黃豫明

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：

電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的增長(zhǎng)促進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器的發(fā)展，電子技術(shù)日新月異的更新又帶動(dòng)電子式過(guò)載繼電器所具功能更加完善。在此基礎(chǔ)上，許多企業(yè)紛紛開發(fā)低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器、電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)等，雖然保護(hù)及控制功能增加不少，但產(chǎn)品符合的標(biāo)準(zhǔn)各不相同，造成產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。目前，相關(guān)的IEC標(biāo)準(zhǔn)已公布實(shí)施，但**標(biāo)準(zhǔn)尚在申報(bào)審批過(guò)程中。隨著產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，產(chǎn)品性能將更趨完善，可靠性也將得到確保。

關(guān)鍵詞:

低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器;功能;標(biāo)準(zhǔn)

0 引言??

隨著現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)及現(xiàn)代建筑的發(fā)展，采用電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力的方案明顯增長(zhǎng)。由于電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)大大高于正常額定電流的起動(dòng)電流，使電動(dòng)機(jī)繞組過(guò)度發(fā)熱而燒壞。正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，三相電動(dòng)機(jī)偶而斷掉一相導(dǎo)線，電動(dòng)機(jī)在低過(guò)載情況下長(zhǎng)期繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，也會(huì)使電動(dòng)機(jī)繞組過(guò)度發(fā)熱而燒壞。因此，早期的電動(dòng)機(jī)控制就是采用接觸器與熱繼電器組合成各種起動(dòng)器，主要是解決電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和過(guò)載保護(hù)等問(wèn)題。

1 低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的基本功能??

IEC60947-4-1:2009 《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備4－1部分:接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器(含電動(dòng)機(jī)保護(hù)器)》標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定:電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器用以起動(dòng)電動(dòng)機(jī)和將電動(dòng)機(jī)加速到額定轉(zhuǎn)速，保證電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行，對(duì)電動(dòng)機(jī)及其有關(guān)電路的過(guò)載操作(運(yùn)行)進(jìn)行保護(hù)，以及切斷電動(dòng)機(jī)的電源。起動(dòng)器中的過(guò)載繼電器，包括具有或不具有擴(kuò)展功能的電子式過(guò)載繼電器(也稱電動(dòng)機(jī)保護(hù)器或電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)等)。

一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器沒(méi)有短路保護(hù)功能。但接觸器與適當(dāng)?shù)睦^電器或斷路器或熔斷器組合成組合電器并滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可作為整體構(gòu)成具有短路保護(hù)的綜合式起動(dòng)器和保護(hù)式起動(dòng)器。

目前，企業(yè)生產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器典型產(chǎn)品基本功能比較如表 1 所示。

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由表1比較說(shuō)明，市場(chǎng)上供應(yīng)的產(chǎn)品基本保護(hù)功能均齊全，在發(fā)生過(guò)電流保護(hù)時(shí)可報(bào)警或動(dòng)作。但對(duì)于基本控制功能，許多產(chǎn)品僅具備直接起動(dòng)的功能，也即僅僅能替代有觸點(diǎn)的起動(dòng)器使用。而更多的企業(yè)充分發(fā)揮電子技術(shù)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，

此外，通過(guò)軟件實(shí)施的其他控制模式遠(yuǎn)比原先用有觸點(diǎn)起動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，因而深受用戶歡迎。

2  低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的擴(kuò)展功能??

由于低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器是由電子式過(guò)載繼電器構(gòu)成的，隨著近年來(lái)電子技術(shù)的發(fā)展，在電子式上各制造商擴(kuò)展研發(fā)了許多保護(hù)功能，特別是IEC60947-4-1:2009 Ed.3.0)《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第4－1部分:接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器機(jī)電式接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器(含電動(dòng)機(jī)保護(hù)器)》標(biāo)準(zhǔn)的附錄 H《電子式過(guò)載繼電器的擴(kuò)展功能》專門對(duì)不直接與過(guò)載保護(hù)相關(guān)的電子式過(guò)載繼電器的擴(kuò)展功能作了規(guī)定。

2.1 IEC 60947-4-1 標(biāo)準(zhǔn)附錄 H 規(guī)定的擴(kuò)展保護(hù)功能??

目前，企業(yè)生產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器典型產(chǎn)品擴(kuò)展功能如表2 所示。表2 中，“禁止保護(hù)電流(Inhibit Current，Iic )的含義是，故障電流超過(guò)該保護(hù)設(shè)定值時(shí)，開關(guān)電器不應(yīng)被觸發(fā)斷開。該值對(duì)每一個(gè)自身無(wú)短路保護(hù)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器均應(yīng)規(guī)定。因?yàn)樵撝麟娐芬坏┌l(fā)生短路故障時(shí)，即使有串接的短路保護(hù)電器來(lái)保護(hù)，但此過(guò)程中只有電動(dòng)機(jī)保護(hù)器不發(fā)出斷開命令，才能使開關(guān)電器不會(huì)被燒損而繼續(xù)正常工作。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，該功能的驗(yàn)證是流過(guò)主電路的電流為0.95Iic時(shí)，過(guò)載繼電器不應(yīng)使開關(guān)電器斷開;流過(guò)主電路的電流不大于0.75I ic時(shí)，才能使開關(guān)電器斷開。顯然，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在使用時(shí)是安全的。

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表 2 的擴(kuò)展功能附錄 H 均規(guī)定了驗(yàn)證的方法。由此可見(jiàn)，目前許多典型產(chǎn)品尚無(wú)規(guī)定此值。因此，用戶在選配短路保護(hù)電器時(shí)，對(duì)確定是否合適會(huì)帶來(lái)困難。

對(duì)于其他擴(kuò)展功能，例如:接地故障保護(hù)、電壓不平衡保護(hù)、溫度保護(hù)等功能，還有較多企業(yè)沒(méi)有提供，值得今后改進(jìn)和完善產(chǎn)品時(shí)考慮。

2.2 其他擴(kuò)展保護(hù)功能??

近年來(lái)，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器隨著電子技術(shù)的發(fā)展，增添的擴(kuò)展功能遠(yuǎn)不止上述標(biāo)準(zhǔn)附錄H所列出的項(xiàng)目，企業(yè)根據(jù)用戶需求，又研發(fā)了不少實(shí)用而 需要的一些功能，如表 3 所示。

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表 3 所列的部分保護(hù)功能含義如下:

(1) 阻塞。在起動(dòng)過(guò)程結(jié)束后發(fā)生嚴(yán)重過(guò)載，此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

(2)欠載(輕載)。當(dāng)負(fù)載小于額定負(fù)載的一種故障狀態(tài)，該故障通常是由于負(fù)載出現(xiàn)非正常情況的突變，例如:流水線傳送帶的突然斷裂、水泵的空轉(zhuǎn)等，后者可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞。

表2還說(shuō)明，大多數(shù)企業(yè)的產(chǎn)品帶有溫度保護(hù)，且比較多的產(chǎn)品采用電動(dòng)機(jī)預(yù)埋正溫度系數(shù)PTC熱敏電阻的方式對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行溫度保護(hù)。但是，這種內(nèi)部預(yù)埋方式的結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)發(fā)生PTC接線脫落或短路故障而往往又不會(huì)被輕易發(fā)現(xiàn)，造成電動(dòng)機(jī)得不到應(yīng)有的溫度保護(hù)。

表3中，有些企業(yè)的產(chǎn)品增添了PTC接線故障診斷和PTC短路診斷，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)立刻發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便值班人員及時(shí)處理。

3  低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的通信功能??

低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器可以帶通信功能，可基于多種協(xié)議，通過(guò)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。常用的通信協(xié)議有 Modbus、Profibus-DP、DeviceNet 等線，通信接口一般為 RS485 或 RS232，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，可以帶(或不帶)總線適配器。一般總線適配器的功能模塊都有一個(gè)與總線類型無(wú)關(guān)的連接接口，使用一個(gè)特殊的預(yù)連接電纜連接**總線接口，可非常容易地實(shí)現(xiàn)靈活、透明和可靠的連接與通信。例如:ABB 公司生產(chǎn)的FBP現(xiàn)場(chǎng)總線適配器，就是上述新的通信產(chǎn)品的核心元件，通信特性不應(yīng)受到任何影響。對(duì)該產(chǎn)品的試驗(yàn)考核主要有下述 3 個(gè)方面。

(1)通信功能驗(yàn)證。應(yīng)在過(guò)載保護(hù)試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，動(dòng)作響應(yīng)應(yīng)符合相應(yīng)的要求，遠(yuǎn)程通信主站應(yīng)能正確讀取信息，試驗(yàn)應(yīng)分別在 －5℃、+20℃、+40℃的條件下進(jìn)行。

(2)電磁兼容性。①抗擾度。在常溫條件下進(jìn)行射頻場(chǎng)傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗(yàn)，1.5/50μs ～8/20μs 浪涌抗擾度試驗(yàn)、電快速瞬變/脈沖群抗擾度試驗(yàn)、射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度試驗(yàn)、靜電放電抗擾度試驗(yàn)等項(xiàng)目。在試驗(yàn)過(guò)程中和過(guò)程后，應(yīng)驗(yàn)證過(guò)載保護(hù)性能，其動(dòng)作響應(yīng)應(yīng)分別滿足相應(yīng)判別標(biāo)準(zhǔn) A 或 B 的規(guī)定。②發(fā)射。按規(guī)定測(cè)定產(chǎn)品的射頻傳導(dǎo)發(fā)射及射頻輻射，如民用、商用、輕工業(yè)場(chǎng)所/建筑和/或相應(yīng)環(huán)境，不包括有較高騷擾源的場(chǎng)合，例如弧焊機(jī))所規(guī)定的發(fā)射試驗(yàn)限值。

(3)一致性測(cè)試。具有通信功能的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器應(yīng)根據(jù)所采用總線(DeviceNet、Profibus-DP、Modbus)的要求，進(jìn)行測(cè)試。

4 低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的控制模式??

低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能通過(guò)輸出繼電器來(lái)控制接觸器等其他電器，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的多種起動(dòng)方式。故其控制模式也是多種多樣，如表 4 所示。

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從各企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品所具有的控制模式來(lái)看，一般均可直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。由于電子技術(shù)的發(fā)展，許多企業(yè)根據(jù)用戶需求增添了許多控制模式，如 ABB 公司、動(dòng)模式，滿足了大多數(shù)用戶常用的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式，因而深受歡迎。

5 低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器與被控電動(dòng)機(jī)容量的匹配??

上述低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器實(shí)際上是由電子式過(guò)載繼電器發(fā)展而來(lái)，使用時(shí)，要與串聯(lián)在主回路控制電動(dòng)機(jī)的接觸器配合使用。一般來(lái)說(shuō)，繼電器均采用小型結(jié)構(gòu)，其觸點(diǎn)容量較小。許多企業(yè)的樣本上僅公布繼電器輸出的觸點(diǎn)控制容量，例如:3 A/250 VAC，電阻性。其中，需要解決2個(gè)問(wèn)題:① 輸出繼電器觸點(diǎn)與接觸器容量的匹配;② 接觸器的容量與電動(dòng)機(jī)容量的匹配。對(duì)此，有的企業(yè)對(duì)產(chǎn)品作相應(yīng)驗(yàn)證后，在樣品上提供相應(yīng)選用數(shù)據(jù)，如 N**K2

電動(dòng)機(jī)保護(hù)器樣本中的技術(shù)性能就提供與電機(jī)相匹配的數(shù)據(jù)，如表 5 所示。

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根據(jù)表5提供的數(shù)據(jù)，用戶按需要控制電動(dòng)機(jī)功率的大小，找到相應(yīng)接觸器的額定電流值，從而可選配相應(yīng)額定值的接觸器及電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的規(guī)格。在設(shè)計(jì)選用中，無(wú)需考慮輸出繼電器的觸點(diǎn)容量與被控接觸器線圈的容量匹配，既簡(jiǎn)化了使用者選用時(shí)的驗(yàn)證工作，又可由制造企業(yè)確保使用時(shí)的安全和可靠。

6 低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器額定電流的設(shè)置及電流信號(hào)的采樣??

低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的額定電流設(shè)置，除取決于輸出繼電器的觸點(diǎn)容量外，還取決于**主回路電流信號(hào)的電流互感器(Current Transformer，CT)。一般額定電流值不大時(shí)，采用內(nèi)置 CT 輸出的信號(hào)進(jìn)行處理。但是，當(dāng)工作電流太小，未達(dá)到0. 5 A 時(shí)，可以通過(guò)增加電纜穿過(guò) CT 上窗口的圈數(shù)來(lái)提高二次感應(yīng)電流，達(dá)到與保護(hù)線路的匹配，如表 6 所示。

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當(dāng)產(chǎn)品控制對(duì)象為大負(fù)載時(shí)，可以利用內(nèi)置CT 與外部 CT 的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)大負(fù)載的目的，如表 7 所示。

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由表7可見(jiàn)，采用60型保護(hù)器，其電流為 60 A;但采用05型與外部CT組合后，電流可至360A。當(dāng)然，輸出繼電器的觸點(diǎn)容量也應(yīng)相應(yīng)變大。

7 低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的復(fù)位方式??

低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器對(duì)起動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)中的電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障動(dòng)作時(shí)，一般需要復(fù)位后才能繼續(xù)控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以備值班人員處理分析及記錄備查。員在微機(jī)上進(jìn)行智能控制，如 OYR1(E)系列電氣傳動(dòng)系統(tǒng)多功能保護(hù)器就具備上述復(fù)位功能。

8 低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的安裝方式??

目前，低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器因其結(jié)構(gòu)形式的不同，安裝方式也不同。在結(jié)構(gòu)形式上，有一體式和分體式 2 種。一體式的安裝分細(xì)釘固定安裝及導(dǎo)軌(如 35 mm 安裝導(dǎo)軌)安裝或面板安裝(柜體門板按規(guī)定開孔后，使產(chǎn)品面板凸出在門外)。分體式就是把產(chǎn)品本體與顯示分為 2 部分。本體安裝方式一般采用前 2 種，顯示部分采用面板安裝，便于操作人員現(xiàn)場(chǎng)方便觀察電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況。由于面板集成了儀表、指示燈、按鈕及故障監(jiān)測(cè)功能等，操作人員通過(guò)操作面板提供的調(diào)試接口，用筆記本電腦就可方便地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置及在線編程，因而深得新型的抽屜式開關(guān)柜選用。

9 其他輔助功能??

電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的研制中，有的企業(yè)利用電子技術(shù)的特點(diǎn)，在開發(fā)產(chǎn)品的擴(kuò)展保護(hù)功能的同時(shí)，根據(jù)用戶需求又增添了不少其他功能，主要有下面幾種:①密碼，用于設(shè)置參數(shù)的安全;②Y － △時(shí)間，用于設(shè)置 Y － △起動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)間;③相位選擇，用于單相/三相電動(dòng)機(jī)選擇;④測(cè)量絕緣，在電動(dòng)機(jī)斷電的情況下測(cè)量電纜的絕緣，以便及時(shí)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和人身起到保護(hù)作用;⑤實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可提供查看實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能;⑥跳閘原因記憶，儲(chǔ)存近期10 次跳閘原因;⑦重起限制，30 min 內(nèi)自動(dòng)重新設(shè)置模式下的自動(dòng)重起次數(shù);⑧重新設(shè)置模式，人工/自動(dòng)/電動(dòng)(可選擇)。

10 安科瑞智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹10.1產(chǎn)品介紹??

智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器(以下簡(jiǎn)稱保護(hù)器)，采用單片機(jī)技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。保護(hù)器能對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的過(guò)載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等多種情況進(jìn)行保護(hù)，并設(shè)有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護(hù)器具有RS485遠(yuǎn)程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

10.2技術(shù)參數(shù)

10.2.1數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

10.2.2模塊式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

10.3 產(chǎn)品選型

11結(jié)語(yǔ)??

本文根據(jù)低壓異步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的發(fā)熱特性設(shè)計(jì)了一種熱過(guò)載保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置提供了基于電流反時(shí)限特性和基于熱積累模型的兩種保護(hù)方案，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。該保護(hù)裝置除了具有熱過(guò)載保護(hù)功能外，還具有啟動(dòng)超時(shí)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、負(fù)序過(guò)流保護(hù)、低電壓保護(hù)和高電壓保護(hù)等功能，能夠滿足低壓異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)保護(hù)的要求，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]IEC 60947-4-1:2009 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第4－1部分:接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器(含電動(dòng)機(jī)保護(hù)器)［S］.2009.

[2]**/T 10736—2007 低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器［S］. 2007.

[3]陳 培 國(guó).低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的現(xiàn)狀及完善

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版

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