新型低压电动机综合保护装置原理与实现

李剑

摘要:低压电动机保护装置是整套工业生产自动化电动机拖动系统中的最重要的核心器件，可以实现工业自动化生产过程中电动机远程系统监控与控制的智能化管理，帮助用户及时了解电动机的运行状况，为电动机设备状态分析、负荷预测、电压合格率和配电规划等提供科学的依据。既可以实现工业自动化无人值班或少人值班的运行模式，又能够全面提高工业自动化变配电系统的供电安全性、先进性、可靠性和电能质量以及变配电电气火灾的预防，加强用电负荷控制和电能成本统计分析管理，具有良好的可靠性与实时性。做好低压电动机的保护与控制具有节能显著、提高生产效率和经济效益及保证安全生产的重要意义。

关键词：低压电动机；保护装置；原理

中图分类号：C35文献标识码： A

前言：

由于工业生产自动化及各种自动控制，顺序控制设备的出现，要求低压电动机经常运行在频繁的起动、制动、正反转、间歇以及变负荷等方式，电动机的运行要求越来越高，运行环境也越来越苛刻，同时由于电动机与配套机械在一起，当电动机发生故障时，经常波及生产系统，因此对电动机实行有效的保护是保证工业自动化生产的一项重要任务。

一．产品应用

低压电动机保护控制器集成了电动机的多种起动控制方案，监视电动机起动、运行以及故障异常时电动机的电参数，利用微处理器的快速处理能力，结合具体的电动机额定参数和用户整定的时间以及限值参数对电动机是否异常和故障类别进行正确判断和区别处理，确保工业自动化生产过程中电动机的安全运行，并通过测量窗口显示、发光指示、信号输出和通信总线等多种形式及时告之用户，同时低压电动机保护控制器的使用简化了工业自动化生产过程中传统的电动机二次控制保护电路，提供了完善的电动机控制和保护措施，作为智能化终端可实现基于多种总线方式的通信组网，实现分散控制保护和集中管理。低压电动机保护控制器的应用缩短了工业自动化工程周期，极大提高了设计与工业自动化生产过程中生产效率，同时降低了用户现场调试和维护工作量。

二．产品研究

低压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、农业和国防建设以及人民生活正常进行的重要保证，因而确保电动机的正常运行就显得十分重要，而在使用中造成电动机烧毁甚至引发重大安全事故的事件屡见不鲜，据不完全统计，全国每年仅因电动机烧毁所消耗的电量就达数千万kW·h，电动机烧毁的数量达20万台次以上，容量约0.4亿kW，因维修所耗的电磁线约5 000万kg，修理费达20亿元，而因停工停产所造成的损失更是一个无法估量的巨大数目。因此做好电动机的保护具有节能显著、提高生产效率和经济效益及保证安全生产的重要意义。

目前低压电动机保护控制器普遍是根据电流的大小来决定是否需要保护，这显然没有考虑到环境因素对电动机的影响。电动机是否需要保护其根本的判断依据应该是电动机绕组温度是否超过其绝缘等级，在相同电流的情况下，对于环境温度高的电动机其烧毁的可能性显然要大于环境温度低的电动机，这说明单纯通过电流的大小来判断电动机是否需要保护并不是十分科学的，不能达到对电动机在各种环境下的完全保护。

同所有的产品一样，低压电动机保护控制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，通过研发设计一款对低压电动机运行、控制、管理于一体的智能型低压电动机保护控制器，将激发生产工业控制智能化领域的工业革命。

三．产品设计

在设计中，对低压电动机保护控制器装置需重点解决电动机的智能化保护与控制、生产工艺过程控制、电动机智能维护、电动机运行负荷分析、故障预警及分析等关键技术，在产品设计过程中进行以下重点内容进行研究。

3.1产品应用设计

低压电动机保护控制器适用于保护交流50Hz，额定工作电压至660V的各种额定电流的电动机。对电动机的短路、堵转、过载、欠载、断相/不平衡、接地/漏电、过/欠电压、TE时间及外部故障等引起的危害予以保护，并具有测量、操作控制、诊断维护、报警输出、模拟量输出及网络通信（遥测、遥信、遥控、遥调）等功能，满足不同现场的需要。产品应用设计图如图1所示。

3.2产品硬件设计

低压电动机保护控制器采用独具匠心的软硬件设计：硬件采用高性能ADSP具有强大的实时信号处理能力，主频可达到400 MHz，同步采样模－数转换器，准确度高，响应快，同时采用大容量SDRAM储存器，记录故障发生时的电动机状态及数据，有效还原发生故障状态数据，其运行系统稳定性好又满足通信总线、系统管理和人机交互等软件比较复杂的功能。

3.3产品软件设计

软件部分的设计主要采用嵌入式C语言，在Visual DSP＋＋5.0编译环境中进行，结构清晰，方便升级和移植。程序框架以主程序为核心，包括初始化程序、自检、主程序、定时中断程序和各个功能模块子程序，各个子程序的功能在主程序中得到实现。

四．产品关键技术的应用

供配电系统的故障是不可避免的，电动机的再起动技术是对供配电系统故障后的补救措施之一，目的是进一步提高供配电系统对电动机供电的可靠性，保证生产连续化，因此要求用于电动机再起动技术的元件及设备的可靠性非常高，否则电动机再起动技术就失去了应有的价值。交流电动机普遍采用交流接触器作为起动开关，其操作电源也取自供电电源，当外部供电电源因短路、雷击引起的晃电使电源瞬间消失时，交流接触器则由于失去操作电源而断开，即使外部电源瞬间又恢复供电，电动机仍需人工干预才能恢复运转。为应对这种供电电源瞬时故障的一种高度智能化的新型电动机失电压再起动装置，通过对供配电系统的实时监控，能快速判断是否符合再起动条件，采用先进的嵌入式技术设计，体积小、接线简单，可以根据需要设定不同的自起动时间，满足实际生产工序要求；采用性能优异的低功耗微型单片机结合独特的电源设计，当外部供电电源瞬时消失时，有后备电池立即供电，对于大量集中使用小容量低压电动机的石化行业采用这一技术可以解决晃电带来的生产实际问题，当电网电压超低和断电时间小于整定时间时，只要电网恢复正常，电动机将自行恢复原运转状态。

国内某石化企业使用低压电动机保护控制器主要应用于保护型控制以及失电压（晃电）再起动功能，由于电网电压波动或雷击造成电网电压瞬时失电压，直接影响整个工艺化连续生产控制，此项目应用低压电动机保护控制器产品数量达到500多台，作为石油化工重点企业，生产连续性是企业的重点，在经历多次电网晃电故障中，低压电动机保护控制器在工艺自动化连续生产控制中发挥了重要作用，晃电时间最小达到了30 ms，实现生产过程中因电网电压晃电停机的电动机全部自动再起或分批集中再起，避免因电网故障引起工艺停产事故，减小人工干预次数，更好地提高生产效率，失电压（晃电）立即（分批）再起技术的应用达到了满意的效果。

结论:

从工业控制应用的低压电动机保护装置在未来发展趋势来看，低压电动机保护装置不仅限于保护、测量、控制于一体，应该具有电动机运行状况分析功能，作为电动机运行性能故障预警功能，显示接近实时的运行数据动态曲线，通过数据信息，工作人员可及时进行判断并进行相应处理，这样能辅助用户实时了解电动机的运行效率，掌控负荷能耗效率，用户可参考分析报告进行设备维护与检修工作，有利于提高生产效率，提高电动机保护装置智能化和功能化，这也是低压电动机保护控制装置未来的发展趋势。

参考文献：

[1]于梦瑶,于群,史建省,张智宇.电流互感器饱和对低压电动机保护的影响及对策[J].电力系统保护与控制,2014,(18).

[2]殷福才.低压电动机保护[J].科技创业家,2011,(5).