異步電動機的保護

異步電動機在工農業生產中越來越得到廣泛的應用，由于使用不當或異步電動機自身原因，在實際中會出現很多故障。為了避免出現故障，引起燒毀異步電動機事故的發生，提高我們的生產生活效率，必須很好的對它加以保護。由于異步電動機的保護是一個復雜的問題，在實際應用中應根據電動機的容量、型式、控制方式和配電設備等不同來選擇相應的保護裝置及啟動設備。

電動機的保護與控制關系

電動機的保護往往與控制方式有一定關系，即保護中有控制，控制中有保護。如電動機直接起動時，起動電流往往是額定電流的4—7倍。這么大的起動電流若由接觸器或斷路器來控制，則電器的觸頭應能承受起動電流接通和分斷考驗，此外還應考慮對母排的沖擊和上一級開關的影響。對中小容量的電動機常常采用直接起動的方式，所采用的接觸器和斷路器能經受起動電流的沖擊，不會引起觸頭磨損加劇或損壞電器事故的發生。但對于大容量的異步電動機，實際中就不能采用上述方法的，因此實際中常采用降壓起動的方法。傳統的降壓起動采用星—角降壓方法，但此種方法控制比較復雜，起動中的保護與正常運行中的保護采用兩種電路，為此需要有一個轉換的電路，接線相當煩瑣。隨著電子技術的發展，軟啟動器是一種很好的降壓起動，接線簡單，可設置起動數據，實現平滑起動。

電動機的控制還采用無觸點的控制方式，即采用軟啟動控制系統。電動機的主回路采用晶閘管來接通或分斷，有時為了避免在晶閘管元件上出現的持續損耗，正常運行中采用真空接觸器承受主回路上的負載（并聯在晶閘管上），這種控制有程控或非程控的，近控或遠控；根據電子線路，容易做到。

電動機的損壞主要是繞組過熱或絕緣降低引起的。繞組過熱的原因往往是由于流經繞組的電流過大引起的。

異步電動機的故障

異步電動機的故障大體分為兩部分，一部分是機械的原因，例如軸承或風葉的損壞，另一部分是電磁故障。二者互為關聯，如軸承的損壞能引起電動機的過載甚至短路，風葉的損壞使電動機的繞組散熱困難，溫升提高，絕緣降低。電磁故障原因有很多，如電機的過載、短路、欠壓都能引起電動機的受損，其中短路的危害更大。引起電動機過載的原因除了上述以外，還有下面的原因。

1)   周圍環境溫度過高，散熱條件差；

2)   電動機大起動電流起動時間過長；

3)   電動機的長期低速運行；

4)   電動機的頻繁起動、制動等。

引起電動機短路的原因主要是絕緣受到破壞。

前面所敘述的是異步電動機在起動中的保護，它在運行中有很多保護。

異步電動機運行保護

異步電動機運行中的保護主要有短路保護、過載保護和失壓保護。電動機的繞組絕緣、導線絕緣、或線路發生短路時在電路中會出現很大的短路電流，后果引起線路電壓急劇降低，短路電流流過電動機的定子繞組還會燒毀電動機。為了避免線路和電動機的損失，必須將短路切斷。常用的保護元件有熔斷器和斷路器。熔斷器作電動機的短路保護時，可能出現只有一相熔斷器燒毀而導致電動機出現的單相故障，因此常使用斷路器作為短路保護，可避免出現的單相，此外還具有過載保護功能。以后詳加敘述。過載保護常使用熱繼電器。零壓保護防止由于突然停電使電動機停運，電壓恢復電動機自行啟動而造成的事故的。失壓保護是由于電壓降低引起的電動機轉速降低、，電流增加，為此電源電壓降至某一數值必須切斷電源，實現失壓保護，一般電路中接觸器具有欠壓保護功能，電源電壓降至一定值時，接觸器釋放，切斷電動機的電源。

無論何種保護，對電動機的保護主要有電流、溫度檢測兩大類型。下面分別介紹：

1、電流檢測型

（1） 熱繼電器：兩種不同熱膨脹系數的雙金屬片，利用機械碾壓在一起，一端固定，另一端為自由端。當雙金屬片的溫度升高時，由于兩種金屬的熱膨脹系數不同，所以它將彎曲。熱繼電器串接在電機的定子繞組中，當電機正常運行時，熱繼電器產生的熱量使雙金屬片，但不足以使熱繼電器動作；當電機過載時，熱繼電器產生的熱量增大，使雙金屬片的彎曲加大，經過一段時間后，雙金屬片推動導板，通過補償雙金屬片與推桿，將觸點斷開或接通，使接觸器失電，保護了電動機避免過載。利用負載電流流經標準的電阻元件，熱繼電器的雙金屬片加熱后產生彎曲，從而使熱繼電器的觸點在電動機繞組燒壞之前動作，熱繼電器的動作特性與電動機繞組的允許過載特性十分接近。熱繼電器的動作時間的準確性一般，）熱繼電器可以實現對電動機的過載保護，整定值一般根據電動機的額定電流進行整定，動作曲線為反時限特性曲線。熱繼電器除具有溫度補償外，還具有斷相保護和負載不平衡保護等功能。

（2） 帶有熱—磁脫扣器的電動機保護用斷路器，可以對電動機實行短路保護。結構及動作原理與熱繼電器相似，其雙金屬片彎曲后有的直接頂脫扣裝置，有的使觸點接通，但最后都將使斷路器斷開。熱—磁脫扣器適合中小容量電動機的短路保護，在實際使用中有施耐得的NS80H系列斷路器（適用于80KW以下）和NS100~NS250（適用于110KW以下），配有MA系列脫扣器，只有額定電流數值的設定，跳閘的時間對應于6倍的電流整定時間。

(3)電子式過電流繼電器通過內部各相的電流互感器檢測電流信號，經電子線路處理后執行相應的動作。電子線路變化靈活，動作功能多樣，廣泛應用于各類電動機的保護。

a)   具有多種保護功能。主要有3種：過載保護、過載保護+斷相保護、過載保護+斷相保護+反相保護。

b)   動作時間可選擇。

標準型（10級）：7.2In(In為電動機的額定電流)，動作時間為4~10s，用于標準電動機的保護。

速動型（10A級）：7.2In，動作時間為2~10s，用于潛水泵或壓縮電動機的過載保護。

慢動型（30級）：7.2In，動作時間為9~30s，用于鼓風機等起動時間長的電動機作過載保護用。

c)電流整定范圍廣，最大值與最小值之比可達3~4倍，甚至更大的數值（熱繼電器比                值為1.56）。

d)有故障顯示，由發光二極管顯示故障類型，便于維護。

（4）固態繼電器，，是一種無觸點的開關，組成由輸入（控制）電路、驅動電路和輸出（負載）電路三部分組成。利用電子元件的開關特性，達到無觸點，無火花，能接通和斷開電路的目的，反應快，壽命長，無噪聲，耐機械沖擊，是一種弱電控制強電。是一種從完成繼電器功能的簡單電子式裝置發展到具有各種功能的微處理器裝置，成本價格隨功能而異，最復雜的繼電器實際上只能用于較大型較昂貴的電動機或重要場合。主要功能有：

a)   最大的啟動沖擊電流和時間

b)   熱記憶

c)   大慣性負載的長時間加速

d)   斷相或不平衡相電流

e)   相序

f)   欠電壓或過電壓

g)   過電流運行

h)   堵轉

i)   電動機的繞組溫度和軸承溫度

j)   超速或失速

（5）帶有電子式脫扣器的電動機保護用斷路器，其動作原理同上述的電子類過電流繼電器或固態繼電器。主要功能有：電路參數顯示（電流、電壓、功率、功率因數），負載監控，多種保護特性（反時限、定時限及其組合），故障報警，試驗功能，自診斷功能，通信功能。電子式脫扣器具有的保護有短路保護、過負荷保護和缺相保護。設有旋鈕，可設定長延時保護整定值和長延時保護延時時間，二者曲線為反時限特性曲線，為過載保護；可設定短路保護整定值和短路保護延時時間，定時賢特性曲線，為短路保護；可設定瞬時短路保護和預警燈等。電子式脫扣器應用于大容量的電動機保護用，實際中經常使用施耐得的斷路器NS400~NS630，配帶的脫扣器STR22ME、STR43ME等。STR22ME具有以下功能：

a)過負荷保護Ir的動作值可調，脫扣10級（7.2Ir脫扣時間為7.0S）；

b) 缺相保護（延時時間在3.5S~6S）；

c)  ST（短延時）短路保護，固定脫扣電流整定值13Ir，固定時間延遲；

d)瞬時短路保護，固定脫扣電流整定值15In；

e) 其它功能，面板上具有負荷指示燈，I＜1.05Ir時熄滅，I≥1.05Ir時閃爍。

STR43ME面板指示脫扣類型：＞Ir時過載，＞Isd時短路故障。

（6）軟啟動的主回路采用晶閘管，故障檢測模塊用來完成對電動機啟動前后的故障檢測，如斷相、過熱、短路、漏電和不平衡負載等，并發出相應的動作指令，結構簡單，單片機可實現。

2、溫度檢測型

（1）雙金屬片溫度繼電器直接埋入電機繞組中，當電動機過載使繞組溫度升高至接近極限值時，帶有一觸頭的雙金屬片受熱彎曲，觸點斷開切斷電路。

（2） 熱保護器是裝在電動機本體上使用的熱動式過載保護繼電器，與溫度繼電器不同的是有2個觸頭的碗形雙金屬片，串接在主回路中，既有流過的過載電流使其發熱，又有電動機溫度使其升溫，達到一定數值后，雙金屬片瞬間動作，觸點斷開，電動機回路斷開，可用于小型的電動機的溫度、過載、斷相保護。

（3）檢測線圈測溫，電動機的定子每相埋入1~2個檢測線圈，用自動平衡式溫度計檢測溫度。

（4）熱敏電阻溫度繼電器，直接埋入電動機的繞組中，一旦超溫，電阻值急劇加大。

過載保護裝置與電動機的協調配合

（1）過載保護裝置的動作時間比電動機的起動時間略長，電動機過載保護裝置的特性只有躲開電動機的起動電流的特性，才能保證電動機的正常運轉；但其動作時間又不能太長，時間特性在電動機的熱特性之下，才能起到過載保護用。

（2）過載保護裝置瞬間動作電流應比電動機的起動沖擊電流略大，才能保證電動機的正常起動。

（3）過載保護裝置動作時間比導線的熱特性小一些，才能起到供電線路的后備保護功能。

過載保護裝置與短路保護裝置的協調

一般的過載保護裝置不具備分斷短路電流的能力，一旦運行中發生短路，需要由串在主回路中的短路保護裝置（斷路器或熔斷器）來切斷電流。若過載電流很小，屬于過載范圍，應由過載保護裝置切斷電路，兩者的動作時間應有選擇性，過載保護特性曲線應在短路保護特性曲線之上。

結束語

異步電動機的保護是涉及電氣設備正?？煽窟\行的關鍵之一，合理選擇步裝置至關重要。直接檢測電動機的繞組溫度來保護電動機的過載過熱是有效的保護方式，但由于直埋入電機繞組內部，價格昂貴，維修困難，僅在部分頻繁起動的場合應用，從經濟角度去分析，采用電流檢測型更為有利。熱繼電器目前仍是一種普遍的過載保護裝置，價格低廉，簡單可靠。對動作性能要求較高的昂貴的大容量電動機，采用電子式脫扣器或固態繼電器。對一般而言，采用熱—磁脫扣的電動機保護用斷路器更為實用。不論采用何種保護裝置，均應考慮保護裝置與電動機、保護裝置與短路保護裝置的協調性。