电动机保护器发展综述

张启龙

（兰州长城电工股份有限公司，甘肃兰州730000）

1 概述

电动机作为拖动系统中的重要组成部分在国民经济中占有举足轻重的地位，它的使用几乎渗透到了各行各业，是工业、农业和国防建设及人民生活正常进行的重要保证，确保电动机的正常运行十分重要，而在实际使用中造成电机烧毁甚至引发重大安全事故的事件屡见不鲜，因此做好电动机的保护对提高生产效率和经济效益，保证安全生产具有重要意义。

我国的电动机保护装置大约经历了全面仿苏、技术引进、跟踪开发自行设计、电子式、智能化发展等几个阶段。值得一提的是由于近年来微处理器技术的发展，给电动机保护器向智能化、多功能化方向发展提供了硬件平台，使得电动机保护进入了一个飞速发展的阶段。

电动机的保护往往与其控制方式有一定关系，即保护中有控制，控制中有保护。如电动机直接起动时，往往产生4—7倍额定电流的起动电流。若由接触器或断路器来控制，则电器的触头应能承受起动电流的接通和分断考核，即使是可频繁操作的接触器也会引起触头磨损，以致损坏电器；对塑料外壳式断路器，即使是不频繁操作，也很难达到要求。因此，使用中往往与起动器串联在主回路中一起使用，此时由起动器中的接触器来承载接通起动电流的考核，而其它电器只承载通常运转中出现的电动机过载电流分断的考核，至于保护功能，由配套的保护装置来完成。

2 全面仿苏阶段

五十年代初引进苏联技术开发的JR0—16系列热继电器是金属片机械式电动机过载保护器。它在保护电动机过载方面具有反时限性能和结构简单的特点。但存在功能少、无断相保护，对电机发生堵转、长期过载、频繁起动等故障不起保护作用。这主要是因为热继电器动作曲线和电动机实际保护曲线不一致，失去了保护作用。且重复性能差，大电流过载或短路故障后不能再次使用，调整误差大、易受环境温度的影响误动或拒动，功耗大、耗材多、性能指标落后等缺陷。

3 技术引进阶段

八十年代初期引进从法国TE公司引进的LR1系列，ABB公司引进的T系列，从西门子引进的3UA5、3UA6系列等双金属片式热过载继电器，具有结构简单、成本低廉、体积小、使用方便的优点。但也存在保护功能单一、精度低、动作不稳定、发热时间常数小等缺陷。

4 跟踪开发自行设计

JRS4-d系列双金属片热过载继电器，是国内一些知名的低压电器制造企业跟踪国外先进技术自主开发，它除结构简单、成本低廉、体积小、使用方便等优点外，它还具有断相保护、温度补偿及负载不平衡保护功能等。

热过载继电器利用负载电流流过经校准的电阻元件，使双金属热元件加热后产生弯曲，从而使继电器的触点在电动机绕组烧坏以前动作，其动作特性与电动机绕组的允许过载特性接近。但是热过载继电器的发热时间常数小，对于大惯量重载起动的电动机非常不适应，常采用起动时短接热继电器的方法，这样不但使控制系统结构复杂、成本增加，同时也存在了保护的死区，有的为了避免起动时误动作，调大整定电流，使保护形同虚设。在电子业尚不发达的时代曾是电动机过载保护的首选产品，但热过载继电器存在致命的缺陷，包括检测元件是双金属片，由于起动电流及过载电流冲击，很容易使双金属片产生疲劳效应，造成刻度值偏移，动作不稳定，电流整定粗糙、受环境影响大、重复性差、误差大及功能单一等，已无法满足越来越高的现代控制系统的要求。

5 电子式热继电器

电子式热继电器通过内部各相电流互感器检测故障电流信号，经电子电路处理后执行相应的动作。电子式热继电器，检测元件一般采用电流互感器，不存在发热问题，其动作稳定性与热继电器相比有了质的飞跃。由于电流互感器采用了速饱和电流互感器，故一般具有冷态时允许起动时间长，热态时过载动作迅速的特点。这正好与工矿企业的电动机实际保护要求相匹配，更能可靠地保护电动机过载。具有穿芯式结构和接线式结构两种，穿芯式结构不但具有使用方便，与主回路完全隔离，既不会影响主回路，又提高了自身的可靠性。同时，又彻底解决了接线端子发热的问题，且互换性好。但目前国内外一般只有大规格电子式热继电器采用穿芯式，而小规格只能采用接线式。电子式热继电器已由晶体管发展到集成电路至今已发展到微处理芯片厚模电路，从功能上一般分为断相保护、综合保护、温度保护等。具有节能、动作灵敏、精确度高、耐冲击振动、重复性好、保护功能齐全、功耗小等优点。其特点是如下。

5.1 多种保护功能

多种保护功能，主要有三种：过载保护；过载保护+断相保护；过载保护+断相保护+反相保护。

5.2 动作时间可选择

动作时间可选择（符合GBl4048.4-2003标准）。标准型（10级）：7.2In（In为电动机额定电流），4-1Os动作，用于标准电动机过载保护；速动型（10A 级）：7.2In时，2-1Os动作，用于潜水电动机或压缩电动机过载保护；慢动型（30级）：7.2In时，9-30s动作，用于如鼓风机、水泵等电动机起动时间长的过载保护。

5.3 电流整定范围广

电流整定范围广。其最大值与最小值之比一般可达3-4倍，甚至更大倍数（热继电器为1.56倍），特别适用于电动机容量经常变动的场合（例如矿井等）。

5.4 有故障显示

有故障显示。由发光二极管显示故障类别，便于检修。

5.5 有热记忆功能

电子式热继电器解决了热过载继电器功能单一的问题，新产生了需工作电源的弊端。虽然电子线路放大、驱动需工作电源的要求在情理之中，但是对电子式热继电器的应用带来了一系列的问题，如用户使用前必须认准电源接线端子，了解电源电压等级等诸多不便。另外，由于电子式热继电器需要连续工作，这样因电网电压的波动、干扰、自身的发热等因素，使其的故障率也很高。另外，电子式热继电器由于执行元件采用电磁式继电器，存在了两个难以克服的矛盾。一是采用继电器的常开触点实行保护方案，其特点主回路不工作时触点常开，所以其触点必须串接于接触器的自保回路，这样既使用户感到安装不便，又无法用于自动控制的电路；二是用继电器的常闭触点动作实行保护方案，虽然其控制触点可象热过载继电器一样直接串接于控制回路，但由于其自动复位，同样也无法适用于自动控制系统。这大大限制了电子式热继电器的使用范围。一方面替代热过载继电器时需改变控制线路，另一方面不能使用于因无人看守、长期工作、故障率相对较高的需自动控制的设备如水泵、压缩机等。

6 智能型电动机保护器

随着微电子技术的发展，电动机保护器正朝着综合化、高精度、高可靠、智能化方向发展。智能型电动机保护器主要以单片机作为控制器，可实现电动机的智能化综合保护，有的还具有远程通讯功能，可在PC机上实现对多台联网的电动机实现在线综合监视与控制。在采样和整定精度方面有质的飞跃，可对采样信号进行软件非线性校正，并可实现真有效值计算，从而极大地降低了被测信号波形畸变的影响，真正实现了高精度采样。在整定方面采用数字设定，通过键盘由用户自行现场设定，不存在误差，还可为过载保护设置多条更科学的反时限曲线。因为采用了单片机就使得在相同硬件条件下集多种功能与一体的综合保护器的出现成为可能。其特点是：

①检测线电流的变化（包括采取、正序、负序、零序和过流）为原则，可检测断相或过载信号，具有断相保护、过载保护、堵转保护等功能。

②具有遥测、遥控、遥调、通讯与一体的智能保护功能，对电动机发生断相、过载、短路、欠压、过压和漏电等故障时实现保护；具有电流电压显示、时间控制、软件自诊断、来电自恢复、自起动顺序、故障记忆、自琐和远传报警、故障时的电流电压故障显示等，配置RS485通讯接口，实现计算机联网。同时可监控、监测多台电动机工作。

③采用交流采样技术、多点线性校正技术、量程自动切换技术，使其在电流测量范围内都能保持很高的采样精度。

7 结束语

同所有的产品一样，电动机保护器经历了由低级到高级、由简单到复杂逐渐科学完善的发展过程，在这个过程中一批批技术人员倾注了大量的热情与心血。虽然电动机保护器已发展到了微电子智能型时代，但对电动机保护器的课题的研究还有待于进一步提高。