電動(dòng)機(jī)保護(hù)器電路原理圖一

電動(dòng)機(jī)保護(hù)器是經(jīng)典的電機(jī)星三角啟動(dòng)方式，主要是電動(dòng)機(jī)保護(hù)器工作原理是保護(hù)熱繼電器，若使用熱繼電器對(duì)大型電機(jī)作保護(hù)，就會(huì)使大電線出現(xiàn)斷點(diǎn)，也就是進(jìn)出熱繼電器的螺絲接線問(wèn)題，容易出現(xiàn)發(fā)熱點(diǎn)和故障點(diǎn)。如果不用熔斷器和熱繼電器，而采用電機(jī)綜合保護(hù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楸Ｗo(hù)器是穿心式，就可以減少大電線的斷點(diǎn)，從而減少發(fā)熱點(diǎn)和故障點(diǎn)。

在圖1中，按下SB2，保護(hù)器得電工作，接觸器KM線圈得電吸合。電動(dòng)機(jī)M得電開(kāi)始工作，通過(guò)KM輔助觸點(diǎn)和保護(hù)器內(nèi)繼電器常閉觸點(diǎn)K繼續(xù)給KM線圈和保護(hù)器供電，實(shí)現(xiàn)電路自鎖。電動(dòng)機(jī)工作后，保護(hù)器內(nèi)的電感線圈L1~L3產(chǎn)生感應(yīng)電，分別經(jīng)圖2中D1~D3半波整流、C1~C3濾波后變成直流電壓信號(hào)，通過(guò)電阻R1~R3加到三極管V1~V3的基極，V1~V3導(dǎo)通。斷相指示燈LED1滅，R5上端電壓等于保護(hù)器工作電壓，使D6處于反偏截止?fàn)顟B(tài)，雙時(shí)基集成電路NE556的⑥腳TL1端和②腳TH1端均為高電位，處于復(fù)位狀態(tài)，⑤腳Q1端輸出低電平。繼電器K不動(dòng)作。L4產(chǎn)生的感應(yīng)電經(jīng)D4半波整流，C4濾波后通過(guò)RP1滑動(dòng)觸點(diǎn)、R7、R9、C6加到NE556的⑧腳TL2端和12腳TH2端。由于電容器兩端電壓不能突變。通電瞬間C6兩端電壓為0V（只要低于K2端所接穩(wěn)壓二極管DZ穩(wěn)壓值的1/2即2。35V），TL2端獲置位信號(hào)，Q2端輸出高電平，運(yùn)行指示燈LED3亮。如果電動(dòng)機(jī)工作電流正常，L4產(chǎn)生的感應(yīng)電就會(huì)很小，C6的充電電流也就很小，C6兩端的電壓就始終低于DZ的穩(wěn)壓值4。7V，確保TH2端不會(huì)獲得復(fù)位信號(hào)。

保護(hù)原理：

1、斷相保護(hù)

當(dāng)三相交流電源中任意一相斷（缺）相時(shí)，相應(yīng)的電感線圈失去感應(yīng)電壓。V1~V3中相應(yīng)的三極管截止，此時(shí)斷相指示燈LED1亮。給出斷相指示。由于R5的阻值較小，其電壓降低于保護(hù)器工作電壓的1/3，所以NE556的TL1端獲置位信號(hào)，Q1端輸出高電平，繼電器線圈K得電吸合，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷圖1中自鎖回路，KM、保護(hù)器失電停止工作。由于V1、V2、V3的集電極與發(fā)射極串聯(lián)連接，構(gòu)成一個(gè)三輸入端的與門(mén)電路，只要三個(gè)輸入端中有一個(gè)輸入電平為低，輸出就截止。

2、過(guò)載保護(hù)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作電流就會(huì)增加，同時(shí)L4產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也增加，C4兩端的電壓也隨之增加。該電壓經(jīng)RP1的滑動(dòng)觸點(diǎn)、R7、R9對(duì)C6進(jìn)行充電，當(dāng)C6兩端電壓大于穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)壓值4。7V時(shí)，NE556的TH2端獲復(fù)位信號(hào)，Q2端輸出低電平，運(yùn)行指示燈LED3熄滅，過(guò)載指示燈LED2亮。這時(shí)，13腳D2端導(dǎo)通接地，C6通過(guò)R9開(kāi)始放電。當(dāng)C6兩端電壓低于DZ穩(wěn)壓值時(shí)。TL2端又獲置位信號(hào)。Q2端又輸出高電平，D2端又截止，C6再次充電。當(dāng)C6兩端電壓高于DZ穩(wěn)壓值時(shí)，TH2端再次獲得復(fù)位信號(hào)，Q2端再次輸出低電平。這樣，D2、TL2、TH2、C6、R9等構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器，使運(yùn)行指示燈LED3和過(guò)載指示燈LED2交替閃亮。給出過(guò)載指示。與此同時(shí)，C5通過(guò)D7、R8、RP2、NE556的Q2端進(jìn)行斷續(xù)充電。隨著充電電流的減小，C5負(fù)端的電壓逐漸降低。當(dāng)?shù)陀诒Ｗo(hù)器工作電壓時(shí)，NE556的TL1端獲置位信號(hào)，Q1端輸出高電平，K得電吸合，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM、保護(hù)器失電停止工作。

3、過(guò)壓保護(hù)

當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作電流隨之增加，于是L4產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也同時(shí)增加，隨后的保護(hù)過(guò)程與過(guò)載保護(hù)過(guò)程相同。使用電動(dòng)機(jī)保護(hù)器時(shí)必須注意控制線路的接線問(wèn)題，以確保機(jī)器的正常運(yùn)行，根據(jù)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器原理來(lái)它可以代替斷路器、接觸器、熱繼電器、熔斷器等低壓電器的一項(xiàng)產(chǎn)品。

電動(dòng)機(jī)保護(hù)器電路原理圖二

圖1、用熱繼電器組成的電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)電路

熱繼電器FR1串接于主電路中，F(xiàn)R1的常閉觸點(diǎn)串接于控制回路，過(guò)載故障發(fā)生時(shí)，F(xiàn)R1控制觸點(diǎn)斷開(kāi)，交流接觸器KM1線圈失電，KM1開(kāi)斷，起到過(guò)載停機(jī)保護(hù)作用。

1、電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)生的故障和保護(hù)特點(diǎn)：

1）電動(dòng)機(jī)的過(guò)載

電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要工作參數(shù)即額定工作電流，在定額電流以內(nèi)運(yùn)行，為安全工作區(qū)。機(jī)械負(fù)載或供電電壓變化，都會(huì)引起工作電流的變化，出現(xiàn)異常情況時(shí)使電動(dòng)機(jī)過(guò)載，轉(zhuǎn)速下降，電動(dòng)機(jī)繞組中的電流增大，超過(guò)額定工作電流，繞組溫度升高。過(guò)載運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組絕緣老化、縮短電機(jī)使用壽命，嚴(yán)重時(shí)使繞組絕緣擊穿造成短路，繞組起火燒毀等故障。電動(dòng)機(jī)的過(guò)載運(yùn)行，指轉(zhuǎn)差率增大由過(guò)流引起繞組異常溫升，所以又稱為過(guò)流運(yùn)行。

電動(dòng)機(jī)的過(guò)電流大小與過(guò)電流時(shí)間之間的關(guān)系稱為過(guò)載特性。在實(shí)際運(yùn)行中，電機(jī)短時(shí)過(guò)載和較低程度的過(guò)載，是難以避免的，也是可以允許的，過(guò)電流大小和過(guò)電流允許時(shí)間呈反比，稱為反時(shí)限保護(hù)特性，見(jiàn)下圖。

圖2電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)反限保護(hù)特性曲線

過(guò)載保護(hù)運(yùn)行閥值的整定點(diǎn)在電動(dòng)機(jī)額定電流的0.95～1.05左右，即運(yùn)行電流在額定電流的1.1倍以下時(shí)，電動(dòng)機(jī)能長(zhǎng)期運(yùn)行不應(yīng)該產(chǎn)生保護(hù)停機(jī)動(dòng)作；過(guò)載程度繼續(xù)加大時(shí)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)隨過(guò)流程度而縮短。一般認(rèn)為，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為額定電流的4～7倍，保護(hù)動(dòng)作應(yīng)該既能避開(kāi)正常的起動(dòng)電流，又能在過(guò)載時(shí)，實(shí)施有效的停機(jī)保護(hù)。比如在4倍額定電流時(shí)，延時(shí)10s產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作，在7倍額定電流時(shí)，延時(shí)2s即應(yīng)產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作。對(duì)運(yùn)行中的短時(shí)過(guò)載，有一定的時(shí)間延時(shí)處理，不會(huì)產(chǎn)生誤保護(hù)動(dòng)作，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載，則能作出有效的反應(yīng)。

2）電動(dòng)機(jī)的短路

短路保護(hù)是過(guò)載保護(hù)的一個(gè)極限情況。三相交流電動(dòng)機(jī)的短路故障，有單相接地短路故障、相間短路故障等，當(dāng)電纜短路時(shí)，更直接造成對(duì)三相電源的短路。電機(jī)內(nèi)部短路大都是電機(jī)絕緣損壞引起的，表現(xiàn)為線圈匝間短路、層間短路、相間短路和對(duì)地（電機(jī)外殼、轉(zhuǎn)子）短路等。單相對(duì)地短路，一般不會(huì)燒毀電機(jī)，據(jù)外殼接地電阻的不同，形成大小不同的接地電流；（兩相或三相）相間短路時(shí)，會(huì)形成較大的短路電流，通常會(huì)使電機(jī)嚴(yán)重?zé)龤А?/p>

一般，將大于電動(dòng)機(jī)8倍額定電流，視為短路電流。對(duì)電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)，要求實(shí)施速斷保護(hù)，時(shí)間常數(shù)越小越好（動(dòng)作越快越好）。

另外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中因機(jī)械原因出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)時(shí)，其堵轉(zhuǎn)電流有可能達(dá)到額定電流的5～8倍，在運(yùn)行中出現(xiàn)5倍以上額定電流時(shí)，視為電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)故障，也應(yīng)實(shí)施相應(yīng)的反時(shí)限保護(hù)。

3）電機(jī)機(jī)的斷相

電動(dòng)機(jī)的斷相運(yùn)行，可分為以下幾種情況：

a、供電電源缺相。在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前斷相，會(huì)造成起動(dòng)困難或無(wú)法起動(dòng)，起動(dòng)聲音異常，無(wú)保護(hù)時(shí)電機(jī)因堵轉(zhuǎn)極易燒毀；在運(yùn)行中斷相，輕載時(shí)尚能運(yùn)轉(zhuǎn)，但運(yùn)行電流嚴(yán)重不平衡，可能出現(xiàn)過(guò)流運(yùn)行。重載時(shí)易發(fā)生堵轉(zhuǎn)、嚴(yán)重過(guò)載而損壞。

b、電動(dòng)機(jī)繞組斷路故障。供電電源正常，因電動(dòng)機(jī)繞組斷路故障出現(xiàn)斷相運(yùn)行，運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)力，電動(dòng)機(jī)振動(dòng)大，故障現(xiàn)象同a；

c、電動(dòng)機(jī)電纜斷路故障。故障現(xiàn)象同供電電源缺相。

電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的出現(xiàn)，為完善地實(shí)施電動(dòng)機(jī)的過(guò)載、短路和斷相保護(hù)提供了可能，一定程度上取代了熱繼電器，提升了控制功能和保護(hù)效果。本章內(nèi)容的重點(diǎn)是對(duì)各種電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器電路的原理分析和故障維修指導(dǎo)，對(duì)電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器以下簡(jiǎn)稱為電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。

2、電動(dòng)機(jī)保護(hù)器對(duì)故障信號(hào)的采樣方法：

1）對(duì)過(guò)載、短路故障信號(hào)的采樣。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行中的過(guò)載和短路故障，體現(xiàn)在流經(jīng)電動(dòng)機(jī)繞組的異常增大的電流值上，一般電動(dòng)機(jī)保護(hù)器電路是采用3只電流互感器采樣運(yùn)行電流信號(hào)，將采樣信號(hào)與電流基準(zhǔn)信號(hào)相比較，判斷是否處于過(guò)載或短路故障狀態(tài)，故障時(shí)輸出停機(jī)信號(hào)。電路采集處理的為模擬電壓信號(hào)——電流互感器輸出的電流信號(hào)經(jīng)負(fù)載電阻轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)電壓，送入電壓比較器電路，得到故障信號(hào)輸出。

當(dāng)產(chǎn)生單相對(duì)地短路故障信號(hào)的采樣，可通過(guò)零序電流互感器取得，原理同漏電保安器。或采樣電機(jī)外殼電壓，取得漏電信號(hào)。

2）對(duì)斷相故障信號(hào)的采樣。如上所述，電動(dòng)機(jī)的斷相故障表現(xiàn)為電源缺相、電動(dòng)機(jī)電纜斷路、電動(dòng)機(jī)繞組斷路等不同故障內(nèi)容，若采用對(duì)三相電源電壓進(jìn)行采樣的方法，僅能對(duì)電源缺相故障進(jìn)行保護(hù)，無(wú)法完成對(duì)后兩種缺相故障的檢測(cè)，是不究竟的一個(gè)方法。根本的方法，是采用對(duì)三相電流進(jìn)行采樣來(lái)判斷缺相故障的方法，對(duì)三種缺相故障都能做出準(zhǔn)確反應(yīng)，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，還能對(duì)三相電流不平衡作出判斷。

一般對(duì)缺相運(yùn)行的判斷，不是著眼于電流信號(hào)幅度的大小，而是著重于三相電流信號(hào)的有無(wú)，比較三相電流信號(hào)的有無(wú)，得到斷相故障信號(hào)。因而通常是將電流檢測(cè)信號(hào)處理為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)邏輯運(yùn)算，得到斷相故障保護(hù)信號(hào)。

3、電動(dòng)機(jī)的保護(hù)器的典型電路結(jié)構(gòu)：

圖3電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路的典型結(jié)構(gòu)

從上圖可以看到，3只電流互感器LH1～LH3，將電動(dòng)機(jī)的三相運(yùn)行電流信號(hào)取出，分別送入后級(jí)過(guò)載、短路信號(hào)采樣處理電路和斷相信號(hào)采樣處理電路，處理成開(kāi)關(guān)量信號(hào)再送入信號(hào)輸出電路和故障信號(hào)指示電路，輸出電路的形式也有多種，一般為繼電器接點(diǎn)信號(hào)輸出，或晶閘管器件開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出，或晶體管開(kāi)路集電極信號(hào)輸出等。

需要說(shuō)明的是：部分電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，采用微控制器處理電流采樣和電壓采樣信號(hào)（但電流信號(hào)采樣電路的前級(jí)電路同本章所述電路相似），可從操作顯示面板設(shè)置故障動(dòng)作電流值，并可以監(jiān)看運(yùn)行電流值、電壓電壓值等，其功能更為強(qiáng)大，智能化程度更高，但應(yīng)用面不夠廣泛。另外有的產(chǎn)品，如變頻器，軟起動(dòng)器等產(chǎn)品，其過(guò)載、短路及斷相保護(hù)電路作為控制電路的一個(gè)有機(jī)組成部分。本章所述電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，系全部采用模擬或數(shù)字電路硬件電路的，作為一個(gè)獨(dú)立部件被應(yīng)用的保護(hù)裝置（產(chǎn)品）。

本節(jié)內(nèi)容將這兩種型號(hào)的保護(hù)器電路放在一起，一是因?yàn)槠潆娐方Y(jié)構(gòu)與原理近似，二是多家低壓電器生產(chǎn)廠家生產(chǎn)此類產(chǎn)品，其它型號(hào)如JD-5、JDB-80，電路結(jié)構(gòu)也與本文電路相似或相同，這類保護(hù)器在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)柜的生產(chǎn)和組裝中得到了廣泛的應(yīng)用。但缺點(diǎn)是該類產(chǎn)品的控制接線稍嫌復(fù)雜。在停機(jī)狀態(tài)，顯示斷相故障，處于斷相保護(hù)中。輸出控制接點(diǎn)為常閉型觸點(diǎn)，過(guò)載或斷相故障發(fā)生時(shí)動(dòng)作，觸點(diǎn)開(kāi)斷，送出停機(jī)信號(hào)。