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電動機保護器的歷史及現狀
發布時間:2018/6/21

電動機作為拖動系統中的重要組成部分在國民經濟中占有舉足輕重的地位,它的使用幾乎滲透到了各行各業,是工業、農業和國防建設及人民生活正常進行的重要保證,因而確保電動機的正常運行就顯得十分重要,而在使用中造成電機燒毀甚至引發重大安全事故的事件屢見不鮮,據不完全統計全國每年僅因電動機燒毀所消耗的電量就達數千萬度,電動機燒毀的數量達20萬臺次以上,容量約0.4億千瓦,因維修所耗的電磁線約5000萬公斤,修理費達20億元,而因停工停產所造成的損失更是一個無法估量的巨大數目。因此做好電動機的保護具有節能顯著、提高生產效率和經濟效益及保證安全生產的重要意義。
我國的電動機保護裝置大約經歷了全面仿蘇、自行設計、更新換代、智能化發展等幾個階段。值得一提的是由于近年來微處理器技術的發展,給電動機保護器向智能化、多功能化方向發展提供了硬件平臺,使得電機保護進入了一個飛速發展的階段。
 
(一)熱繼電器、熔斷器和電磁式電流繼電器
在建國初期,我們引進了蘇聯的JR系列熱繼電器,從而開始了其在中國電機保護行業中長達半個世紀的生涯,直到1996年國家八部委聯合發文強制將其淘汰。熱繼電器在電子業尚不發達的時代曾是電機過載保護的首選產品,它是利用雙金屬片熱效應工作的,雙金屬片是由不同膨脹系數的兩片金屬鉚合而成,當電流通過時它將產生熱量,并向膨脹系數小的一邊彎曲,電流的大小和彎曲的程度成正比,當電流超過熱繼電器整定電流的一定倍數時就會啟動其中的脫扣裝置從而切斷主回路達到保護的目的。但熱繼電器存在致命的缺陷,包括整定粗糙、受環境影響大、重復性差、誤差大及功能單一等,已無法滿足越來越高的要求,因而也就無法避免被淘汰的命運。
 
很多人把熔斷器作為電機的過載保護,其實這是一種不科學的做法。因為首先受其規格限制無法按電機額定電流進行準確設定,況且如果熔斷器規格選得太小容易造成斷路,使電機單相運行,如果熔斷器規格選得太大,則達不到過載保護的效果。
 
電磁式電流繼電器具有過載、堵轉保護功能,有的還有缺相保護,其過載保護具有反時限特性,但其結構復雜,機械制造精度高,價格高且體積龐大,因而目前已被基本淘汰。      
 
二)模擬電子式電動機保護器(電機保護器)
 
     在上個世紀七八十年代,隨著半導體模擬器件的興起及普及,涌現出了一批性能比較可靠、功能多樣化的電子式電動機保護器(電機保護器),為電機的可靠運行提供了較可靠的保障,其中得到公眾認可且具有自己品牌特色的以韓國三和技研株式會社的產品為代表,在國內市場具有一定影響,他們的產品品種多樣,規格齊全,主要功能包括:缺相,過載,欠流,相失衡,相序,接地,短路,過欠壓,電流顯示,聲光報警及變送輸出等,但這類產品仍存在一些無法克服的缺陷,包括如下幾個方面:
 
    1.整定精度不高,模擬電子式電動機保護器(電機保護器)均采用電位器進行額定電流的整定,然而要使電位器滑動臂的旋轉角度與其阻值成較好的線形關系比較困難,特別是在大批量生產中更是難以做到,另外,操作者的整定誤差也是難以避免的,特別是對于那些沒有設定值顯示的產品。
 
    2.采樣精度不高,模擬線路對電流互感器的非線性問題束手無策,即使可以校正也會使線路變得非常復雜,甚至無法實際使用,因而大部分廠家只好將非線性問題依賴于提高電流互感器的線性,而實際上要想由矽鋼片做成的電流互感器在很寬的范圍內保持線性是非常困難的,行內人士知道用于電動機保護器(電機保護器)采樣的電流互感器需考慮的最大使用范圍至少為被保護電機額定電流的7倍,因為電動機在堵轉情況下會達到5-7倍的額定電流;另外,采樣線路本身也存在非線性問題。基于這些技術難題,要實現高精度的采樣自然就成了一句空話。
 
    3.無法實現具有多種保護功能于一體的全保護,隨著社會的發展,人們對電機保護的要求也越來越高,希望電動機保護器(電機保護器)的功能多樣化,性能可靠,接線簡單,界面直觀且體積要小,這些都是純粹的模擬線路根本無法實現的。
 
    鑒于以上原因,純粹模擬線路的電動機保護器(電機保護器)正逐漸被其它一些更先進的技術產品所代替。
 
 
(三) 數字電子式電動機保護器(電機保護器)
 
    這類電動機保護器(電機保護器)主要以單片機作為控制器,可實現電機的智能化綜合保護,有的還具有遠程通訊功能,可在PC機上實現對多達256臺聯網的電機實現在線綜合監視與控制,在采樣和整定精度方面有質的飛躍,可對采樣信號進行軟件非線性校正,并可實現真有效值計算,從而極大地降低了被測信號波形畸變的影響,真正實現了高精度采樣,在整定方面采用數字設定,通過鍵盤由用戶自行現場設定,不存在誤差,還可為過載保護設置多條更科學的反時限曲線。因為采用了單片機就使得在相同硬件條件下集多種功能與一體的綜合保護器的出現成為可能,例如,上海萬譜最近研制成功的SWJ2系列電動機保護器(電機保護器)就具有遠程通訊、聲光報警、過載、堵轉、短路、漏電、欠流、故障記憶等多種功能,它采用交流采樣技術、多點線性校正技術、量程自動切換技術,使其在1A-100A或10A-1000A的測量范圍內都能保持很高的采樣精度,在國內外同類產品中處于領先地位。隨著微電子技術的發展,電動機保護器(電機保護器)正朝著智能化,綜合化,高精度,高可靠方向發展。
 
    目前的電動機保護器(電機保護器)普遍是根據電流的大小來決定是否需要保護,這顯然沒有考慮到環境因素對電機的影響。電機是否需要保護其根本的判斷依據應該是電機繞組溫度是否超過其絕緣等級溫度,在相同電流的情況下,對于環境溫度高的電機其燒毀的可能性顯然要大于環境低的電機,這就說明單純通過電流的大小來判斷電機是否需要保護并不是十分科學的,不能達到對電機在各種環境下的完全保護。基于這些原因,對電機繞組的溫升特性實行數學建模,仿真出電機繞組的溫度,從而決定電機是否需要保護將是一個必要的研究課題,值得慶幸的是已有這樣的產品研制成功,例如:原南京愛通自動化研究所與寧波振華電器有限公司合作研制成功的MSG/D系列交流電機數字溫度仿真監控裝置,該系列產品將定子繞組作為研究對象,通過采樣電流信號、電機外殼溫度信號以及在線測量電機熱力學參數,然后通過一個數學模型仿真計算出電機定子繞組的溫度,在實際應用中繞組溫度仿真精度可達+3度,填補了國內外間接測量電機繞組溫度產品的空白,具有開創性意義。
 
    另外還有一類采用直接測量電機繞組溫度的溫度型電動機保護器(電機保護器),該系列電動機保護器(電機保護器)是通過在繞組中埋入溫度傳感器而實現溫度測量的,它具有溫度測量準確,對頻繁啟動、通風不良、環溫過高等情況下的電機都能可靠保護等優點。但這類電動機保護器(電機保護器)的使用前提是必須在電動機制造過程中將傳感器裝入電動機內部,因而對于現有的沒裝傳感器的電動機就無能為力。另外,一旦傳感器失效維修就變得十分困難,如果人們在使用中發現傳感器損壞,一般就棄之不用,筆者在南京北河口水廠發現這種情況十分普遍。因此,嵌入傳感器式溫度保護器在推廣應用中存在很大困難。
 
(四)結束語
 
    同所有的產品一樣,電動機保護器(電機保護器)經歷了由低級到高級、由簡單到復雜逐漸科學完善的發展過程,在這個過程中一批批技術人員傾注了大量的熱情與心血。雖然電動機保護器(電機保護器)已發展到了微電子時代,但我想,電動機保護器(電機保護器)的課題將永遠不會停止,仍然需要我們百倍努力,仍有大量的工作等著我們去做,例如:電動機保護器(電機保護器)仍沒有國家標準,導致市場上產品良莠不齊,這就說明電動機保護器(電機保護器)成長之路還很漫長,我們期待著電機保護行業的健康發展。

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