〔
摘要〕
由于电动机设计
、
制造
、
使用和控制等方面的原因
,
传统的保护措施已不能可靠有效地保护现代电动
机
,
本文就电动机保护的对策提出了建议和展望
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摘要〕
由于电动机设计
、
制造
、
使用和控制等方面的原因
,
传统的保护措施已不能可靠有效地保护现代电动
机
,
本文就电动机保护的对策提出了建议和展望
。
〔摘要〕 由于电动机设计、制造、使用和控制等方面的原因,传统的保护措施已不能可靠有效地保护现代电动机,本文就电动机保护的对策提出了建议和展望。
一、绪言
三相交流异步电动机因其结构简单、成本低廉、运行可靠、维护方便得到了广泛的应用。为了进一步降低生产成本,提高经济效益,必须设法延长电动机的使用寿命。除了正确使用外,电动机的保护问题应该引起足够的重视。某种程度上讲,电动机的保护与电动机的设计制造、控制使用同等重要。 二、电动机保护的现状及不足电动机传统的保护措施是基于电热原理和电磁原理。电热原理就是电流的热效应原理,当电流通过导体时就产生热量。用热继电器实现的过载保护和用熔断器实现的短路保护就是电热原理的典型应用。电磁原理就是电磁感应,当电流通过线圈时就产生磁场,而用欠压继电器或接触器实现的欠压、失压保护,用过电压继电器实现的过压保护以及用电流继电器实现的过流、欠流(磁)保护则是电磁原理的应用实例。自动开关或断路器至多不过是以上各种保护的综合应用。
传统的保护可谓**、周到。然而科技的发展和生产的现代化推动了电动机设计制造技术和生产使用的发展,而采用了现代科技设计制造并且在生产现代化和控制自动化条件下使用的电动机又对电动机的保护提出了更高更新的要求,这就使得电动机传统的保护方式捉襟见肘,疲于应付。
从电动机的设计制造情况来看,由于采用了新技术、新工艺和新材料,电动机的设计思想已走向所谓“极限设计法”,即在增加输出功率、输出转矩的同时,电动机的体积、重量不断减小。现代电动机与30年代相比,体积相对减少约1/3,重量已不到原来的1/2。体积和重量的减小说明电动机热容量的减小和耐热限度的下降,这就意味着现代电动机的额定电流IN、起动电流IST与耐热限度电流(允许过载电流)IMAX的差值与传统电动机相比已明显减小。传统
的保护措施要么检测不出这一量值的变化而保护不了电动机,要么过早地保护了电动机而使电动机在不该停车时断电停车,然后查找排除故障,再起动电动机,这就不能充分发挥电动机允许的过载能力,也缩短了电动机的使用寿命,降低了劳动生产率。
从现代电动机的使用和运行情况来看,由于各种自动控制设备的使用,生产过程的自动化程度明显提高,这就使得电动机经常运行在频繁起动、频繁换向、频繁制动、间歇负载及变负荷状态下,工作条件非常恶劣。电动机的发热情况与其所受到的电动力和热力的冲击相比相当悬殊,即电动机的发热情况由于持续时间的关系可能达不到传统保护装置动作保护的程度,但电动机所受到的电动力和热力的冲击却已相当的严重。而电动机的寿命和效率正与它所受到的冲击的次数(起动频率)和持续时间密切相关。这样,传统的保护装置就难以有效的起到保护作用。
由此可见,传统的保护方式已不能满足现代化生产条件下电动机的现实需求。而我们也不能在电动机的设计制造方法上缘木求鱼,也不能在电动机的控制使用上削足适履。那种靠一味增加材料尺寸而扩大电动机容量的设计思想已不适用;靠主观改善电动机运行条件、减少冲击次数的想法也只能是一厢情愿。采用新的保护方式、设计新的保护装置来保护现代电动机已迫在眉睫。这在国外已是电机技术研究开发的新领域、着重点,并且有大量的应用。而在我国,传统的保护方式仍在大量使用,新的保护方式的研究开发和应用起步晚、发展较慢,但从目前形势来看已是大势所趋,势在必行了。 三、电动机保护新的对策及展望科技的发展永无止境,总是一浪高过一浪。既然它能带动电动机设计制造技术和控制使用自动化的发展,它必然也能带动电动机保护技术的发展。现代科学技术为电动机保护技术的发展提供了无比广阔的途径,主要体现在下述几个对策或发展方向上。
11设计、制造、控制和保护的一体化。在设计电动机时,就要预先考虑到它的保护问题;在制造电动机的同时就应该考虑制造安装保护装置。检测元件由电动机壳外进入壳内,因为检测的不再是电流,而是温度;检测部位不再是机外进线,而是电动机的工作绕组。设计电动机的控制电路时应优先考虑保护电路和保护装置的选用和配合。
21保护功能原理上的综合比。传统的保护方式,保护功能单一,一个装置只能起一种保护作用,这势必导致控制的复杂化和工作可靠性的降低。即便像自动开关或断路器这样的多功能保护装置,也只是简单的空间包容、物理综合;而现代的保护装置应该是一专多能,一个元件或一个电路就能实现多种功能。比如热敏电阻,不管是过载、短路、缺相、断相,还是电热冲击,它只检测温度就可以了;又如晶体管集成电路,不管是出了什么故障,它只处理接收到的电位信号就可以了。
31保护原则的多样化。传统的保护原则主要是电热、电磁原则;而现代的保护措施则大量采用非电原则,如对温度、时间、频率、压力等非电量进行检测,然后转变成弱电信号再做处理。
41采用新型材料。现代电动机工作时绕组电流密度显著增大,绕组温度增长速率比过去大好几倍,这就要求保护装置不能只粗略地检测电流、热量,而要检测温度的变化;温度检测元件必须具有更小的发热时间常数,这样保护装置才有更高的灵敏度和精度。新型PTC热敏电阻就是这样一种检测元件。另外如用软磁铁氧体MXO-2000型锰锌磁
环做成的电流互感器,它可以检测出三相电流微小的不平衡量。随着数字技术的发展和普及,在电动机保护中采用固态集成电路和微处理器作为电流、电压、时间、频率、相位和功率等方面的检测将成为一个主要的发展方面。
51检测部位的变化。对于频繁起动、换向、制动和负载起动的大容量电动机,它们的转子绕组温升比定子绕组温升高,较好的办法是检测转子绕组温度。国外已有红外线保护装置的实际应用,它用红外线温度计从机壳外检测转子温升并加以保护。另外,由于轴承故障造成电动机过载、绕组温度升高的现象也比较普遍,检测轴承异常情况就可以避免电动机过载发热。通过轴承的温度、振动、油膜和声音的变化可以早期发现异常情况,并发出警报,进而切断电动机的电源而保护了电动机。
总之,传统的保护方式是当时条件下适应传统电动机生产方式的措施,必然有其局限性;而现代电动机必须采用现代化的保护方式。这些保护方式的研究、开发和利用虽已初见端倪,但远未完善,广大电机科技工作者任重道远,通过研究、实践,再研究、再实践,一定能解决好生产中电动机的保护问题,为我国经济的发展做出更大的贡献。