〔
摘要〕
由于電動機設計
、
制造
、
使用和控制等方面的原因
,
傳統的保護措施已不能可靠有效地保護現代電動
機
,
本文就電動機保護的對策提出了建議和展望
。
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摘要〕
由于電動機設計
、
制造
、
使用和控制等方面的原因
,
傳統的保護措施已不能可靠有效地保護現代電動
機
,
本文就電動機保護的對策提出了建議和展望
。
〔摘要〕 由于電動機設計、制造、使用和控制等方面的原因,傳統的保護措施已不能可靠有效地保護現代電動機,本文就電動機保護的對策提出了建議和展望。
一、緒言
三相交流異步電動機因其結構簡單、成本低廉、運行可靠、維護方便得到了廣泛的應用。為了進一步降低生產成本,提高經濟效益,必須設法延長電動機的使用壽命。除了正確使用外,??動機的保護問題應該引起足夠的重視。某種程度上講,電動機的保護與電動機的設計制造、控制使用同等重要。 二、電動機保護的現狀及不足電動機傳統的保護措施是基于電熱原理和電磁原理。電熱原理就是電流的熱效應原理,當電流通過導體時就產生熱量。用熱繼電器實現的過載保護和用熔斷器實現的短路保護就是電熱原理的典型應用。電磁原理就是電磁感應,當電流通過線圈時就產生磁場,而用欠壓繼電器或接觸器實現的欠壓、失壓保護,用過電壓繼電器實現的過壓保護以及用電流繼電器實現的過流、欠流(磁)保護則是電磁原理的應用實例。自動開關或斷路器至多不過是以上各種保護的綜合應用。
傳統的保護可謂**、周到。然而科技的發展和生產的現代化推動了電動機設計制造技術和生產使用的發展,而采用了現代科技設計制造并且在生產現代化和控制自動化條件下使用的電動機又對電動機的保護提出了更高更新的要求,這就使得電動機傳統的保護方式捉襟見肘,疲于應付。
從電動機的設計制造情況來看,由于采用了新技術、新工藝和新材料,電動機的設計思想已走向所謂“極限設計法”,即在增加輸出功率、輸出轉矩的同時,電動機的體積、重量不斷減小。現代電動機與30年代相比,體積相對減少約1/3,重量已不到原來的1/2。體積和重量的減小說明電動機熱容量的減小和耐熱限度的下降,這就意味著現代電動機的額定電流IN、起動電流IST與耐熱限度電流(允許過載電流)IMAX的差值與傳統電動機相比已明顯減小。傳統
的保護措施要么檢測不出這一量值的變化而保護不了電動機,要么過早地保護了電動機而使電動機在不該停車時斷電停車,然后查找排除故障,再起動電動機,這就不能充分發揮電動機允許的過載能力,也縮短了電動機的使用壽命,降低了勞動生產率。
從現代電動機的使用和運行情況來看,由于各種自動控制設備的使用,生產過程的自動化程度明顯提高,這就使得電動機經常運行在頻繁起動、頻繁換向、頻繁制動、間歇負載及變負荷狀態下,工作條件非常惡劣。電動機的發熱情況與其所受到的電動力和熱力的沖擊相比相當懸殊,即電動機的發熱情況由于持續時間的關系可能達不到傳統保護裝置動作保護的程度,但電動機所受到的電動力和熱力的沖擊卻已相當的嚴重。而電動機的壽命和效率正與它所受到的沖擊的次數(起動頻率)和持續時間密切相關。這樣,傳統的保護裝置就難以有效的起到保護作用。
由此可見,傳統的保護方式已不能滿足現代化生產條件下電動機的現實需求。而我們也不能在電動機的設計制造方法上緣木求魚,也不能在電動機的控制使用上削足適履。那種靠一味增加材料尺寸而擴大電動機容量的設計思想已不適用;靠主觀改善電動機運行條件、減少沖擊次數的想法也只能是一廂情愿。采用新的保護方式、設計新的保護裝置來保護現代電動機已迫在眉睫。這在國外已是電機技術研究開發的新領域、著重點,并且有大量的應用。而在我國,傳統的保護方式仍在大量使用,新的保護方式的研究開發和應用起步晚、發展較慢,但從目前形勢來看已是大勢所趨,勢在必行了。 三、電動機保護新的對策及展望科技的發展永無止境,總是一浪高過一浪。既然它能帶動電動機設計制造技術和控制使用自動化的發展,它必然也能帶動電動機保護技術的發展。現代科學技術為電動機保護技術的發展提供了無比廣闊的途徑,主要體現在下述幾個對策或發展方向上。
11設計、制造、控制和保護的一體化。在設計電動機時,就要預先考慮到它的保護問題;在制造電動機的同時就應該考慮制造安裝保護裝置。檢測元件由電動機殼外進入殼內,因為檢測的不再是電流,而是溫度;檢測部位不再是機外進線,而是電動機的工作繞組。設計電動機的控制電路時應優先考慮保護電路和保護裝置的選用和配合。
21保護功能原理上的綜合比。傳統的保護方式,保護功能單一,一個裝置只能起一種保護作用,這勢必導致控制的復雜化和工作可靠性的降低。即便像自動開關或斷路器這樣的多功能保護裝置,也只是簡單的空間包容、物理綜合;而現代的保護裝置應該是一專多能,一個元件或一個電路就能實現多種功能。比如熱敏電阻,不管是過載、短路、缺相、斷相,還是電熱沖擊,它只檢測溫度就可以了;又如晶體管集成電路,不管是出了什么故障,它只處理接收到的電位信號就可以了。
31保護原則的多樣化。傳統的保護原則主要是電熱、電磁原則;而現代的保護措施則大量采用非電原則,如對溫度、時間、頻率、壓力等非電量進行檢測,然后轉變成弱電信號再做處理。
41采用新型材料。現代電動機工作時繞組電流密度顯著增大,繞組溫度增長速率比過去大好幾倍,這就要求保護裝置不能只粗略地檢測電流、熱量,而要檢測溫度的變化;溫度檢測元件必須具有更小的發熱時間常數,這樣保護裝置才有更高的靈敏度和精度。新型PTC熱敏電阻就是這樣一種檢測元件。另外如用軟磁鐵氧體MXO-2000型錳鋅磁
環做成的電流互感器,它可以檢測出三相電流微小的不平衡量。隨著數字技術的發展和普及,在電動機保護中采用固態集成電路和微處理器作為電流、電壓、時間、頻率、相位和功率等方面的檢測將成為一個主要的發展方面。
51檢測部位的變化。對于頻繁起動、換向、制動和負載起動的大容量電動機,它們的轉子繞組溫升比定子繞組溫升高,較好的辦法是檢測轉子繞組溫度。國外已有紅外線保護裝置的實際應用,它用紅外線溫度計從機殼外檢測轉子溫升并加以保護。另外,由于軸承故障造成電動機過載、繞組溫度升高的現象也比較普遍,檢測軸承異常情況就可以避免電動機過載發熱。通過軸承的溫度、振動、油膜和聲音的變化可以早期發現異常情況,并發出警報,進而切斷電動機的電源而保護了電動機。
總之,傳統的保護方式是當時條件下適應傳統電動機生產方式的措施,必然有其局限性;而現代電動機必須采用現代化的保護方式。這些保護方式的研究、開發和利用雖已初見端倪,但遠未完善,廣大電機科技工作者任重道遠,通過研究、實踐,再研究、再實踐,一定能解決好生產中電動機的保護問題,為我國經濟的發展做出更大的貢獻。