皖南電機百科：電動(dòng)機內置保護裝置的介紹

皖南電機百科知識三：電動(dòng)機保護裝置已滲透到所有發(fā)電、供電、用電系統等領(lǐng)域 ，是發(fā)電、供電、用電系統的重要組成部分，關(guān)系到工業(yè)、農業(yè)和國防建設以及人民生活等各個(gè)方面。電動(dòng)機損壞主要是繞組過(guò)熱或絕緣性能降低引起的，所以對電動(dòng)機保護最有效的辦法就是直接監測繞組或軸承的實(shí)際工作溫度，對其實(shí)施保護控制。而監測實(shí)際工作溫度就得在電機內部安裝相應測溫元件，測溫元件大體上分為兩大類(lèi)，定值控制保護和非定值控制保護。

1  定值控制保護

定值控制保護是當電動(dòng)機內部監測點(diǎn)溫度超過(guò)規定值時(shí)，測溫元件動(dòng)作，電動(dòng)機立即斷電。定值傳感元件通常有兩種，雙金屬片開(kāi)關(guān)（即熱敏開(kāi)關(guān)）傳感和PTC熱敏電阻傳感。

1.1熱敏開(kāi)關(guān)

熱敏開(kāi)關(guān)是開(kāi)關(guān)型雙金屬片熱敏元件，一般K1、K2、K3熱敏開(kāi)關(guān)分別預埋在電動(dòng)機A、B、C三相線(xiàn)圈中，當電動(dòng)機三相線(xiàn)圈中任一相溫度達到控溫點(diǎn)溫度時(shí)，所在這一相的開(kāi)關(guān)就斷開(kāi)，電磁開(kāi)關(guān)K失電，同時(shí)電動(dòng)機就斷電，從而防止電動(dòng)機燒毀。當然也可以將熱敏開(kāi)關(guān)放在電動(dòng)機軸承蓋上，和電動(dòng)機線(xiàn)圈的熱敏開(kāi)關(guān)串聯(lián)，當某一軸承溫度上升到規定值（如90℃）時(shí)，該點(diǎn)熱敏開(kāi)關(guān)斷開(kāi)， K失電，電動(dòng)機斷電。

熱敏開(kāi)關(guān)的額定開(kāi)關(guān)溫度在60℃-200℃范圍內（每5℃成系列），額定電壓為AC 220V 50Hz，額定電流有3A、17A等規格。選型時(shí)應結合預期的控溫點(diǎn)溫度確定型號，如YX3-280M-4選用MK1-145-DK-1000 40 40 1000(敏感元件、開(kāi)關(guān)1型、F級絕緣Tk選145℃、三支結構)，對于單相電機，可選用單支結構熱敏開(kāi)關(guān)直接切斷電機電源予以保護電機。熱敏開(kāi)關(guān)控制保護原理見(jiàn)圖1所示。

（圖1）熱敏開(kāi)關(guān)控制保護原理圖

1.2 PTC熱敏電阻

PTC熱敏電阻體積小、熱容量小、反應速度快，適用于電動(dòng)機的欠電壓、過(guò)電壓、過(guò)載及缺相等故障的保護，但使用時(shí)必須配有專(zhuān)用的電動(dòng)機保護器（如GRB電機保護器）。一般R1、R2、R3熱敏電阻分別預埋在電動(dòng)機A、B、C三相線(xiàn)圈中，當電動(dòng)機三相線(xiàn)圈中任一相溫度達到控溫點(diǎn)溫度時(shí)，所在這一相的熱敏電阻值迅速上升到3000Ω以上（常溫阻值為小于100Ω），GRB保護器內無(wú)弧繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作，帶動(dòng)主控制回路切斷電源，PTC熱敏電阻也可以用來(lái)保護軸承。熱敏電阻的溫度在80℃-180℃范圍內（每5℃成系列），最大工作電壓為DC 30V，電機保護器工作電壓為AC 220V 50Hz。不同絕緣等級的電機應選用不同Tk的熱敏電阻，如YX3-280M-4電機選用MZ6-150-DK-1000 40 40 1000(敏感元件、開(kāi)關(guān)溫控型、F級絕緣Tk選150℃、三支結構)。PTC熱敏電阻控制保護原理見(jiàn)圖2所示。

（圖2）熱敏電阻控制保護原理圖，以DJB-1型電機保護器為例

2 非定值控制保護

非定值控制保護是實(shí)時(shí)顯示電動(dòng)機內部監測點(diǎn)的實(shí)際工作溫度，再根據電動(dòng)機的運行情況加以控制。非定值傳感元件通常有兩種，是熱電阻傳感和熱電偶傳感。

2.1熱電阻傳感器

熱電阻非定值控制保護是利用熱電阻的線(xiàn)性變化原理，即溫度每升高1℃，其阻值也等量升高（如PT100為0.385Ω/℃），將此信號送入KLB儀表，其儀表根據阻值變化量轉換成溫度顯示。這樣KLB每時(shí)每刻監視電動(dòng)機的某點(diǎn)溫度變化（通常為前后軸承各一支，線(xiàn)圈A、B、C三相各一支）。當某一點(diǎn)熱電阻傳感元件溫度超過(guò)設定值時(shí)報警或電動(dòng)機斷電，從而防止電動(dòng)機燒毀。電機中一般使用三芯線(xiàn)PT100，兩根同色的為同一線(xiàn)，可接同一點(diǎn)，其中任一根都可為補償線(xiàn)。如常用的WZP-3×16-T(WZP表示PT100，3×16表示傳感體直徑×長(cháng)度，T表示陶瓷封裝)，WZPM為軸承鉑熱電阻，使用時(shí)將電機軸承室打一通孔并攻相應絲扣，再將鉑熱電阻安裝牢固，使得傳感器端面接觸到軸承外環(huán)上。PT100鉑熱電阻控制保護原理見(jiàn)圖3所示。

（圖3）鉑熱電阻非定值控制保護原理圖，以KBL智能儀表為例

2.2熱電偶傳感器

熱電偶非定值控制保護是利用熱電偶在不同溫度下產(chǎn)生不同的電動(dòng)勢原理，將此信號送入KLB儀表，該儀表根據電動(dòng)勢的大小轉換成溫度值顯示。這樣KLB時(shí)刻監視電動(dòng)機的某點(diǎn)溫度變化（通常為前后軸承各一支，線(xiàn)圈A、B、C三相各一支）。當某一點(diǎn)熱電偶傳感元件超過(guò)設定值時(shí)報警或電動(dòng)機斷電，從而防止電動(dòng)機燒毀。

3  測溫元件性能對比

3.1 定值保護與非定值保護

以上兩種控制保護在安裝及成本上有很大差別，但在保護性能上差別不是很大，具體對比見(jiàn)下表：

3.2熱敏開(kāi)關(guān)與PTC熱敏電阻
 熱敏開(kāi)關(guān)結構簡(jiǎn)單，性能可靠，直接串聯(lián)在電磁開(kāi)關(guān)上就可以工作。熱敏電阻必須接一個(gè)GRB保護器，所以成本較高，但熱敏電阻體積小，熱容量小，反應速度要比熱敏開(kāi)關(guān)快，因此在缺相及電動(dòng)機內部短路故障上要優(yōu)于熱敏開(kāi)關(guān)，具體對比見(jiàn)下表：

3.3 熱電阻和熱電偶性能對比
   熱電阻和熱電偶保護在性能及成本上有所差別，具體見(jiàn)下表：

銅熱電阻WZCD成本也很低，但它的使用溫度只在-40℃～150℃范圍內，所以電動(dòng)機的絕緣等級在F級以上的很少使用。 

4 保護裝置選型的基本原則 

目前，市場(chǎng)上電動(dòng)機保護產(chǎn)品未有統一標準，制造廠(chǎng)商為滿(mǎn)足用戶(hù)不同的需求派生出很多的系列產(chǎn)品，種類(lèi)繁多給廣大用戶(hù)選型帶來(lái)諸多不便，用戶(hù)在選型時(shí)應充分考慮電動(dòng)機保護的實(shí)際需求，合理選用電機保護裝置，既能充分發(fā)揮電動(dòng)機的過(guò)載能力，又有良好的保護效果，從而提高電力拖動(dòng)系統的可靠性和生產(chǎn)的連續性。具體的功能選擇應綜合考慮電機本身的價(jià)值、負載類(lèi)型、使用環(huán)境、電機主體設備的重要程度、電機退出運行是否對生產(chǎn)系統造成嚴重影響等因素，理想的保護裝置不是功能最多，也不是所謂最先進(jìn)的，而是應該滿(mǎn)足現場(chǎng)實(shí)際需求，做到經(jīng)濟性和可靠性的統一，在能滿(mǎn)足保護要求的情況下首先考慮最簡(jiǎn)單的保護裝置，只有當簡(jiǎn)單的保護裝置不能滿(mǎn)足要求或對保護特性提出更高要求時(shí)，才考慮使用復雜的保護裝置。

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