~0.7)TD  （TF為熱繼在6倍IN下的返回時間，TD 為熱繼在6倍IN下的動作時間）。如果是三角型接法的電動機應(yīng)采用具有斷相運轉(zhuǎn)保護的熱繼電器。

    1.3  欠電壓保護

    欠電壓保護是針對母線電壓突然下降的情況下，電動機的電流迅速升高，長時間的過電流會造成電動機的絕緣老化，大大降低電動機的使用壽命，嚴重時可能燒壞電動機。但是短時間的過電流不會使絕緣受到嚴重破壞，因此允許一定的過電流，其數(shù)值與時間由電動機的過負荷特性決定。通常電壓允許的變化范圍為額定值的-5%~+10%時其額定出力不變。一般失壓保護由起動器和接觸器來實現(xiàn)，整定時間應(yīng)滿足延時的時間大于備用電源自動重合閘的動作時間，通常在1~10s內(nèi)選取。整定值按照額定轉(zhuǎn)矩來選取，100%額定轉(zhuǎn)矩的取0.7倍的UN；50%額定轉(zhuǎn)矩的取0.5倍的UN。需要自啟動的電動機根據(jù)生產(chǎn)工藝的重要程度決定，越重要的電動機選取的時間越長。

    1.4  與電動機配用的斷路器

    與電動機配用的斷路器最基本的整定值應(yīng)滿足：長延時電流整定值等于電動機的額定電流值；6倍的IN可返回時間大于或等于電動機實際啟動時間；瞬時整定電流對于籠型的電動機為8-15倍脫扣器的額定電流，對繞線轉(zhuǎn)子式的電動機為3-6倍脫扣器的額定電流。與熔斷器配合使用時，過載和較小的電流范圍內(nèi)的保護由斷路器承擔(dān)，對于較大的短路電流由熔斷器承擔(dān)，熔斷器作為后備保護。熔斷器保護特性上限與斷路器保護特性的下限相交為最佳配合點。另外與其它上一級斷路器和母線電壓電流的配合應(yīng)符合規(guī)程規(guī)定的要求。

    1．5  短路保護和過載保護配合

    短路保護和過載保護作為電動機最基本的保護，如果他們之間配合失調(diào)，會造成誤動作或越級跳閘的現(xiàn)象，也不利于判斷故障發(fā)生的原因，其配合關(guān)系如圖1所示。
                         

圖1  電動機回路短路與過載保護的配合關(guān)系以及軟件和硬件保護范圍的劃分圖

    如果這些曲線相交點背離，即相交點大于6倍的IN，則過載保護會在過載與短路保護之間的間隙提前動作對短路電流作出反應(yīng)，如果過載保護設(shè)定的延時較長，不能無時限立即切除，會造成過載保護裝置損壞，然而如果相交點靠前低于6倍IN，則會造成短路保護裝置的誤動作，不能正確判斷短路的原因。

    2  低壓交流電動機控制回路中的軟件監(jiān)控配合

    所謂“軟件”監(jiān)控是將電動機的重要參數(shù)如：電流、電壓、頻率、功率因數(shù)等等，通過網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控系統(tǒng)，并將他們加入到過程控制中。它是對正常運行狀態(tài)中存在的異常變化進行監(jiān)測，可以報警或者參與過程的控制，其控制范圍如圖1所示的區(qū)域1。下面舉例說明。

    2.1  對電動機來說監(jiān)控的主要電流，其它的參數(shù)是反映電器元件本身的運行狀態(tài)

    一般我們設(shè)定的接地電流，短路電流，過載電流或者相間不平衡等依靠電器元件本身動作來保護，也是最終的臨界點。事實上當(dāng)達到該設(shè)定值時，保護已經(jīng)動作，很可能已經(jīng)影響了電動機的絕緣或者損壞了機械負載，這在實際生產(chǎn)中出現(xiàn)損壞設(shè)備的情況很多，所以“軟件”上監(jiān)控的配合，應(yīng)著重于運行過程的控制和監(jiān)測。如：一臺110KW的三相交流低壓異步電動機，其額定電流為201A，在額定負載下，電動機平穩(wěn)運行的電流值在100A左右擺動。即使考慮電壓的擺動和負載的瞬時跳變，其變化范圍應(yīng)在±20A之間。因此100A可以作為正常運行的標(biāo)準(zhǔn)值，然而在生產(chǎn)中曾發(fā)生過當(dāng)電流達到190-200A持續(xù)時間較長，運行人員沒有及時停機檢查，最后熱繼動作跳開，結(jié)果造成了機械負載的嚴重損壞。因此，我們把監(jiān)控的電流作為控制對象，以標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗值為依據(jù)，在程序上加以改進，增加“軟延時計時器”（程序軟件提供的內(nèi)部計時器），啟動時延時15s（可調(diào)整）后開始檢測，如果超出100±20A的范圍，并且延時監(jiān)測該電流持續(xù)的時間，一般設(shè)為6~15秒為宜，（正常運行中短時間的大電流允許持續(xù)較長的時間，對于重要的電動機可以適當(dāng)延長），如果超出設(shè)定時間立即發(fā)出提示信息（聲光或文字框），同時運行人員加強現(xiàn)場檢查采取措施，這樣就可以有效的保護電氣和機械設(shè)備。

    2.2  在電動機發(fā)生故障后跳閘，運行人員必須待查明原因后再啟動

    但是實際運行操作上存在不明原因強行啟動的現(xiàn)象，間隔時間很短沒有按照規(guī)程規(guī)定的要求操作，頻繁啟動電動機。在實踐中也沒有可靠的技術(shù)保障措施，無法有效的控制，結(jié)果造成了故障范圍擴大，檢修維護工作量加大，影響了生產(chǎn)。所以對帶有重啟動限制或者對故障復(fù)位時間有限制的電器元件，如：智能馬達控制器、固態(tài)（電子）式熱繼等。在程序的設(shè)計上對重新啟動間隔時間、啟動次數(shù)進行限制，也可以根據(jù)故障記錄功能，增加雙重復(fù)位限制即：就地復(fù)位和遠方操作故障確認，必須經(jīng)過檢查復(fù)位故障后才允許重新啟動，這樣就可有效的保護電氣和機械負載的安全運行。

  
    3  總結(jié)

    依靠監(jiān)控軟件可以監(jiān)測和控制的內(nèi)容很多，如：壓力、溫度、流量、速度等，對電動機的監(jiān)控僅僅是其中的一部分，實踐中運用較少。智能馬達控制器、軟啟動器、變頻器和電子式熱繼電器等都具有數(shù)據(jù)采集、故障記錄等多種功能。監(jiān)控軟件可以將這些信息匯總，進行可靠性分析研究，制定合理的檢修計劃。對于電動機控制回路中的硬件和軟件以及它們內(nèi)部的配合方面涉及內(nèi)容的很多，不能詳細列舉，只論述了重要的部分，所以在生產(chǎn)中要具體分析區(qū)別對待。同時還要注意與連接機械負載的配合，必須滿足生產(chǎn)工藝的要求，比如：啟動限制、精確控制、制動、停止規(guī)定、力矩要求、節(jié)能運行等等，多方面綜合考慮，才能將電動機的協(xié)調(diào)配合保護準(zhǔn)確的應(yīng)用在生產(chǎn)實踐中。  

  
    作者簡介

    王奇博   生于1973年，工程師，專業(yè)為火電自動化。